способ и устройство распыления жидкости

Формула изобретения

1. Способ распыления жидкости, включающий в себя завихрение жидкости в камере завихрения путем пропускания этой жидкости через наклоненные к оси этой камеры каналы шнекового завихрителя и истечение завихренного потока жидкости через выходное сопло в виде кольцевой пелены, образующей факел распыливания, отличающийся тем, что часть факела распыливания перекрывается преградой, которая осуществляет улавливание крупных капель путем столкновения капель с преградой, стекания капель по ней и удаления их через сливной отвод преграды, при этом выходное сопло камеры завихрения заземлено, а преграда изолирована от контура заземления.

2. Устройство распыления жидкости, содержащее полый корпус с сужающимся по ходу потока выходным участком с соплом и установленный в корпусе шнековый завихритель с наклоненными к оси устройства распыления жидкости каналами и сужающейся к соплу иглой, образующей с выходным участком корпуса камеру завихрения с канавками на переходном участке, выполненном между завихрителем и иглой и образующем с сужающимся по ходу потока выходным участком расширяющуюся к соплу кольцевую щель, а канавки, являющиеся выходным участком шнекового завихрителя, выполнены на переходном участке с глубиной, плавно уменьшающейся по ходу потока, отличающееся тем, что выходное сопло выполнено в виде металлической втулки, впрессованной в основание сужающегося выходного участка корпуса, по осевой линии факела распыливания в полой области преграды установлен конусный рассекатель, вершина конуса которого направлена к выходному соплу, при этом корпус и преграда крепятся на подводящем жидкость патрубке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области распыления жидкости и может быть использовано в системах увлажнения и кондиционирования воздуха, а также обработки отформованных изделий из бетона и железобетона.

Известен центробежный способ нестационарного распыления жидкости, в котором распыление жидкости достигается путем завихрения жидкости тангенсальным ее вводом в камеру завихрения, установление в этой камере плохо обтекаемого тела и истечение завихренного потока жидкости в виде кольцевой пелены, образующей факел распыления [1].

Недостатком известного способа является то, что в начальный этап включения и в конечный этап выключения подачи жидкости на выходе распыливающего устройства наблюдается в течение продолжительного времени движение кольцевой пелены завихренного потока жидкости вдоль осевой линии факела распыливания, повторяющее движение кольцевой пелены в канале выходного сопла распыливающего устройства. К недостаткам известного способа следует отнести наличие значительных гидравлических потерь в распыливающем устройстве, а также смещение дисперсности распыливания в сторону более крупного размера капель и нарушение равномерности по сечению факела распыливания при низких напорах давления в подающем трубопроводе в пределах изменения значения давления от 0,15 МПа (1,5 ати) до 0,4 МПа (4,0 ати).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и устройству является выбранный в качестве прототипа способ распыления жидкости, гидравлические потери которого сведены к минимуму, включающем в себя завихрение жидкости в камере завихрения путем пропускания этой жидкости через наклоненные к оси этой камеры каналы шнекового завихрителя и истечение завихренного потока жидкости через выходное сопло в виде кольцевой пелены, образующей факел распыливания [2]. Наиболее близким к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство распыления жидкости, содержащее полый корпус с сужающимся по ходу потока выходным участком с соплом и установленный в корпусе шнековый завихритель с наклоненными к оси распыливающего устройства каналами и сужающейся к соплу иглой, образующей с выходным участком корпуса камеру завихрения с канавками в ее стенках, при этом между завихрителем и иглой выполнен переходной участок, образующий с конусом расширяющуюся к соплу кольцевую щель, а канавки выполнены на переходном участке с глубиной, плавно уменьшающейся по ходу потока [2].

Недостатками известного устройства распыления жидкости являются те же недостатки, которые существуют у приведенного выше аналога.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе распыления жидкости, включающем в себя завихрение жидкости в камере завихрения путем пропускания этой же жидкости через наклоненные к оси этой камеры каналы шнекового завихрителя и истечение завихренного потока жидкости через выходное сопло в виде кольцевой пелены, образующей факел распыливания, дополнительно часть факела распыливания перекрывается преградой, которая осуществляет улавливание крупных капель путем столкновения капель с преградой, стекания капель по ней и их удаление через сливной отвод преграды, при этом выходное сопло камеры завихрения заземлено, а преграда изолирована от контура заземления.

Поставленная цель достигается также тем, что в известном устройстве распыления жидкости, содержащем полый корпус с сужающимся по ходу потока выходным участком с соплом и установленный в корпусе шнековый завихритель с наклоненными к оси распыливающего устройства каналами и сужающейся к соплу иглой, образующей с выходным участком корпуса камеру завихрения с канавками в ее стенках, при этом между завихрителем и иглой выполнен переходной участок, образующий с конусом расширяющуюся к соплу кольцевую щель, в канавки выполнены на переходном участке с глубиной, плавно уменьшающейся по ходу потока, дополнительно выходное сопло выполнено в виде металлической втулки, впрессованной в основание сужающейся части выходного участка конуса, и по осевой линии факела распыливания в полой области преграды установлен конусный рассекатель, вершина которого направлена к выходному соплу, при этом корпус и преграда крепятся на подводящем жидкость патрубке.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить их соответствие критерию изобретения "новизна".

При изучении других технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и поэтому эти отличительные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами: фиг. 1 - конструктивная схема распыливающего устройства; фиг. 2 - схема течения жидкости и образование вихрей в камере завихрения (закручивания); фиг. 3 - графики распределения дисперсности распыливания; фиг. 4 - графики распределения расходонапряженности по сечению факела распыливания.

На фигурах и в тексте описания изобретения введены следующие обозначения:

lgN - логарифм числа капель данного диапазона диаметров;

lgdk - логарифм среднемедианного диаметра капель;

- средняя расходонапряженность жидкости в факеле рапыливания.

- угол поворота отрезка по сечению и вокруг осевой линии факела распыливания в интервале которого измеряется расход (расходонапряженность) распыленной жидкости.

Осуществление заявляемого изобретения поясняется устройством, представленным на фиг. 1 и 2, которое содержит полый корпус 1 с сужающимся по ходу потока выходным участком 2 с соплом 3 и установленный в корпусе 1 шнековый завихритель 4 с наклоненными к оси распыливающего устройства каналами 5 и сужающейся к соплу иглой 6, образующей с выходным участком 2 корпуса 1 камеру завихрения 7 с канавками 8 в ее стенках, при этом между завихрителем 4 и иглой 6 выполнен переходной участок 9 с глубиной, плавно уменьшающейся по ходу потока. Кроме того, дополнительно заявляемое устройство распыления снабжено преградой 11, причем по осевой линии факела распыливания 12 в полой области преграды 11 устанавливается конусный рассекатель 11.1, вершина которого направлена к выходному соплу 3. Преграда 11 устанавливается на подводящем жидкость патрубке 13 вместе с корпусом 1 и перекрывает часть факела распыливания 12, осуществляя улавливание крупных капель путем столкновения капель с преградой 11, стекания капель по ней и удаление их через сливной отвод 14, при этом выходное сопло 3 выполнено в виде металлической втулки 3.1, вставленной в основание сужающегося выходного участка 2 корпуса 1, которая вместе с корпусом 1 присоединяется металлическим проводом 15 к контуру заземления 16, а преграда 11 изолируется от этого контура 16. Совместная эксплуатация распыливающего устройства и преграды 11 наиболее эффективна тогда, когда преграда 11 функционирует в горизонтальном положении.

Графики зависимостей 17 и 18 получены экспериментально для условий, когда втулка 3.1 сопла 3 не заземлена, преграда 11 отсутствовала и давление жидкости в подающем трубопроводе составляло значение 0,3 МПа (3 ати). При этом измерение осуществлялось на расстоянии от среза сопла 3, которое соответствовало расстоянию между срезом сопла 3 и преградой 11 при экспериментальном получении графиков 19 и 20, фиг. 3 и 4.

Графики зависимостей 19 и 20 получены для условий, когда втулка 3.1 сопла 3 заземлена, преграда 11 присутствовала и была изолирована от контура заземления 16, давление жидкости в подающем трубопроводе составляло значение 0,3 МПа (3 ати), а измерение величин осуществлялось на срезе преграды 11.

Пример 1 осуществления способа.

При подаче жидкости к каналам 5 завихрителя 4 она истекает в камеру завихрения 7 в виде затопленных струй, касательных к поверхности сужающегося участка 2 корпуса 1, образует в камере завихрения 7 полый вихрь и стекает через втулку 3.1 сопла 3 в виде тонкой кольцевой пелены, диспергирующейся на капли и образующей факел распыливания 12.

При прохождении жидкости через полуоткрытые каналы 5 переходного участка 9 завихрителя 4, имеющие уменьшающeеся по ходу потока проходное сечение, часть жидкости заполняет кольцевую щель 10. При этом каждая струя как бы расплющивается по внутренней поверхности сужающегося участка 2 корпуса 1. Это предотвращает образование в камере завихрения 7 зон обратных потоков, в которых обычно схлопываются кавитационные пузырьки при возникновении кавитации. Кроме того, при истечении каждой струи из каналов 5 в расширяющуюся по ходу потока кольцевую щель осевая составляющая скорости в ней тормозится, а окружная согласно закону постоянства циркуляции возрастает, закрутка в ней превышает окружную составляющую движения жидкости в каналах 5, вследствие чего там индуцируются вихревые шнуры 21.

Согласно закону постоянства циркуляции по оси каждого из вихревых шнуров 21 давление минимально, вследствие чего в их приосевой области возникают вскипание и кавитация жидкости.

При этом за счет организации закрутки в открытых каналах 5 и образования вихревых шнуров 21 кавитация организована в толще закрученного потока, что предотвращает разрушение от нее элементов конструкции.

Далее закрученная жидкость совместно с вихревыми шнурами 21 течет по камере завихрения (закручивания) 7 в градиентном потоке с увеличивающейся по мере приближения к втулке 3.1 окружной составляющей скорости, что приводит к интенсивному диспергированию пузырьков до размеров 0,7 мкм и истекает через втулку 3.1 сопла 3 в виде кольцевой пелены, насыщенной паровыми пузырьками. Выполнение конической иглы с углом конусности сужающегося участка 2 обеспечивает пологие траектории жидкостного потока в камере завихрения 7. При одинаковом угле конусности, а тем более при выполнении зазора между участком 2 корпуса 1 и иглой 6 сужающимся площадь проходного сечения кольца, через которое в камере 7 завихрения проходит закрученная жидкость, по мере уменьшения радиуса вращения жидкости уменьшается, что приводит к росту радиальной составляющей скорости и изменению крутизны траектории потока жидкости. Так образуется факел распыливания 12, часть которого перекрывается преградой 11 и конусным рассекателем 11.1, на которые часть капель жидкости налетает, стекает по стенкам преграды 11 и удаляется через сливной отвод 14 преграды 11.

При наличии заземления металлической втулки 3.1 выходного сопла 3, осуществляемого путем соединения металлического корпуса 1, в основание сужающегося выходного участка 2 которого с натягом вставляется металлическая втулка 3.1, металлическим проводом 15 с контуром заземления 16, осуществляется ионизация мелкодисперсных капель вследствие притока статических электрических зарядов с контура заземления 16.

Электризация частиц как капель жидкости, в том числе и мелкодисперсных брызг этой жидкости, осуществляется путем дробления и механического разрыва жидкости при истечении потока частиц как капель жидкости относительно неподвижного потока жидкости.

Дополнительный приток статического заряда с контура заземления, который срывается жидкостным потоком кольцевой пелены на выходе втулки 3.1 сопла 3, способствует усилению скорости ионизации капель распыливаемой жидкости на выходе втулки 3.1 сопла 3, которые формируют возрастающий заряд ионизированных капель (частиц) одного знака.

Вследствие наличия сил взаимного отталкивания одноименных зарядов, а именно ионизированных частиц капель жидкости, образуемых в кольцевой пелене факела распыливания 12 и возрастаемых по своей величине вследствие притока статического заряда с контура заземления, возрастает угол раскрытия факела распыливания, а следовательно, интенсифицируется процесс дальнейшего дробления капель жидкости, двигающихся в потоке кольцевой пелены распыливаемой жидкости.

Пример 1 конкретной реализации способа.

В устройстве распыливания, реализующем способ, диаметр выходного сопла 3 втулки 3.1 имел значение 0,6 мм, и в этом устройстве распылению подвергалась вода.

Для сравнительного анализа устройство распыления жидкости, достаточно подробно описанное выше, использовали в двух режимах работы: первый режим - это режим, в котором условия работы устройства распыления повторяют условия работы прототипа, что соответствует условиям получения графиков зависимостей 17 и 18, и второй режим работы, в котором при работе распыливающего устройства применяется преграда 11, что соответствует условиям графиков зависимостей 19 и 20 (фиг. 3 и 4).

Сравнение результатов измерений графиков зависимостей 17 и 18, 19 и 20 (фиг. 3 и 4) между собой позволяет сделать вывод о том, что при работе устройства распыления в примере реализации по условиям работы прототипа наблюдается значительная неравномерность расходонапряженности по сечению, по которому осуществлялось измерение величин для получения графиков 17 и 18, и дисперсность капель по этому же сечению изменялась в пределах от 2,5 до 45 мкм, а при работе распыливающего устройства в режиме присутствия преграды 11 и наличии связи втулки 3.1 выходного сопла 3 с контуром заземления наблюдалась значительная стабилизация равномерности расходонапряженности и дисперсность распыливания сместилась в область более мелких капель (от 1,0 мкм до 15,0 мкм) и полностью устранился эффект "простреливания" струй закручивания в начальный этап включения и в конечный этап выключения подачи жидкости в кольцевой пелене завихренного потока вдоль осевой линии факела распыливания 12.

Использование предлагаемого изобретения позволит значительно повысить надежность распыливания за счет повышения качества распыливания вследствие применения при распыливании преграды 11 и организации связи металлическим проводом 15 между втулкой 3.1 выходного сопла 3 и контуром заземления 16, использование которых обеспечивает смещение дисперсности распыливания в сторону уменьшения размеров капель факела распыливания 12 и равномерности (стабилизации) расходонапряженности по сечению, а также полное устранение эффекта "простреливания" струй закручивания в кольцевой пелене завихренного потока жидкости вдоль осевой линии факела распыливания 12 в начальный этап включения и в конечный этап выключения подачи жидкости в распыливающее устройство. Кроме того, использование предлагаемого изобретения позволит значительно сократить энергетические затраты, которые возникают при создании высокого напора давления жидкости для работы распыливающего устройства по условиям работы прототипа.