專利名稱：超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置的制作方法
技術領域：
超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置技術領域[0001]本實用新型涉及利用超聲波振蕩脈沖射流進行工業清洗、表面涂層剝離、去毛刺、 除銹、除漆或者鋼材表面除鱗的超聲波脈沖共振射流裝置，具體地說是一種超聲波脈沖共 振射流旋轉噴頭裝置。
背景技術：
[0002]高壓水射流技術及裝備是20世紀70年代發展起來的一種廣泛地應用于工業清 洗、切割、去毛刺、表面涂層剝離、除銹除漆等的高新技術。經過幾十年的快速發展，已經形 成純水射流、磨料水射流、非定常水射流及超聲波水射流等幾大領域。在一般的工業清洗 中，絕大多數都是采用連續高壓純水射流。在除銹、除漆及表面涂層剝離等工作領域，純水 高壓水射流所需高壓水的壓力一般都在15(T250Mpa，而在清除一些較硬的金屬涂層及除毛 刺等工作，則更需要高達35(T420Mpa的連續高壓純水射流才能完成。近年來，磨料水射流 及高壓水噴丸技術也逐漸應用到工業清洗中，以取代傳統的干式噴丸、超高壓水、酸洗等傳 統工藝。利用磨料水射流技術，可以降低水射流的使用壓力，但由于在水射流中加入了磨 料，因而會造成二次污染，并且也會由于殘留的微細磨料而影響清洗表面的質量。[0003]由于連續高壓純水射流和磨料水射流的缺陷，近年來，開發了一種超聲波和脈沖 清洗技術，以提供非連續，或稱之為“子彈束”的高頻脈沖水射流。由于水錘現象引起的打 擊力，通過水射流的高頻震蕩脈沖得到的打擊力的放大倍率約為3飛倍。所以，為了達到同 樣的清洗能力，只需要用功率小3飛倍的壓力源運轉。由于超聲波脈沖清洗裝置可以與更 小和更便宜的高壓泵一起使用，所以它比連續流水射流清洗更經濟。另外，噴嘴，管道和配 件中的水射流壓力非常小，系統更為穩定。[0004]在現有的超聲波脈沖水射流裝置中，盡管加拿大專利PCT/CA2003/001683，美國 專利5154347和中國專利200920009813. 1中描述的超聲波水射流噴咀和裝置代表了水射 流切割和清洗技術中的實質性突破，但是，在以上3個專利中描述的超聲波水射流噴頭裝 置，由于其單噴嘴的特性，盡管單噴嘴的清洗效果和打擊力比傳統的高壓水射流技術提高 了 3-5倍，但其工作效率仍然較低，實用證明其不是最佳的，仍然有較大的提升空間。[0005]具體地說，以上專利所描述的超聲波脈沖射流裝置，由于原理和結構的原因，還存 在以下各種問題和缺點[0006]1、現有的單噴嘴渦流噴頭的清洗效果較好，可提高打擊力和清洗效果5-7倍左 右，但由于其清洗寬度很窄，清洗面積很小，所以，單噴嘴渦流噴頭的清洗效率較低；[0007]2、現有的脈沖射流旋轉噴頭，盡管提高了其清洗寬度和面積，但是由于其脈沖射 流的混合腔結構的缺陷，噴嘴出口離多頭變幅桿較遠，超聲衰減能量損失大，無法形成穩定 的脈沖振蕩射流，其打擊力和清洗效果較差，清洗效率仍然較低。發明內容[0008]本實用新型針對上述問題，提供一種超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，該噴頭裝置的打擊力和清洗效果較高，并且清洗效率較高。[0009]按照本實用新型的技術方案一種超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，包括超聲 波換能器及與其固定連接的噴頭，所述超聲波換能器包括超聲波換能器本體，所述超聲波 換能器本體內開設有縱向脈沖射流入口，所述超聲波換能器本體的上端可轉動地安裝在換 能器中心軸上，所述換能器中心軸與所述超聲波換能器本體之間設置有高壓旋轉密封裝 置，所述換能器中心軸內開設有軸向高壓水通道，所述高壓水通道與所述脈沖射流入口相 連通，所述換能器中心軸外設置有超聲波換能振子，所述超聲波換能振子固定連接在所述 超聲波換能器本體上；所述噴頭包括噴頭殼體，所述噴頭殼體內設置有振蕩腔，所述振蕩腔 與所述脈沖射流入口相連通，所述噴頭殼體的上端與所述超聲波換能器本體的下端固定連 接，所述噴頭殼體的下端設置有多個噴嘴，所述振蕩腔內設置有多頭變幅桿，所述多頭變幅 桿的上端與所述超聲波換能器本體相連接，所述多頭變幅桿的下端固定連接有與所述多個 噴嘴相對應的多個微型變幅頭。[0010]所述超聲波換能振子為壓電陶瓷片，所述壓電陶瓷片由壓緊裝置固定，所述壓電 陶瓷片與安裝在所述換能器中心軸上旋轉電刷電連接，所述旋轉電刷與超聲波信號輸入電 纜電連接。[0011]所述超聲波換能器本體上固定連接有換能器護罩。[0012]所述超聲波換能器本體的上端設置有凹腔，所述凹腔的上部固定連接有中空的旋 轉裝置，所述旋轉裝置通過上軸承及下軸承裝配在所述換能器中心軸上，所述旋轉裝置的 下端固定連接有旋轉體，所述旋轉體的下端固定連接在所述凹腔的底部，所述旋轉體內設 置有中心通孔，所述中心通孔的上端與所述高壓水通道相連通，所述中心通孔的下端與所 述脈沖射流入口相連通，所述旋轉體的上端與所述換能器中心軸的下端之間設置有所述高 壓旋轉密封裝置。[0013]所述旋轉體的下端所述凹腔的底部之間設置有銅墊。[0014]所述高壓旋轉密封裝置包括安裝在所述旋轉體內孔臺階上的油封，所述油封的頂 端面與所述旋轉體的頂端面平齊，所述油封的頂端面與所述旋轉體的頂端面上設置有一個 下墊圈，所述下墊圈上設置有上墊圈，所述上墊圈與所述下軸承的外圈相連接，所述換能器 中心軸下端的內臺階中設置有自緊彈簧，所述自緊彈簧的下端設置有密封填料，所述密封 填料的下端抵靠在所述旋轉體上。[0015]所述旋轉體上設置有旋轉體排泄孔，所述旋轉體排泄孔的上端與所述油封和所述 換能器中心軸的下端之間的空腔相連通，所述旋轉體排泄孔的下端與所述凹腔相連通，所 述超聲波換能器本體上開設有與所述凹腔相連通的換能器本體排泄孔。[0016]所述微型變幅頭為外徑遞減的階梯狀圓柱體，相鄰兩段圓柱之間通過圓錐面平滑 過渡。[0017]所述多頭變幅桿及所述微型變幅頭的材質為鈦合金。[0018]所述噴嘴安裝在噴嘴座，所述噴頭殼體、所述噴嘴、所述噴嘴座均采用鈦合金制 成。[0019]本實用新型的技術效果在于本實用新型采用旋轉式超聲波換能器及噴頭設計， 在噴頭殼體內設置有振動腔，在振動腔內設置多頭變幅桿，提高了能量轉換效能，提高了其 清洗寬度和面積；采用多噴嘴旋轉共振脈沖射流噴頭技術，能產生穩定的高頻振蕩共振脈沖旋轉射流，大大提高其清洗效率；采用多頭變幅桿，能產生高強度多路振蕩脈沖源，提高 了打擊力和清洗效率；多頭變幅桿產生的脈沖能量大，傳輸距離遠、壽命長。


[0020]圖1為本實用新型的結構示意圖。[0021]圖2為圖1中的A處放大圖。
具體實施方式
[0022]
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步的說明。[0023]圖1、圖2中，包括噴嘴座1、噴嘴2、多頭變幅桿3、噴頭殼體4、振蕩腔5、脈沖射流 入口 6、超聲波換能器本體7、壓電陶瓷片8、高壓旋轉密封裝置9、旋轉裝置10、換能器護罩 11、旋轉電刷12、超聲波信號輸入電纜13、換能器中心軸14、微型變幅頭15，下軸承16、自緊 彈簧17、密封填料18、油封19、旋轉體20、上墊圈21、下墊圈22、旋轉體排泄孔23、壓緊裝置 對、上軸承25、高壓水通道沈、換能器本體排泄孔27、雙頭螺柱28、凹腔29、中心通孔30、銅 墊31等。[0024]如圖1所示，本實用新型是一種超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，包括超聲波 換能器及與其固定連接的噴頭。[0025]超聲波換能器包括超聲波換能器本體7，超聲波換能器本體7上端大、下端小。超 聲波換能器本體7上固定連接有起保護作用的換能器護罩11。超聲波換能器本體7內開設 有縱向脈沖射流入口 6。脈沖射流入口 6的上部為一條管道，下部為幾個分支。超聲波換能 器本體7的上端可轉動地安裝在換能器中心軸14上，換能器中心軸14與超聲波換能器本 體7之間設置有高壓旋轉密封裝置9。換能器中心軸14內開設有軸向高壓水通道沈，高壓 水通道沈與脈沖射流入口 6相連通，換能器中心軸14外設置有超聲波換能振子，超聲波換 能振子固定連接在超聲波換能器本體7上。[0026]超聲波換能振子優選采用壓電陶瓷片8，壓電陶瓷片8由壓緊裝置M固定，壓電陶 瓷片8與安裝在換能器中心軸14上旋轉電刷12電連接，旋轉電刷12與超聲波信號輸入電 纜13電連接，超聲波信號輸入電纜13與超聲波信號發生裝置電連接。[0027]超聲波換能器本體7的上端設置有凹腔四，凹腔四的上部固定連接有中空的旋轉 裝置10，旋轉裝置10通過上軸承25及下軸承16裝配在換能器中心軸14上，旋轉裝置10 的下端固定連接有旋轉體20，旋轉體20的下端固定連接在凹腔四的底部，旋轉體20內設 置有中心通孔30，中心通孔30的上端與高壓水通道沈相連通，中心通孔30的下端與脈沖 射流入口 6相連通，旋轉體20的上端與換能器中心軸14的下端之間設置有所述高壓旋轉 密封裝置9。[0028]旋轉體20的下端凹腔四的底部之間設置有銅墊31，起密封作用。[0029]如圖2所示，高壓旋轉密封裝置9包括安裝在旋轉體20內孔臺階上的油封19，油 封19的頂端面與旋轉體20的頂端面平齊，油封19的頂端面與旋轉體20的頂端面上設置 有一個下墊圈22，下墊圈22上設置有上墊圈21，上墊圈21與下軸承16的外圈相連接，換能 器中心軸14下端的內臺階中設置有自緊彈簧17，自緊彈簧17的下端設置有密封填料18， 密封填料18的下端抵靠在旋轉體20上。[0030]旋轉體20上設置有旋轉體排泄孔23，旋轉體排泄孔23的上端與油封19和換能器 中心軸14的下端之間的空腔相連通，旋轉體排泄孔23的下端與凹腔四相連通，超聲波換 能器本體7上開設有與凹腔四相連通的換能器本體排泄孔27。高壓旋轉密封裝置9出現 故障時，可通過旋轉體排泄孔23及換能器本體排泄孔27將高壓水及時排出。[0031]噴頭包括噴頭殼體4，噴頭殼體4內設置有振蕩腔5，振蕩腔5與脈沖射流入口 6 相連通。噴頭殼體4的上端與超聲波換能器本體7的下端固定連接，噴頭殼體4的下端設 置有多個噴嘴2，振蕩腔5內設置有多頭變幅桿3，多頭變幅桿3的上端通過雙頭螺柱觀與 超聲波換能器本體7相連接，多頭變幅桿3的下端固定連接有與多個噴嘴2相對應的多個 微型變幅頭15。噴嘴2安裝在噴嘴座1，噴頭殼體4、噴嘴2、噴嘴座1均采用高強度鈦合金 材料制成。多頭變幅桿3及微型變幅頭15的材質也為高強度鈦合金材料。[0032]微型變幅頭15為外徑遞減的階梯狀圓柱體，相鄰兩段圓柱之間通過圓錐面平滑 過渡。[0033]本實用新型的工作過程如下高壓水經高壓水通道沈和脈沖射流入口 6進入噴 頭殼體4的振蕩腔5中，超聲波信號通過超聲波信號輸入電纜13經旋轉電刷12輸給超聲 波振子壓電陶瓷片8，壓電陶瓷片8產生超聲波振動，通過多頭變幅桿3在振蕩腔5中與高 壓水進行能量轉換，多頭變幅桿3將傳輸過來的超聲波電脈沖轉換成高頻機械振動，在振 蕩腔5中與高壓水產生共振，把引入的高壓水強力擾動，從而產生強力共振脈沖射流；該脈 沖射流通過超聲波振蕩噴嘴2噴射至待加工的工件表面以達到高效的切割、破碎、剝離、清 洗及除毛刺的目的。[0034]本實用新型具有以下優點[0035]1、采用旋轉式超聲波換能器及噴頭設計，在噴頭殼體內設置有振動腔，在振動腔 內設置多頭變幅桿，提高了能量轉換效能，提高了其清洗寬度和面積；[0036]2、采用多噴嘴旋轉共振脈沖射流噴頭技術，能產生穩定的高頻振蕩共振脈沖旋轉 射流，大大提高其清洗效率；[0037]3、采用多頭變幅桿，能產生高強度多路振蕩脈沖源，提高了打擊力和清洗效率；多 頭變幅桿產生的脈沖能量大，傳輸距離遠、壽命長。[0038]本實用新型采用渦流脈沖共振射流噴頭技術，產生的多頭高頻振蕩共振脈沖射 流，提高能量轉換效能，大大降低使用壓力，節能減排。
權利要求1.一種超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，包括超聲波換能器及與其固定連接的噴 頭，其特征是所述超聲波換能器包括超聲波換能器本體(7)，所述超聲波換能器本體(7) 內開設有縱向脈沖射流入口(6)，所述超聲波換能器本體(7)的上端可轉動地安裝在換能 器中心軸(14)上，所述換能器中心軸(14)與所述超聲波換能器本體(7)之間設置有高壓 旋轉密封裝置(9)，所述換能器中心軸(14)內開設有軸向高壓水通道(26)，所述高壓水通 道(26)與所述脈沖射流入口(6)相連通，所述換能器中心軸(14)外設置有超聲波換能振 子，所述超聲波換能振子固定連接在所述超聲波換能器本體(7)上；所述噴頭包括噴頭殼 體(4)，所述噴頭殼體(4)內設置有振蕩腔(5)，所述振蕩腔(5)與所述脈沖射流入口(6)相 連通，所述噴頭殼體(4)的上端與所述超聲波換能器本體(7)的下端固定連接，所述噴頭殼 體(4)的下端設置有多個噴嘴(2)，所述振蕩腔(5)內設置有多頭變幅桿(3)，所述多頭變幅 桿(3)的上端與所述超聲波換能器本體(7)相連接，所述多頭變幅桿(3)的下端固定連接有 與所述多個噴嘴(2)相對應的多個微型變幅頭(15)。
2.按照權利要求1所述的超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，其特征是所述超聲波 換能振子為壓電陶瓷片(8)，所述壓電陶瓷片(8)由壓緊裝置(24)固定，所述壓電陶瓷片 (8)與安裝在所述換能器中心軸(14)上旋轉電刷(12)電連接，所述旋轉電刷(12)與超聲 波信號輸入電纜(13)電連接。
3.按照權利要求1所述的超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，其特征是所述超聲波 換能器本體(7 )上固定連接有換能器護罩(11)。
4.按照權利要求1所述的超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，其特征是所述超聲波 換能器本體(7)的上端設置有凹腔(29)，所述凹腔(29)的上部固定連接有中空的旋轉裝置 (10)，所述旋轉裝置(10)通過上軸承(25)及下軸承(16)裝配在所述換能器中心軸(14)上， 所述旋轉裝置(10)的下端固定連接有旋轉體(20)，所述旋轉體(20)的下端固定連接在所 述凹腔(29)的底部，所述旋轉體(20)內設置有中心通孔(30)，所述中心通孔(30)的上端與 所述高壓水通道(26)相連通，所述中心通孔(30)的下端與所述脈沖射流入口(6)相連通， 所述旋轉體(20)的上端與所述換能器中心軸(14)的下端之間設置有所述高壓旋轉密封裝 置(9)。
5.按照權利要求4所述的超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，其特征是所述旋轉體 (20)的下端所述凹腔(29)的底部之間設置有銅墊(31)。
6.按照權利要求4或5所述的超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，其特征是所述高 壓旋轉密封裝置(9)包括安裝在所述旋轉體(20)內孔臺階上的油封(19)，所述油封(19)的 頂端面與所述旋轉體(20)的頂端面平齊，所述油封(19)的頂端面與所述旋轉體(20)的頂 端面上設置有一個下墊圈(22)，所述下墊圈(22)上設置有上墊圈(21)，所述上墊圈(21)與 所述下軸承(16)的外圈相連接，所述換能器中心軸(14)下端的內臺階中設置有自緊彈簧 (17)，所述自緊彈簧(17)的下端設置有密封填料(18)，所述密封填料(18)的下端抵靠在所 述旋轉體(20)上。
7.按照權利要求4或5所述的超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，其特征是所述旋 轉體(20)上設置有旋轉體排泄孔(23)，所述旋轉體排泄孔(23)的上端與所述油封(19)和 所述換能器中心軸(14)的下端之間的空腔相連通，所述旋轉體排泄孔(23)的下端與所述 凹腔(29)相連通，所述超聲波換能器本體(7)上開設有與所述凹腔(29)相連通的換能器本體排泄孔(27)。
8.按照權利要求1所述的超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，其特征是所述微型變 幅頭(15)為外徑遞減的階梯狀圓柱體，相鄰兩段圓柱之間通過圓錐面平滑過渡。
9.按照權利要求1所述的超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，其特征是所述多頭變 幅桿(3)及所述微型變幅頭(15)的材質為鈦合金。
10.按照權利要求1所述的超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，其特征是所述噴嘴 (2)安裝在噴嘴座(1)，所述噴頭殼體(4)、所述噴嘴(2)、所述噴嘴座(1)均采用鈦合金制 成。
專利摘要本實用新型涉及一種超聲波脈沖共振射流旋轉噴頭裝置，包括超聲波換能器及噴頭，超聲波換能器本體內開設有縱向脈沖射流入口，超聲波換能器本體可轉動地安裝在換能器中心軸上，換能器中心軸與超聲波換能器本體之間設置有高壓旋轉密封裝置，換能器中心軸內開設有與脈沖射流入口相連通的軸向高壓水通道，換能器中心軸外設置有超聲波換能振子；噴頭殼體內設置有振蕩腔，噴頭殼體的下端設置有多個噴嘴，振蕩腔內設置有多頭變幅桿，多頭變幅桿上固定連接有多個微型變幅頭。本實用新型采用旋轉式超聲波換能器及噴頭設計，在噴頭殼體內設置有振動腔，在振動腔內設置多頭變幅桿，提高了能量轉換效能，提高了其清洗寬度和面積，大大提高其清洗效率。
文檔編號B08B3/12GK201815431SQ20102056506
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者任保林, 葉喬, 徐合剛 申請人:任保林