RU2346756C1 - Compressed air atomiser - Google Patents

Abstract

FIELD: power generation.

SUBSTANCE: invention relates to spraying of fluids and suspensions, e.g. coal-water fuel, and may be used to apply various coatings. Compressed air atomiser comprises an atomising nozzle at the end of fluid supplying pipe. The nozzle is an atomiser cone, with convex surface on the flow side. Encircling ring on the pipe below the gas nipple is shaped as a dome head converging to the body axis. Length of the head below gas nipple is approximatley equal to atomiser cone outlet diameter. Design provides for fluid stream spreading along the atomising cone walls with formation of thin film, fluid stream crossing the converging gas stream. Their interaction results in formation of gas-droplet flow. Atomiser contains no narrow fluid ducts. Fluid film thinning is provided due its spreading along the atomising cone walls. That is, no high pressure or fluid flow rate is required for successful operation of the atomiser, even in case of highly viscous fluid or suspension, which prevents abrasive wear.

EFFECT: compressed air atomiser with design of gas and fluid ducts providing for required dispersity of spraying of both low- and high-viscosity fluids and suspensions, with no rapid wear of equipment.

5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и предназначено для распыливания жидкостей и суспензий (например, водоугольного топлива).The invention relates to energy and is intended for spraying liquids and suspensions (for example, water-coal fuel).

Известна пневматическая форсунка, в которой струя жидкости вводится в соосный газовый поток [Распыливание жидкостей / Бородин В.А. и др. - М., 1976]. Принцип работы таких форсунок связан с возникновением на поверхностях раздела жидкости и газа волн, в результате взаимодействия которых с газовым потоком струя жидкости (пленка) распадается на капли.Known pneumatic nozzle in which a stream of liquid is introduced into the coaxial gas stream [Spraying liquids / Borodin V.A. and others - M., 1976]. The principle of operation of such nozzles is associated with the occurrence of waves on the interfaces between the liquid and gas, as a result of the interaction of which with the gas stream, the liquid stream (film) breaks up into droplets.

Недостатком известной конструкции форсунки является тот факт, что с ростом размера жидкостного сопла и расхода жидкости резко ухудшается качество распыливания.A disadvantage of the known nozzle design is the fact that with an increase in the size of the liquid nozzle and the flow rate of the liquid, the quality of atomization sharply worsens.

Известна также пневматическая форсунка, содержащая корпус с размещенным по оси штоком, жидкостный канал и два газовых канала, расположенных по разные стороны от жидкостного канала, причем жидкостный и газовые каналы переходят сначала соответственно в жидкостные и газовые щелевые сопла, а затем - в общую камеру смешения, образованную внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью выходного, выполненного сферическим, торца штока [патент РФ №2106914, 1996 г., В05В 7/02].Also known is a pneumatic nozzle comprising a housing with an axis-mounted rod, a liquid channel and two gas channels located on opposite sides of the liquid channel, the liquid and gas channels passing first into liquid and gas slotted nozzles, respectively, and then into a common mixing chamber formed by the inner surface of the casing and the outer surface of the output, made spherical, the end of the rod [RF patent No. 2106914, 1996, B05B 7/02].

В этой форсунке струя жидкости подается в высокоскоростной попутный газовый поток вдоль выпуклой образующей выходного торца штока. В силу эффекта Коанда струя жидкости прилегает к стенкам штока. Свободная граница такой струи неустойчива (неустойчивость Тейлора). На поверхности струи образуются продольные ребра. С удалением от сопла высота ребер увеличивается, и струя распадается на пластинчатые радиальные струйки. Попутный высокоскоростной газовый поток обдувает каждую пластинчатую струйку жидкости с двух сторон. В силу неустойчивости Гельмгольца струйки распадаются на мелкие капли. Непосредственно у стенки штока размер капель может быть недостаточно малым. Газовый поток, вводимый в камеру смешения через внутреннее газовое сопло, производит дополнительное измельчение капель.In this nozzle, a liquid stream is supplied to a high-speed associated gas stream along the convex generatrix of the outlet end of the rod. Due to the Coanda effect, the liquid jet adheres to the walls of the stem. The free boundary of such a jet is unstable (Taylor instability). On the surface of the jet, longitudinal ribs are formed. With increasing distance from the nozzle, the height of the ribs increases, and the jet disintegrates into lamellar radial streams. Associated high-speed gas flow blows through each lamellar stream of liquid from two sides. Due to Helmholtz instability, trickles break up into small drops. Directly at the stem wall, the droplet size may not be small enough. The gas stream introduced into the mixing chamber through the internal gas nozzle produces additional grinding of the droplets.

В этой форсунке, основанной на использовании эффекта Коанда, ширина кольцевых и газовых, и жидкостного сопл должны быть достаточно малыми, а скорости потоков большими. В тех случаях, когда форсунка предназначена для распыливания сильно вязких жидкостей, в силу наличия узких щелей в конструкции форсунки, требуются высокие давления для прокачки жидкостей. Кроме того, если форсунка предназначена для распыливания суспензий, содержащих твердые абразивные частицы, такие форсунки быстро изнашиваются.In this nozzle, based on the use of the Coanda effect, the width of the annular and gas and liquid nozzles should be sufficiently small and the flow rates large. In cases where the nozzle is designed to spray highly viscous liquids, due to the presence of narrow slits in the nozzle design, high pressures are required for pumping liquids. In addition, if the nozzle is designed to spray suspensions containing solid abrasive particles, such nozzles quickly wear out.

Таким образом, недостатком известной форсунки является невысокая эффективность при распылении вязких жидкостей и суспензий и ее быстрый износ.Thus, a disadvantage of the known nozzle is its low efficiency when spraying viscous liquids and suspensions and its rapid wear.

Из известных решений наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объекту является пневматическая форсунка [патент РФ №2015347, 1991 г., E21F 5/04], содержащая корпус с патрубком для подвода сжатого газа, установленную по оси корпуса с возможностью осевого перемещения трубу для подачи жидкости, на торце которой расположен распыливающий насадок, выполненный в виде конического диффузора, установленного на выходе из трубы для подачи жидкости, и усеченного конуса, закрепленного внутри диффузора с помощью продольной пружины, и воздушное сопло, образованное выступом на внутренней стенке корпуса и эластичной кольцевой насадкой на трубе для подачи жидкости.Of the known solutions, the closest in technical essence to the proposed object is a pneumatic nozzle [RF patent No. 2015347, 1991, E21F 5/04], comprising a housing with a nozzle for supplying compressed gas, mounted along the axis of the housing with axial movement of the pipe for supply liquid, at the end of which there is a spray nozzle made in the form of a conical diffuser mounted at the outlet of the pipe for supplying liquid, and a truncated cone fixed inside the diffuser using a longitudinal spring, and air PLO protrusion formed on the inner wall of the housing and an annular elastic packing on the pipe for supplying liquid.

В прототипе жидкая струя, вытекающая из щелевого конического сопла, сталкивается с набегающим под углом газовым потоком и разбрызгивается на капли. Эффективное распыливание жидкой струи происходит только при высоких скоростях и газового, и жидкостного потоков. Следовательно, как и в аналоге, недостатком известной форсунки является недостаточная эффективность при распылении вязких жидкостей и суспензий. Кроме того, конструкция разбрызгивающего устройства, предложенного в прототипе, в тех случаях, когда жидкость содержит абразивные частицы, не исключает быстрого износа стенок щелевого жидкостного сопла.In the prototype, a liquid jet flowing from a slotted conical nozzle collides with a gas flow running at an angle and is sprayed onto droplets. Effective atomization of a liquid stream occurs only at high speeds of both gas and liquid flows. Therefore, as in the analogue, the disadvantage of the known nozzle is the lack of efficiency in the spraying of viscous liquids and suspensions. In addition, the design of the spray device proposed in the prototype, in cases where the liquid contains abrasive particles, does not exclude the rapid wear of the walls of the slotted liquid nozzle.

В основу изобретения положена задача создания пневматической форсунки с такой формой газового и жидкостного трактов, конструкция которых позволила бы обеспечить нужную дисперсность распыливания как маловязких, так и сильновязких жидкостей и суспензий без быстрого износа оборудования.The basis of the invention is the task of creating a pneumatic nozzle with such a form of gas and liquid paths, the design of which would ensure the desired dispersion of the spraying of both low-viscosity and highly viscous liquids and suspensions without rapid wear of the equipment.

Поставленная задача решается тем, что в пневматической форсунке, содержащей корпус с патрубком для подвода сжатого газа, установленную по оси корпуса с возможностью осевого перемещения трубу для подачи жидкости, на торце которой расположен распыливающий насадок, а также воздушный канал и воздушное сопло, образованное выступом на внутренней стенке корпуса и кольцевой насадкой на трубе для подачи жидкости, распыливающий участок выполнен в виде диффузора с выпуклой со стороны потока жидкости формой его образующей, а кольцевая насадка на трубе ниже газового сопла выполнена в форме сходящейся к оси корпуса выпуклой головки, при этом длина головки ниже газового сопла имеет размер порядка диаметра выходного сечения диффузора.The problem is solved in that in a pneumatic nozzle containing a housing with a nozzle for supplying compressed gas, mounted along the axis of the housing with the possibility of axial movement of the pipe for supplying liquid, at the end of which there is a spray nozzle, as well as an air channel and an air nozzle formed by a protrusion on the inner wall of the body and the annular nozzle on the pipe for supplying liquid, the spraying section is made in the form of a diffuser with a convex shape on the side of the liquid flow, and the annular nozzle on t The cabin below the gas nozzle is made in the form of a convex head converging to the axis of the casing, while the length of the head below the gas nozzle is on the order of the diameter of the outlet cross section of the diffuser.

На чертеже представлен продольный разрез предложенной форсунки.The drawing shows a longitudinal section of the proposed nozzle.

Форсунка содержит корпус 1 с патрубком 2 для подачи сжатого воздуха, трубу 3 для подачи жидкости, переходящую в диффузорное сопло 4, и кольцевую насадку 5, формирующую кольцевое газовое сопло 6.The nozzle comprises a housing 1 with a nozzle 2 for supplying compressed air, a pipe 3 for supplying liquid, passing into the diffuser nozzle 4, and an annular nozzle 5, forming an annular gas nozzle 6.

Образующей диффузорного сопла 4, согласно изобретению, преимущественно придана форма дуги окружности, плавно сопряженной с продольной образующей внутренней стенки трубы для подачи жидкости.The generatrix of the diffuser nozzle 4, according to the invention, is predominantly given the shape of an arc of a circle smoothly conjugated with the longitudinal generatrix of the inner wall of the pipe for supplying liquid.

Диаметр выходного сечения диффузорного сопла 4, согласно изобретению, преимущественно в пять и более раз превышает диаметр трубы для подачи жидкости.The diameter of the outlet section of the diffuser nozzle 4, according to the invention, is preferably five or more times the diameter of the pipe for supplying liquid.

Форма образующей кольцевой насадки 5 ниже газового сопла, согласно изобретению, преимущественно выполнена в виде дуги окружности.The shape of the generatrix of the annular nozzle 5 below the gas nozzle according to the invention is advantageously made in the form of a circular arc.

Угол между касательной к образующей головки кольцевой насадки J на трубе для подачи жидкости 3 в ее концевой точке и осью корпуса, согласно изобретению, преимущественно составляет 25-40 градусов.The angle between the tangent to the forming head of the annular nozzle J on the pipe for supplying fluid 3 at its end point and the axis of the housing, according to the invention, is preferably 25-40 degrees.

Предложенная пневматическая форсунка работает следующим образом. Газ подается в корпус 1 через патрубок 2. Струя газа, вытекающая из сопла 6, не отрываясь в силу эффекта Коанда, движется вдоль сходящейся наружной стенки насадки 5 и образует за пределами форсунки сходящийся струйный газовый поток. В результате столкновения струй образуются струйное течение вдоль оси форсунки и возвратная струя типа кумулятивной.The proposed pneumatic nozzle operates as follows. Gas is supplied to the housing 1 through the nozzle 2. The gas stream flowing from the nozzle 6, without tearing off due to the Coanda effect, moves along the converging outer wall of the nozzle 5 and forms a converging jet gas stream outside the nozzle. As a result of the collision of the jets, a jet stream is formed along the axis of the nozzle and a return jet of the cumulative type.

Подача жидкости под напором в трубу 3 приводит к формированию струи, вытекающей из сопла 4. Благодаря эффекту Коанда жидкость, вообще говоря, имеет тенденцию прилипать к стенкам диффузного сопла и растекаться вдоль них тонкой струей. Однако процесс этот не является достаточно устойчивым и при отсутствии газового потока жидкость вытекает сосредоточенной струей, примыкая к стенкам диффузора 4 то в одном, то в другом месте.The flow of liquid under pressure into the pipe 3 leads to the formation of a jet flowing out of the nozzle 4. Due to the Coanda effect, the liquid, generally speaking, tends to adhere to the walls of the diffuse nozzle and spread along them with a thin stream. However, this process is not sufficiently stable, and in the absence of a gas stream, the liquid flows out in a concentrated stream, adjacent to the walls of the diffuser 4 in one or another place.

Высокоскоростная возвратная струя газа, внедряясь в жидкостную струю вдоль ее оси, нарушает целостность струи и заставляет жидкость равномерно распределяться тонкой струей по стенкам диффузора 4. При этом возвратная газовая струя после соударения с жидкостной струей еще раз изменяет свое направление на обратное, растекается вдоль стенок диффузора и ускоряет поток жидкости, а внутри конуса, образованного основной газовой струей, формируется тороидальный вихрь. В результате взаимодействия жидкостной струи и газового потока на выходе из диффузора 4 образуется газокапельный поток. Какая-то часть мелких капель жидкости попадает и в возвратную газовую струйку. Однако капли только увеличивают среднюю плотность потока по сравнению с чистым газом, и эффективность возвратной струйки как разрушителя сосредоточенной струи жидкости увеличивается.A high-speed return gas jet, introducing into the liquid stream along its axis, violates the integrity of the stream and causes the liquid to be evenly distributed by a thin stream along the walls of the diffuser 4. In this case, the return gas stream after collision with the liquid stream again reverses its direction, spreads along the walls of the diffuser and accelerates the flow of fluid, and inside the cone formed by the main gas stream, a toroidal vortex is formed. As a result of the interaction of the liquid jet and the gas stream at the outlet of the diffuser 4, a gas-droplet stream is formed. Some part of small drops of liquid gets into the return gas stream. However, droplets only increase the average flux density compared to pure gas, and the efficiency of the return stream as a destroyer of a concentrated liquid stream increases.

На предложенную пневматическую форсунку разработана техническая документация, изготовлены и испытаны опытные образцы. Испытания на воде и водоугольном топливе показали хорошее качество распыления и высокую износоустойчивость форсунки.Technical documentation has been developed for the proposed pneumatic nozzle, prototypes have been manufactured and tested. Tests on water and coal-water fuel showed good spray quality and high wear resistance of the nozzle.

Claims (5)

1. Пневматическая форсунка, содержащая корпус с патрубком для подвода сжатого газа, установленную по оси корпуса с возможностью осевого перемещения трубу для подачи жидкости, на торце которой расположен распыливающий насадок, и воздушное сопло, образованное выступом на внутренней стенке корпуса и кольцевой насадкой на трубе для подачи жидкости, отличающаяся тем, что распыливающий участок выполнен в виде диффузора с выпуклой со стороны потока жидкости формой его образующей, а кольцевая насадка на трубе ниже газового сопла выполнена в форме сходящейся к оси корпуса выпуклой головки, при этом длина головки ниже газового сопла имеет размер порядка диаметра выходного сечения диффузора.1. A pneumatic nozzle comprising a housing with a nozzle for supplying compressed gas, mounted along the axis of the housing with axial movement of the fluid supply pipe, at the end of which a spray nozzle is located, and an air nozzle formed by a protrusion on the inner wall of the housing and an annular nozzle on the pipe for liquid supply, characterized in that the spraying section is made in the form of a diffuser with a generatrix convex from the side of the liquid stream, and the annular nozzle on the pipe below the gas nozzle is made in the form instead of a convex head converging to the axis of the housing, the length of the head below the gas nozzle is on the order of the diameter of the outlet cross section of the diffuser. 2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что образующая внутренней стенки диффузора имеет форму дуги окружности, плавно сопрягающейся с продольной образующей внутренней границы трубы для подачи жидкости.2. The nozzle according to claim 1, characterized in that the generatrix of the inner wall of the diffuser has the shape of an arc of a circle that smoothly mates with the longitudinal generatrix of the inner boundary of the pipe for supplying liquid. 3. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что диаметр выходной кромки диффузора превышает более чем в пять раз диаметр трубы для подачи жидкости в месте перехода ее в диффузор.3. The nozzle according to claim 1, characterized in that the diameter of the outlet edge of the diffuser exceeds more than five times the diameter of the pipe for supplying fluid at the point where it passes into the diffuser. 4. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что образующая кольцевой насадки на трубе для подачи жидкости имеет форму дуги окружности.4. The nozzle according to claim 1, characterized in that the generatrix of the annular nozzle on the pipe for supplying liquid has the shape of an arc of a circle. 5. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что угол между касательной к образующей головки кольцевой насадки на трубе для подачи жидкости в ее концевой точке и осью корпуса составляет 25-40°. 5. The nozzle according to claim 1, characterized in that the angle between the tangent to the generatrix of the head of the annular nozzle on the pipe for supplying fluid at its end point and the axis of the housing is 25-40 °.