RU2329873C2 - Распылитель жидкости - Google Patents

Распылитель жидкости Download PDF

Info

Publication number
RU2329873C2
RU2329873C2 RU2006130489/12A RU2006130489A RU2329873C2 RU 2329873 C2 RU2329873 C2 RU 2329873C2 RU 2006130489/12 A RU2006130489/12 A RU 2006130489/12A RU 2006130489 A RU2006130489 A RU 2006130489A RU 2329873 C2 RU2329873 C2 RU 2329873C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nozzle
section
channel
outlet
fluid supply
Prior art date
Application number
RU2006130489/12A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2006130489A (ru
Inventor
Андрей Леонидович Душкин (RU)
Андрей Леонидович Душкин
Александр Владимирович Карпышев (RU)
Александр Владимирович Карпышев
занцев Николай Николаевич Р (RU)
Николай Николаевич Рязанцев
Original Assignee
Андрей Леонидович Душкин
Александр Владимирович Карпышев
Николай Николаевич Рязанцев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Леонидович Душкин, Александр Владимирович Карпышев, Николай Николаевич Рязанцев filed Critical Андрей Леонидович Душкин
Priority to RU2006130489/12A priority Critical patent/RU2329873C2/ru
Priority to PCT/RU2007/000447 priority patent/WO2008024032A1/en
Publication of RU2006130489A publication Critical patent/RU2006130489A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2329873C2 publication Critical patent/RU2329873C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/04—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
    • B05B7/0416—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid
    • B05B7/0441—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid with one inner conduit of liquid surrounded by an external conduit of gas upstream the mixing chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/002—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to reduce the generation or the transmission of noise or to produce a particular sound; associated with noise monitoring means

Landscapes

  • Nozzles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для распыления жидких сред, а именно к распылителям эжекционного типа с мелкодисперсным распылом капель жидкости. Распылитель содержит корпус, выходное сопло и патрубок подачи жидкости, соосно установленный в полости корпуса с образованием между внутренней поверхностью корпуса и патрубком подачи жидкости кольцевого канала, сообщенного с отверстием подвода газа. Кольцевой канал соединен с выходным соплом через направляющие каналы, торцевая часть патрубка подачи жидкости со стороны входа в выходное сопло и обращенная к ней часть выходного сопла выполнены в форме конических поверхностей. Профилированный канал выходного сопла включает последовательно расположенные входной кольцевой участок, сужающийся в направлении течения потока, и сопряженный с ним выходной цилиндрический участок. Входной участок профилированного канала сопла образован между конической поверхностью торцевой части патрубка подачи жидкости и конической поверхностью выходного сопла. Выходное сечение отверстия патрубка подачи жидкости расположено между выходным сечением входного конического участка и выходным сечением выходного цилиндрического участка профилированного канала сопла. Направляющие каналы ориентированы параллельно оси симметрии профилированного канала выходного сопла. Изобретение обеспечивает повышение эффективности генерации мелкодисперсного пространственно-однородного газокапельного потока, равномерности распределения монодисперсных капель жидкости в потоке и возможность регулирования параметров потока при снижении затрат на изготовление и эксплуатацию устройства. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для распыления жидких сред, а именно к распылителям эжекционного типа с мелкодисперсным распылом капель жидкости, и может быть использовано в системах пожаротушения, в различных технологических процессах, в сантехническом оборудовании, устройствах сжигания жидкого топлива, устройствах увлажнения и кондиционирования воздуха и т.д.
Известны различные конструкции эжекционных распылителей жидкости. Основным преимуществом таких распылителей является отсутствие системы принудительной подачи жидкости под высоким давлением. Рабочая жидкость в эжекционные распылители подается из резервуаров либо из магистральных трубопроводов под минимальным давлением, достаточным для заполнения подводящего патрубка подачи жидкости.
Так, например, из авторского свидетельства СССР SU 1228918 (МПК-4: В05В 7/06, опубл. 07.05.1986) известен распылитель жидкости, содержащий корпус и расположенный соосно ему патрубок подачи жидкости. Между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью патрубка подачи жидкости образован кольцевой канал, сообщенный с патрубком подвода газа. На выходных частях корпуса и патрубка подачи жидкости установлены сопла с сужающимися коническими каналами. Выходные сечения сопел расположены в одной плоскости. В патрубке подачи жидкости выполнено отверстие, сообщающее кольцевую полость с патрубком.
В процессе работы распылителя жидкость и газ подаются под избыточным давлением. Основная часть потока газа проходит по кольцевому каналу, а остальная часть потока поступает в полость патрубка подачи жидкости через отверстие, выполненное во входном участке патрубка подачи жидкости. Газ предварительно смешивается с жидкостью в полости патрубка, а затем на срезе сопел происходит смешивание основного газового потока с газожидкостным потоком, образованным в патрубке. В результате этого обеспечивается окончательное диспергирование жидкости на срезе сопел.
В процессе работы данного устройства на выходе из сопла генерируется мелкодисперсный факел распыленного потока жидкости. Однако при увеличении расхода одного из смешиваемых компонентов наблюдается нарушение структуры генерируемого потока и равномерности распыла жидкости. Вместе с тем известный распылитель не позволяет регулировать угол конусности факела распыла жидкости.
Из описания к авторскому свидетельству СССР SU 1470345 (МПК-4: В05В 7/00, опубл. 07.04.1989) известен распылитель эжекционного типа, предназначенный для получения аэрозоля. Распылитель содержит корпус, выходное конфузорное сопло, патрубок подачи жидкости, расположенный соосно корпусу. В устройстве также имеется кольцевой канал для подачи газа. На торцевой выходной части патрубка подачи жидкости установлена коническая втулка. На внешней и внутренней поверхностях втулки выполнены продольные канавки, глубина которых увеличивается по направлению к торцу.
Поток жидкости подается насосом в патрубок и при движении по канавкам, выполненным на внутренней поверхности втулки, теряет стабильность и происходит вихреобразование. Газовый поток проходит по кольцевому каналу к выходному соплу. При протекании потоков жидкости и газа вдоль канавок, выполненных на внутренней и внешней поверхностях втулки, происходит деформирование структуры потоков с нарушением их однородности. Вследствие чего увеличивается площадь соприкосновения смешиваемых сред и повышается поверхностная энергия потоков, что обуславливает повышение дисперсности распыла.
Следует отметить, что при засорении канавок втулки примесями, содержащимися в потоках газа и жидкости, происходит нарушение симметричности угла раскрытия распыленного потока жидкости, а также снижение дисперсности и однородности распыленного потока.
В другом известном распылителе, описанном в авторском свидетельстве СССР SU 677636 (МПК-2: В05В 7/00, опубл. 30.07.1979), в полости корпуса коаксиально установлен патрубок подачи жидкости с образованием между корпусом и патрубком кольцевого канала для подачи потока газа. Выходные торцы патрубка подачи жидкости и корпуса выполнены со скосом. При этом выходной торец патрубка подачи жидкости и обращенный к нему внутренний участок корпуса образуют сходящийся в направлении продольной оси распылителя кольцевой конусообразный канал. Выходной участок кольцевого канала для подачи газа выполнен с меньшей площадью поперечного сечения по сравнению с площадью поперечного сечения его входного участка.
Входной кольцевой участок профилированного канала сопла, образованный коническими поверхностями канала и торцевой части патрубка подвода жидкости, выполняется сужающимся в направлении течения потока, причем активный поток газа направлен навстречу эжектируемому потоку жидкости. Вследствие этого происходит турбулизация генерируемого мелкодисперсного газокапельного потока уже на входе в цилиндрический участок выходного сопла устройства.
В результате данного явления окончательно сформированный на срезе сопла газокапельный поток имеет неоднородную структуру и неравномерное распределение капель в потоке как по среднему размеру, так и по объемной концентрации. Данное обстоятельство связано с тем, что выходное сечение отверстия патрубка подачи жидкости расположено перед входом в цилиндрический участок профилированного канала выходного сопла, т.е. в сечении, в котором скорость газа еще недостаточно велика для эффективной эжекции и распыления жидкости, а вектор скорости потока газа направлен практически под прямым углом к направлению течения жидкости.
В процессе работы известного эжекционного распылителя жидкость подводится по патрубку, а газ подается через протяженный подводящий канал в форме нетурбулизированного либо слаботурбулентного потока, который, проходя по кольцевому конусообразному каналу, окружающему поток жидкости, распыляет выходящую из патрубка жидкость.
Необходимо отметить, что рассматриваемый распылитель не обеспечивает требуемую степень равномерности распределения капель жидкости в распыленном потоке, а также необходимую однородность структуры распыленного потока и монодисперсность мелкодисперсной фракции распыленного потока. Кроме того, известное устройство не позволяет регулировать параметры генерируемого потока, такие как расход, угол раскрытия факела и дисперсность, при изменении внешних условий.
В свидетельстве на полезную модель RU 40217 (МПК-7: В05В 7/04, опубл. 10.09.2004) раскрыт высокодисперсный распылитель жидкости, в котором канал подачи газа выполнен в виде трубопровода с последовательно сужающимися и расширяющимися стенками в соответствии с формой классического сопла Лаваля. Патрубок подачи жидкости установлен коаксиально в трубопроводе подачи газа. Выходная часть патрубка подачи эжектируемой жидкости выполнена в форме конического конфузора и расположена в сечении наибольшего сужения (критического сечения) сопла Лаваля.
При работе данного распылителя эжектируемая жидкость подается непосредственно в область профилированного канала сопла, в которой достигается скорость звука, в одном направлении с потоком газа. Однако в критическом сечении сопла Лаваля происходит интенсивная турбулизация газокапельного потока. Процесс турбулизации генерируемого потока затем усиливается в процессе его расширения в диффузорной части сопла Лаваля. Таким образом, на срезе сопла образуется мелкодисперсный газокапельный поток с неоднородным пространственным распределением капель жидкости и существенным разбросом по размеру капель (от 50 до 500 мкм).
Из патента Японии JP 2005103366 (МПК-7: В05В 7/06, опубл. 21.04.2005) известен распылитель, содержащий корпус с осевым патрубком подачи жидкости с образованием между корпусом и патрубком кольцевого канала для подачи воздуха под высоким давлением. Выходная часть корпуса распылителя, в котором образован канал подачи воздуха под давлением, выполнена в виде конического конфузора с цилиндрическим отверстием. Патрубок подачи жидкости снабжен ультразвуковым преобразователем. Выходная часть патрубка подачи жидкости образована коническим сужающимся участком и сопряженным с ним цилиндрическим участком. Выходные отверстия каналов подачи воздуха и эжектируемой жидкости распложены в одной плоскости.
В жидкости, заполняющей подводящий патрубок, с помощью ультразвукового преобразователя создаются области разрежения, вследствие чего в жидкости осуществляется кавитационный процесс с образованием в потоке газовых включений. Образующаяся газожидкостная смесь эжектируется из выходного отверстия патрубка высокоскоростным потоком воздуха, прокачиваемым через кольцевой канал в корпусе распылителя с помощью компрессора. При истечении потока в атмосферу происходит расширение образовавшихся пузырьков и их схлопывание с образованием мелкодисперсного распыленного потока жидкости.
Высокоскоростной поток газа смешивается с каплями распыленной жидкости, в результате чего осуществляется эффективное мелкодисперсное распыление жидкости. Однако при смешивании газокапельного потока с воздушным потоком на срезе сопла образуется поток с неоднородной структурой из-за существенного различия в скоростях капель жидкости и потока воздуха. Вместе с тем наблюдается неравномерное распределение по размеру капель в связи с неоднородным распределением газовых включений в газожидкостной смеси, образующейся в патрубке подвода жидкости.
Наиболее близким аналогом патентуемого изобретения является распылитель жидкости, конструкция которого описана в патенте Японии JP 2000254554 (МПК-6: В05В 1/10, опубл. 19.09.2000). Распылитель содержит корпус с выходным соплом, патрубок подачи жидкости, соосно расположенный в полости корпуса с образованием между внутренней поверхностью корпуса и патрубком кольцевого канала, сообщенного с отверстием подвода газа. Кольцевой канал сообщен с выходным соплом через направляющие каналы, которые образованы на поверхности кольцевой вставки, установленной между патрубком подачи жидкости и внутренней поверхностью корпуса. Указанная вставка используется в конструкции распылителя в качестве завихрителя потока газа. Направляющие каналы имеют тангенциальную форму и расположены симметрично относительно оси симметрии завихрителя. Выходное сопло распылителя выполнено в форме конического конфузора и сужается в направлении течения потока, при этом торцевая часть патрубка подачи жидкости со стороны входа в выходное сопло и обращенная к ней часть выходного сопла выполнены в форме конических поверхностей.
В процессе работы распылителя газ с помощью компрессора нагнетается в кольцевую полость и, проходя через направляющие каналы завихрителя, приобретает вращательное движение. Рабочая жидкость под небольшим избыточным давлением поступает в патрубок подачи эжектируемой жидкости. В кольцевом канале сужающегося выходного сопла высокоскоростной вращающийся поток газа создает зону разрежения, в которую эжектируется из патрубка жидкость и смешивается с потоком газа. Эжектируемый в осевом направлении поток жидкости контактирует с высокоскоростным закрученным газовым потоком.
В окружающем пространстве за срезом выходного сопла устройства, в точке пересечения вращающегося газового потока со струей жидкости, происходит эффективное распыление жидкости на мелкодисперсные капли. Однако следует отметить, что течение генерируемого газокапельного потока имеет выраженный турбулентный характер с неоднородным распределением капель по объему факела распыла и по размеру капель.
Сформированный газокапельный поток обладает кольцевой слоистой структурой вследствие одновременного действия тангенциальной и осевой составляющей скорости капель и неравномерности соотношения составляющих скорости в зависимости от радиального расстояния от оси симметрии потока. Кроме того, при работе распылителя снижается эффективность генерации мелкодисперсного газокапельного потока в связи с дополнительными потерями энергии газового потока в тангенциально направленных каналах завихрителя.
Общими недостатками вышеперечисленных устройств-аналогов является недостаточная эффективность, обусловленная неэкономичным расходом энергии на распыление потока жидкости, сложность конструкции, связанная с наличием дополнительных систем и узлов, предназначенных для интенсификации распыления жидкости, и неравномерное распределение капель жидкости в генерируемом потоке как по размеру, так и по объемной концентрации. Кроме того, известным аналогам присуща неоднородность структуры газокапельного потока, связанная с появлением крупных газовых либо жидкостных включений. Генерируемый с помощью таких устройств газокапельный поток ограничен по геометрическим размерам, в первую очередь по углу конусности факела распыла. Для известных распылителей жидкости характерна и существенная зависимость параметров газокапельного потока от колебаний давления и расхода газообразных и жидких компонентов, а также от условий внешней среды
Задачей патентуемого изобретения является создание распылителя, обеспечивающего эффективное высокодисперсное распыление при малых расходах жидкости (начиная с 1 г/с) и низком рабочем давлении газа (до 0,4 МПа). Кроме того, генерируемый газокапельный поток должен обладать высокой пространственной однородностью, монодисперсным распределением капель с размером в диапазоне от 10 мкм до 40 мкм, равномерной объемной концентрацией капель в потоке. Конструкция распылителя должна обеспечивать регулирование с помощью механических средств геометрических и физических параметров генерируемого газокапельного потока, включая регулирование расхода эжектируемой жидкости посредством изменения расхода газа. Вместе с тем конструкция распылителя должна быть простой и технологичной.
Технический результат, достигаемый при использовании патентуемого изобретения, заключается в повышении эффективности генерации мелкодисперсного пространственно-однородного газокапельного потока, обеспечении равномерности распределения монодисперсных капель жидкости в потоке и возможности регулирования параметров газокапельного потока при снижении затрат на изготовление и эксплуатацию устройства.
Данный технический результат обеспечивается при использовании распылителя, включающего в свой состав корпус, выходное сопло, патрубок подачи жидкости, соосно установленный в полости корпуса с образованием между внутренней поверхностью корпуса и патрубком подачи жидкости кольцевого канала, сообщенного с отверстием подвода газа. При этом кольцевой канал соединен с выходным соплом через направляющие каналы, торцевая часть патрубка подачи жидкости со стороны входа в выходное сопло и обращенная к ней часть выходного сопла выполнены в форме конических поверхностей.
Согласно настоящему изобретению профилированный канал выходного сопла включает последовательно расположенные входной кольцевой участок, сужающийся в направлении течения потока, и сопряженный с ним выходной цилиндрический участок. Входной участок профилированного канала сопла образован между конической поверхностью торцевой части патрубка подачи жидкости и конической поверхностью выходного сопла. Выходное сечение отверстия патрубка подачи жидкости расположено между выходным сечением входного конического участка и выходным сечением выходного цилиндрического участка профилированного канала сопла. Направляющие каналы ориентированы параллельно оси симметрии профилированного канала выходного сопла.
Совокупность перечисленных выше существенных признаков обеспечивает формирование равномерно распределенного по кольцевому каналу высокоскоростного нетурбулентного потока на входе в кольцевое сверхзвуковое сопло. Данное сопло образовано каналом, который содержит последовательно расположенные входной конический участок, сужающийся в направлении течения потока, и сопряженный с ним выходной цилиндрический участок, и центральным телом, в качестве которого используется часть патрубка подачи жидкости с внешней конической поверхностью.
Поток газа разгоняется в конфузорной части кольцевого сопла и приобретает скорость звука в сечении сопла с минимальной площадью поперечного сечения за счет сверхкритического перепада давления (для воздуха ΔРкр≈0,2 МПа). Критическое сечение кольцевого сопла расположено в области сопряжения входного конического и выходного цилиндрического участков канала сопла. С внутренней стороны критическое сечение ограничено конической поверхностью патрубка подачи жидкости.
Далее поток газа расширяется в кольцевом диффузорном канале между цилиндрической стенкой выходного участка сопла и конической поверхностью патрубка подачи жидкости. Вследствие расширения газовый поток приобретает сверхзвуковую скорость порядка М=2÷4 (М - число Маха). В результате резкого увеличения динамической составляющей давления газового потока происходит снижение статической составляющей давления менее уровня атмосферного давления (Рст≈0,03÷0,08 МПа). Поскольку выходное сечение отверстия патрубка подачи жидкости расположено между выходным сечением входного конического участка и выходным сечением выходного цилиндрического участка профилированного канала сопла, энергия газового потока с максимальной эффективностью используется для эжекции жидкости из патрубка в цилиндрический участок профилированного канала сопла. При этом давление подачи жидкости в канал патрубка может быть минимальным и выбирается из условия заполнения канала патрубка.
Необходимо отметить, что конструкция распылителя позволяет эффективно эжектировать жидкость в цилиндрический канал сопла, именно в невозмущенную область газового потока, в которой не происходит вихреобразование. Далее при контакте струи жидкости со сверхзвуковым газовым потоком, вектор скорости которого совпадает с направлением течения жидкости, происходит интенсивное газожидкостное смешивание и диспергирование потока жидкости на отдельные мелкие капли. Вследствие внутреннего протекания процесса диспергирования жидкости в канале выходного сопла на срезе сопла образуется пространственно равномерный мелкодисперсный газокапельный поток, параметры которого (дисперсность, расход, угол факела раскрытия потока) практически не зависят от внешних условий. Формируемый газокапельный поток обладает однородной структурой, без жидкостных и газовых включений, с заданным углом конусности факела распыла.
Внутреннее диспергирование жидкости в области сверхзвукового газового потока, свободной от возмущающих факторов, обуславливает монодисперсность мелкодисперсной фракции газокапельного потока. Кроме того, снижаются потери энергии, связанные с подачей жидкости под избыточным давлением и созданием высокоскоростного газового потока. При этом давление газа на входе в профилированный канал выходного сопла может быть снижено до 0,4 МПа. За счет данного преимущества из состава установки распыления жидкости могут быть исключены системы и узлы, обеспечивающие подачу в распылитель жидкости и газа под высоким давлением.
Требуемые значения угла конусности факела распыла жидкости, дисперсности и объемной концентрации капель жидкости в газокапельном потоке могут быть получены путем изменения положения выходного сечения отверстия патрубка подачи жидкости относительно выходного сечения цилиндрического участка профилированного канала сопла. Для регулирования геометрических и физических параметров генерируемого газокапельного потока патрубок подачи жидкости целесообразно выполнять с возможностью осевого перемещения вдоль оси симметрии профилированного канала выходного сопла.
Диаметр dк основания конической поверхности торцевой части патрубка подачи жидкости предпочтительно выбирается из условия: dк=(1,3÷2,0)dц, где dц - диаметр выходного цилиндрического участка профилированного канала выходного сопла. При выполнении данного условия обеспечивается максимальная эффективность эжекции жидкости в поток газа за счет создания оптимальных условий для ускорения газового потока на входном коническом участке профилированного канала сопла.
Угол α при вершине конуса, образующего коническую поверхность торцевой части патрубка подачи жидкости, и угол β при вершине конуса, образующего коническую поверхность входного участка профилированного канала выходного сопла, предпочтительно выбираются из следующих условий: α=30÷70°; β=80÷100°. При использовании данных условий также обеспечивается наибольшая эффективность эжекции жидкости в газовый поток за счет оптимизации процесса ускорения газового потока в кольцевом газодинамическом сопле и создания зоны разрежения у среза патрубка подачи жидкости. Выбор значений углов α и β в пределах указанных выше диапазонов позволяет снизить потери энергии газового потока и исключить вихреобразование в профилированном канале выходного сопла.
Площадь SВ поперечного сечения выходного отверстия патрубка подачи жидкости в предпочтительном варианте реализации изобретения выбирается из условия: SВ=(0,01÷0,02)Sц, где Sц - площадь поперечного сечения выходного цилиндрического участка профилированного канала выходного сопла. Реализация данного условия позволяет снизить потери энергии потока газа при эжекции жидкости и обеспечить требуемую дисперсность газокапельного потока (средний размер капель не должен превосходить 100 мкм).
Направляющие каналы, обеспечивающие равномерное распределение газового потока по окружности кольцевого профилированного канала и стабильное течение газа вдоль оси симметрии профилированного канала без вихреобразования, могут быть выполнены в виде продольных канавок, образованных на внутренней поверхности корпуса или на внешней поверхности патрубка подачи жидкости. При этом длину L направляющих каналов целесообразно выбирать из следующего условия: L=(4÷10)d0, где d0 - максимальный размер поперечного сечения направляющих каналов. Данный диапазон значений L обусловлен минимальными потерями энергии при создании равномерно распределенного нетурбулизованного газового потока.
Далее изобретение поясняется примером реализации изобретения со ссылками на поясняющие чертежи. В качестве примера реализации изобретения рассматривается конструкция эжекционного распылителя жидкости с перемещаемым патрубком подачи жидкости.
На поясняющих чертежах изображено следующее:
на фиг.1 - продольный разрез распылителя в масштабе 1:1;
на фиг.2 - поперечный разрез распылителя по плоскости А-А;
на фиг.3 - местный вид Б (см. фиг.1) в масштабе 2:1.
Распылитель жидкости эжекционного типа, изображенный на фиг.1-3, содержит корпус 1, выходное сопло 2, патрубок 3 подачи жидкости с установленной на его торцевой части втулкой 4. Патрубок 3 соосно расположен в полости корпуса 1 с образованием между внутренней поверхностью корпуса и патрубка кольцевого канала 5, сообщенного с отверстием 6 подвода газа, которое выполнено в корпусе 1. Кольцевой канал 5 соединен с выходным соплом 2 через направляющие каналы 7 арочной формы, образованные на внутренней поверхности корпуса 1 (см. фиг.2). В других вариантах реализации изобретения направляющие каналы могут быть образованы на поверхности патрубка 3 и втулки 4. Восемь направляющих каналов 7 симметрично расположены и ориентированы параллельно оси симметрии выходного сопла 2. Длина L направляющих каналов 7 выбрана из условия: L=(4÷10)d0, где d0=5 мм - максимальный размер поперечного сечения направляющих каналов, и составляет 4d0=20 мм (см. фиг.3).
Патрубок 3 выполнен с возможностью осевого перемещения вдоль оси симметрии профилированного канала выходного сопла 2 с помощью ходовой резьбы, образованной на внутренней поверхности корпуса 1. При этом кольцевой канал 5 герметизирован уплотнительным кольцом 8, установленным на патрубке 3. Выходное сопло 2 закреплено на торцевой части корпуса 1 с помощью накидной гайки 9.
Профилированный канал выходного сопла 2 состоит из двух участков. Входной кольцевой конический участок 10 сужается в направлении течения потока газа. Канал входного участка 10 ограничен с одной стороны конической поверхностью торцевой части патрубка 3, в качестве которой используется втулка 4, а с другой - конической поверхностью входной части сопла 2. В рассматриваемом примере угол α при вершине конуса, образующего коническую поверхность втулки 4, составляет 60°, а угол β при вершине конуса, образующего коническую поверхность входного участка профилированного канала сопла 2, равен 84°. Данный выбор геометрических характеристик входного участка 10 профилированного канала определяет оптимальную сужающуюся форму канала сопла в направлении течения газового потока.
С входным коническим участком 10 профилированного канала сопряжен выходной цилиндрический участок 11. Выходное сечение отверстия, выполненного во втулке 4 патрубка 3, расположено между выходным сечением входного конического участка 11 и выходным сечением выходного цилиндрического участка 10. Диаметр dВ отверстия, выполненного во втулке, равен 1 мм согласно условию: SВ=(0,01÷0,02)Sц. В рассматриваемом примере реализации изобретения SВ=0,8 мм2 - площадь поперечного сечения выходного отверстия патрубка подачи жидкости, а Sц=50 мм2 - площадь поперечного сечения выходного цилиндрического участка 11 профилированного канала сопла 2. Диаметр dц цилиндрического участка 11 равен 8 мм, а диаметр dк основания конической поверхности втулки 2 (торцевой части патрубка 3) составляет 12 мм в соответствии с условием: dк=(1,3÷2,0)dц.
Работа распылителя жидкости осуществляется следующим образом.
Воздух под давлением 0,4 МПа подводится через отверстие 6 в кольцевой канал 5 и подается на вход в профилированный канал сопла 2 через направляющие каналы 7. В направляющих каналах 7 происходит равномерное распределение потока газа по кольцевому каналу и стабилизация потока в направлении, параллельном оси симметрии профилированного канала сопла 2. Затем сформированный поток газа поступает во входной кольцевой конический участок 10 профилированного канала сопла 2. Поток газа разгоняется в сужающемся входном участке 10 до скорости звука в области минимального сечения кольцевого сопла. Далее, после прохождения области сверхкритического перепада давления, газовый поток поступает в цилиндрический участок 11 профилированного канала сопла 2.
Вследствие расширяющейся формы цилиндрического участка 11, образованного цилиндрической стенкой сопла 2 и конической поверхностью торцевой части втулки 4, газовый поток приобретает сверхзвуковую скорость до значения числа Маха М=4. За счет увеличения динамической составляющей статическое давление в потоке газа у выходного сечения отверстия втулки 4 снижается до уровня 0,03÷0,08 МПа. Под действием возникающего перепада давления жидкость, заполняющая патрубок 3 при небольшом избыточном давлении, эжектируется через выходное отверстие втулки 4 диаметром dВ=1 мм в виде струи в выходной цилиндрический участок 11 профилированного канала сопла 2.
В зоне эжекции жидкости в сверхзвуковом потоке, перемещающемся в цилиндрическом канале, отсутствует вихреобразование, обусловленное действием возмущающих факторов. В цилиндрическом участке 11 струя эжектируемой жидкости взаимодействует со стабилизированным сверхзвуковым потоком воздуха, вектор скорости которого совпадает с направлением течения жидкости, и происходит интенсивное газожидкостное смешивание и диспергирование потока жидкости на отдельные мелкие капли.
При внутреннем диспергировании жидкости, в цилиндрическом канале сопла, параметры генерируемого газокапельного потока практически не зависят от внешних условий, в связи с этим на выходе из сопла 2 создается мелкодисперсный поток с заданными дисперсностью, расходом жидкости и углом факела распыла жидкости.
Регулирование параметров генерируемого газокапельного потока осуществляется посредством осевого перемещения патрубка 3. При перемещении патрубка 3 происходит изменение проходного сечения профилированного канала сопла 2 между конической поверхностью втулки 4 и обращенной к ней конической поверхностью входного участка профилированного канала сопла 2. За счет такого перемещения втулки 4 изменяется расход газа через сопло 2. Соответственно изменяется и положение выходного сечения отверстия втулки 4, через которое осуществляется эжекция жидкости, в полости цилиндрического участка 11. Вследствие этого изменяются расход, дисперсность и угол факела распыла эжектируемой жидкости.
При проведении испытаний распылителя жидкости, конструкция которого соответствовала рассматриваемому примеру реализации изобретения, был получен мелкодисперсный пространственно-однородный распыленный поток жидкости с расходом 1 г/с со средневзвешенным размером капель 16 мкм в диапазоне значений от 4 до 38 мкм. Угол конусности факела распыла жидкости в зависимости от длины цилиндрического участка сопла составлял от 30° до 60°. Распыление жидкости производилось при минимальном входном давлении воздуха ~0,4 МПа. Генерируемый газокапельный поток обладал высокой равномерностью распределения капель жидкости в потоке как по размеру, так и по объемной концентрации.
Способность распылителя жидкости генерировать газокапельные потоки с указанными выше свойствами позволяет расширить область его применения в составе оборудования различного назначения, в том числе в системах пожаротушения, сантехническом оборудовании и в энергетическом и технологическом оборудовании.
В частности, распылитель может использоваться в химическом производстве для распыления растворов, в аппаратах очистки газа, системах пыле- и дымоулавливания, в устройствах для сжигания жидкого топлива, поливочных агрегатах, в аппаратах увлажнения и кондиционирования воздуха, в медицинском оборудовании для создания взвеси мелкодисперсных капель. Распылитель может также применяться для получения аэрозолей из взвешенных твердых частиц с диаметром 0,5÷3 мкм посредством распыления расплавов соли и быстрого испарения воды из монодисперсного потока капель жидкости.

Claims (8)

1. Распылитель жидкости, включающий в свой состав корпус, выходное сопло, патрубок подачи жидкости, соосно установленный в полости корпуса с образованием между внутренней поверхностью корпуса и патрубком подачи жидкости кольцевого канала, сообщенного с отверстием подвода газа, при этом кольцевой канал соединен с выходным соплом через направляющие каналы, торцевая часть патрубка подачи жидкости со стороны входа в выходное сопло и обращенная к ней часть выходного сопла выполнены в форме конических поверхностей, отличающийся тем, что профилированный канал выходного сопла включает последовательно расположенные входной кольцевой участок, сужающийся в направлении течения потока, и сопряженный с ним выходной цилиндрический участок, причем входной участок профилированного канала сопла образован между конической поверхностью торцевой части патрубка подачи жидкости и конической поверхностью выходного сопла, выходное сечение отверстия патрубка подачи жидкости расположено между выходным сечением входного конического участка и выходным сечением выходного цилиндрического участка профилированного канала сопла, при этом направляющие каналы ориентированы параллельно оси симметрии профилированного канала выходного сопла.
2. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что патрубок подачи жидкости выполнен с возможностью осевого перемещения вдоль оси симметрии профилированного канала выходного сопла.
3. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что диаметр dк основания конической поверхности торцевой части патрубка подачи жидкости выбран из условия: dк(=(1,3÷2,0)dц, где dц - диаметр выходного цилиндрического участка профилированного канала выходного сопла.
4. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что угол α при вершине конуса, образующего коническую поверхность торцевой части патрубка подачи жидкости, выбран из диапазона от 30 до 70°.
5. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что угол β при вершине конуса, образующего коническую поверхность входного участка профилированного канала выходного сопла, выбран из диапазона от 80 до 100°.
6. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что площадь SB поперечного сечения выходного отверстия патрубка подачи жидкости выбрана из условия:
SB=(0,01÷0,02)Sц, где Sц - площадь поперечного сечения выходного цилиндрического участка профилированного канала выходного сопла.
7. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что направляющие каналы выполнены в виде продольных канавок, образованных на внутренней поверхности корпуса или на внешней поверхности патрубка подачи жидкости.
8. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что длина L направляющих каналов выбрана из условия: L=(4÷10)d0, где d0 - максимальный размер поперечного сечения направляющих каналов.
RU2006130489/12A 2006-08-24 2006-08-24 Распылитель жидкости RU2329873C2 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006130489/12A RU2329873C2 (ru) 2006-08-24 2006-08-24 Распылитель жидкости
PCT/RU2007/000447 WO2008024032A1 (en) 2006-08-24 2007-08-16 Liquid sprayer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006130489/12A RU2329873C2 (ru) 2006-08-24 2006-08-24 Распылитель жидкости

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006130489A RU2006130489A (ru) 2008-02-27
RU2329873C2 true RU2329873C2 (ru) 2008-07-27

Family

ID=38805713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006130489/12A RU2329873C2 (ru) 2006-08-24 2006-08-24 Распылитель жидкости

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2329873C2 (ru)
WO (1) WO2008024032A1 (ru)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486966C1 (ru) * 2012-06-14 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная лесотехническая академия" Устройство для нанесения теплоизолирующего покрытия
RU2569797C2 (ru) * 2010-05-20 2015-11-27 ЛАЙТСАЙД, ЭлЭлСи Распылитель топлива, способ распыления топлива, устройство для смешивания топлива с воздухом и способ испарения топлива
RU2597608C1 (ru) * 2015-06-19 2016-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (Университет машиностроения) Распылитель жидкости
US9982643B2 (en) 2012-09-25 2018-05-29 Enginetics, Llc Two step metering solenoid for multi-physics fuel atomizer
RU200333U1 (ru) * 2019-06-14 2020-10-16 Сергей Сергеевич Занин Прецизионный экструдер для 3d печати
RU202624U1 (ru) * 2020-08-12 2021-03-01 Владимир Алексеевич Ким Устройство для подачи смазывающих технологических сред
RU2756323C2 (ru) * 2019-12-17 2021-09-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Способ аэрозольного распыления наночастиц в постоянном электрическом поле

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101690919B (zh) * 2009-10-29 2011-11-16 北京洋鑫利源喷雾科技有限公司 气、水雾化喷嘴
US8999246B2 (en) 2010-05-25 2015-04-07 Exxonmobil Research And Engineering Company Fluid injection nozzle for fluid bed reactors
CN102698903B (zh) * 2012-06-26 2014-07-30 上海大学 多混合式喷液雾化头
CN105363589B (zh) * 2015-12-04 2017-12-19 中北大学 一种内混式超临界流体方法制备纳微颗粒用喷嘴
CN105397056A (zh) * 2015-12-15 2016-03-16 重庆纽思塔科技有限公司 一种喷嘴
JP6814993B2 (ja) 2018-01-31 2021-01-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 噴霧装置
CN110743717A (zh) * 2019-11-26 2020-02-04 武汉理工大学 一种基于空化射流原理的洗车喷嘴装置
CN111905845A (zh) * 2020-06-17 2020-11-10 西安交通大学 一种基于气流加速的多粒径高速液滴生成装置
US20220163205A1 (en) * 2020-11-24 2022-05-26 Pratt & Whitney Canada Corp. Fuel swirler for pressure fuel nozzles
CN115161062A (zh) * 2022-03-23 2022-10-11 中国石油化工股份有限公司 一种气液混合分布器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5141693B1 (ru) * 1971-05-24 1976-11-11
NL178487C (nl) 1976-03-26 1986-04-01 Stamicarbon Inrichting en werkwijze voor het versproeien van een vloeistof.
SU1228918A1 (ru) 1984-07-06 1986-05-07 Калушский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектного Института Галургии Форсунка дл распыливани жидкости
SU1470345A1 (ru) 1987-08-15 1989-04-07 Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский технологический институт механизации труда в черной металлургии и ремонтно-механических работ Устройство дл получени аэрозол
DE4312994C2 (de) * 1993-04-21 2001-06-28 Franz Joos Vorrichtung zur Verspritzung von Suspensionen, insbesondere Mörteln
GB2283927B (en) * 1993-11-22 1998-01-21 Itw Ltd An improved spray nozzle
JP2000254554A (ja) 1999-03-12 2000-09-19 Kimitoshi Mato 微粒化ノズル
US6776360B2 (en) * 2001-06-26 2004-08-17 Spraying Systems Co. Spray gun with improved needle shut-off valve sealing arrangement
RU40217U1 (ru) 2002-08-12 2004-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научный центр Российской Федерации Институт теоретической и экспериментальной физики Высокодисперсный распылитель
DE10257809A1 (de) * 2002-12-10 2004-06-24 Swoboda, Walter, 71543 Stocksberg Zweistoffdüse
JP4449391B2 (ja) 2003-09-29 2010-04-14 パナソニック株式会社 二流体ノズル

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10151281B2 (en) 2010-05-20 2018-12-11 Enginetics, Llc Multi-physics fuel atomizer and methods
RU2569797C2 (ru) * 2010-05-20 2015-11-27 ЛАЙТСАЙД, ЭлЭлСи Распылитель топлива, способ распыления топлива, устройство для смешивания топлива с воздухом и способ испарения топлива
US9441580B2 (en) 2010-05-20 2016-09-13 Enginetics, Llc Multi-physics fuel atomizer and methods
US9771903B2 (en) 2010-05-20 2017-09-26 Enginetics, Llc Multi-physics fuel atomizer and methods
US10883454B2 (en) 2010-05-20 2021-01-05 Enginetics, Llc Multi-physics fluid atomizer and methods
US11674479B2 (en) 2010-05-20 2023-06-13 Enginetics, Llc Multi-physics fluid atomizer and methods
RU2486966C1 (ru) * 2012-06-14 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная лесотехническая академия" Устройство для нанесения теплоизолирующего покрытия
US9982643B2 (en) 2012-09-25 2018-05-29 Enginetics, Llc Two step metering solenoid for multi-physics fuel atomizer
US10697415B2 (en) 2012-09-25 2020-06-30 Enginetics, Llc Two step metering solenoid for fluid dispenser
RU2597608C1 (ru) * 2015-06-19 2016-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (Университет машиностроения) Распылитель жидкости
RU200333U1 (ru) * 2019-06-14 2020-10-16 Сергей Сергеевич Занин Прецизионный экструдер для 3d печати
RU2756323C2 (ru) * 2019-12-17 2021-09-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Способ аэрозольного распыления наночастиц в постоянном электрическом поле
RU202624U1 (ru) * 2020-08-12 2021-03-01 Владимир Алексеевич Ким Устройство для подачи смазывающих технологических сред

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008024032A1 (en) 2008-02-28
RU2006130489A (ru) 2008-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2329873C2 (ru) Распылитель жидкости
RU54825U1 (ru) Распылитель жидкости
KR100555747B1 (ko) 액체 분사기
US9931648B2 (en) Mist generating apparatus and method
JP6487041B2 (ja) 噴霧器ノズル
JP6879571B6 (ja) 流体流れを混合するノズルおよび方法
JPH0994494A (ja) 内部混合気の霧化噴霧用ノズル
CN108367304A (zh) 加压空气辅助的全锥形喷雾喷嘴组件
CN104772242A (zh) 雾化喷嘴
RU2523816C1 (ru) Пневматическая форсунка (варианты)
RU2254155C1 (ru) Переносная установка пожаротушения и распылитель жидкости
RU2530790C1 (ru) Пневматическая форсунка кочетова
RU2346756C1 (ru) Пневматическая форсунка
RU2456041C1 (ru) Распылитель
WO2015122793A1 (ru) Пневматическая форсунка (варианты)
RU2264833C1 (ru) Распылитель жидкости и огнетушитель
RU202165U1 (ru) Распылитель
RU2655601C1 (ru) Пневматический распылитель жидкости
RU124891U1 (ru) Насадок для пожаротушения
RU2390386C1 (ru) Пневматическая форсунка
CN214515563U (zh) 超音速气雾化装置及超音速气雾化器
RU2800452C1 (ru) Способ диспергирования жидкости и устройство для его реализации
RU2646186C1 (ru) Пневматическая форсунка с коническим завихрителем
RU2666660C1 (ru) Распылитель жидкости
RU2657492C1 (ru) Комплексная форсунка

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200825