一种喷嘴技术领域
本发明涉及煤炭地下气化技术领域，尤其是指一种喷嘴。
背景技术
煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。在煤炭地下气化技术的实际应用中，通常需要建立气化通道，在所述气化通道内伸入与注气设备连接的喷嘴，通过使用喷嘴将气化剂源源不断的输向煤层，如将氧气等流体输送至目标煤层气化工作面处，以增强地下气化反应强度，提高煤层燃烧效果和改善煤气品质。现有喷嘴在使用时，通过喷嘴内的中心通道将注气管中的气化剂输入至目标煤层，为了避免煤层在气化过程中的温度过高而导致位于喷嘴上方的煤层出现燃烧形成的回火现象，通常需要利用水等流体降低温度，常见的方法是通过气化通道直接将水排入至目标煤层中。
上述方法在实际应用中，不但不能保证水流输送至指定位置，而且会造成水源的浪费，为了克服上述问题，现有喷嘴设置为内外套层结构，使气化过程中需要的流体分开注入，包括喷嘴主体以及套设在所述喷嘴主体上的喷嘴外壳，所述喷嘴主体沿轴向设有中心通道，所述中心通道内注入氧气，所述喷嘴外壳的内壁与所述中心通道的外壁之间设有环空通道，所述环空通道内注入水或二氧化碳等其它介质，所述喷嘴外壳上设置喷射孔，用于根据需要喷出水或二氧化碳，所述喷射孔的喷出方向为预定方向，如根据需要可沿水平方向喷射煤层等。
上述喷嘴主体和所述喷嘴外壳焊接在一起，由于注气设备在下放过程中，所述注气管在不停的旋转，喷嘴在使用过程中，当喷嘴主体到达注气点位置时，所述喷嘴主体旋转时，所述喷嘴外壳也随之旋转，使所述喷射孔的喷出方向严重偏离预定的方向，使水等流体不能直接作用在目标煤层上，导致煤层气化效率大幅度降低。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术在煤层气化过程中不能有效控制喷嘴外壳上喷射孔的喷射方向导致气化效率低的问题，从而提供一种可使环空通道内的流体可以往预定方向喷射且能提高气化效率的一种喷嘴。
为解决上述技术问题，本发明提供一种喷嘴，包括喷嘴主体以及套设在所述喷嘴主体上的喷嘴外壳，所述喷嘴主体沿轴向设有第一通道，所述第一通道的外壁和所述喷嘴外壳的内壁之间设有第二通道，所述喷嘴主体上设有流体入口，所述喷嘴外壳上设有流体出口，所述流体入口通过所述第二通道与所述流体出口相通，所述喷嘴主体与所述喷嘴外壳通过密封装置连接，且所述喷嘴外壳底部设有可使所述流体出口的方向保持定向的平衡锤。
在本发明的一个实施例中，所述平衡锤设于所述喷嘴外壳外壁的底部。
在本发明的一个实施例中，所述平衡锤设于所述喷嘴外壳内壁的底部。
在本发明的一个实施例中，所述平衡锤沿所述喷嘴主体的轴向由不连续的多个部件构成。
在本发明的一个实施例中，所述平衡锤沿所述喷嘴主体的径向由不连续的多个部件构成。
在本发明的一个实施例中，所述密封装置包括设置在所述喷嘴外壳内壁上的弹簧卡销以及设置在所述喷嘴外壳内壁与所述喷嘴主体外壁之间的密封圈。
在本发明的一个实施例中，所述流体入口的个数为一个或者多个。
在本发明的一个实施例中，所述平衡锤由比所述喷嘴主体密度大的部件构成，其截面呈扇形。
在本发明的一个实施例中，所述扇形的角度在30°至90°之间。
在本发明的一个实施例中，所述扇形的角度是60°。
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有以下优点：
在本发明所述的喷嘴，所述平衡锤一直保持在所述喷嘴外壳底部，起到平衡作用，因此即使所述喷嘴外壳发生偏移，也会迅速回归，使所述流体出口的方向始终保持定向，实现所述第二通道的流体可以朝预定方向喷射，本发明不但增强了地下气化反应强度，提高煤层燃烧效果使气化效率大幅度提高，而且改善了煤气品质。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例一所述喷嘴沿轴向的剖面示意图；
图2是本发明实施例一所述喷嘴沿径向的剖面示意图；
图3是本发明图1中所述密封装置的放大图；
图4是本发明所述单流体入口的示意图；
图5是本发明所述双流体入口的示意图；
图6是本发明所述三个流体入口的示意图；
图7是本发明所述四个流体入口的示意图；
图8是本发明实施例二所述喷嘴沿轴向的剖面示意图；
图9是本发明实施例二和实施例三所述喷嘴沿径向的剖面示意图；
图10是本发明实施例三所述喷嘴沿轴向的剖面示意图；
图11是本发明实施例四所述喷嘴沿轴向的剖面示意图；
图12是本发明实施例四所述喷嘴沿径向的剖面示意图。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本发明提供一种喷嘴10，包括喷嘴主体11以及套设在所述喷嘴主体11上的喷嘴外壳12，所述喷嘴主体11沿轴向设有第一通道13，所述第一通道13的外壁和所述喷嘴外壳12的内壁之间设有第二通道14，所述喷嘴主体11上设有流体入口15，所述喷嘴外壳12上设有流体出口16，所述流体入口15通过所述第二通道14与所述流体出口16相通，所述喷嘴主体11与所述喷嘴外壳12通过密封装置17连接，且所述喷嘴外壳12底部设有可使所述流体出口16的方向保持定向的平衡锤18。
上述是本发明的核心技术方案，所述喷嘴10包括喷嘴主体11以及套设在所述喷嘴主体11上的喷嘴外壳12，所述喷嘴主体11和注气设备连接，通过所述喷嘴主体11将所述注气设备中的气化剂输入至目标煤层，由于煤层气化过程中形成的高温物质如煤灰会改变从喷嘴10发射出的气流方向，导致位于喷嘴10上方的煤层出现燃烧从而形成回火现象，为了避免所述喷嘴主体11被烧坏，沿所述喷嘴主体11轴向套设有可拆卸的喷嘴外壳12，使所述喷嘴外壳12位于所述喷嘴主体11的中部位置，且所述喷嘴主体11的两端裸露在外，在煤层气化过程中，即使所述喷嘴外壳12被烧坏，也可以快速将整个喷嘴10提拉上来进行更新，从而缩短喷嘴更换时间，提高工作效率。所述喷嘴主体11沿轴向设有第一通道13，所述第一通道13用于传输氧气等流体，所述第一通道13的外壁和所述喷嘴外壳12的内壁之间设有第二通道14，所述喷嘴主体11上设有流体入口15，所述喷嘴外壳12上设有流体出口16，且所述流体入口15通过所述第二通道14与所述流体出口16相通，使气化过程中需要的水或二氧化碳等流体通过所述流体入口15进入所述第二通道14中，最终由所述流体出口16排出以供煤层气化使用。为了保证所述喷嘴10在煤层气化中的使用稳定性，所述喷嘴主体11与所述喷嘴外壳12通过密封装置17连接，为了使所述第二通道14的流体可以朝预定方向喷射，所述喷嘴外壳12底部设有可使所述流体出口16的方向保持定向的平衡锤18，本发明所述喷嘴主体11到达注气点位置时，若所述喷嘴主体11发生旋转，由于所述平衡锤18一直保持在所述喷嘴外壳12底部，起到平衡作用，因此即使所述喷嘴外壳12发生偏移，也会迅速回归，使所述流体出口16的方向始终保持定向，所述第二通道14的流体可以朝预定方向喷射，不但增强了地下气化反应强度，提高煤层燃烧效果使气化效率大幅度提高，而且改善了煤气品质。
本实施例中，所述平衡锤18呈一个整体，其截面呈扇形，由双圆弧构成，如图2所示，内部由密度较大的部件（如金属）构成，如所述平衡锤18由比所述喷嘴主体11密度大的部件构成，且设于所述喷嘴10的外部，具体地，所述平衡锤18设于所述喷嘴外壳12外壁的底部，所述平衡锤18由于重力作用始终保持在底部，即使所述喷嘴10在下放过程中导致所述喷嘴本体11发生旋转，所述喷嘴外壳12随所述喷嘴主体11的旋转而发生转动，由于所述平衡锤18的作用可使所述喷嘴外壳12迅速回归，使所述流体出口16始终保持在预定方向上，从而实现当所述喷嘴10到达预定位置后，所述流体出口16喷射处的流体可以朝预定的方向喷射。为了保证所述平衡锤18始终保持在底部，避免所述喷嘴外壳12发生大范围旋转，所述平衡锤18的扇形截面形成夹角的范围可以在30°和90°之间，为了保证流体始终朝预定的方向喷射，优先选择所述平衡锤18的截面形成扇形夹角为60°。
如图3所示，所述密封装置17包括设置在所述喷嘴外壳12内壁上的弹簧卡销171以及设置在所述喷嘴外壳12内壁与所述喷嘴主体12外壁之间的密封圈172，具体地，所述喷嘴主体11的外壁上设有与所述弹簧卡销171相互配合的第一凹槽以及与所述密封圈172相互配合的第二凹槽，其中所述第一凹槽用于卡合所述弹簧卡销171，从而可以将所述喷嘴外壳12固定在所述喷嘴主体11上，所述第二凹槽用于卡合所述密封圈172，保证所述喷嘴外壳12和所述喷嘴主体11之间的连接密封性。当所述喷嘴主体11和所述喷嘴外壳12通过密封装置17连接后，可以保证所述喷嘴外壳12即使随所述喷嘴主体11自由旋转也不会掉落。
为了使如水或二氧化碳等流体进入所述第二通道14内，保证煤层气化的顺利进行，所述喷嘴主体11沿轴向设有直径逐渐变小的分流槽19，所述分流槽19用于将两种不同流体的气化剂分离，且所述分流槽19与所述第一通道13相通，所述分流槽19的侧壁上设有流体入口15，所述流体入口15的个数为1个或者多个，如图4所示，所述分流槽19上设有一个流体入口15时，流体可以经过所述流体入口15进入所述第二通道14内，再通过所述流体出口16喷射到达指定的工作面。为了提高煤层气化的效率，也可以在所述分流槽19上设有多个流体入口15，且多个流体入口15均匀分布在所述分流槽19上，在保证加快流体运输的同时，也保证流体运动的均匀性，如图5所示，所述分流槽19上设有两个流体入口15时，流体同时经过所述两个流体入口15进入所述第二通道14内，再通过所述流体出口16喷射到达指定的工作面。作为一种变形，如图6所示，所述分流槽19上设有三个流体入口15；如图7所示，所述分流槽19上设有四个流体入口15。
为了使如水或二氧化碳等流体气化剂喷射至指定的工作面煤层，沿所述喷嘴外壳12轴向至少设有一个流体出口16，所述流体出口16可以设置在除底部外的任何轴向方向上，所述流体出口16可以呈正圆柱形，也可以呈偏圆柱形，且偏离角度在0°到75°之间，从而有利于保护所述喷嘴外壳12的结构，延长所述喷嘴10的使用寿命；为了增大煤层与气化剂的接触面积，提高气化效率，所述流体出口16的数量为多个，且任意两个流体出口16之间的间隔在10厘米左右，所述流体出口16的具体数量在气化过程中根据需求设置。
本发明所述喷嘴10安装时，所述喷嘴外壳12沿所述喷嘴主体11的轴向套接在所述喷嘴主体11上，使所述弹簧卡销171和所述密封圈172固定到位，从而将所述喷嘴外壳12固定在所述喷嘴主体11上。
实施例二：
如图8所示，本实施例是在实施例一基础上的变形，与实施例一的喷嘴结构大致相同，不同点在于：所述平衡锤18在所述喷嘴10上的位置与实施例一不同，下面详细说明：
本实施例中，所述喷嘴10的具体结构和实施例一相同，如图9所示，所述平衡锤18设于所述喷嘴10的内部，具体地，所述平衡锤18设于所述喷嘴外壳12内壁的底部，即使所述喷嘴外壳12发生偏移，所述平衡锤18由于重力作用始终保持在底部，使所述喷嘴外壳12迅速回归至原位，始终保持所述流体出口16在预定方向上。另外本实施例的其它结构和实施例一相同，所以不再重复介绍。
实施例三：
如图10所示，本实施例是在实施例一或实施例二基础上的变形，与实施例一或实施例二的喷嘴结构不同，具体地，所述平衡锤18在所述喷嘴10上的位置不变，所述喷嘴10的结构发生了变化，下面详细说明：
本实施例中，所述平衡锤18设于所述喷嘴10的内部，具体地，所述平衡锤18设于所述喷嘴外壳12内壁的底部，且所述平衡锤18沿所述喷嘴主体11的轴向由不连续的多个部件构成，所述任意两个部件之间的间隔根据需求设定，本实施所述喷嘴10沿径向的剖面示意图与实施例二中所述喷嘴10沿径向的剖面示意图相同，如图9所示，即使所述喷嘴外壳12发生偏移，所述平衡锤18由于重力作用始终保持在底部，使所述喷嘴外壳12迅速回归至原位，始终保持所述流体出口16在预定方向上。作为一种变形，所述平衡锤18设于所述喷嘴外壳12外壁的底部，且所述平衡锤18沿所述喷嘴主体11的轴向由不连续的多个部件构成，另外本实施例的其它结构和实施例一以及实施例二相同，所以不再重复介绍。
实施例四：
如图11所示，本实施例是在实施例一或实施例二基础上的变形，与实施例一或实施例二所述的喷嘴结构不同，具体地，所述平衡锤18在所述喷嘴10上的位置不变，所述喷嘴10的结构发生了变化，下面详细说明：
本实施例中，如图12所示，所述平衡锤18设于所述喷嘴10的内部，具体地，所述平衡锤18设于所述喷嘴外壳12内壁的底部，且所述平衡锤18沿所述喷嘴主体11的径向由不连续的多个部件构成，所述部件的长度根据需求设定，所述平衡锤18截面的外围构成扇形夹角的范围仍旧需要满足在30°和90°之间，为了保证流体始终朝预定的方向喷射，优先选择所述平衡锤18的截面外围形成扇形夹角为60°，即使所述喷嘴外壳12发生偏移，所述平衡锤18由于重力作用始终保持在底部，使所述喷嘴外壳12迅速回归至原位，始终保持所述流体出口16在预定方向上。作为一种变形，所述平衡锤18设于所述喷嘴外壳12外壁的底部，且所述平衡锤18沿所述喷嘴主体11的径向由不连续的多个部件构成，另外本实施例的其它结构和实施例一以及实施例二相同，所以不再重复介绍。
本发明中，所述密封圈172为石墨密封垫，可以在高温下工作；所述第二通道14内的水可以采用高压水，有利于在所述喷嘴外壳12上射出多个所述流体出口16，从而增大煤与气化剂的接触面积，提高气化效率；本发明所述流体可以是气态或液态物质。
综上，本发明的上述技术方案具有以下优点：
1.本发明所述喷嘴包括喷嘴主体以及套设在所述喷嘴主体上的喷嘴外壳，在煤层气化过程中，即使所述喷嘴外壳被烧坏，也可以快速将整个喷嘴提拉上来进行更新，从而缩短喷嘴更换时间，提高工作效率；为了保证所述喷嘴在煤层气化中的使用稳定性，所述喷嘴主体与所述喷嘴外壳通过密封装置连接，为了使所述第二通道的流体可以朝预定方向喷射，所述喷嘴外壳底部设有可使所述流体出口的方向保持定向的平衡锤，本发明所述喷嘴主体到达注气点位置时，若所述喷嘴主体发生旋转，由于所述平衡锤一直保持在所述喷嘴外壳底部，起到平衡作用，因此即使所述喷嘴外壳发生偏移，也会迅速回归，使所述流体出口的方向始终保持定向，所述第二通道的流体可以朝预定方向喷射，不但增强了地下气化反应强度，提高煤层燃烧效果使气化效率大幅度提高，而且改善了煤气品质。
2.本发明所述喷嘴，所述平衡锤始终保持在底部，避免所述喷嘴外壳发生大范围旋转，所述平衡锤的扇形截面形成夹角的范围可以在30°和90°之间，为了保证流体始终朝预定的方向喷射，优先选择所述平衡锤的截面形成扇形夹角为60°。
3.本发明所述喷嘴，所述密封装置包括设置在所述喷嘴外壳内壁上的弹簧卡销以及设置在所述喷嘴外壳内壁与所述喷嘴主体外壁之间的密封圈。当所述喷嘴主体和所述喷嘴外壳通过密封装置连接后，可以保证所述喷嘴外壳即使随所述喷嘴主体自由旋转也不会掉落。
4.本发明所述喷嘴，为了使如水或二氧化碳等流体气化剂喷射至指定的工作面煤层，沿所述喷嘴外壳轴向至少设有一个流体出口，所述流体出口可以设置在除底部外的任何轴向方向上，所述流体出口可以呈正圆柱形，也可以呈偏圆柱形，且偏离角度在0°到75°之间，从而有利于保护所述喷嘴外壳的结构，延长所述喷嘴的使用寿命；为了增大煤层与气化剂的接触面积，提高气化效率，所述流体出口的数量为多个，且任意两个流体出口之间的间隔在10厘米左右，所述流体出口的具体数量在气化过程中根据需求设置。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。