一种喷嘴特性的测试装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种喷嘴气雾特性的测试装置，包括测试装置箱体，喷嘴，测试平台系统，气路和水路系统，以及激光成像系统。本装置用来测试不同喷嘴在不同气压水压下，不同喷射高度下的液滴粒径，液滴速度，不同位置处的水流密度，液滴粒径分布等气雾特性。本装置测试精度高，调节范围广，运行稳定，可以测试单相液流和气液两相流的气雾特性。
【专利说明】一种喷嘴特性的测试装置
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及气雾特性的测定这一【技术领域】，具体是一种喷嘴气雾特性的测试装置。
【背景技术】
[0003]现有的喷嘴气雾特性测试装置均不能调节喷嘴的喷射高度，但是由于喷嘴喷出气雾的特性参数(如粒径、液滴速度、水流密度等)是跟随喷嘴距离的变化而相应其变化的，能否实现不同高度下对喷嘴气雾特性参数的测量是本发明要解决的重要技术问题。
[0004]气雾喷嘴在工业中的各个领域都有着广泛的应用，在冶金连铸二次冷却中通过喷嘴产生的气雾射流来冷却钢坯，因此设定喷嘴的排布结构，喷射距离以及气压水压的大小都要依据喷嘴的气雾特性，选定了合适的特性参数可以更好地对钢坯进行均匀冷却，从而节约用水用电，降低生产成本；在农业中用气雾喷嘴来进行雾化农药喷洒，将农药通过气雾喷嘴雾化成多大的液滴，以多大的速度，以多远的距离喷到植被上也需要依赖喷嘴的气雾特性，从而能更好的提高农药的利用率；在喷涂行业中，喷涂液滴的速度、大小、方向均对喷涂有着重要的影响，为了改善喷涂的效果也需要对喷嘴的气雾特性进行相应的研究；在电厂的湿法脱硫、脱硝、除尘过程中喷嘴喷射液滴的粒径大小、速度会影响到喷射的有效面积，设定合理的气雾特性参数会达到节约用水用电，降低生产成本的效果；在干燥领域内，气雾喷嘴也有着广泛的应用，例如干燥牛奶、药物、燃料和某些无机盐等一些粘稠、热敏性的物质，设定合理的气雾特性，可以利用最小的功耗达到最佳的干燥效果，从而直接影响到经济效益；在生产车间和生活空间中，喷雾型加湿器通过将细小液滴喷到空间中达到调节空间内湿度的效果，而这些液滴的大小和速度则直接影响到液滴在空间运动中的效果。
[0005]因此，建立一个能够同时测试气雾喷嘴的各种气雾特性(如液滴粒径、液滴粒径分布、液滴速度、水流密度等)对研究喷嘴的气雾特性有着极其重要的意义，而目前的喷嘴测试装置，其测试能力非常有限，例如专利CN1743830中公开的混合喷嘴测试装置，其只能测试喷嘴不同气压水压下的整体水流量，而不能测试不同喷雾区域水流密度的变化规律，且无法调试喷嘴的高度，该测试装置存在很大的局限性，难以对喷嘴的气雾特性起到良好的测试效果。
[0006]正是由于喷嘴的气雾特性在生产中有着重要的作用，而喷嘴的气压水压大小、喷射距离远近是影响气雾特性的重要因素，因而建立一个可以综合测试不同喷嘴在不同气压水压，不同喷射距离下的喷雾特性的测试装置具有广泛的应用价值。
【发明内容】
[0007]本发明需要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种喷嘴气雾特性的测试装置，通过可垂直升降的测试平台实现喷嘴不同喷射高度下完成液滴粒径、液滴粒径分布、液滴速度、水流密度等气雾特性的测试。
[0008]为解决上述问题，本发明采用如下技术方案:
一种喷嘴气雾特性的测试装置，包括箱体，喷嘴，测试平台系统，气路统，水路系统，以及激光成像系统；
——喷嘴，连接至气路系统和水路系统，从而形成测试所需的气雾，喷嘴通过万向支架安装在箱体顶面之下，测试平台之上；
—测试平台系统，包括可垂直升降的测试平台，测试平台升降系统，以及根据不同测试需要安装在测试平台上的格栅集水器或油膜集水板；
—气路系统，包括气泵，气罐，气路调压阀，气体压力表以及气体流量计；
—水路系统，包括水箱，水泵，供水阀，水流量计，回水阀以及水路调压阀；
——激光成像系统，包括激光发生器、CCD相机和计算机数据处理系统，激光发生器安装于箱体的一侧，CCD相机安装于箱体的另一侧，CCD相机对应于激光发生器设置，并将捕捉到的信号发送给计算机数据处理系统。
[0009]进一步的，所述测试平台升降系统包括垂直升降步进电机和升降传动链，四条升降传动链分别垂直安装于箱体的四侧边处，位于箱体的顶面和底面之间，测试平台的四端分别固定连接至各升降传动链，箱体顶面上安装有垂直升降步进电机，用于控制升降传动链的升降。
[0010]进一步的，所述格栅集水器为一长方体开口结构，其底面向上具有等距平行排列的隔板，格栅集水器的隔板采用尖顶型结构，且隔板的侧面设置有刻度尺。
[0011]进一步的，所述格栅集水器的尺寸长X宽X高为500 X 100 X IIOmm mm，隔板之间的间隔为8mm，隔板的壁厚为2mm。
[0012]进一步的，所述油膜集水板为一长方形玻璃板，其上均匀涂布有凡士林和机油的混合物，且凡士林和机油的体积比为1:3。
[0013]进一步的，所述气泵通过气路管道连接至气罐，气罐通过气路管道连接至喷嘴，气罐上安装有气体压力表以及气路调压阀，气罐至喷嘴的气路管道上安装有气体流量计。
[0014]进一步的，所述水箱安装于测试装置箱体内下部，水箱通过水路管道连接至喷嘴，水路管道上依次设有供水阀，水泵，水路调压阀以及水流量计，在水泵和水路调压阀之间设有水路管道连通回水箱，且该段水路管道上设有回水阀。
[0015]进一步的，所述气路和水路系统中的气路管道和水路管道均采用金属波纹管。
[0016]进一步的，所述测试装置还具有一弓I流管。
[0017]一种利用喷嘴气雾特性的测试装置的测试方法，包括如下步骤:
1、将待测喷嘴安装在万向支架上，通过调整万向支架获得测试所需的喷射角度；
2、将格栅集水器安装在测试平台上，再通过测试平台升降系统调整测试平台的高度，从而获得测试所需的喷射高度；
3、将引流管安装至喷嘴，打开气路和水路调压阀调节气压和水压，待气雾达到测试所需要求后，撤走引流管，开始喷嘴气雾特性的测试；
4、打开激光发生器和(XD相机,通过(XD相机收集激光发生器产生的光信号,从而将捕捉到的信号发送给计算机数据处理系统，生成速度场图；
5、记录气雾开始喷射时间，等到格栅集水器的最高液位将要达到顶端时，重新将引流管安装至喷嘴，并记录气雾结束喷射时间，通过读取格栅集水器的回收水量以及气雾喷射时间，计算该喷嘴的水流密度；
6、将油膜集水板安装在测试平台上，撤走引流管，等到气雾喷洒至油膜集水板时，重新将引流管安装至喷嘴，关闭气路和水路调压阀，取出油膜集水板，通过显微镜对液滴进行粒径测量；
7、重复上述流程，调节喷射高度，喷射角度，气压，水压，进行不同状态参数下的喷嘴气雾特性测试。
[0018]本发明的有益效果:
(I)本发明装置中由于采用了垂直升降测试平台的形式，可以有效的调整喷嘴的喷射高度，从而可以实现不同高度下喷嘴气雾特性的测试，且喷嘴通过万向支架安装，可以任意的调整喷射角度，此外还可以根据需要测试更换喷嘴，具有测量范围广，操作简单的效果。
[0019](2)本发明装置可以同时实现水流密度、液滴粒径、液滴速度的测量，实现了一机多用，应用范围广，降低了测试装置的成本。
[0020](3)本发明的格栅集水器的隔板采用尖顶结构，最大程度的减少液滴反弹对水流密度分布测量准确性的影响，并在侧面有刻度尺，从而在收集完气雾后，能够直接读取各格栅内收集液体的数量，此外，每个格子的尺寸和间隔的设置，可以在有限的喷射范围内更加详细的反应出水流密度分布情况，隔板壁厚的设置，能够最大程度的减少液滴反弹对水流密度分布测量准确性的影响。
[0021](4)本发明的油膜集水板采用了凡士林和机油的混合物的方式。由于凡士林的亲水性和机油的疏水性特点，使得两者的混合物对水滴有浸润包裹作用，能让液滴在油膜中保持球状，并且不会有质量流失，便于测量液滴的直径，统计液滴粒径分布。
[0022](5)本发明的气路管道和水路管道均采用金属波纹管，从而可以有效的减少气体和水输送过程中的振动对实验测量结果准确性的影响。
[0023](6)本发明采用的引流管，在测试过程中，可以安装至喷嘴，从而将不稳定的喷雾引至一旁，等到气雾达到测试需求时，再将引流管撤走，从而使得测试的结构更加精确。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明所述喷嘴气雾特性测试装置立体图；
图2为本发明所述喷嘴气雾特性测试装置主视图；
图3为本发明所述喷嘴气雾特性测试装置气路/水路结构图；
图4为本发明所述格栅集水器的结构示意图(图4 (a)主视图和图4 (b)俯视图)；
图5为本发明所述装置进行气雾液滴粒径测试时的示意图；
图6为本发明所述装置进行气雾速度场测试时的示意图；
I箱体；2观察窗；3喷嘴；4格栅集水器；5测试平台；
6升降传动链；7气路系统；7-1气泵；7-2气罐；7-3气路调压阀；7_4气体压力表；7_5气体流量计；8水路系统；8-1水箱；8-2水泵；8-3供水阀；8-4水流量计；8_5回水阀；8_6水路调压阀；9油膜集水板；16激光发生器；17 CCD相机；18引流管。
【具体实施方式】[0025]本发明提供了一种喷嘴气雾特性的测试装置，如图1所示，该装置包括测试装置箱体1，喷嘴3，测试平台系统，气路系统7，水路系统8，以及激光成像系统。
[0026]参见图1，测试装置箱体I为一长方体结构，其具有顶面，底面以及四侧面，侧面上具有透光观察窗2，喷嘴3连接至所述气路系统7和水路系统8，从而形成测试所需的气雾，喷嘴3通过万向支架(未示出)安装在箱体顶面之下，测试平台5之上，通过万向支架可以调整喷嘴3相对于测试平台5的喷射角度，且可以根据测试需要在万向支架上安装不同形式的喷嘴。
[0027]参见图1，所述测试平台系统包括可垂直升降的测试平台5，测试平台升降系统，以及根据不同测试需要安装在测试平台上的格栅集水器4或油膜集水板9。测试平台5安装于测试装置箱体I内；测试平台升降系统包括垂直升降步进电机和升降传动链6，四条升降传动链6分别垂直安装于箱体的四侧边处，位于箱体的顶面和底面之间，测试平台的四端分别固定连接至各升降传动链，箱体顶面上安装有垂直升降步进电机，用于控制升降传动链的升降，带动测试平台的垂直升降，即可按测试要求任意调节喷嘴相对于测试平台的喷射高度，从而实现在不同喷射高度下进行喷嘴气雾特性的实验测试。
[0028]参见图2、3，所述气路系统7包括气泵7-1，气罐7_2，气路调压阀7_3，气体压力表7-4以及气体流量计7-5。气泵通过气路管道连接至气罐，气罐通过气路管道连接至喷嘴，气罐上安装有气体压力表以及气路调压阀，气罐至喷嘴的气路官道上安装有气体流量计。通过气体流量计可以掌握气体的用量，设置气体压力表以保障气罐的安全，通过气路调压阀可以调整气体压力的大小。
[0029]参见图2、3，所述水路系统8包括水箱8-1，水泵8_2，供水阀8_3，水流量计8_4，回水阀8-5以及水路调压阀8-6。水箱安装于箱体内下部，水箱通过水路管道连接至喷嘴，水路管道上依次设有供水阀，水泵，水路调压阀以及水流量计，在水泵和水路调压阀之间设有水路管道连通回至水箱，且该段管道上设有回水阀。通过水流量计可以掌握水的用量，设置供水阀和回水阀以保障用水的需要，通过水路调压阀可以调整水压力的大小。
[0030]所述气路系统和水路系统中的气路管道和水路管道均采用金属波纹管，从而可以有效的减少气体和水输送过程中的振动对实验测量结果准确性的影响。
[0031]参见图2、4，在测试喷嘴水流密度时，将格栅集水器4安装于测试平台5上，格栅集水器4为一长方体开口结构，其底面向上具有等距平行排列的一排隔板，从而在高度方向上形成一排格子，用于收集喷嘴喷出的气雾，格栅集水器的隔板采用尖顶型结构，从而可以最大程度的减少液滴反弹对水流密度分布测量准确性的影响，且隔板的侧面设置有刻度尺，从而在收集完气雾后，能够直接读取各格栅内收集液体的数量，此外，格栅集水器的尺寸为500X 100X IlOmm (长X宽X高)，每个隔板之间的间隔为8臟，从而可以在有限的喷射范围内更加详细的反应出水流密度分布情况。隔板的壁厚为2mm，能够最大程度的减少液滴反弹对水流密度分布测量准确性的影响。图4为格栅集水器的结构示意图，格栅长度和宽度的尺寸按照气雾喷嘴的喷雾特性设定，500_的长度可以满足收集喷嘴在喷射范围内沿轴向各点处的喷射液体，IOOmm的宽度和IlOmm的高度可以使收集液体在垂直轴向方向上收集水量满足计算要求。
[0032]参见图5，在测试喷雾液滴粒径时，将油膜集水板9安装于测试平台5上，油膜集水板为一长方形玻璃板，其上均匀涂布有凡士林和机油的混合物，且凡士林和机油的体积比为1: 3，机油的疏水性避免液滴质量流失，加入凡士林使得液滴表面吸附凡士林，凡士林再浸润到机油中，凡士林使得机油将液滴包裹�。凑�1:3比例能够保证足够的机油能包裹住液滴，以及利用凡士林起到连接液滴和机油的作用。
[0033]参见图6，所述激光成型系统包括激光发生器16和CXD相机17和计算机数据处理系统，激光发生器16安装于箱体的一侧，CXD相机17安装于箱体的另一侧，CXD相机17对应于激光发生器16设置，收集激光发生器产生的光信号，从而将捕捉到的信号发送给计算机数据处理系统，生成速度场图。
[0034]此外，参见图5，测试装置还进一步具有一引流管18，在测试过程中，当实验者打开气路和水路调压阀调节气雾的过程中，可以将其安装至喷嘴，从而将不稳定的喷雾引至一旁，等到气雾达到测试需求时，再将引流管18撤走，从而使得测试的结构更加精确。
[0035]本发明的测试装置可以用于测试喷嘴的水流密度。具体过程如下，将待测喷嘴安装在万向支架上，通过调整万向支架获得测试所需的喷射角度，将格栅集水器安装在测试平台上，再通过测试平台升降系统调整测试平台的高度，从而获得测试所需的喷射高度(即喷嘴和格栅集水器顶端的垂直距离)，将引流管安装至喷嘴，打开气路和水路调压阀调节气压和水压，待气雾达到测试所需要求后，撤走引流管，开始测试，记录气雾开始喷射时间，等到格栅集水器的最高液位将要达到顶端时，重新将引流管安装至喷嘴，并记录气雾结束喷射时间，最后进行测量计算，通过读取格栅集水器的回收水量以及气雾喷射时间，计算该喷嘴的水流密度。重复上述流程，调节喷射高度，喷射角度，气压，水压，可以进行不同状态参数下的测试，测试调节范围广。
[0036]本发明的测试装置可以用于测试喷嘴气雾的液滴粒径。具体过程如下，将待测喷嘴安装在万向支架上，通过调整万向支架获得测试所需的喷射角度，将油膜集水板安装在测试平台上，再通过测试平台升降系统调整测试平台的高度，从而获得测试所需的喷射高度(即喷嘴和油膜集水板的垂直距离)，将引流管安装至喷嘴，打开气路和水路调压阀调节气压和水压，待气雾达到测试所需要求后，撤走引流管，开始测试，等到气雾喷洒至油膜集水板时，重新将引流管安装至喷嘴，关闭气体和水调节阀，取出油膜集水板，通过显微镜对液滴进行粒径测量。
[0037]本发明的测试装置可以用于测试喷嘴气雾的速度场，具体过程如下，将待测喷嘴安装在万向支架上，通过调整万向支架获得测试所需的喷射角度，将引流管安装至喷嘴，打开气路和水路调压阀调节气压和水压，待气雾达到测试所需要求后，撤走引流管，打开激光发生器和CCD相机，开始测试，通过CCD相机收集激光发生器产生的光信号，从而将捕捉到的信号发送给计算机数据处理系统，生成速度场图。
[0038]最后应说明的是:显然，上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种喷嘴气雾特性的测试装置，包括箱体，喷嘴，测试平台系统，气路和水路系统，以及激光成像系统； —喷嘴，连接至气路和水路系统，从而形成测试所需的气雾，喷嘴通过万向支架安装在箱体顶面之下，测试平台之上； —测试平台系统，包括可垂直升降的测试平台，测试平台升降系统，以及根据不同测试需要安装在测试平台上的格栅集水器或油膜集水板； —气路系统，包括气泵，气罐，气路调压阀，气体压力表以及气体流量计； —水路系统，包括水箱，水泵，供水阀，水流量计，回水阀以及水路调压阀； ——激光成像系统，包括激光发生器、CXD相机和计算机数据处理系统，激光发生器安装于箱体的一侧，CCD相机安装于箱体的另一侧，CCD相机对应于激光发生器设置，并将捕捉到的信号发送给计算机数据处理系统。
2.如权利要求1所述的喷嘴气雾特性的测试装置，其特征在于:所述测试平台升降系统包括垂直升降步进电机和升降传动链，四条升降传动链分别垂直安装于箱体的四侧边处，位于箱体的顶面和底面之间，测试平台的四端分别固定连接至各升降传动链，箱体顶面上安装有垂直升降步进电机，用于控制升降传动链的升降。
3.如权利要求1或2所述的喷嘴气雾特性的测试装置，其特征在于:所述格栅集水器为一长方体开口结 构，其底面向上具有等距平行排列的隔板，格栅集水器的隔板采用尖顶型结构，且隔板的侧面设置有刻度尺。
4.如权利要求3所述的喷嘴气雾特性的测试装置，其特征在于:所述格栅集水器的尺寸长X宽X高为500X IOOX IlOmm臟，隔板之间的间隔为8mm，隔板的壁厚为2mm。
5.如权利要求1、2或4所述的喷嘴气雾特性的测试装置，其特征在于:所述油膜集水板为一长方形玻璃板，其上均匀涂布有凡士林和机油的混合物，且凡士林和机油的体积比为 1:3。
6.如权利要求5所述的喷嘴气雾特性的测试装置，其特征在于:所述气泵通过气路管道连接至气罐，气罐通过气路管道连接至喷嘴，气罐上安装有气体压力表以及气路调压阀，气罐至喷嘴的气路管道上安装有气体流量计。
7.如权利要求1、2、4或6所述的喷嘴气雾特性的测试装置，其特征在于:所述水箱安装于箱体内下部，水箱通过水路管道连接至喷嘴，水路管道上依次设有供水阀，水泵，水路调压阀以及水流量计，在水泵和水路调压阀之间设有水路管道连通回水箱，且该段管道上设有回水阀。
8.如权利要求7所述的喷嘴气雾特性的测试装置，其特征在于:所述气路和水路系统中的气路管道和水路管道均采用金属波纹管。
9.如权利要求1、2、4、6或8所述的喷嘴气雾特性的测试装置，所述测试装置还具有一引流管。
10.一种利用如权利要求9所述的喷嘴气雾特性的测试装置进行喷嘴气雾特性测试方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)将待测喷嘴安装在万向支架上，通过调整万向支架获得测试所需的喷射角度； (2)将格栅集水器安装在测试平台上，再通过测试平台升降系统调整测试平台的高度，从而获得测试所需的喷射高度；(3)将引流管安装至喷嘴，打开气体和水调节阀调节气压和水压，待气雾达到测试所需要求后，撤走引流管，开始喷嘴气雾特性的测试； (4)打开激光发生器和(XD相机,通过(XD相机收集激光发生器产生的光信号,从而将捕捉到的信号发送给计算机数据处理系统，生成速度场图； (5)记录气雾开始喷射时间，等到格栅集水器的最高液位将要达到顶端时，重新将引流管安装至喷嘴，并记录气雾结束喷射时间，通过读取格栅集水器的回收水量以及气雾喷射时间，计算该喷嘴的水流密度； (6)将油膜集水板安装在测试平台上，撤走引流管，等到气雾喷洒至油膜集水板时，重新将引流管安装至喷嘴，关闭气体和水调节阀，取出油膜集水板，通过显微镜对液滴进行粒径测量； (7)重复上述流程， 调节喷射高度，喷射角度，气压，水压，进行不同状态参数下的喷嘴气雾特性测试。
【文档编号】G01M13/00GK103792079SQ201410034846
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月25日 优先权日:2014年1月25日
【发明者】张亚竹, 赵增武, 刘浩鹏, 胡强 申请人:内蒙古科技大学
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