封装内置式超声振动辅助的水射流喷头的制作方法

1.本发明涉及隧道掘进装置领域，具体涉及一种封装内置式超声振动辅助的水射流喷头。


背景技术：

2.现有的水射流喷头包括支架平台，支架平台上放置磨料搅拌箱，磨料搅拌箱的出口与磨料输送管连接，磨料输送端的端部连接喷嘴，磨料输送管上设有隔膜式计量泵和蓄能器，磨料输送管靠近喷嘴处设有第一超声振动装置。
3.现有技术中是将磨料输送管靠近喷嘴处设有第一超声振动装置，该超声振动装置是设置在管道外部，对于破岩效率的提升并不明显。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种封装内置式超声振动辅助的水射流喷头，以达到提高破岩效率的目的。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种封装内置式超声振动辅助的水射流喷头，包括：壳体，具有内腔；密封罩安装板，固定在内腔中并垂直于内腔中流体的流动方向设置；振子密封罩，呈筒状结构，振子密封罩固定在密封罩安装板处；振子安装板，固定在内腔中并位于密封罩安装板的上方，且振子安装板与密封罩安装板抵接；超声振子，固定在振子安装板处并位于振子密封罩中，超声振子能够向内腔中的流体发射超声波；控制组件，置于壳体外部并与超声振子电连接。
6.进一步地，振子密封罩内部设置有绝缘油，超声振子置于绝缘油中。
7.进一步地，内腔中设置有高压水腔体传感器。
8.进一步地，振子密封罩内设置有振子密封腔传感器。
9.进一步地，超声振子包括：压电陶瓷换能器，与振子安装板的一侧端面固定连接；变幅杆，截面呈楔形状结构，变幅杆的大径端与压电陶瓷换能器连接，变幅杆的小径端能够穿过振子密封罩并置于内腔中。
10.进一步地，封装内置式超声振动辅助的水射流喷头还包括水波增强罩，与变幅杆的小径端固定连接。
11.进一步地，壳体包括：喷头体，具有轴向设置的射流孔，且射流孔与内腔的出口连接；振子安装体，与喷头体远离射流孔的一端固定连接，振子安装板和密封罩安装板均固定在振子安装体的内壁。
12.进一步地，振子安装体的内壁具有台阶面，台阶面的上方内壁面为内螺纹段，振子安装板和密封罩安装板均卡接于台阶面处，封装内置式超声振动辅助的水射流喷头还包括压环，与内螺纹段配合连接并能够将振子安装板和密封罩安装板压紧于台阶面上。
13.进一步地，振子安装体上设置有第一导线通道，超声振子还包括导线，一端与压电陶瓷换能器电连接，导线的另一端能够穿过第一导线通道并与外部供电组件以及控制组件
电连接。
14.进一步地，第一导线通道的内侧端口设置有用于密封的电线密封压头和密封塑料。
15.本发明的有益效果是，超声振子置于振子密封罩中并与内腔隔离，超声振子本身完全不受高压水的影响，同时超声振子能够提供主动振动能，可以将高压水转换成具有超声波动的高速射流，从而达到提高破岩效率的目的。
附图说明
16.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
17.图1为本发明实施例的结构示意图；
18.图2为压环的剖视结构示意图；
19.图3为图2的俯视结构示意图；
20.图4为振子安装板的剖视结构示意图；
21.图5为图4的俯视结构示意图；
22.图6为水波增强罩的结构示意图；
23.图7为图6的俯视结构示意图；
24.图8为密封罩安装板的结构示意图；
25.图9为图8的俯视结构示意图。
26.图中附图标记：1、水波增强罩；2、第三密封组件；3、振子密封罩；4、单向阀；5、封盖；7、密封罩安装板；8、振子安装板；9、压环；10、振子安装体；11、高压水输入接头；12、第一密封组件；13、第四密封组件；14、密封塑料；15、电线密封压头；16、第一导线通道；17、第二导线通道；18、第二密封组件；19、绝缘油；20、振子密封腔传感器；21、传感器安装孔；22、高压水腔体传感器；23、喷头体；24、射流孔；61、变幅杆；62、压电陶瓷换能器。
具体实施方式
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
28.如图1至图9所示，本发明实施例提供了一种封装内置式超声振动辅助的水射流喷头，包括壳体、密封罩安装板7、振子密封罩3、振子安装板8、超声振子和控制组件。壳体具有内腔；密封罩安装板7固定在内腔中并垂直于内腔中流体的流动方向设置；振子密封罩3呈筒状结构，振子密封罩3固定在密封罩安装板7处；振子安装板8固定在内腔中并位于密封罩安装板7的上方，且振子安装板8与密封罩安装板7抵接；超声振子固定在振子安装板8处并位于振子密封罩3中，超声振子能够向内腔中的流体发射超声波；控制组件置于壳体外部并与超声振子电连接。
29.超声振子置于振子密封罩3中并与内腔隔离，超声振子本身完全不受高压水的影响，同时超声振子能够提供主动振动能，可以将高压水转换成具有超声波动的高速射流，从而达到提高破岩效率的目的。
30.如图1所示，本实施例中振子密封罩3内部设置有绝缘油19，超声振子置于绝缘油
19中。上述超声振子完全置于绝缘油19中并通过绝缘油19与振子密封罩3将热量散至内腔中的高压水中，实现降温的作用。本实施例可以选用导热效果比高压水更好的绝缘油19，以提高整体装置的散热效果。
31.需要说明的是，振子密封罩3的侧壁开设有注入孔，该注入孔内设置有单向阀4，用于向振子密封罩3内注入绝缘油19，该注入孔远离单向阀4的一端设置有封盖5，以实现整体密封的作用。
32.优选地，内腔中设置有高压水腔体传感器22。振子密封罩3内设置有振子密封腔传感器20。通过高压水腔体传感器22和振子密封腔传感器20可以实时监控本实施例的工作环境并传输至控制组件，控制组件根据工况实时调整绝缘油及高压水的压力，使之破碎岩石或混凝土等脆性材料的效果达到最好状态。
33.如图1所示，超声振子包括压电陶瓷换能器62和变幅杆61。压电陶瓷换能器62与振子安装板8的一侧端面固定连接；变幅杆61的截面呈楔形状结构，变幅杆61的大径端与压电陶瓷换能器62连接，变幅杆61的小径端能够穿过振子密封罩3并置于内腔中。
34.本实施例中压电陶瓷换能器62和变幅杆61可以将超声振动转化为超声射流，该超声振子的转化效率简单高效，可较大程度的将超声振子的输出功率转化为高振幅的超声射流脉冲能。
35.优选地，压电陶瓷换能器62和变幅杆61采用中空的结构，从而可以提高放大系数，又可高效地将超声振子的输出功率转化为高振幅的超声射流的脉冲能。
36.如图1所示，本实施例中的变幅杆61的小径端穿过振子密封罩3并置于其外部，在变幅杆61与振子密封罩3之间设置有第三密封组件2，以增加其密封性能。
37.本实施例还包括水波增强罩1，与变幅杆61的小径端固定连接。水波增强罩1结构如图6和图7所示，其截面呈碗状结构，且开口直径大于封闭端直径，该水波增强罩1用于将超声振子的超声振动增幅，以形成高振幅的超声射流脉冲能。
38.壳体包括喷头体23和振子安装体10。喷头体23具有轴向设置的射流孔24，且射流孔24与内腔的出口连接；振子安装体10与喷头体23远离射流孔24的一端固定连接，振子安装板8和密封罩安装板7均固定在振子安装体10的内壁。
39.本实施例中振子安装板8沿垂直于高压水流动方向设置，即图1中垂直于箭头方向(高压水流动方向)设置。上述超声振子固定设置在振子安装板8的中部并朝向射流孔24。
40.振子安装体10的内壁具有台阶面，台阶面的上方内壁面为内螺纹段，振子安装板8和密封罩安装板7均卡接于台阶面处，封装内置式超声振动辅助的水射流喷头还包括压环9，与内螺纹段配合连接并能够将振子安装板8和密封罩安装板7压紧于台阶面上。
41.本实施例中振子安装板8集中安装超声振子及其配套元器件，密封罩安装板7集中安装振子密封罩3，然后再将上述集成部件接入喷头体23，从而能够降低生产与安装的难度，便于后期维修。
42.需要说明的是，密封罩安装板7与振子安装板8之间设置有第四密封组件13。
43.具体地，通过螺栓连接的方式将超声振子安装在振子安装板8上，振子安装板8安装到振子安装体10上的台阶面上，压环9与振子安装体10之间采用螺纹配合的方式压紧固定振子安装板8。
44.振子安装体10上设置有第一导线通道16，超声振子还包括导线，一端与压电陶瓷
换能器62电连接，导线的另一端能够穿过第一导线通道16并与外部供电组件以及控制组件电连接。对应的，振子密封罩3上也设置有第一配合通道，以供导线穿过并连接压电陶瓷换能器62。
45.进一步地，振子密封罩3侧壁设置有安装槽，该安装槽用于安装振子密封腔传感器20，对应的，振子安装体10上设置有第二导线通道17，用于将连接振子密封腔传感器20的导线与外部供电装置及控制组件连接。
46.需要说明的是，喷头体23上上设置有用于安装高压水腔体传感器22的传感器安装孔21，该高压水腔体传感器22置于传感器安装孔21内并与内腔中的高压水接触，高压水腔体传感器22的导线通过传感器安装孔21导出至外部供电装置及控制组件处。
47.如图1所示，第一导线通道16、第二导线通道17和安装槽的内侧端口均设置有用于密封的电线密封压头15和密封塑料14。
48.导线接通对应的电器元件后，从电线密封压头15和密封塑料14中穿出，电线密封压头15压紧密封塑料14，密封塑料14在预紧力作用下内孔变小而挤压导线，达到密封的目的，并且压力越大密封效果越好。
49.控制组件置于壳体的外部，控制组件发出的高频信号通过导线控制驱动压电陶瓷换能器62产生超声振动经变幅杆61放大振幅，通过水波增强罩1将定向地大振幅振动转换成波幅较大的高压水压力波，经喷头体23的射流孔24转化为超声射流。超声波能够提高高压水射流的切割、破碎能力，进而达到提高破岩效率的目的。
50.其中，需要说明的是，本实施例中主动振动元件少，仅有超声振子为主动振动元件，其他元器件仅是被动振动，便于其他元器件优化设计，提高装置的可靠性。
51.如图1所示，本实施例还包括高压水输入接头11，设置在振子安装体10远离喷头体23的一端。设置高压水输入接头11可以通过该结构向内腔中注入高压水，以供射流使用。
52.优选地，高压水输入接头11与振子安装体10通过螺纹配合的方式锁紧固定，在高压水输入接头11上设置有凹槽，凹槽内放置的第一密封组件12与振子安装体10的配合面相互挤压起到密封的作用；振子安装体10与喷头体23通过螺纹配合的方式锁紧固定，在振子安装体10上设置有凹槽，凹槽内放置的第二密封组件18与喷头体23的配合面相互挤压起到密封的作用。
53.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：超声振子置于振子密封罩3中并与内腔隔离，超声振子本身完全不受高压水的影响，同时超声振子能够提供主动振动能，可以将高压水转换成具有超声波动的高速射流，从而达到提高破岩效率的目的。
54.以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。