一種多電極靜電噴頭的設計

曹國英 張冬梅

（1.三門峽職業技術學院機電工程學院 河南三門峽 2.焦作大學機電工程學院 河南焦作）

目前，靜電噴霧技術已經在靜電噴涂、靜電除塵、靜電燃油噴霧、靜電農藥噴霧等領域得到了廣泛應用。其中，靜電農藥噴霧技術減少了農藥對環境的污染，提高了食品的安全性。靜電噴頭是靜電噴霧裝置的關鍵部件之一，主要作用是實現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。為了解決現有單電極靜電噴頭的不足，設計了一種具有多個充電電極，能夠提高霧滴荷質比的，使帶電霧滴的趨向性好的多電極靜電噴頭。

一、設計方案

多電極靜電噴頭采用的技術方案包括內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，噴嘴體外側壁上套裝有環狀充電極。噴頭體、噴嘴體和噴孔片均由絕緣材料制成，環狀充電極為圓柱形筒狀，環狀充電極的長度大于噴嘴體的長度，環狀充電極的一個端面與噴頭體上進液口所在端的端面平齊，另一個端面位于噴頭體上出液口所在端的端面外側；在環狀充電極位于噴頭體上出液口所在端的端面外側的端面上設有一個網狀充電極；在網狀充電極的圓周邊緣設置有針狀充電極，環狀充電極上設置有插座。

多電極靜電噴頭的主視剖面結構示意圖如圖1所示，多電極靜電噴頭的右視結構示意圖如圖2所示，環狀充電極的長度比噴嘴體的長度長5 mm左右。網狀充電極由目數為120目的不銹鋼網制成。針狀充電極的頭部彎折，針狀充電極呈L形，其數量為6～10個，均勻分布在網狀充電極的圓周邊緣，針狀充電極的尾部均與網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。

環狀充電極、網狀充電極、針狀充電極均由銅合金或不銹鋼材料制成。環狀充電極的外側壁、網狀充電極的圓周邊緣外側和由針狀充電極組成筒狀結構的外側部上均勻包覆有一層由橡膠或塑料材料制成的絕緣層。

二、技術效果分析

（1）多電極充電的靜電噴頭結構合理，經過環狀充電極、網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，即負電荷，由于霧滴表面電荷間的排斥作用，同時受瑞利極限的影響，霧滴繼續分裂，進一步細化；多電極相當于增加了霧滴充電時間，即有重復充電的效果，有利于提高霧滴的荷質比，霧滴帶電量明顯增加。

圖1 主視剖面結構示意圖

（2）環狀充電極的長度比噴嘴的長度長5 mm，使得環狀充電極不與藥液接觸，同時通過網狀充電極時，剛噴出的霧滴具有較高的速度，不會產生沉積現象，因此可有效防止電極反向電離現象的產生，具有較好的安全性，此段環狀充電極的延長部分過長會導致霧滴觸碰到環狀充電極內壁，使霧滴噴出量降低，環狀充電極的延長部分過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）網狀充電極由目數為120目的不銹鋼網制成，使得霧滴通過網狀充電極時的充電效果和通過率得到平衡，若網狀充電極所選目數較小的不銹鋼網會使得霧滴通過網狀充電極時的充電效果不理想，若網狀充電極所選目數較大的不銹鋼網會使得霧滴通過網狀充電極時的通過率過小。

圖2 右視結構示意圖

（4）針狀充電極呈L形，針狀充電極的數量為6～10個，均勻分布在網狀充電極的圓周邊緣，若針狀充電極的數量過多會導致針狀充電極的排布密度過大，增加霧滴撞擊針狀充電極的幾率，對帶電霧滴飄落的方向性產生不良影響。

（5）環狀充電極、網狀充電極、針狀充電極均由銅合金或不銹鋼材料制成，使得本實用新型提供的多電極充電的靜電噴頭具有良好的導電性，且在噴灑含有水分的物質時不會發生銹蝕，能延長噴頭的使用壽命。

（6）環狀充電極的外側壁、網狀充電極的圓周邊緣外側和由針狀充電極組成筒狀結構的外側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高，絕緣層能將充電電極與外界隔離，避免發生觸電事故。

三、結論

結構分析及實驗應用表明，多電極靜電噴頭所產生的帶電霧滴的覆蓋率比單電極的靜電噴頭多產生帶電霧滴的覆蓋率提高約30%，產生的霧滴更加細小，霧滴數量多分布在直徑50～80 mm，霧化均勻性更好，具有使用安全，充電時間長而產生的充電效果理想，霧滴的荷質比高，霧滴帶電量多，帶電霧滴的飄落方向性好，霧滴穿透能力強，霧化均勻和覆蓋率高的優點。多電極靜電噴頭已獲得國家實用新型專利，更適用于靜電噴涂、靜電除塵、靜電燃油噴霧、靜電農藥噴霧等設備，可進一步提高此類設備的產能效益，節能降耗。