高压除鳞喷嘴打击力的计算及探讨

高压除鳞喷嘴打击力的计 算及探讨
------四川什邡东润制造有限公司 作者：杨魁文 刘兵隆



1.现今国内外常用的高压除鳞喷嘴的结构 及特点。 2.打击力公式的推导 3.应用公式（10）或（11）计算实例 4.提高除鳞高压喷嘴打击力的探讨
现今国内外常用的高压除鳞喷嘴的 结构及特点。



现今国内外常用的高压除鳞喷嘴的结构及特点。 如图（一）所示： 特点： ①其内部装一整流子，其作用使射流成为稳 流（或层流）状态, 从而提高打击力。 ②喷嘴出口形状近似为椭圆形，从而在高 压下喷出的射流为扇形，射流的任意断面形状 接近于细长的长方形。 ③扇形射流的厚度很薄，其断面的形状也 可近似视为顶角β=1.5°～ 3°的等腰三角形。 如图（二）所示：
为喷嘴的喷射角(扇形角)，一般为2630 40 射流的厚度夹角一般为1 ~ 3
图（三）
S A B
A 2 of其中：of H tg A 2 Htg

2

2
B 2 oe其中：oe H tg B 2 Htg

2

2
S 2 Htg

2
2 Htg

2
4 H tg
2

2
tg

2
............(2)
关于Fs的计算: Fs表示射流作用在打击面上的总打击力 （N）。为了计算此力，则必须计算出喷嘴 出口处的总喷射力（或总打击力）。根据 动量方程式，则喷嘴出口处的总打击力有 如下公式：
W Q V .............(3)
表格
提高除鳞高压喷嘴打击力的探讨


扇形射流的结构及形状取决于喷嘴头的结构及形状。现今 的喷嘴头的结构及形状 如图（五） 19世纪70年代有人研究了小圆孔水射流结构分为四段组成， 如图（四）：初始段、转折段、基本段、消散段。 对于当前国内外应用的高压除鳞喷嘴的扇形射流，我们将 其简化为三段进行研究。即：初始段、基本段、消散段， 如图（五）所示。 由于出口断面形状的不同，与小圆孔射流相比各段的长度 一定不同，射流各断面的形状也不同，从而各段的打击力 也不相同（当然一定是在同参数下进行的比较）这有待于 我们以后的研究与探索。
打击力公式的推导
Fs F ( MP )...........(1) S F 打击力MPa( N / mm2 ) Fs 射流喷射在打击物（或钢板）上总的打击力( N ) S 每个喷嘴的射流喷射到打击物（钢板上）的打击 面积近似长方形abcd如图(三)所示 H 每个喷嘴的射流喷射到打击面的垂直高度(mm)
最终我们的目的是：在满足现场条件下
（如除鳞高度在100～250mm范围内）使 射流的初始段与基本段两段的长度之和不 小于250毫米，这样就保证了在射流的基本 段内进行除鳞，这是最理想的除鳞位置。 那么现今国内外现场所用的高压除鳞喷嘴 的除鳞过程又处在射流的那一段上呢？这 也是我们今后要探讨的课题。我们公司正 在作这方面的研究，不久将来会得出成果。
射角） 度 夹 (度)
（ MP （度） a）
嘴 300 48.5 98 26 3 2.5 2 1.12 1.33 1.72 0.483 0.576 0.734 0.034 0.041 0.052 0.50 0.59 0.75 0.41 0.484 0.62 0.25 0.30 0.378 0.26 0.30 0.39 0.62 0.73 0.94 0.88 1.05 1.35 0.43 0.68 1.06 0.68 0.38 0.32 0.59 0.7 -25.7 -28 -15.7 +7.1 -43.9 -21.9 +5.08 -2.8 -6.6 +18.1 -46 -26.66 +2.63 -8.8 +7.35 +38 -17 -0.094 +27.3 -36.7
180
96.6
200
26
3
测试实例
四川什邡东润有限公司 -----杨魁文 刘兵隆
1
2
3
4
7
6
5
图(一) 高压喷嘴构简图
1--过滤器，2--整流器，3--密封垫圈，4--喷嘴头， 5--固紧螺母，6--喷嘴头座，7--联接体
B-B 2:1
A
α β
B B
α --喷射角，一般为26°、30°、40°。 β --射流厚度夹角约为1°~3°。


从上述分析可知：打击力最大的是在初 始段，其次在基本段。因此我们应该在射流 的基本段内进行除鳞（而不在扩散段）。但 是就现在为止对高压除鳞喷嘴射流的三段还 存在很多的未知数，如：每一段的长短？每 段内的打击力的大小及其分布？又如何人为 的去改变每一段的长度？每一段的分界线又 在何处？等等。有待我们今后用理论计算及 实测逐步完善。
W -- 总打击力（N) Q -- 某一规格的喷嘴流量
(l / min)
1 3 l / min m /s 60000 水的密度一般为（＝1000kg / m3 )
V 射流在喷嘴的出口处的速度（m / s ) kg W 1000 Q m3 m QV kg m 2 V 3 s 60 m 60000 s s
)

( MP ).....(10)
式中：
Q 每一个喷嘴在P压力下的流量（l / min) P 每一个喷嘴出口前的共水压力（kg / cm 2 ) H 喷嘴出口至打击物的垂直距离（或靶距）mm
喷嘴的喷射角（度） - 扇形射流厚度夹角（度）
公式（10）即为当前高压除鳞喷嘴打击力的计 算公式，该公式经过多次、多项、各参数实测。从 而实测值对理论值的合理修正而得出的总推导系数 为0.05 ~0.08该公式的计算误差 5% 从公式中可知提高打击力最有效的措施是减小靶 距（H）,但是H 值的改变在现场受到客观条件的限 制。当然，增加流量或增加压力或减小角都可以增 大打击力。现场应用时，视客观条件而定。 高压喷嘴除鳞时多为喷嘴轴线与垂直平面成 10 ~ 15 倾 角， 因此射流打击在钢板上的垂直打 击力公式变为如下形式：
QV W ( N )...................(4) 60
下一步应计算公式（4）中的V值（速度值） 根据动能公式：

V
2 Pg

(m / s)................(5)
2 2
式中：P - 喷嘴出口前压力kg / cm P 10000kg / m
g 重力加速度9.8m / s
27
3 2.5 2
SGCII807
200
100.1
200
30
3 2.5 2
SGCII807
120
78.8
200
30
3 2.5 2
SGCII727
200
63.6
200
30
3 2.5 2
3 2.5 2
200
39.6
110
26
3 2.5 2
3 2.5 2
SGM806
180
96.9
140
26
3 2.5 2
SGM806
SGCII806T 200 100 150 30 100 23.8 120 30
SGN646
1.29
-14 +3.1 +3.3
SGM767
300
100.45
207
30
3 2.5 2
0.8
-65 -38 -7.9
SGCII568
300
31.18
362
40
3 2.5 2
0.07
SGCII
300
52
150
初始段：特征-速度最大，基本等于出口的速度； 射流厚度逐渐变薄；远离喷嘴一定距离时密集的 流速表面开始破碎为水团，流束的厚度开始逐渐 增大。 基本段：特征-流速表面由于掺混空气而开始破碎， 在表面张力的收缩作用下，流束开始分离为紧密 排列的一股股细流，并且随着远离喷嘴口，每股 细流开始破碎为小水滴；流束衰减较快，从而打 击力也衰减。 扩散段：特征-整个截面全部破碎为水滴，并进一 步破碎为更小的水滴-雾化。由于速度已经很低衰 减反而减缓；此段打击力最小。
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应用公式（10）或（11）计算实例：
(0.05 ~ 0.08)Q P cos H tg
2
F

2
tg

( MPa )........(11)
2
系数0.05~0.08的取用：工作压力在10~15MPa时，取 0.05~0.06,工作压力在15MPa以上则取0.06~0.08； β角的取用，一般β=1.5º ~2.5º ：H≤100,P≤15MPa时， β取1.5，H>100，P>15MPa时，β取2.5。
式中：k3 整流系数，经实测k3 1.2 ~ 1.4取1.3
k4 面积系数，经实测k4 0.85
整流测试实例
代入（9）中整理得
F 0.122 1.3Q P 0.85 4 H tg
2

2
tg

2
cm
2

(0.05 ~ 0.08) Q( l H tg
2

2
min tg
) P(kg 2
误 差 %
[注]
2.5 2 SGM806 180 96.6 150 26 3 2.5 2 SGCII887 180 161.94 259 30 3 2.5 2 SGCII887 180 161.94 186 30 3 2.5 2 SGCII887 180 161.94 227 30 3 2.5 2 180 122 140 35 3 2.5 2 240 113 120 26 3 2.5 2 240 113 120 30 3 2.5 2 0.52 0.66 0.76 0.92 1.48 0.356 0.427 0.548 0.69 0.83 1.06 0.38 0.55 0.715 0.81 0.97 1.25 1.61 1.94 2.48 1.38 1.66 2.13 0.06 0.0716 0.0918 0.74 0.88 1.14 0.78 -5.1 +12.8 +78 0.11 2.4 1.24 0.43 -11.6 +27 0.63 +9.78 0.33 0.98 -23.5 -2.9 -22 -6.1 +55 +7.87
0.7 0.75 0.233Q P 0.122Q P ..........(8)
式中：k1 射流运行到打击面处的流速衰减系数约为0.7
k2 射流运行到打击面处流量的损失系数约为0.75
将（2）（8）两式代入（1）可得
Fs k3 0.122 Q P F .................(9) S 2 k 4 4 H tg tg 2 2
图(二)射流形状简图
α
β
c b
O b
B
A
a
图(三)
H
喷头
射流 α
β
图(五)射流结构简图（高压除鳞喷嘴）
扩散段
基本段
初始段
D
数 值 喷
项 目
P
（喷嘴 入口压 力 ） (kg/cm2)
Q
(L/min)
H
距 ） (mm)
α
（喷
β
（ 厚 角）
用公式 计算的 打击力
已有的 打击力 （ MPa ）
（流量） （ 靶
2 3
水的重率（比重） kg / m 1000
V理＝
kg 2 10000 P
m kg 1000 3 m
2
9.8 m 2
s
2
196 P m
s
2
14 P(m / s ) ............(6)
(6)代（4）得出
14Q P W 0.233Q P .........(7) 60 Fs k1k 2W k1k 2 0.233Q p