申请/专利权人：天津工业大学

申请日：2019-01-15

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN109518310B

主分类号：D01G9/08

分类号：D01G9/08;D01G9/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2019.04.19#实质审查的生效;2019.03.26#公开

摘要：本发明提供了一种异纤分拣机剔除系统喷管板，包括上板和下板；上板上端竖直设有多个喷管，喷管的上端是收缩段，喷管的下端是扩张段，收缩段的入口截面是圆形，扩张段的出口截面是矩形，每个喷管连通上板上相对应设置的气流入口；下板上设有多个气流出口，每个气流入口下端对应连通四个气流出口；同一气流入口对应的四个气流出口外侧均设有矩形凹槽，每个喷管的底端均与矩形凹槽连接，矩形凹槽的面积等于出口截面的面积。本发明解决喷管出口速度不相等的情况，使多个出口速度均达到最佳出口速度，提高异纤剔除率；通过结构优化降低入口压力，使喷管板在更小入口压力条件下仍能达到最佳出口速度，降低能量损耗。

主权项：1.一种异纤分拣机剔除系统喷管板，其特征在于：包括上板1和下板2；所述上板1上端竖直设有多个喷管6，所述喷管6的上端是收缩段，所述喷管6的下端是扩张段，所述收缩段的入口截面是圆形，所述扩张段的出口截面是矩形，每个所述喷管6连通所述上板1上相对应设置的气流入口3；所述下板2上设有多个气流出口5，每个所述气流入口3下端对应连通四个所述气流出口5；同一所述气流入口3对应的四个所述气流出口5外侧均设有矩形凹槽4，每个所述喷管6的底端均与所述矩形凹槽4连接，所述矩形凹槽4的面积等于所述出口截面的面积；所述喷管6的截面转换位置到所述喷管6喉部之间的距离与所述扩张段长度的比值是0％-20％；所述出口截面的宽长比是0.7-1.0。

全文数据：一种异纤分拣机剔除系统喷管板技术领域本发明属于棉花生产设备领域，尤其是涉及一种异纤分拣机剔除系统喷管板。背景技术由于棉花中含有大量毛发、丙纶丝等，如用人工进行挑选会大量浪费人力、财力，所以目前棉花生产行业广泛使用异纤分拣机对异纤进行剔除。异纤分拣机是集光、机、电为一体的新型纺织设备，它可以实时在线检测并清除棉花中所带来的异性纤维，包括丙纶丝、麻绳、动物毛发、布块、塑料片以及被污染的棉花等。目前广泛使用异纤系统结构为高压气体经喷管板喷出气体，喷管板结构多为“一分四”的结构，即每组喷管板有一个入口和四个出口。根据尼古拉兹Nikuradse实验证明，在喷管近壁处，质点受壁面的制约影响，其脉动余地较小，随着离开壁面的距离增大，质点的湍动自由度增大。因此出口喷管的四个喷管两边的出口由于离入口的距离较远，质点的湍动自由度增大，当气流发展到两边的喷管出口处后，湍动能大于中间两个喷管出口，导致喷出的气流过于扁平，流速降低，四个喷管出现了分流不均的情况，即中间喷管出口速度大、两边速度小。经实验验证出口速度从左至右分别为356ms、397ms、397ms、357ms，最佳剔除速度为397ms，入口压力为0.4MPa。由于喷管板结构的不合理，往往会导致喷管出口速度不均匀、速度达不到最佳剔除速度、入口压力较大，降低异纤剔除的准确性，造成过多能量损耗。发明内容有鉴于此，本发明旨在提出一种异纤分拣机剔除系统喷管板，解决喷管出口速度不相等的情况，使多个出口速度均达到最佳出口速度，提高异纤剔除率；通过结构优化降低入口压力，使喷管板在更小入口压力条件下仍能达到最佳出口速度，降低能量损耗。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种异纤分拣机剔除系统喷管板，包括上板和下板；上板上端竖直设有多个喷管，喷管的上端是收缩段，喷管的下端是扩张段，收缩段的入口截面是圆形，扩张段的出口截面是矩形，每个喷管连通上板上相对应设置的气流入口；下板上设有多个气流出口，每个气流入口下端对应连通四个气流出口；同一气流入口对应的四个气流出口外侧均设有矩形凹槽，每个喷管的底端均与矩形凹槽连接，矩形凹槽的面积等于出口截面的面积。进一步的，喷管的截面转换位置到喷管喉部之间的距离与扩张段长度的比值是0％-20％。进一步的，出口截面的宽长比是0.7-1.0。进一步的，喷管共计十二个。进一步的，多个喷管呈直线排列。进一步的，喷管的长度是102.3mm。相对于现有技术，本发明所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板具有以下优势：本发明所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板，解决了喷管出口速度不相等的情况，保证喷管口出口速度均匀，使多个出口速度均达到最佳出口速度，提高异纤剔除率；通过结构优化降低入口压力，使喷管板在更小入口压力条件下仍能达到最佳出口速度，降低能量损耗。附图说明构成本发明的一部分的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：图1为本发明实施例所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板结构示意图；图2为本发明实施例所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板局部放大示意图；图3为本发明实施例所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板上板示意图；图4为本发明实施例所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板下板示意图；图5为本发明实施例所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板喷管左视图；图6为本发明实施例所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板喷管俯视图。附图标记说明：1-上板；2-下板；3-气流入口；4-矩形凹槽；5-气流出口；6-喷管。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。如图1-6所示，一种异纤分拣机剔除系统喷管板，包括上板1和下板2；上板1上端竖直设有多个喷管6，喷管6的上端是收缩段，喷管6的下端是扩张段，收缩段的入口截面是圆形，扩张段的出口截面是矩形，每个喷管6连通上板1上相对应设置的气流入口3；下板2上设有多个气流出口5，每个气流入口3下端对应连通四个气流出口5；同一气流入口3对应的四个气流出口5外侧均设有矩形凹槽4，每个喷管6的底端均与矩形凹槽4连接，矩形凹槽4的面积等于出口截面的面积。原喷管板上板1为竖直圆柱形结构，气流在流经原喷管板上板1时由于圆柱形管道壁面并未发生截面积改变，气流不会因结构而进行加速，导致所需入口压力过大，能量损耗严重，且喷管板出口与入口距离不等，使出口速度各不相等，所以需对喷管板上板1进行改变，由于喷管板内气流与外界无能量交换，可视喷管板内气流流动为一维定常等熵流动，由一维等熵管流动基本方程得到喷管一维定常等熵流动基本方程。当气流速度小于声速时，其气流速度随喷管截面减小而增大，当气流速度到达声速后，气流速度随喷管截面增大而增大。因此必须将喷管板上板1设计截面为截面积先收缩后扩张的结构，即拉瓦尔喷管，由于喷管板下板2上设有矩形凹槽4，为使喷管板上板1与其结合在一起，需将上板1设计为出口截面与矩形凹槽4相同的异型截面拉瓦尔喷管。如图1-6所示，喷管6的截面转换位置到喷管6喉部之间的距离与扩张段长度的比值是0％-20％。由于收缩段的主要作用是使气流均匀加速并提高流场质量，所以截面转换的位置选取在扩张段的某一点上，用数值模拟方法进行验证，验证最佳截面转换位置时以喉部为零点，从喉部至喷管6出口范围内选取五个点作为截面转换起始点，用转换起始点处到喉部距离与整个扩张段长度的比值来描述截面转换位置，分别选取长度比值为0％、10％、20％、30％、40％的五个点，即喉部和距喉部7cm、14cm、21cm、28cm的五个点，通过数值模拟得出喷管6轴线速度、压力和出口速度、压力受截面转换点改变而发生的变化，确定喷管最佳型面转换范围。经过实验对比可知，当截面转换位置在0％～20％时轴线速度均匀增大，在喉部时气流刚好加速至声速，并继续加速，到达出口时刚好达到设计值，喷管6从入口至出口压强逐渐减小，到出口时压强为大气压；出口速度分布更加均匀，气流速度并没有因为起始点转换位置的改变而发生过大的变化，压强的分布状态并没有因为起始点转换位置的改变而发生过大的变化，所以转换位置在0％～20％时可以保证有较好的流场质量，由于考虑到计算简便性、实际加工工艺等因素并结合上述分析结果，本实施例中确定矩形截面转换位置在0％处，即喉部。如图1-6所示，出口截面的宽长比是0.7-1.0。出口截面原则上越接近正方形所得到流场质量越好，本实施例中给定喷管截面转换位置为喉部，出口截面面积不变，对矩形出口截面形状进行改变，用喷管矩形截面出口宽度与长度的比值来描述喷管出口型面变化趋势，分别选取1.0、0.9、0.8、0.7、0.6五个比值，通过数值模拟得出喷管轴线速度、压力和出口速度、压力受出口截面改变而发生变化，确定喷管6最佳出口截面转换范围。经过实验证明，在矩形截面宽长比在0.7-1.0时，出口的流场质量不会发生过大改变，本实施例中矩形凹槽4长宽分别为43mm和34mm，比例在0.8左右，满足长宽比在0.7-1.0时出口流场质量不会受到太大影响的条件。如图1-6所示，喷管6共计十二个。如图1-6所示，多个喷管6呈直线排列。如图1-6所示，喷管6的长度是102.3mm。优化后喷管板各出口速度均达到最佳剔除速度，出口之间速度由相差10％减小到相差0.3％，保证了异纤剔除的准确率，入口压力由0.4MPa减小到0.2MPa，减小了能量损耗。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种异纤分拣机剔除系统喷管板，其特征在于：包括上板1和下板2；所述上板1上端竖直设有多个喷管6，所述喷管6的上端是收缩段，所述喷管6的下端是扩张段，所述收缩段的入口截面是圆形，所述扩张段的出口截面是矩形，每个所述喷管6连通所述上板1上相对应设置的气流入口3；所述下板2上设有多个气流出口5，每个所述气流入口3下端对应连通四个所述气流出口5；同一所述气流入口3对应的四个所述气流出口5外侧均设有矩形凹槽4，每个所述喷管6的底端均与所述矩形凹槽4连接，所述矩形凹槽4的面积等于所述出口截面的面积。2.根据权利要求1所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板，其特征在于：所述喷管6的截面转换位置到所述喷管6喉部之间的距离与所述扩张段长度的比值是0％-20％。3.根据权利要求1所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板，其特征在于：所述出口截面的宽长比是0.7-1.0。4.根据权利要求1所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板，其特征在于：所述喷管6共计十二个。5.根据权利要求1所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板，其特征在于：多个所述喷管6呈直线排列。6.根据权利要求1所述的一种异纤分拣机剔除系统喷管板，其特征在于：所述喷管6的长度是102.3mm。

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