[发明专利]自吸式超声速环形射流雾化器

说明书

本发明属于金属粉末雾化装置，主要用于微细金属粉末的制造。

目前用于生产微细金属粉末的雾化器，多数为自由沉降式下喷雾化器，即金属液流靠自身重力垂直流下，气体射流冲击液柱将其击碎，其存在的主要缺点是当金属液面较低时，气体出口处超压大于液柱静压，雾化气体从导管向上鼓泡，使液流流动不稳定，甚至造成事故。从苏联引进的水平抽吸式雾化器避免了上述缺点，但其气流出口内声速射流能量利用率不高，雾化性能较差。美国麻省理工学院N.T.Grant教授发明的超声波雾化器（US.Patent  No4778516），采用了3Mpa左右的雾化气体在喷嘴出口处为具有100KHz超声波的马赫数M＝2.5的超声速环孔或环缝射流，这种雾化器同样受到液面高度的影响，且结构复杂，能量利用率不高。

本发明的目的在于提供一种不受金属液面影响，能量利用率高，雾化性能好的雾化器。

针对已有技术存在的问题，本发明采用水平喷射自吸式结构，雾化器气体喷嘴采用外扩张环形喷嘴，使喷嘴出口气流流速达到超声速。

图1是本发明的结构示意图及实施例图。

图2为图1的A-A面剖图。

下面结合附图对发明的结构和原理加以详细介绍：本发明为一种超声速环形射流雾化器，由金属熔液喷嘴（2）和环绕于其外的气腔（5）和气体喷嘴（3）所构成。气体喷嘴（3）为外扩张环形喷嘴。气体喷嘴（3）可以是采用环缝形结构，也可采用环孔形结构。气体喷嘴（3）的最小截面积为声速喉道，其出口的最大截面积A_e与喉道截面积A_＊之比确定气体出口的马赫数M_e，最大截面积A_e与喉道截面积A_＊之比应满足于1.1≤A_e/A_＊≤1.7。本发明的工作原理是压缩气体由进气道（7）进入环形气腔（5），经气体喷嘴（3）形成超声速射流喷出;金属熔液流由入口（6）进入金属熔液喷嘴（2），被气体喷嘴（3）射出的气体射流引射出并击碎使之雾化。根据激波管实验结果表明，当液滴韦伯数W_e（W_e= (ρu²d)/(σ) ，ρ，u分别为气体密度和速度，d为滴液直径，σ为液体表面张力）增大到某一临界值后，即发生剥离破碎，能够形成微细的颗粒，韦伯数越大生产的颗粒越细，为提高雾化性能，气体喷嘴（3）的射流平均流向与金属熔液喷嘴（2）轴线之间的夹角α选值范围为5°～20°。采用本发明的雾化器，当气腔（5）内压力P₀≥0.2Mpa表压时，就可工作，当P₀≥0.4Mpa表压时，即可获得较佳的雾化效果。为提高雾化性能，可采用涡旋管式进气方式，形成环形气流。

本发明的一个实施例采用图1、图2所示结构，采用锥形金属熔液喷嘴（2），利用金属熔液喷嘴（2）的外锥形体与构件（4）构成环形气腔（5）和环缝形气体喷嘴（3），气体喷嘴（3）的喉道面积A_＊＝20πmm²，采用涡旋管式进气使气流具有一定的周向转速，加强了气流与液柱的相互作用。金属熔液喷嘴（2）出口直径Φ＝6mm，其轴线与气体喷嘴（3）中轴线之间的夹角α为15°，当气腔（5）内压力选用P₀＝0.6Mpa，气体喷嘴（3）的出口马赫数M_e＝2.0，使用后可得到≤125μ粉末占70%和≤45μ粉末占20%的铝粉G_AI＝4kg/Min。

采用本发明所述的雾化器，在相同的雾化压力P₀＝6atm，气体流量G_g＝5m³/M的条件下，产量相等时，与现有的声速喷嘴雾化器相比，细粉率明显高于声速雾化器。如粒度≤125μ的约占70%，而声速雾化器的得率仅在45%左右，小于45μ的得率也明显高于声速雾化器。本发明不仅雾化性能好且结构简单，操作方便，可连续生产，造价低，可适用于铝、铅等多种金属粉末的制造。