双枪高压无气喷涂机喷嘴结构设计_汤沛

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结
论
以高压无气喷涂机为研究对象， 设计了喷涂机的 喷嘴， 通过 FLUENT 软件对喷嘴内部流场进行分析， 并对喷嘴内部流体的速度进行仿真与模拟 ， 得出喷嘴 速度与射程之间的关系， 分析结果对于高压无气喷涂 机的喷嘴设计提供了一定的参考价值 。 参考文献：
对于一般涂料来说， 输漆管的内径一般选 6 mm 和 9 mm， 但对于高粘度的涂料来说， 则需要需用内径 大的输漆管。喷涂物在输漆管中的压降除了和输漆 管长度有关， 还与输出量和输漆管内径有关， 其具体 关系见式： 4 （ 1） !P = 12 ． 8 × ηLQ / （ πd1 ） Pa·s； L 为输漆管长度， m； Q 为 式中： η 为涂料粘度， mm。 L / min； d1 为输漆管内径， 输出量，
表1载荷及应力值工况条件轴向所受载荷kn径向所受载荷kn后主腿许用应力值mpa耳板许用应力值mpa后主腿最大应力值mpa耳板最大应力值mpa结论起升工况27568206523352063121124合格站立工况99414206523351632216761合格3结语本文对中东石油地区钻机井架的运输装卸搬家作业时存在的工时长工作量大移运不方便运输车次多等问题进行了研究设计出源自种整体搬家的井架0引
言
伴随着科技的进步， 涂装业正朝着机械化、 自动 化和连续化的方向发展， 先前的手工刷涂和滚涂已不 能满足现代工业的要求
［1 ］
述， 一个是高压， 另一个是无气。高压， 即涂料在到达 喷嘴的 时 候， 被 高 压 泵 不 断 加 压 （ 一 般 是 10 ～ 30 MPa） ， 然后再让其从喷嘴喷出； 无气， 即当涂料离开 喷嘴的一刹那， 涂料的速度一般能达到 100 m / s， 涂 料与空气中的粒子产生强烈的碰撞 ， 涂料被破裂成一 个个小的粒子， 在运动的过程中一直被破碎直到速度 为零， 最后粘附在被喷涂物的表面上， 这个过程即雾 ， ， 化 由于这个过程并没有和空气混合 所以称为无气。 高压无气喷涂设备是由七大部分组成 ， 分别是动 力源、 高压泵、 过滤器、 输料管、 喷枪组件、 压力控制器 和装料筒器。如图 1 所示。
Structural Design for Nozzle of the Double －Gun High －Pressure Airless Spraying Machine TANG Pei，MA Ｒu －hong，XIA Ji －sheng，YU Jun －hai
（ College of Automotive Engineering，Yancheng Institute of Technology，Yancheng Jiangsu 224001 ，China） Abstract： In this paper，the working principle and composition of high－pressure airless spraying machine were introduced． The relationship between the pressure drop of the coating in pipe and the pipe length， the output quantity， as well as the internal diameter of the pipe was introduced． A type of nozzle was analyzed through reseach on the high－pressure airless spraying machine． Ｒelationship between speed and range of the nozzle was analyzed based on the FLUＲNT software． The process of calculation and analysis was introduced in detail as well． Thus the analysis would provide theoretical basis for the design of nozzles． Key words： high pressure； airless； sprayer； speed； range
。 高压无气喷涂机具有高
效率、 操作时漆雾少和高喷涂质量的优点， 已在许多 。 领域都得到广泛应用 静电高压无气喷涂机是通过一定的压力将喷涂 物从喷嘴喷出， 当喷涂物喷出的同时被雾化， 漆雾带 上了负电荷， 同时喷嘴与被喷涂物之间形成高压电 ， 场 在静电的作用下， 带电的漆雾通过静电引力沉淀 在被喷涂物表面上， 形成了均匀的涂层。这种技术将 静电喷涂技术和高压无气喷涂技术的两大优点融为 一体， 进一步提高了喷涂质量与效率， 并减少了喷涂 物的浪费。高压无气喷涂应用范围广， 既适宜大面积 ， 、 的施工涂装 以喷涂速度快 喷涂效率高、 喷涂质量好 著称， 也可用于一般涂刷方法难以施工的狭窄部位的 。“无 喷涂， 还可方便地应用于各种自动涂装流水线 气喷涂” 技术的问世补全了“有气喷涂 ” 的一些漏洞， 拓宽了喷涂的领域。
设计与制造
doi： 10． 16576 / j． cnki． 1007－4414． 2016． 03． 033
2016 年第 3 期 （ 第 29 卷， 总第 143 期）
·机械研究与应用·
双枪高压无气喷涂机喷嘴结构设计
汤 夏基胜， 俞俊海 沛， 马如宏，
（ 盐城工学院 汽车工程学院，江苏 盐城 224001 ）
由于高压无气喷涂机能够喷涂大粘度的流体 ， 笔 者选用乳胶漆作为流体来研究， 已知其密度 ρ = 1 500 kg / m3 ， 入口速度是 v = 动力粘度 u = 0． 228 7 Pa · s， 20 m / s。 假设流体是不可压缩， 连续的理想流体， 进 入喷嘴的流体速度是均匀的， 考虑流场的对称性， 计 算域可取全流场的 1 /2 ， 按轴对称进行计算。 计算出雷诺数如下： －4 ρvd = 1 500 × 20 × 4 ． 318 × 10 = Ｒe = 56 ． 64 （ 2 ） 0 ． 2287 μ 故喷嘴内流动层流。 假设乳胶 由于 Ｒe ＜2 300 ， 漆的粘性为常数， 喷嘴内壁光滑， 则流动的控制方程 如下： （ 1 ） 质量守恒方程： ρ + （ ρu） + （ ρv） + （ ρw ） = 0 t x y z
（ 3）
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喷嘴的几何结构
喷嘴作为高压无气喷涂机喷射流体的发生元件 ，
它的作用是将流体从高压泵获得的静压转换为流体 的动压， 并保证流体的良好流动性和动力性能 。通过 研究喷嘴出口处的速度来分析高压无气喷涂机的喷 ［2 ］ 嘴离喷涂物的距离， 即喷嘴的射程 ， 如图 2 为喷嘴 内部结构示意图。
（ 2 ） 动量守恒方程： μ （ ρμμ） + （ ρμv） + （ ρμw ） = （μ ） + x y z x x μ μ p （μ ） + （μ ） － （ 4） y y z z x （ ρv） + （ ρvμ） + （ ρvv） + （ ρvw ） t x y z v v v p = （μ ） + （μ ） + （μ ） － （ 5） y y z z y x x （ ρw ） + （ ρw μ） + （ ρwv） + （ ρww ） t x y z w w w p = （ μ ） + （ μ ） + （ μ ） － （ 6） x y y z z z x kg / m3 ； u、 y和z v、 w 为流速矢量在 x、 式中： ρ 为密度， m / s； p 为流体微元体上的压强， Pa。 方向的分量， 3． 2 FLUENT 模拟喷嘴内部流场分析 （ 1 ） 定义网格单元为 Quad （ 四边形 ） ， 采用结构 ， Submap （ 化网格进行划分 划分方式为 分块 / 区映射 块结构化网格） ，指定网格间距为 0． 05 mm， 计算结 束后， 得到 16 080 个单元。 （ 2 ） 求解器的定义： 压力基隐式求解用来对低速 且不可压缩的流体求解， 因此采用压力基隐式求解。
·机械研究与应用·
图 4 中， 油漆的流速随着射程的增加非线性增 加， 在初始阶段速度增加缓慢， 随着射程距离的增加， 速度迅速提高， 喷嘴处的最大速度是 v = 178 m / s， 可 以满足设计要求。
（ 5 ） 流体的物理特性的设置， 选取材料乳胶漆。 （ 6 ） 边界条件的设置， 首先设置 fluid 流体区域 物质， 选择乳胶漆； 设置入口边界条件， 初始速度为 v = 20 m / s； 出口为压力边界条件。 （ 7 ） 求解参数的设置， 采用压力 － 速度耦合求解 方式。 （ 8 ） 对流场进行初始化， 对入口进行初始化设 = 置， 其初始速度为 v 20 m / s， 压力为 p = 20 MPa。 （ 9 ） 打开残差控制图， 设置每个方程的收敛标准 ［6 ］ － e 4 。 为 （ 10 ） 开始迭代计算， 迭代 600 步， 计算完成。 喷嘴内部的速度分布云图如图 3 所示， 从图中可 以看出内部属于层流运动， 喷嘴内部的速度不断增 加， 当到达出口处时， 速度达到最大。 喷嘴轴线速度 图如图 4 所示。
*
摘
介绍了喷涂物在输漆管中的压降与输漆管长度和输出量 要： 介绍了双枪高压无气喷涂机的的工作原理和组成 ，
和输漆管内径的关系 。基于 FLUＲNT 软件对喷嘴内部的流场进行了数值模拟 ， 详细介绍了计算分析的过程 ， 分析了 该喷嘴速度和射程之间的关系 ， 为喷嘴设计提供了理论依据 。 关键词： 高压； 无气； 喷涂机； 速度； 射程 中图分类号： TH137． 5 文献标志码： A 文章编号： 1007－4414 （ 2016 ） 03－0092－03
表1 喷枪口径与适宜涂料粘度的关系
实例 溶剂、 水 硝基漆、 密封胶 底漆、 油性清漆 油性色漆、 乳胶漆 胶状涂料、 塑溶胶 涂料粘度 很低 低 中等 高 很高
设计与制造 本机以固瑞克 517 喷嘴为研究对象， 并对其结构 进行一些理想化。 其结构如图 2 所示。 其入口直径 D1 = 3 mm， L1 = 5 mm， L2 = 12． 3 mm， 根据 GP． Nikonov
图1
高压无气喷涂设备的组成
1． 柱塞泵 2． 动力源 3． 蓄能器 4． 输漆管 5． 喷枪 6． 涂料容器
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高压无气喷涂机的结构
高压无气喷涂的工作原理要从两个方面进行阐
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收稿日期：2016－05－04 “新型高压无气喷涂技术及设备研究” 基金项目：江苏省科技厅科技支撑项目 资助（ 编号： BY2014108－21 ） 作者简介：汤 沛（ 1981－ ） ， 男， 江苏盐城人， 博士研究生， 研究方向： 机电一体化等领域教学、 科研工作。
图2
喷嘴内部结构示意图
（ 3 ） 粘性模型的设置： 由于喷嘴内部流场流动的 雷诺数小于 2 300 ， 属于层流运动， 故选择 Laminar 层 · 93·
设计与制造
［4－5 ］ 。 流模型 （ 4 ） 操作环境的设置。工作环境压强， 选择喷嘴 出口处的中心点为参考压强， 不考虑重力影响。
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喷枪的结构主要是由枪体、 针阀、 喷嘴和扳机组 成， 其内部通道不含有空气流通， 喷枪轻便易拿、 牢固 可靠， 密封性好。喷枪口径与适宜涂料粘度的关系见 表 1 。由于涂料最后从喷嘴喷出， 对喷嘴的磨损大。 喷嘴一般采用硬质合金制造， 提高其耐磨性。目前喷 嘴的规格种类繁多， 不同喷嘴的口径和喷口形状不 一， 导致涂料的雾化状态、 喷出量和幅宽都不一样。
［3 ］ 提出的喷嘴设计原则 ： 喷嘴的长径比 L3 / d = 2 ～ 4 ， 收缩 则 L3 取 1 mm， 其中 d = 0． 017 in = 0． 431 8 mm， 角 α = 20° 。
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3． 1
喷嘴内部的流场的数值模拟
基本理论与假设
喷嘴孔径 / mm 0． 17 ～ 0． 25 0． 27 ～ 0． 33 0． 27 ～ 0． 3 0． 37 ～ 0． 77 0． 65 ～ 1． 8