一种可调节狭缝射流喷嘴
技术领域
本发明属于金属板带材热处理领域，涉及一种可调节狭缝射流喷嘴。
背景技术
热处理是改善金属板带材综合性能的关键工艺，尤其在提升其强韧性、耐蚀性、抗磨性、高温性能、疲劳性能、加工性能等方面作用明显。采用热处理的金属板带材种类较多(如普碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金、高温合金等)，规格跨度大(厚度2～300mm，宽度800～5000mm)，热处理工艺复杂(如正火、回火、固溶、淬火、控制冷却、弱水冷等)。冷却是金属板带材重要热处理工艺环节，通过设计并控制不同的冷速和冷却路径，可显著改善金属板带材微观组织，获得更优异的性能。
冷却工艺中，冷速、冷却均匀性是重要的技术参数，直接影响金属板带材热处理相变、固溶、析出等金属学过程，决定其最终性能和板形。金属板带材热处理冷却时，高温板带材壁面与冷却介质接触，基于不同的冷却喷嘴类型，形成单相强制射流换热、池内沸腾换热、气液混合换热等多种换热形式。其中，单相强制射流换热效率高、均匀性好、冷速调控范围大、可控性强，逐渐成为首选的热处理冷却换热形式。
狭缝射流喷嘴是实现高温金属板带材壁面单相强制射流的主要喷嘴类型之一，该喷嘴出水口呈狭长缝隙形状，一定压力、流量的冷却介质由多个进水口进入多层阻尼箱体，均流后由狭长缝隙以一定角度倾斜射流至高温金属板带材上下壁面。狭缝射流喷嘴具有如下优点：①冷却介质连续射流，金属板带材壁面无冷却软点，冷却均匀性好；②冷却能力强，壁面热流密度约为传统圆孔射流的2倍以上、约为池内沸腾换热的4～5倍以上；③冷速调整范围大，可实现高温金属板带材1～300℃/s大冷速范围无级调整。
尽管狭缝射流喷嘴在高冷速、高冷却均匀性方面具有优势，但使用过程中存在如下问题：①喷嘴结构复杂、机械精度要求高，由于缺乏有效的调整机构，喷嘴高度、水平度、平行度、射流角度、缝隙宽度等主要机械参数精调困难，调整和优化流程繁琐，费时费力；②随着喷嘴宽度加宽(增至5m及以上)，喷嘴宽向机械强度有待提高，壁面喷嘴宽向变形，影响冷却均匀性；③狭缝宽度小(1.5～3.0mm)，易发生堵塞，产生射流断点，由于喷嘴结构复杂，堵塞后拆卸疏通困难。上述问题限制了狭缝射流喷嘴的使用和维护。
现有专利中，中国专利申请(公开号CN2669993Y)公开了一种用于金属板带冷却的平面射流喷嘴，由气体射流狭缝产生气体射流、由液体射流狭缝产生液体射流，以一定角度合成复合射流由工作狭缝喷出，获得所需的平面射流冷却水水幕或平面气雾化射流型的冷却水雾，冷却金属板带。该实用新型发明内容为混合喷嘴结构，冷却介质、喷嘴形式、发明内容等与本发明无关。
中国专利申请(公开号CN108180816A)公开了一种快速测量淬火机缝隙喷嘴的方法，借助涂抹红色润滑油的方木观察缝隙喷嘴射流痕迹，测量缝隙喷嘴射流角度。该方法受水流波动、痕迹误差、方木位置误差等影响，调整精度受限。本发明设计角度盘，通过机械角度测量直接获得射流角度，参数获得直接、调整方便、精度高，与该发明差别较大。
中国专利申请(公开号CN205115546U)公开了一种调质缝隙喷嘴的专用工具，用于定位缝隙喷嘴。该工具只具备测量功能，不能完成机械参数调整功能，与本发明一种可调节狭缝射流喷嘴无关。
发明内容
针对现有金属板带材冷却热处理狭缝射流喷嘴机械参数调整困难、精度低、超宽喷嘴宽向易挠曲变形等问题，本发明提供一种可调节狭缝射流喷嘴，该喷嘴能实现喷嘴高度、水平度、平行度、射流角度、缝隙宽度等主要机械参数精确、快速、便捷调节，同时提高喷嘴宽向整体抗变形能力，满足金属板带材高精度冷却热处理工艺和高平直度板形控制需要。
本发明的技术方案是：
一种可调节狭缝射流喷嘴，包括入水装置4、均流集水箱6、缝隙调整装置8和调整机构16；所述狭缝射流喷嘴的宽度1500～5000mm，瞬时喷水流量200～1000m3/h，喷水压力0.5～1.2MPa。
所述的入水装置4包括入水接头5和加固肋板25。所述入水接头5一端与均流集水箱6连接、另一端与供水管路金属软管3连接；入水接头5共4～8个，各入水接头5等间距均匀排列，入水接头5的管径范围DN65～DN150，依据狭缝射流喷嘴宽度设计。所述加固肋板25为长方形，其固定在各入水接头5之间，防止狭缝射流喷嘴宽向挠曲变形。
所述的均流集水箱6为长方体均流箱体，其下部连接入水接头5，上部为梯形斜面，用于安装缝隙调整装置。均流集水箱6内设有多层均流阻尼装置，进一步实现均流；均流集水箱6顶端设有上护板7；均流集水箱6两侧面设有翅片结构26，用于加固结构、防止箱体变形，同时增大散热面积，防止高温金属板带材炙烤时，狭缝射流喷嘴温度过高。
所述的缝隙调整装置8包括调整板9、缝隙调整机构和排污机构14。所述调整板9通过紧固螺栓11固定在均流集水箱6的梯形斜面上；调整板9上侧面与上护板7间形成喷水缝隙10，一定流量、压力的冷却水从喷水缝隙10中射流喷出。所述缝隙调整机构包括张开调整螺栓12和紧缩调整螺栓13，张开调整螺栓12和紧缩调整螺栓13安装在调整板9和均流集水箱6的镶嵌凹槽内，通过调节张开调整螺栓12扩大喷水缝隙10，通过调节紧缩调整螺栓13缩小喷水缝隙10，喷水缝隙10调整范围为1.5～3.0mm。所述排污机构14位于缝隙调整装置8两端，排污机构14设有与调整板9处于同一平面的挡水板15，挡水板15与调整板9通过楔形接口重叠连接，拆卸挡水板15上的紧固螺栓可以实现均流集水箱腔体内外联通，便于均流集水箱腔体内和喷水缝隙内杂物快速清除。
所述的调整机构16共两个，分别安装在均流集水箱6两侧，与均流集水箱6通过圆轴21连接。调整机构16固定在支撑座18上，包括喷嘴高度调整机构、喷嘴横向调整机构和喷嘴角度调整机构。所述喷嘴高度调整机构包括垂直调整螺栓17，通过旋拧垂直调整螺栓17调节调整机构16的底板与支撑座18的间隙，实现狭缝射流喷嘴高度调节，调节范围为0～20mm。所述喷嘴横向调整机构包括调整挡块19，调整挡块19与圆轴21包裹连接，水平调整螺栓A20设于调整挡块19两侧，通过旋拧水平调整螺栓A20实现狭缝射流喷嘴横向位置调节，调整范围为-20～20mm。所述喷嘴角度调整机构包括定向机构22、定向连接柄23和指示盘24；指示盘24设于调整机构16上部，定向机构22设于调整机构16底板上，定向机构22中部通过定向连接柄23与圆轴21端部连接，通过旋拧定向机构22两侧的水平调整螺栓B27实现定向连接柄23左右圆弧摆动，从而带动圆轴21转动，实现狭缝射流喷嘴射流角度调整，射流角度值在指示盘24上显示；狭缝射流喷嘴初始射流角度为25°，角度调整范围为-10°～10°。
本发明的有益效果是：
(1)狭缝射流喷嘴缝隙调整装置设计张开、紧缩调整螺栓，直接调节调整板与均流集水箱上护板间的缝隙，即射流喷水缝隙；调节精度高，调整时间由3小时缩短至1小时以内；多组调整机构沿狭缝射流喷嘴缝隙调整装置调整板长度方向等距排列，动态实时调整，防止调整板回弹板形，缝隙调整精度由±0.2mm提升至±0.04mm。
(2)狭缝射流喷嘴调整机构直接与狭缝射流喷嘴输出圆轴连接，通过不同的调整功能精调狭缝射流喷嘴高度、水平度、平行度、射流角度，仅需旋拧螺栓即可实现主要机械参数精确调节，方便可靠、调节精度高，调整时间由5～6小时缩短至30分钟。
(3)狭缝射流喷嘴入水装置采用多入水接头设计，供水分流进入均流集水箱，通过均流集水箱内多重阻尼-均流结构二次均流，有效提高狭缝射流喷嘴缝隙宽向流量均匀性。
(4)狭缝射流喷嘴均流集水箱箱体外侧面设计翅片结构、入水装置入水接头间设计长方形加固肋板，有效防止狭缝射流喷嘴宽向挠曲变形，提高喷嘴使用精度和使用寿命。
上述设计可显著提高狭缝射流喷嘴主要机械参数调整精度，大幅缩短调整时间，有效提高喷嘴冷却均匀性和使用寿命。
附图说明
图1是本发明中的可调节狭缝射流喷嘴结构示意图。
图2是本发明可调节狭缝射流喷嘴中缝隙调整装置的结构示意图。
图3是本发明可调节狭缝射流喷嘴中调整机构的结构示意图。
图4是本发明可调节狭缝射流喷嘴的侧剖图。
图中：1狭缝射流喷嘴；2金属板带材；3金属软管；4入水装置；5入水接头；6均流集水箱；7上护板；8缝隙调整装置；9调整板；10喷水缝隙；11紧固螺栓；12张开调整螺栓；13紧缩调整螺栓；14排污机构；15挡水板；16调整机构；17垂直调整螺栓；18支撑座；19调整挡块；20水平调整螺栓A；21圆轴；22定向机构；23定向连接柄；24指示盘；25加固肋板；26翅片结构；27水平调整螺栓B。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
下面结合图1对本发明所述可调节狭缝射流喷嘴的喷水冷却、喷水缝隙调整、清污排渣、高度调整、水平度调整、平行度调整及射流角度调整方法进行描述。
本实施例中，以宽度5000mm、瞬时最大喷水流量1000m3/h、喷水压力1.0MPa的可调节狭缝射流下喷嘴为例，阐述本发明具体实施方案：
如图1所示，狭缝射流喷嘴1喷水冷却金属板带材2时，最大喷水流量为1000m3/h、最大喷水压力为1.0Mpa的冷却水由狭缝射流喷嘴1下部的8个金属软管3进入入水装置4的入水接头5，经均流集水箱6，由均流集水箱6顶端的上护板7与调整板9间形成的喷水缝隙10射流喷出，冷却高温金属板带材2下表面。
狭缝射流喷嘴1不喷水冷却金属板带材2时，可以进行狭缝射流喷嘴1高度、水平度、平行度、射流角度、喷水缝隙调整，也可进行均流集水箱6和喷水缝隙10清污排渣工作。
喷水缝隙10的调整通过缝隙调整装置8实现，首先松开调整板9上的紧固螺栓11，通过调节张开调整螺栓12扩大喷水缝隙10，通过调节紧缩调整螺栓13缩小喷水缝隙10，喷水缝隙10通过塞尺测量，调整范围为1.5～3.0mm，同一喷水缝隙10的调整精度≤±0.04mm；喷水缝隙10调整好后，拧紧调整板9上的紧固螺栓11，从而固定喷水缝隙10。
均流集水箱6和喷水缝隙10的清污工作通过排污机构14实现，依次拆卸排污机构14上的紧固螺栓11和挡水板15，开启狭缝射流喷嘴1实现喷水，喷水流量100～300m3/h、喷水压力0.2～0.8MPa冷却水由挡水板15拆卸下后与均流集水箱6腔体内外联通的方孔喷出，实现清污排渣的功能，清理结束后依次安装挡水板15和挡水板15上的紧固螺栓11。
狭缝射流喷嘴1的高度、水平度、平行度及射流角度调节由调整机构16实现：通过调节垂直调整螺栓17调节调整机构16底板与下部支撑座18间隙，实现狭缝射流喷嘴1高度调节，高度调节范围0～20mm；通过调节调整机构16两侧的垂直调整螺栓17，配合水平尺实现狭缝射流喷嘴1水平度调节，狭缝射流喷嘴1两侧水平高差≤±0.1mm；通过调节调整挡块19两侧水平调整螺栓A20实现狭缝射流喷嘴1前后串动，实现狭缝射流喷嘴1平行度调节，狭缝射流喷嘴1两侧平行度偏差≤±0.1mm；通过调节定向机构22两侧的水平调整螺栓B27，使定向连接柄23左右圆弧摆动，从而带动圆轴21及狭缝射流喷嘴1轴向转动，实现射流角度调节，调节范围为-10°～10°，狭缝射流喷嘴1的射流角度通过指示盘24显示。
狭缝射流喷嘴1长时间空过正火金属板带材2时，为防止高温金属板带材2炙烤狭缝射流喷嘴1发生变形，采取如下设计或措施：狭缝射流喷嘴1内通入喷水流量50～200m3/h、喷水压力0.2～0.5Mpa的冷却水；入水接头5间设计长方形加固肋板25，防止狭缝射流喷嘴1宽向挠曲变形；均流集水箱6外侧面设计翅片结构26，一方面加固箱体结构、防止箱体变形，另一方面增大散热面积，防止高温金属板带材炙烤时，狭缝射流喷嘴温度过高。
结果表明，本发明有效解决了狭缝射流喷嘴高度、水平度、平行度、射流角度、喷水缝隙等主要机械参数调整精度低、精调效率低的问题，显著提升了狭缝射流喷嘴冷却均匀性和金属板带材淬火板形，同时提升了狭缝射流喷嘴抗变形能力，提高了使用寿命。
