一種多電極靜電噴頭的設(shè)計(jì)

曹國(guó)英 張冬梅

（1.三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 河南三門峽 2.焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 河南焦作）

目前，靜電噴霧技術(shù)已經(jīng)在靜電噴涂、靜電除塵、靜電燃油噴霧、靜電農(nóng)藥噴霧等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中，靜電農(nóng)藥噴霧技術(shù)減少了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染，提高了食品的安全性。靜電噴頭是靜電噴霧裝置的關(guān)鍵部件之一，主要作用是實(shí)現(xiàn)藥液霧化和霧滴荷電，普通靜電噴頭一般采用單電極充電，霧化效果和霧滴覆蓋率雖有所提高，但是充電效果不太理想，霧滴的荷質(zhì)比低，霧滴帶電量少，使得帶電霧滴的飄落方向性差，霧滴穿透能力和覆蓋率低。為了解決現(xiàn)有單電極靜電噴頭的不足，設(shè)計(jì)了一種具有多個(gè)充電電極，能夠提高霧滴荷質(zhì)比的，使帶電霧滴的趨向性好的多電極靜電噴頭。

一、設(shè)計(jì)方案

多電極靜電噴頭采用的技術(shù)方案包括內(nèi)部腔體為圓錐形的噴頭體，包裹在噴頭體外部的噴嘴體，位于噴頭體上噴出口所在端面與噴嘴體之間的噴孔片，噴嘴體外側(cè)壁上套裝有環(huán)狀充電極。噴頭體、噴嘴體和噴孔片均由絕緣材料制成，環(huán)狀充電極為圓柱形筒狀，環(huán)狀充電極的長(zhǎng)度大于噴嘴體的長(zhǎng)度，環(huán)狀充電極的一個(gè)端面與噴頭體上進(jìn)液口所在端的端面平齊，另一個(gè)端面位于噴頭體上出液口所在端的端面外側(cè)；在環(huán)狀充電極位于噴頭體上出液口所在端的端面外側(cè)的端面上設(shè)有一個(gè)網(wǎng)狀充電極；在網(wǎng)狀充電極的圓周邊緣設(shè)置有針狀充電極，環(huán)狀充電極上設(shè)置有插座。

多電極靜電噴頭的主視剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，多電極靜電噴頭的右視結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，環(huán)狀充電極的長(zhǎng)度比噴嘴體的長(zhǎng)度長(zhǎng)5 mm左右。網(wǎng)狀充電極由目數(shù)為120目的不銹鋼網(wǎng)制成。針狀充電極的頭部彎折，針狀充電極呈L形，其數(shù)量為6～10個(gè)，均勻分布在網(wǎng)狀充電極的圓周邊緣，針狀充電極的尾部均與網(wǎng)狀充電極的圓周邊緣固定連接，針狀充電極的頭部均指向噴嘴體的軸線位置。

環(huán)狀充電極、網(wǎng)狀充電極、針狀充電極均由銅合金或不銹鋼材料制成。環(huán)狀充電極的外側(cè)壁、網(wǎng)狀充電極的圓周邊緣外側(cè)和由針狀充電極組成筒狀結(jié)構(gòu)的外側(cè)部上均勻包覆有一層由橡膠或塑料材料制成的絕緣層。

二、技術(shù)效果分析

（1）多電極充電的靜電噴頭結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)過(guò)環(huán)狀充電極、網(wǎng)狀充電極和針狀充電極順序充電的霧滴，帶上與電極相同的電荷，即負(fù)電荷，由于霧滴表面電荷間的排斥作用，同時(shí)受瑞利極限的影響，霧滴繼續(xù)分裂，進(jìn)一步細(xì)化；多電極相當(dāng)于增加了霧滴充電時(shí)間，即有重復(fù)充電的效果，有利于提高霧滴的荷質(zhì)比，霧滴帶電量明顯增加。

圖1 主視剖面結(jié)構(gòu)示意圖

（2）環(huán)狀充電極的長(zhǎng)度比噴嘴的長(zhǎng)度長(zhǎng)5 mm，使得環(huán)狀充電極不與藥液接觸，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)狀充電極時(shí)，剛噴出的霧滴具有較高的速度，不會(huì)產(chǎn)生沉積現(xiàn)象，因此可有效防止電極反向電離現(xiàn)象的產(chǎn)生，具有較好的安全性，此段環(huán)狀充電極的延長(zhǎng)部分過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致霧滴觸碰到環(huán)狀充電極內(nèi)壁，使霧滴噴出量降低，環(huán)狀充電極的延長(zhǎng)部分過(guò)短使得霧滴在此處的充電效果不理想，不利于液滴的破裂。

（3）網(wǎng)狀充電極由目數(shù)為120目的不銹鋼網(wǎng)制成，使得霧滴通過(guò)網(wǎng)狀充電極時(shí)的充電效果和通過(guò)率得到平衡，若網(wǎng)狀充電極所選目數(shù)較小的不銹鋼網(wǎng)會(huì)使得霧滴通過(guò)網(wǎng)狀充電極時(shí)的充電效果不理想，若網(wǎng)狀充電極所選目數(shù)較大的不銹鋼網(wǎng)會(huì)使得霧滴通過(guò)網(wǎng)狀充電極時(shí)的通過(guò)率過(guò)小。

圖2 右視結(jié)構(gòu)示意圖

（4）針狀充電極呈L形，針狀充電極的數(shù)量為6～10個(gè)，均勻分布在網(wǎng)狀充電極的圓周邊緣，若針狀充電極的數(shù)量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致針狀充電極的排布密度過(guò)大，增加霧滴撞擊針狀充電極的幾率，對(duì)帶電霧滴飄落的方向性產(chǎn)生不良影響。

（5）環(huán)狀充電極、網(wǎng)狀充電極、針狀充電極均由銅合金或不銹鋼材料制成，使得本實(shí)用新型提供的多電極充電的靜電噴頭具有良好的導(dǎo)電性，且在噴灑含有水分的物質(zhì)時(shí)不會(huì)發(fā)生銹蝕，能延長(zhǎng)噴頭的使用壽命。

（6）環(huán)狀充電極的外側(cè)壁、網(wǎng)狀充電極的圓周邊緣外側(cè)和由針狀充電極組成筒狀結(jié)構(gòu)的外側(cè)部上均勻包覆有一層由橡膠或塑料材料制成的絕緣層，由于充電電極所帶電壓過(guò)高，絕緣層能將充電電極與外界隔離，避免發(fā)生觸電事故。

三、結(jié)論

結(jié)構(gòu)分析及實(shí)驗(yàn)應(yīng)用表明，多電極靜電噴頭所產(chǎn)生的帶電霧滴的覆蓋率比單電極的靜電噴頭多產(chǎn)生帶電霧滴的覆蓋率提高約30%，產(chǎn)生的霧滴更加細(xì)小，霧滴數(shù)量多分布在直徑50～80 mm，霧化均勻性更好，具有使用安全，充電時(shí)間長(zhǎng)而產(chǎn)生的充電效果理想，霧滴的荷質(zhì)比高，霧滴帶電量多，帶電霧滴的飄落方向性好，霧滴穿透能力強(qiáng)，霧化均勻和覆蓋率高的優(yōu)點(diǎn)。多電極靜電噴頭已獲得國(guó)家實(shí)用新型專利，更適用于靜電噴涂、靜電除塵、靜電燃油噴霧、靜電農(nóng)藥噴霧等設(shè)備，可進(jìn)一步提高此類設(shè)備的產(chǎn)能效益，節(jié)能降耗。