RU2067894C1 - Electrostatic sprayer - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: electrostatic sprayer has housing with inducing and coaxially grounded electrodes mounted in it; electrodes form circular spraying nozzle by their opposite surfaces; spraying nozzle is brought in communication with liquid supply passage and is embraced by gas supply passage. Made along axis of grounded electrode is through hole which is brought in communication with gas supply source. Surface of inducing electrode have slots where turns of winding are laid. Winding is made of insulated wire connected to additional supply source. EFFECT: enhanced reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области техники высоких напряжений, в частности электронно-ионной технологии, и применяется для борьбы с локальными пылевыбросами, для снижения запыленности рабочих помещений, в технологических процессах для интенсификации массообмена. Устройство может быть использовано в промышленности. The invention relates to the field of high voltage engineering, in particular electron-ion technology, and is used to combat local dust emissions, to reduce the dustiness of working rooms, in technological processes to intensify mass transfer. The device can be used in industry.

Известны электростатические распылители, включающие корпус с расположенными в нем каналами подачи жидкости и газа, высоковольтный и заземленный электроды, которые образуют распылительное сопло [1, 2] Недостаток этих устройств заключается в том, что при больших расходах жидкости получаемый аэрозоль имеет большие размеры, и величина выносимого на каплях жидкости удельного заряда мала. Known electrostatic nozzles, including a housing with channels for supplying liquid and gas, high voltage and grounded electrodes that form a spray nozzle [1, 2] The disadvantage of these devices is that at high flow rates of the resulting aerosol is large, and the magnitude the specific charge carried out in the liquid droplets is small.

Известен электростатический распылитель, содержащий корпус с индуцирующим и установленным в нем коаксиально заземленным электродами, образующими обращенными друг к другу поверхностями кольцевое распылительное сопло, сообщающееся с каналом подачи жидкости, и охватывающим последний каналом подачи газа, и выполненное по оси заземленного электрода сквозное отверстие, сообщающееся с источником подачи газа [3] Недостатком данного распылителя является то, что при больших расходах диспергируемой жидкости, в частности магнитной жидкости, для получения мелкодисперсного, достаточно хорошо заряженного аэрозоля, необходима дополнительная подача газа в распылитель. Это сопряжено с повышенным уровнем энергозатрат. В противном случае получаемый аэрозоль является крупнодисперсным и эффективность его зарядки невелика. An electrostatic atomizer is known, comprising a housing with induction and coaxially grounded electrodes installed therein, forming an annular spray nozzle communicating with each other and communicating with the liquid supply channel and covering the last gas supply channel, and a through hole made along the axis of the grounded electrode in communication with gas supply source [3] The disadvantage of this atomizer is that at high flow rates of dispersible liquid, in particular magnetic fluid, for produce a fine, well enough charged aerosol, an additional gas to the atomizer. This is associated with an increased level of energy consumption. Otherwise, the resulting aerosol is coarse and its charging efficiency is low.

Цель предлагаемого изобретения повышение эффективности диспергирования и обеспечение зарядки магнитных жидкостей. The purpose of the invention is to increase the dispersion efficiency and ensure charging of magnetic fluids.

Указанная цель достигается тем, что в электростатическом распылителе, содержащем корпус с индуцирующим и установленным в нем коаксиально заземленным электродами, образующими обращенными друг к другу поверхностями кольцевое распылительное сопло, сообщающееся с каналом подачи жидкости, и охватывающим последний каналом подачи газа, и выполненное по оси заземленного электрода сквозное отверстие, сообщающееся с источником подачи газа, на поверхности индуцирующего электрода, образующей кольцевое распылительное сопло, выполнены пазы, в которые уложены витки обмотки, выполненной из покрытого изоляцией провода и подсоединенной к дополнительному источнику питания. This goal is achieved by the fact that in an electrostatic atomizer containing a housing with an induction and coaxially grounded electrodes installed therein, forming an annular spray nozzle communicating with each other, communicating with the liquid supply channel, and covering the last gas supply channel, and made along the axis of the grounded the electrode through the hole in communication with the gas supply source, on the surface of the induction electrode forming the annular spray nozzle, grooves are made in The windings of the winding are made of insulated wire and connected to an additional power source.

Выполнение поверхности индуцирующего электрода с пазами и укладка в эти пазы обмотки, подсоединенной к дополнительному источнику питания, позволяет наряду с электрическим создать в распылительном сопле и магнитное поле. При этом, пропуская через обмотку ток различной величины, мы можем тем самым варьировать величину напряженности магнитного поля в сопле. Учитывая, что поверхность магнитной жидкости неустойчива во внешнем магнитном поле, изменение напряженности этого поля позволяет интенсифицировать процесс волнообразования на поверхности диспергируемой пленки магнитной жидкости. В результате этого амплитуда волн увеличивается, и как следствие, растет напряженность электрического поля на гребнях волн. За счет этого срываемые с гребней волн капли жидкости приобретают больший по величине удельный электрический заряд, т. е. повышается интенсивность зарядки магнитной жидкости. Благодаря тому, что жидкость срывается с гребней волн внутри распылительного сопла, где скорость газового потока максимальна, образующийся аэрозоль получается более мелкодисперсным, т. е. повышается эффективность диспергирования жидкости. В просмотренных источниках литературы подобного отличительного признака обнаружено не было. Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями и может быть охарактеризовано как изобретение. The implementation of the surface of the induction electrode with grooves and laying in these grooves of the winding connected to an additional power source, along with the electric one, creates a magnetic field in the spray nozzle. At the same time, passing a current of various sizes through the winding, we can thereby vary the magnitude of the magnetic field in the nozzle. Considering that the surface of a magnetic fluid is unstable in an external magnetic field, a change in the intensity of this field makes it possible to intensify the process of wave formation on the surface of a dispersible film of magnetic fluid. As a result of this, the amplitude of the waves increases, and as a result, the electric field strength at the crests of the waves increases. Due to this, the droplets of liquid torn off from the crests of the waves acquire a larger specific electric charge, i.e., the intensity of charging the magnetic fluid increases. Due to the fact that the liquid breaks off from the crests of the waves inside the spray nozzle, where the gas flow rate is maximum, the resulting aerosol is obtained more finely dispersed, i.e., the dispersion efficiency of the liquid increases. In the literature reviewed, no such distinguishing feature was found. Therefore, the proposed technical solution has significant differences and can be characterized as an invention.

На чертеже представлен разрез предлагаемого электростатического распылителя. The drawing shows a section of the proposed electrostatic atomizer.

Электростатический распылитель содержит диэлектрический корпус 1. Осесимметричное распылительное сопло образовано индуцирующим 2 и заземленным 3 электродами. Подача распыливающего газа осуществляется по каналу 4, жидкость подается по продольным отверстиям 5, выполненным в держателе 6 заземленного электрода 3. Осевое сквозное отверстие в заземленном электроде 3 соединено с патрубком дополнительной подачи газа 7. Высокое напряжение на индуцирующий электрод 2 подается от высоковольтного источника питания 8. На поверхности индуцирующего электрода 2 выполнены пазы 9, в которые уложены витки обмотки 10, подсоединенные к выводам дополнительного источника питания 11. The electrostatic atomizer contains a dielectric housing 1. An axisymmetric spray nozzle is formed by an inducing 2 and a grounded 3 electrodes. The spray gas is supplied through the channel 4, the liquid is supplied through the longitudinal holes 5 made in the holder 6 of the grounded electrode 3. The axial through hole in the grounded electrode 3 is connected to the additional gas supply pipe 7. A high voltage to the induction electrode 2 is supplied from a high-voltage power supply 8 On the surface of the induction electrode 2, grooves 9 are made, in which the turns of the winding 10 are laid, connected to the terminals of the additional power source 11.

Электростатический распылитель работает следующим образом. Распыливаемая магнитная жидкость подается по продольным отверстиям 5 и вытекает на поверхность заземленного электрода 3 в виде пленки. Взаимодействуя с высокоскоростным потоком газа, подаваемым по каналу 4, она турбулизируется. На ее поверхности возникают волны, с гребней которых происходит срыв части жидкости внутри распылительного сопла. Оставшаяся часть магнитной жидкости дробится во внешней зоне распылителя. Так как дробление происходит в межэлектродном промежутке распылительного сопла в электрическом поле, которое создается при подаче напряжения от источника питания 8 на индуцирующий электрод 2, образующиеся капли получаются электрически заряженными. При пропускании электрического тока через витки обмотки 10 от источника питания 11 в сопле возникает магнитное поле. При этом, варьируя величину тока через обмотку, мы можем изменять величину тока через обмотку, можем изменять величину напряженности магнитного поля, делая его более "сильным" или более "слабым", что определяется условиями процесса диспергирования жидкости. За счет неустойчивости поверхности пленки магнитной жидкости во внешнем магнитном поле амплитуда волн на поверхности пленки увеличивается. Следует отметить, что магнитные жидкости являются хорошо проводящими жидкостями, вследствие чего амплитуда волн может варьироваться и благодаря изменению величины напряженности электрического поля. Следовательно, в результате совместного наложения электрического и магнитного полей в распылительном сопле усиливается процесс турбулизации поверхности диспергируемой жидкости, что приводит к получению более мелкодисперсного аэрозоля, так как увеличивается объем жидкости, срываемой внутри распылительного сопла. При этом получаемый аэрозоль за счет наличия электрического поля получается электрически заряженным. The electrostatic atomizer operates as follows. Sprayed magnetic fluid is supplied through the longitudinal holes 5 and flows to the surface of the grounded electrode 3 in the form of a film. Interacting with the high-speed gas flow supplied through channel 4, it is turbulized. On its surface there are waves, from the crests of which a breakdown of part of the liquid inside the spray nozzle occurs. The remainder of the magnetic fluid is crushed in the outer zone of the atomizer. Since crushing occurs in the interelectrode gap of the spray nozzle in an electric field, which is created by applying voltage from the power source 8 to the induction electrode 2, the droplets formed are electrically charged. When passing electric current through the turns of the winding 10 from the power source 11, a magnetic field arises in the nozzle. At the same time, by varying the magnitude of the current through the winding, we can change the magnitude of the current through the winding, we can change the magnitude of the magnetic field, making it more "strong" or more "weak", which is determined by the conditions of the liquid dispersion process. Due to the instability of the surface of the film of magnetic fluid in an external magnetic field, the amplitude of the waves on the surface of the film increases. It should be noted that magnetic fluids are well-conducting fluids, as a result of which the amplitude of the waves can vary due to a change in the magnitude of the electric field strength. Therefore, as a result of the combined application of electric and magnetic fields in the spray nozzle, the process of turbulization of the surface of the dispersed liquid is intensified, which leads to a finer-dispersed aerosol, since the volume of liquid disrupted inside the spray nozzle increases. In this case, the resulting aerosol due to the presence of an electric field is electrically charged.

Повышение эффективности диспергирования магнитных жидкостей при одновременном обеспечении их зарядки подтверждается результатами экспериментальных исследований. При проведении экспериментов витки укладываемой в пазы обмотки были покрыты слоем изоляции. Это обеспечивает нормальную работу распылителя, поскольку, с одной стороны, витки обмотки изолированы от высоковольтного электрода, с другой стороны, от возможности электрического пробоя при попадании капель жидкости между витками провода за счет намокания поверхности индуцирующего электрода. Регулирование величины тока, пропускаемого через обмотку, позволило варьировать размеры образующихся капель аэрозоля. Это было зарегистрировано с помощью оптического метода измерения размеров капель. Однако следует отметить, что это изменение размеров образующихся капель составляет 12-17% поскольку силы электрического и магнитного полей слабее сил гидрогазодинамического взаимодействия газового и жидкостного потоков. Однако изменение размеров капель и увеличение тока выноса электростатического распылителя было получено, что свидетельствует о работоспособности предложенной конструкции электростатического распылителя. The increase in the dispersion efficiency of magnetic fluids while ensuring their charging is confirmed by the results of experimental studies. During the experiments, the turns of the windings laid in the grooves were covered with a layer of insulation. This ensures the normal operation of the atomizer, since, on the one hand, the winding turns are isolated from the high-voltage electrode, and, on the other hand, from the possibility of electrical breakdown when liquid droplets fall between the turns of the wire due to wetting of the surface of the inducing electrode. The regulation of the current flowing through the winding made it possible to vary the sizes of the resulting aerosol droplets. This was recorded using an optical method for measuring droplet size. However, it should be noted that this change in the size of the droplets formed is 12-17% since the forces of the electric and magnetic fields are weaker than the forces of hydro-gas-dynamic interaction of gas and liquid flows. However, a change in droplet size and an increase in the discharge current of the electrostatic atomizer was obtained, which indicates the operability of the proposed design of the electrostatic atomizer.

Таким образом, из вышесказанного следует, что предложенный электростатический распылитель по сравнению с распылителем-прототипом позволяет повысить эффективность диспергирования и обеспечивает зарядку магнитных жидкостей при их распыливании. Thus, from the foregoing, it follows that the proposed electrostatic atomizer in comparison with the atomizer prototype allows to increase the dispersion efficiency and provides charging of magnetic fluids when they are sprayed.

Claims (1)

Электростатический распылитель, содержащий корпус с индуцирующим электродом и установленным коаксиально в нем заземленным электродом, которые образуют обращенными одна к другой поверхностями кольцевое распылительное сопло, сообщенное с каналом подачи жидкости, и охватывающим последний каналом подачи газа, причем заземленный электрод выполнен со сквозным осевым отверстием, соединенным с источником подачи газа, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным источником питания и соединенной с ним обмоткой, витки которой выполнены из покрытого изоляцией провода, а на поверхности индуцирующего электрода, образующей кольцевое распылительное сопло, выполнены пазы под витки обмотки. An electrostatic atomizer comprising a housing with an induction electrode and a grounded electrode mounted coaxially in it, which form an annular spray nozzle facing one another and connected to the liquid supply channel and enclosing the last gas supply channel, the grounded electrode having a through axial hole connected with a gas supply source, characterized in that it is provided with an additional power source and a winding connected to it, the turns of which are made of covered with insulation wire, and on the surface of the induction electrode forming an annular spray nozzle, grooves are made for the windings.