RU2536957C1 - Пневмоакустическая стержневая форсунка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к механическим устройствам для распыления жидкостей, для создания в помещениях тумана, для увлажнения воздуха в ткацких цехах, в теплицах, для обеззараживания медицинских помещений с помощью бактерицидных растворов. В пневмоакустической стержневой форсунке центральный стержень выполнен с диаметром, равным диаметру сопла. Продольные пазы в центральном стержне расположены на расстояниях, не превышающих четверть длины волны рабочей частоты форсунки. Техническим результатом изобретения является исключение круговой неустойчивости на повышенных частотах генерации, получение капель 30-40 мкм. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

зобретение относится к механическим устройствам для распыления жидкостей, в которых используют ударные волны, создаваемые при торможении сверхзвуковых недорасширенных газовых струй, резонирующей полостью, и может быть использовано для создания в помещениях тумана для увлажнения воздуха в ткацких цехах, в теплицах, для обеззараживания медицинских помещений с помощью бактерицидных растворов.

Известно пневмоакустическое распылительное устройство, содержащее резонатор, газовое и водяное сопла, стержень, установленный с зазором относительно газового сопла, отличающееся тем, что величина зазора в нем выбрана δ=(0,03-0,055)λ, а глубина резонатора h=(3,0-5,0)δ, при этом λ - длина волны акустического излучения на рабочей частоте для инертного газа. Патент Российской Федерации №2130328, МПК: A62C 3/00, A62C 35/00, A62C 31/02, B05B 7/06, 1999 г.

Известна акустическая форсунка, содержащая корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде резонатора и сопел для подвода воздуха и жидкости, ТВ которой корпус выполнен из верхней цилиндрической и нижней частей, соединенных, по крайней мере, двумя стержнями, причем верхняя цилиндрическая часть содержит штуцер с цилиндрическим и коническим соосными отверстиями для подвода распыляемого агента, например воздуха, а внутри штуцера, соосно ему, закреплено сопло с центральным отверстием для подвода жидкости, при этом сопло крепится посредством фиксирующих дисков, выполненных в виде, по крайней мере, трех упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней цилиндрической поверхностью отверстия для подвода воздуха, а нижняя часть корпуса представляет собой кольцевой объемный резонатор с внутренней цилиндрической полостью, соосной соплу, в котором центральное отверстие для подвода жидкости оканчивается на срезе резонатора, выполненного в виде чашки с конической поверхностью со стороны сопла для подвода жидкости, при этом чашка выполнена заодно целое с шаровым сегментом, имеющим коническую поверхность, переходящую в кольцевую поверхность, контактирующую с внешней цилиндрической поверхностью резонатора. Отношение высоты h₁ полости резонатора к расстоянию h между срезом резонатора и нижней торцевой поверхностью сопла для подвода воздуха лежит в интервале величин: h₁/h=0,5÷1,5; отношение внутреннего диаметра d₁ резонатора к диаметру d₂ его внешней цилиндрической поверхности лежит в интервале величин: d₁/d₂=0,7÷0,9; отношение внутреннего диаметра d₁ резонатора к диаметру d сопла для подвода жидкости лежит в интервале величин: d₁/d=1÷3; отношение внутреннего диаметра d₁ резонатора к высоте h₁ полости резонатора лежит в интервале величин: d₁/h₁=1÷1,5.

Известен акустический распылитель для растворов, содержащий полый корпус со стенками, образованными конической и торцевыми поверхностями, с размещенным в нем резонатором и полостью для распыливающего агента в виде усеченного конуса с большим и меньшим основанием и укрепленную на полом цилиндрическом стержне, связанном с корпусом, распределительную головку для подачи раствора, при этом между стержнем и корпусом со стороны меньшего основания усеченного конуса, образующего полость, имеется кольцевой зазор, а резонатор выполнен в виде сферической полости, расположенной в торцевой стенке корпуса, обращенной к распределительной головке, причем сферическая полость соединена калиброванным отверстием с зазором между вертикальным отверстием в торцевой стенке корпуса и стержнем распределительной головки, причем в сечении, перпендикулярном оси стержня, зазор имеет кольцевое сечение, а распределительная головка выполнена в виде корпуса с крышкой в виде усеченных конусов, соединенных большими основаниями, причем в корпусе расположен коллектор в виде цилиндрической полости, соединенный кольцевым каналом, образованным внешней цилиндрической поверхностью полого стержня и соосными с ним отверстиями одинакового диаметра, выполненными соответственно в крышке и корпусе распределительной головки, с тремя равномерно размещенными по окружности и перпендикулярными оси стержня каналами для выхода раствора, причем срез отверстий расположен на конической поверхности крышки распределительной головки, угол наклона которой определяет корневой угол факела распыленного раствора. Патент Российской Федерации №2336129, МПК: B05B 17/06, 2008 г. Указанные форсунки имеют общий недостаток - невозможность получения капель менее 50 мкм.

Известна пневмоакустическая форсунка, содержащая корпус со сквозным каналом подачи жидкости, установленный с одной стороны корпуса патрубок подачи газа в центральную часть канала подачи жидкости и установленное с другой стороны корпуса выходное сопло, вокруг корпуса выполнена коллекторная полость, соединенная радиальными отверстиями с каналом подачи жидкости, на коллекторной полости установлен штуцер подвода газа, выходное сопло связано с выполненной на корпусе кольцевой камерой, охватывающей канал подачи жидкости, на кольцевой камере установлен дополнительный штуцер подвода газа, между выходным соплом и кольцевой камерой выполнен тороидальный генератор акустических колебаний. Патент Российской Федерации №110000, МПК: B05B 17/00, 2011 г.

Известен пневмоакустический стержневой распылитель жидкостей, содержащий цилиндрический корпус, имеющий центральное отверстие с впускным газовым каналом, центральный стержень, установленный в центральном отверстии и имеющий часть, выступающую из цилиндрического корпуса, имеющего впускной канал для жидкости, жидкостную кольцевую камеру, связанную с впускным каналом для жидкости, жидкостное сопло, связанное с жидкостной кольцевой камерой, газовое сопло, охватывающее центральный стержень, кольцевой резонатор, установленный на выступающей части центрального стержня, рабочая поверхность которого обращена к газовому соплу, причем газовое сопло и жидкостное сопло выполнены соосными, жидкостное сопло находится дальше по радиусу от центральной осевой линии цилиндрического корпуса, обечайку, охватывающую цилиндрический корпус, при этом жидкостная кольцевая камера и жидкостное сопло образованы пазами в цилиндрическом корпусе, ограниченными внутренней поверхностью обечайки, в котором впускное газовое сопло выполнено цилиндрическим, центральный стержень - профилированным, причем расположенная внутри сопла часть имеет коническую форму с углом расхождения 45-80°, часть за срезом сопла имеет цилиндрическую форму, а место схождения частей стержня расположено на срезе сопла. Канал для жидкости выполнен в виде штуцера, установленного на внешней поверхности обечайки и соединенного с жидкостной кольцевой камерой. Патент Российской Федерации 2467807, МПК: B05B 17/04, 2012 г. Прототип. Недостаток прототипа состоит в том, что при повышении частоты, осуществляемой путем утоньшения кольцевой струи, появляется круговая неустойчивость, которая влияет на амплитуду колебаний, определяющую дисперсность.

Задачей изобретения является создание пневмоакустической стержневой форсунки с получением капель 30-40 мкм, снятие круговой неустойчивости и возможность работы при повышенных частотах генерации.

Техническим результатом изобретения является исключение круговой неустойчивости на повышенных частотах генерации, получение дисперсных капель размером 30-40 мкм.

Технический результат достигается тем, что в пневмоакустической стержневой форсунке, содержащей цилиндрический корпус, имеющий центральное цилиндрическое отверстие с впускным газовым каналом, центральный стержень, установленный в центральном отверстии и имеющий часть, выступающую из цилиндрического корпуса, имеющего впускной канал для жидкости, жидкостную кольцевую камеру, связанную с впускным каналом для жидкости, жидкостное сопло, связанное с жидкостной кольцевой камерой, охватывающее центральный стержень, кольцевой резонатор, установленный на выступающей части центрального стержня, рабочая часть которого обращена к цилиндрическому корпусу, причем газовое сопло и жидкостное сопло выполнены соосными, жидкостное сопло расположено дальше по радиусу от центральной осевой линии цилиндрического корпуса, обечайку, охватывающую цилиндрический корпус, при этом жидкостная кольцевая камера и жидкостное сопло образованы пазами в цилиндрическом корпусе, ограниченными внутренней поверхностью обечайки центральный стержень выполнен с диаметром, равным диаметру сопла, а продольные пазы в центральном стержне расположены на расстояниях друг от друга, не превышающих четверть длины волны рабочей частоты форсунки, причем глубина пазов на центральном стержне δ, их ширина t и количество n, частота генерации f, ширина резонансной канавки пневмоакустической стержневой форсунки σ и расстояние между кольцевым газовым соплом H и дном кольцевого резонатора выбраны из соотношений

S=·n·δ·t,

где S - суммарное сечение пазов при заданной производительности по газу;

12,5≤f·δ≤15;

1,8≤σ/δ≤2,1;

7≤H/δ≤8.

Сущность изобретения поясняется на Фиг.1 и Фиг.2.

На Фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемого устройства, где: 1 - цилиндрический корпус; 2 - центральное отверстие; 3 - цилиндрическое газовое сопло; 4 - центральный стержень; 5 - впускной канал; 6 - проходные газовые каналы; 7 - кольцевой резонатор в виде диска с цилиндрической проточкой, выступающей за цилиндрическое газовое сопло 3; 8 - обечайка, охватывающая корпус 1; 9 - впускной штуцер для подвода жидкости, установленный на обечайке 8; 10 - распределительная кольцевая камера; 11 - кольцевой жидкостный канал; 12 - кольцевое жидкостное сопло; H - расстояние между кольцевым газовым соплом и дном кольцевого резонатора 7; σ - ширина резонансной канавки форсунки.

На Фиг.2 представлено поперечное сечение форсунки перед выходом газа и жидкости из газового и жидкостного сопел, где: 3 - цилиндрическое газовое сопло; 7 - кольцевой резонатор в виде диска; 11 - кольцевой жидкостный канал; 13 - продольные пазы глубиной δ и шириной t.

Пневмоакустическая стержневая форсунка работает следующим образом.

Газ через впускной газовый канал 5 и проходные газовые каналы 6 при сверхкритическом давлении подают в сопло, образованное в стержне 4 системой продольных пазов 13. На срезе сопла 3 возникают плоские изолированные струи с числом Маха, равным единице. Появляющиеся при этом бочкообразная структура в каждой плоской изолированной струе тормозится кольцевым резонатором 7 с образованием перед ним прямого скачка уплотнения и дозвуковой зоны течения за ним. Область между плоским скачком и дном резонатора 7 представляет собой четвертьволновый «виртуальный» резонатор, определяющий частоту генерации форсунки.

Усиление колебаний в этой зоне приводит к появлению на поверхности струй ударных волн, излучаемых в окружающее пространство и, в частности, создающих капиллярные волны на поверхности жидкой пленки, вытекающей из жидкостного сопла 12, отрывая капельки жидкости и образуя туман в обрабатываемом помещении.

Частота генерации акустических колебаний f определена толщиной струи на срезе сопла 3. Выбор глубины продольных пазов 13 определяет дисперсность получаемых капель. Средний размер получаемых капель равен 0.3λ_к, где длина капиллярной волны λк≅f^-2/3.

Глубина δ продольных пазов 13 на центральном стержне 4 и частота генерации акустических колебаний f связаны соотношением δ=γ/f, где δ - в мм, f - в кГц, а коэффициент γ для ультразвукового диапазона часто равен 13,8±1,1 и зависит от давления распыляющего газа P₀, а ширина пазов t и их количество n определяется суммарным поперечным сечением пазов S=n·δ·t при заданной производительности форсунки по газу Q_Г (кг/с): Q_Г=0,4P_a·S·T^-1/2, где P_a - абсолютное давление газа (кг/см²), T - абсолютная температура газа (K), S (см²). Возбуждаемая в пневмоакустической стержневой форсунке частота генерации акустических колебаний f зависит и от геометрических параметров резонатора.

Для эффективной работы пневмоакустического генератора, содержащего газовое сопло и резонатор, ширина резонансной канавки σ (фиг.1) выбрана в диапазоне (1,8-2,1)δ, а расстояние между кольцевым газовым соплом и резонатором H выбрано в диапазоне (7-8)δ.

Claims (2)

1. Пневмоакустическая стержневая форсунка, содержащая цилиндрический корпус, имеющий центральное цилиндрическое отверстие с впускным газовым каналом, центральный стержень, установленный в центральном отверстии и имеющий часть, выступающую из цилиндрического корпуса, имеющего впускной канал для жидкости, жидкостную кольцевую камеру, связанную с впускным каналом для жидкости, жидкостное сопло, связанное с жидкостной кольцевой камерой, охватывающее центральный стержень, кольцевой резонатор, установленный на выступающей части центрального стержня, рабочая часть которого обращена к цилиндрическому корпусу, причем газовое сопло и жидкостное сопло выполнены соосными, жидкостное сопло расположено дальше по радиусу от центральной осевой линии цилиндрического корпуса, обечайку, охватывающую цилиндрический корпус, при этом жидкостная кольцевая камера и жидкостное сопло образованы пазами в цилиндрическом корпусе, ограниченными внутренней поверхностью обечайки, отличающаяся тем, что центральный стержень выполнен с диаметром, равным диаметру сопла, в центральном стержне выполнены продольные пазы, расположенные на расстояниях, не превышающих четверть длины волны рабочей частоты форсунки.

2. Пневмоакустическая стержневая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что глубина пазов на центральном стержне δ, их ширина t, количество n, частота генерации f, ширина резонансной канавки пневмоакустической стержневой форсунки σ и расстояние между кольцевым газовым соплом Н и дном кольцевого резонатора выбраны из соотношений
S=n·δ·t,
где S - суммарное сечение пазов при заданной производительности по газу;
12,5≤f·δ≤15;
1,8≤σ/δ≤2,1;
7≤H/δ≤8.

Images