一种多电极静电喷头的设计

曹国英 张冬梅

（1.三门峡职业技术学院机电工程学院 河南三门峡 2.焦作大学机电工程学院 河南焦作）

目前，静电喷雾技术已经在静电喷涂、静电除尘、静电燃油喷雾、静电农药喷雾等领域得到了广泛应用。其中，静电农药喷雾技术减少了农药对环境的污染，提高了食品的安全性。静电喷头是静电喷雾装置的关键部件之一，主要作用是实现药液雾化和雾滴荷电，普通静电喷头一般采用单电极充电，雾化效果和雾滴覆盖率虽有所提高，但是充电效果不太理想，雾滴的荷质比低，雾滴带电量少，使得带电雾滴的飘落方向性差，雾滴穿透能力和覆盖率低。为了解决现有单电极静电喷头的不足，设计了一种具有多个充电电极，能够提高雾滴荷质比的，使带电雾滴的趋向性好的多电极静电喷头。

一、设计方案

多电极静电喷头采用的技术方案包括内部腔体为圆锥形的喷头体，包裹在喷头体外部的喷嘴体，位于喷头体上喷出口所在端面与喷嘴体之间的喷孔片，喷嘴体外侧壁上套装有环状充电极。喷头体、喷嘴体和喷孔片均由绝缘材料制成，环状充电极为圆柱形筒状，环状充电极的长度大于喷嘴体的长度，环状充电极的一个端面与喷头体上进液口所在端的端面平齐，另一个端面位于喷头体上出液口所在端的端面外侧；在环状充电极位于喷头体上出液口所在端的端面外侧的端面上设有一个网状充电极；在网状充电极的圆周边缘设置有针状充电极，环状充电极上设置有插座。

多电极静电喷头的主视剖面结构示意图如图1所示，多电极静电喷头的右视结构示意图如图2所示，环状充电极的长度比喷嘴体的长度长5 mm左右。网状充电极由目数为120目的不锈钢网制成。针状充电极的头部弯折，针状充电极呈L形，其数量为6～10个，均匀分布在网状充电极的圆周边缘，针状充电极的尾部均与网状充电极的圆周边缘固定连接，针状充电极的头部均指向喷嘴体的轴线位置。

环状充电极、网状充电极、针状充电极均由铜合金或不锈钢材料制成。环状充电极的外侧壁、网状充电极的圆周边缘外侧和由针状充电极组成筒状结构的外侧部上均匀包覆有一层由橡胶或塑料材料制成的绝缘层。

二、技术效果分析

（1）多电极充电的静电喷头结构合理，经过环状充电极、网状充电极和针状充电极顺序充电的雾滴，带上与电极相同的电荷，即负电荷，由于雾滴表面电荷间的排斥作用，同时受瑞利极限的影响，雾滴继续分裂，进一步细化；多电极相当于增加了雾滴充电时间，即有重复充电的效果，有利于提高雾滴的荷质比，雾滴带电量明显增加。

图1 主视剖面结构示意图

（2）环状充电极的长度比喷嘴的长度长5 mm，使得环状充电极不与药液接触，同时通过网状充电极时，刚喷出的雾滴具有较高的速度，不会产生沉积现象，因此可有效防止电极反向电离现象的产生，具有较好的安全性，此段环状充电极的延长部分过长会导致雾滴触碰到环状充电极内壁，使雾滴喷出量降低，环状充电极的延长部分过短使得雾滴在此处的充电效果不理想，不利于液滴的破裂。

（3）网状充电极由目数为120目的不锈钢网制成，使得雾滴通过网状充电极时的充电效果和通过率得到平衡，若网状充电极所选目数较小的不锈钢网会使得雾滴通过网状充电极时的充电效果不理想，若网状充电极所选目数较大的不锈钢网会使得雾滴通过网状充电极时的通过率过小。

图2 右视结构示意图

（4）针状充电极呈L形，针状充电极的数量为6～10个，均匀分布在网状充电极的圆周边缘，若针状充电极的数量过多会导致针状充电极的排布密度过大，增加雾滴撞击针状充电极的几率，对带电雾滴飘落的方向性产生不良影响。

（5）环状充电极、网状充电极、针状充电极均由铜合金或不锈钢材料制成，使得本实用新型提供的多电极充电的静电喷头具有良好的导电性，且在喷洒含有水分的物质时不会发生锈蚀，能延长喷头的使用寿命。

（6）环状充电极的外侧壁、网状充电极的圆周边缘外侧和由针状充电极组成筒状结构的外侧部上均匀包覆有一层由橡胶或塑料材料制成的绝缘层，由于充电电极所带电压过高，绝缘层能将充电电极与外界隔离，避免发生触电事故。

三、结论

结构分析及实验应用表明，多电极静电喷头所产生的带电雾滴的覆盖率比单电极的静电喷头多产生带电雾滴的覆盖率提高约30%，产生的雾滴更加细小，雾滴数量多分布在直径50～80 mm，雾化均匀性更好，具有使用安全，充电时间长而产生的充电效果理想，雾滴的荷质比高，雾滴带电量多，带电雾滴的飘落方向性好，雾滴穿透能力强，雾化均匀和覆盖率高的优点。多电极静电喷头已获得国家实用新型专利，更适用于静电喷涂、静电除尘、静电燃油喷雾、静电农药喷雾等设备，可进一步提高此类设备的产能效益，节能降耗。