具有平衡推力的自调节流体支承高压转动喷嘴制造技术

本发明专利技术公开一种高压旋转喷嘴，具有在固定的外壳(B，C)内操作的转动轴(1)，其中由在轴进口处的流体压力引起的作用在轴上的轴向作用力通过如下方式被平衡：允许流向截头圆锥形室的少量加压流体在轴的外侧和外壳的内侧之间通过，其中流体压力可以轴向地在相反方向上作用在轴上以平衡轴向进口作用力。轴向作用力的平衡通过控制流体通过轴和外壳之间的截头圆锥形区域的流出而被自动调节。这进一步地在两个表面之间提供流体支承，并且允许使用具有喷气孔(16)的可互换的转动喷射头(15)，其可以实质上可以被定向成任何理想的配置，包括喷嘴轴向向前。

【技术实现步骤摘要】
具有平衡推力的自调节流体支承高压转动喷嘴本申请是申请号为200980157707.0的中国专利技术专利申请(申请日：2009年12月23日；专利技术名称：具有平衡推力的自调节流体支承高压转动喷嘴)的分案申请。
本专利技术提供一种用于高压转动喷水喷嘴的简化和可靠结构，其特别适合于其中运行参数可以在1,000psi至40,000psi范围内的、转动速度为1000rpm或更高并且流量在2gpm至50gpm的工业用途。
技术介绍
在这种用途中，用于这种装置的尺寸、结构、成本、耐用性和易于维护性存在许多问题。这种装置的结合长度和直径可能不超过几英寸。更为极端的运行参数和尺寸的大大减少增加了问题。压力、温度和磨损因素影响使用这种装置的耐用性和易于维护性以及随之而来的成本、不便和安全。在这种装置中使用小金属零件和质量差的材料可能导致其恶化或破损以及小的喷射排出孔或类似物的相关故障和干扰。本专利技术通过提供具有数量大大减少的零件的简化结构和其中喷嘴部件上的净操纵力被最小化的设计来解决这些问题。
技术实现思路
本专利技术提供用在约1,000psi至40,000psi的高压(HP)范围的喷嘴，该喷嘴具有到装置的末端处的喷头的“直通”流体路径，其中该喷头优选地能够提供大于半球范围的转动覆盖，包括直接地沿着装置的转动轴线的区域。在典型的喷嘴组件中，源自这种运行压力的内部作用力倾向于产生作用在喷嘴轴上的轴向推力，该推力对应于运行压力和轴的横截面面积。采用机械支承的现有技术装置的示例显示在申请人的在先美国专利No.6,059,202中。这个现有技术装置提供的优势在于，加压工作流体从流体源的进口到喷嘴头可以采取“直通”。然而，在此装置中，转动喷嘴轴通过一系列堆叠轴承克服内部轴向推力而被支撑，在没有增加装置直径的情况下，用多个轴承支撑相对高的推力载荷。在这样的装置中，机械轴承已被用来作为径向轴承和推力轴承，然而这种轴承的尺寸和/或数量主要由对抵制推力的需要决定。通常已经认为可取的是保持喷嘴的任何转动部分的直径小于这个喷嘴的最大直径，从而转动部分和将被清洗的任何表面之间的接触被最小化或消除，从而最大限度地减少对喷嘴的磨损和与喷嘴喷射的转动运动的干扰。其他现有技术装置使用围绕提供流体源的中心管转动的喷嘴。不过由于上述原因，这样的装置虽然能够提供由它们的转动主体覆盖的圆筒形路径，但不能很好地适于提供可以包括非常接近装置的转动轴线的路径和“直通”流体路径两者的转动覆盖(rotatingcoverage)。与这种现有技术装置相比，本专利技术的装置提供非常简单的结构，其也提供直通流体路径，其中还允许工作流体的压力到达并且作用在转动喷嘴轴的相对表面上，从而有效地平衡任何轴向推力。进一步，具有比喷嘴主体小的直径的可拆卸的小喷射头可以附着在喷嘴的引导端处，以提供用于高压流体的改进的覆盖图案(coveragepattern)。这通过提供“流出孔”而实现，以允许加压流体的小部分达到外壳内的室或通道，但是在喷嘴轴的向前部分的外部的外侧，其中流体压力可以以足够的轴向分量作用在喷嘴轴上，从而平衡由内部流体压力产生的作用在喷嘴轴上的相应的轴向分量。这个室或通道通过稍微锥形的截头圆锥形孔与装置的外部连通，锥形的截头圆锥形孔围绕轴的相应的锥形部分，这进一步允许流体在主体和轴之间流动以便于或润滑轴转动。由于锥形形状，外壳和轴之间的间距随着轴的轴向运动而略有变化，并产生“自我平衡”效果，其中，轴上的轴向力保持平衡，并且总有一些流体在轴和外壳之间流动，其有助于减少接触，并且降低这两个组件之间产生的磨损。由于缺乏任何明显的不平衡径向作用力以及在轴和外壳的表面之间流动的流体，可以在不需要机械轴承的情况下构造本专利技术的装置。此外，环形槽或通道围绕轴的进口端设置在所述外壳主体邻接所述轴的进口端部分的内表面中。令人惊讶的是，这个环形通道提高了围绕轴的进口端的流体的流出流动，从而在本质上减少转动引起的旋进对轴的影响，从而提高喷嘴的可操作性。本专利技术的一个目的在于简化小的高压喷嘴的移动部分的配置以降低成本和零部件的数量，以及便于耐磨部件的经济制造和更换。本专利技术的另一个目的是，通过改善支承零件的配置和消除迄今为止用来抵抗由通常涉及的流体压力产生的轴向作用力的机械轴承的使用，来提供可转动的高压喷嘴的改进操作。本专利技术的另一目的是帮助实现小的耐用的、重量轻的细长和小直径的转动式高压喷雾喷嘴组件，其可以方便地装载在喷枪的端部上，并且容易地插入小直径管和类似物，以对直径管和类似物进行清洁，以及可使用在其他结构或大的平面区域上。本专利技术的另一目的是提供转动高压喷嘴，其中对持续维护的需求被最小化。本专利技术的另一目的是提供转动喷嘴，其中由工作流体作用在转动轴上的作用力被平衡以消除对单独的机械推力轴承的需求。本专利技术的另一目的是提供转动喷嘴，当在非常高的压力处和在非常小的直径(如清洗换热器管所需要的那些)中操作时，其是简单的并且机械地可靠的。本专利技术的另一目的是提供转动喷嘴，其中转动轴由工作流体支撑和润滑持，而不需要单独的机械轴承或单独的润滑剂。本专利技术的另一目的是提供转动喷嘴，用于与高压流体一起使用，而在相对转动部件之间不需要紧密的机械密封。本专利技术的进一步目的是提供转动喷嘴，用于与高压流体一起使用，其中不同配置的喷射头能够容易地互换。本专利技术的另一目的是提供一种喷嘴，其具有小的可拆卸喷射头，该喷射头具有比喷嘴主体小的直径，并且其可以在包括向前轴向方向的路径中提供不受限制的喷射。附图说明图1是优选实施例的喷嘴截面，其中锥形调节通道还作为平衡室。图2是可替换实施例的喷嘴的横截面，其中平衡室与锥形调节器通道分开。图3是对应图2的横截面，显示轴位于稍微不同的轴向位置。图4是如图1所示的喷嘴的结构变化的横截面，其中环形槽设置在喷嘴主体的每个支承区域中。图5是按照本专利技术的喷嘴的另一个实施例的截面视图。图6是按照本专利技术的喷嘴的另一个实施例的截面视图。具体实施方式在图2中最清楚可以看出，本专利技术的一个实施例包括简单的三件式转动喷嘴结构。中空圆柱形转动轴A包含在由进口部C和出口部B组成的两个部分外壳或主体中。使用允许装置的装配和拆卸(包括允许轴A容易地插入或移出)的螺纹或其他类似的紧固装置2将外壳部分固定在一起并且密封。进口部C提供用于高压流体的进口3，该高压流体通过由任何适当的装置(最常用的是匹配的螺纹接头)连接到该进口的软管或其他类似的装置供给到该装置。用于每个喷嘴部分的合适材料将具有相当高的强度并且耐磨性，例如，各种高镍不锈钢。青铜管状轴A或青铜主体B可以替换地用来增强耐磨损性。出于任何已知的好处，如润滑或耐磨性，可使用表面处理或电镀。在外壳进口部的相对端处是接收转动轴A的进口端6的圆筒形腔5。外壳和和轴之间的环形界面7的尺寸形成为最小化泄漏，同时仍然允许在流体的微小缓冲的情况下转动轴A。典型地，界面7的间隙将为约0.0025"至0.0005"。为了允许便于轴A和主体部分之间的转动运动的流体层，希望在界面7处存在某种流体通道。界面7处密封的需要的消除降低了提供这种密封的生产费用和复杂性。主体部分B设置有至外面的径向“排水或滴落(weep)”孔8，用于通过界面7或者沿轴A的外部的其他路径的流体的溢出。轴进口10通向腔5，以将流体流直接提供到轴A的中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将高压流体喷射到目标上的喷嘴组件，该组件包括：中空外壳主体；中空管状轴部件，能够在外壳主体内同轴地转动，并且具有位于所述外壳主体内并靠近所述外壳主体的一端的流体进口端，所述轴部件具有靠近外壳主体的用于固定喷头至其上使喷头随所述轴旋转的第二端的出口端，所述轴部件具有中心轴向通道，该中心轴向通道用于将流体从所述进口端通过该中心轴向通道轴向地引导至所述出口端，所述主体具有与所述轴的所述中心通道连通的高压流体进口通道；调节通道，形成在所述外壳主体和所述轴之间，靠近所述轴的所述出口端；和在轴的中心通道和轴部件的外表面的一部分之间连通的通道，其中，其中所述调节通道内的所述流体的压力轴向地作用在所述轴上，以平衡由作用在所述轴的所述进口端上的流体压力施加在所述轴上的轴向作用力，并且，外壳主体具有支撑管状轴部件的进口端的进口支承区域和形成在外壳主体中的在进口支承区域周围的单个环形通道。

【技术特征摘要】
2009.10.12 US 12/577,5711.一种用于将高压流体喷射到目标上的喷嘴组件，该组件包括：中空外壳主体；中空管状轴部件，能够在所述中空外壳主体内同轴地转动，并且具有位于所述中空外壳主体内并靠近所述中空外壳主体的一端的流体进口端，所述中空管状轴部件具有靠近所述中空外壳主体的用于固定喷头至其上使喷头随所述中空管状轴部件旋转的第二端的出口端，所述中空管状轴部件具有中心轴向通道，该中心轴向通道用于将流体从所述进口端通过该中心轴向通道轴向地引导至所述出口端，所述中空外壳主体具有与所述中空管状轴部件的所述中心轴向通道连通的高压流体进口通道；调节通道，形成在所述中空外壳主体和所述中空管状轴部件之间，靠近所述中空管状轴部件的所述出口端；和在轴的中心轴向通道和所述中空管状轴部件的外表面的一部分之间连通的通道，其中，所述调节通道内的所述流体的压力轴向地作用在所述中空管状轴部件上，以平衡由作用在所述中空管状轴部件的所述进口端上的流体压力施加在所述中空管状轴部件上的轴向作用力，并且，所述中空外壳主体具有支撑所述中空管状轴部件的进口端的进口支承区域和形成在所述中空外壳主体中的在进口支承区域周围的单个环形通道。2.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其中，所述调节通道是限定在所述中空管状轴部件和所述中空外壳主体之间的锥形截头圆锥体状间隙。3.根据权利要求2所述的喷嘴组件，其中，所述调节通道的体积能够随着所述中空管状轴部件在所述中空外壳主体内轴向地移动而变化。4.根据权利要求3所述的喷嘴组件，其中，在喷嘴的加压操作过程中，所述中空管状轴部件上的轴向作用力达到平衡，以使在所述中空管状轴部件和所述中空外壳主体之间没有轴向接触。5.根据权利要求4所述的喷嘴组件，其中，在喷嘴的加压操作过程中，所述中空管状轴部件通过所述中空管状轴部件和所述中空外壳主体之间的工作流体的流动而被完全地支撑在所述中空外壳主体内。6.一种用于将高压清洗流体转动地喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯·E·赖特，
申请(专利权)人：石器时代股份公司，
类型：发明
国别省市：美国;US