способ и устройство для получения струи жидкости с управляемой дисперсностью капель

Формула изобретения

1. Способ получения струи жидкости с управляемой дисперсностью капель, включающий формирование потока жидкости, создание в нем периодических импульсов повышения давления, генерируемых за счет энергии самой жидкости, и выпуск потока жидкости в пространство, отличающийся тем, что поток жидкости разделяют на две части, и одну его часть непосредственно выпускают в пространство, а другую часть потока жидкости подают на гидродинамический пульсатор давления с регулируемой частотой импульсов.

2. Устройство для получения струи жидкости с управляемой дисперсностью капель, содержащее насос, соединенный с емкостью, заполненной жидкостью, трубопровод и насадку, отличающееся тем, что выход насоса соединен с проточной гидропневматической камерой, к выходу которой подсоединен трубопровод, на котором установлены насадка и гидродинамический пульсатор давления с регулируемой частотой импульсов.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что слив гидродинамического пульсатора соединен с емкостью, подсоединенной ко входу насоса.

4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что гидродинамический пульсатор давления выполнен в виде клапанной пары "тарель-седло", с возможностью регулирования хода тарели, которая поджата пружиной с возможностью регулирования силы ее начального сжатия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для создания дальнобойных распыленных струй жидкости и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно для тушения пожаров, а также для увлажнения воздуха, пылеподавления, в дождевальных устройствах и др.

Известен способ получения мелкодисперсных струй путем наложения на поток жидкости, истекающей из насадки, пульсаций давления, генерируемых внешним источником (см. Исаев А.П. Гидравлика дождевальных машин. -М.: Машиностроение, 1973, с.87). Однако использование этого способа сопряжено с необходимостью применения мощного источника пульсаций, способного раскачать движущийся через насадку с большой скоростью поток жидкости, что требует значительных энергозатрат.

Известно устройство для импульсного распыления жидкости, в котором узел для создания импульсного увеличения давления жидкости выполнен в виде размещенных в полости корпуса двух электродов, соединенных с устройством для прерывистого электрического питания (см. А.с. СССР N 1480882, МПК: B 05 B 1/08, БИ N 19, 1989 г.). В указанном устройстве пульсирующий режим истечения жидкости реализуется в результате электрических разрядов в ограниченною объеме жидкости, заклиненной в рабочей камере корпуса, снабженного обратным клапаном по линии подачи жидкости в камеру. Недостатком данного устройства является ограниченный объем истекающих порций жидкости, конструктивная сложность устройства, заключающаяся в необходимости системы управления зарядно-разрядными процессами и наличии высоковольтного источника электрического питания.

Наиболее близким аналогом заявляемого способа, выбранным в качестве прототипа, является способ получения мелкодисперсной струи жидкости, реализованной в гидроударном распылителе жидкости (см. А.с. СССР N 1549602, МПК: B 05 B 3/04, БИ N 10, 1990 г.) и включающий формирование потока жидкости, создание в нем путем периодического его торможения импульсов повышения давления (гидроударов) и выпуск потока жидкости в пространство в виде пульсирующей струи. Распыление жидкости, истекающей в пространство осуществляется за счет гидроударов, формируемых в потоке. Общими существенными признаками известного способа и заявляемого являются формирование потока жидкости, создание в нем периодических импульсов повышения давления (гидроударов), генерируемых за счет энергии самой жидкости, и выпуск потока жидкости в пространство. При реализации способа-прототипа формирование гидроудара осуществляется путем полной остановки всего потока жидкости и за счет этого ее кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию давления. Максимальное давление гидроудара возникает в момент полной остановки потока жидкости. Поэтому последующий разгон жидкости перед выпуском потока (выбросом струи) в пространство происходит при спаде давления в жидкости. Это не позволяет эффективно использовать силовой фактор гидроудара, т.е. максимальный импульс повышения давления в жидкости, для ее разгона и, следовательно, достичь максимально возможной при данном импульсе давления скорости струи, что снижает ее дальнобойность.

Наиболее близким аналогом заявляемого устройства, выбранным в качестве прототипа, является гидроударный распылитель жидкости, содержащий насос, соединенный с емкостью, заполненной жидкостью, трубопровод и насадку, имеющую внутренний перфорированный цилиндр и охватывающий его с зазором наружный перфорированный цилиндр, установленный с возможностью вращения и выполненный с равномерно расположенными тангенциальными отверстиями (см. А.с. СССР N 1549602, МПК: B 05 B 3/04, БИ N 10, 1990 г.). Распыление жидкости указанным устройством осуществляется за счет импульсного повышения давления, происходящего при гидравлическом ударе, обусловленным перекрыванием проходных отверстий при вращении наружного цилиндра. Вращение последнего осуществляется за счет реактивного момента, возникающего при воздействии потока жидкости на боковые стенки проходных каналов, расположенных тангенциально в наружном цилиндре. Общими существенными признаками известного и заявляемого устройства являются насос, соединенный с емкостью, заполненной жидкостью, трубопровод и насадка. При работе устройства-прототипа максимальное значение давления гидроудара соответствует полностью перекрытому выходному сечению насадки. Истечение жидкости происходит при давлениях меньших максимального, так как при открытии выходного сечения давление начинает падать и, кроме того, оно уже ниже максимального, так как после волны повышения давления (сжатия) пошла волна разрежения. Это снижает скорость истечения струи и, следовательно, ее дальнобойность. Указанное обстоятельство еще более усугубляется переменностью коэффициента расхода жидкости при переменной во времени площади выходного сечения насадки (см. Юдаев В.Ф. и др. Истечение жидкости через отверстия ротора и статора сирены. // Изв. ВУЗов: сер. Машиностроение, 1973, N 8, с.72- 76). Кроме этого, из-за переменности выходного сечения насадки в процессе работы, его загромождения и соответственно значительного гидравлического сопротивления при пониженных значениях коэффициента расхода происходит преждевременное разрушение струи, что также приводит к существенному снижение дальнобойности мелкодисперсного потока.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения струи жидкости с управляемой дисперсностью капель, при котором путем организации нового режима движения потока жидкости обеспечивается повышение эффективности использования энергии гидроудара (импульса повышения давления в жидкости) для разгона жидкости, выпускаемой в виде струи, и за счет этого увеличивается дальнобойность последней.

В основу изобретения поставлена также задача усовершенствования устройства для получения струи жидкости с управляемой дисперсностью капель, в котором путем введения новых конструктивных элементов и связей между собой будет обеспечено повышение эффективности использования энергии гидроудара для разгона жидкости, выпускаемой в виде струи, и за счет этого повысится дальнобойность последней.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения струи жидкости с управляемой дисперсностью капель, включающем формирование потока жидкости, создание в нем периодических импульсов повышения давления, генерируемых за счет энергии самой жидкости, и выпуск потока жидкости в пространство, согласно изобретению, поток жидкости разделяют на две части и одну часть непосредственно выпускают в пространство, а другую часть потока жидкости подают на гидродинамический пульсатор давления с регулируемой частотой импульсов.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для получения струи жидкости с управляемой дисперсностью капель, содержащем насос, соединенный с емкостью, заполненной жидкостью, трубопровод и насадку, согласно изобретению, выход насоса соединен с проточной гидропневматической камерой, к выходу которой подсоединен трубопровод, на котором установлены насадка и гидродинамический пульсатор давления с регулируемой частотой импульсов.

Кроме этого, слив гидродинамического пульсатора соединен с емкостью, подсоединенной ко входу насоса.

Кроме этого, гидродинамический пульсатор давления выполнен в виде клапанной пары "тарель-седло" с возможностью регулирования хода тарели, которая поджата пружиной с возможностью регулирования силы ее начального сжатия.

Наличие в предлагаемом устройстве гидродинамического пульсатора давления, установленного на трубопроводе, и отдельно установленной на этом же трубопроводе (параллельно пульсатору) насадки в совокупности с остальными существенными признаками устройства позволяет разделить поток жидкости на две части и одну из них непосредственно направить через насадку в пространство, а другую - подавать на пульсатор давления жидкости, обеспечивая таким образом реализацию предлагаемого способа. Это позволяет сделать вывод, что предлагаемые изобретения связаны между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел и, следовательно, требование единства изобретения выполняется.

В отличие от прототипа в предлагаемом способе получения струи жидкости с управляемой дисперсностью поток жидкости разделяют на две части, при этом одну часть через насадку непосредственно выпускают в пространство, а другую часть потока жидкости подают на гидродинамический пульсатор давления с регулируемой частотой импульсов. Разделение потока жидкости на две части позволяет создавать пульсация давления (гидроудары), преобразуя кинетическую энергию жидкости в потенциальную энергию давления только того потока, который подают на гидродинамический пульсатор давления. Эти импульсы давления затем передаются другой части потока жидкости, который истекает в пространство в виде струи, за счет чего происходит его ускорение. При этом, в отличие от прототипа, когда ускорение потока жидкости, выпускаемого в пространство, осуществляется с состояния покоя и основной процесс ускорения происходит при спаде давления в импульсе, в предлагаемом способе на поток, движущийся с определенной скоростью через насадку, накладывается дополнительный импульс давления, потенциальная энергия которого практически полностью переходит в кинетическую энергии потока жидкости, вследствие чего скорость возрастает. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа в совокупности с другими существенными признаками обеспечивают повышение эффективности использования энергии гидроудара для ускорения потока жидкости, выпускаемого в пространство, что приводит к увеличению дальнобойности струи.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство имеет следующие отличительные признаки:

1) на выходе насоса установлена проточная гидропневматическая камера;

2) к выходу гидропневматической камеры подсоединен трубопровод, на котором установлены насадка и гидродинамический пульсатор давления с регулируемой частотой импульсов;

3) слив гидродинамического пульсатора соединен с емкостью, подсоединенной ко входу насоса;

4) выполнение гидродинамического пульсатора давления в виде клапанной пары "тарель-седло".

Первые два отличительных признака являются достаточными во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны. Остальные признаки характеризуют изобретение в конкретной форме его выполнения. Установка на одном трубопроводе насадки и гидродинамического пульсатора давления позволяет разделить поток жидкости на две части и одну направить через насадку для истечения струи, а другую - на гидродинамический пульсатор. Это позволяет генерировать импульсы давления в жидкости (гидроудары), преобразуя в потенциальную энергию давления только кинетическую энергию потока жидкости, поступающей на гидродинамический пульсатор. При воздействии этих импульсов на жидкость, истекающую через насадку, происходит ее ускорение. При этом ускорение происходит в течение всего времени воздействия импульса повышения давления, в том числе и при максимальном давлении в импульсе (в прототипе - только при понижении давления в импульсе). Это повышает эффективность использования энергии гидроудара для разгона жидкости, истекающей через насадку, что при прочих равных условиях приводит к повышению ее скорости и, следовательно, к увеличению дальнобойности струи. Наличие гидропневматической камеры обеспечивает нормальное функционирование насоса, предохраняя его от воздействия гидроударов. Соединение слива гидропульсатора с емкостью, к которой подсоединен насос, предотвращает непроизводительный расход жидкости. Предложенная конструкция гидродинамического пульсатора, выполненного в виде клапанной пары "тарель-седло" с регулируемыми ходом тарели и начальным усилием сжатия пружины, поджимающей тарель, позволяет регулировать как частоту пульсации, так и их амплитуду. Изменение частоты пульсаций приводит к изменению дисперсности капель (см. Паши Д.Г., Галустов В.С. Распылители жидкостей. -М.: Химия, 1979, рис, Y.27), а изменение амплитуды - к изменению дальнобойности струи. Таким образом, выполнение устройства с приведенной выше конструкцией гидродинамического пульсатора давления позволяет управлять как дисперсностью) капель, так и дальнобойностью струи, что расширяет его функциональные возможности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для получения струи жидкости с управляемой дисперсностью капель, а на фиг. 2 - схематическое изображение гидродинамического пульсатора давления.

Устройство для получения струи жидкости с управляемой дисперсностью капель содержит нагнетательный насос 1, к выходу которого подстыкована проточная гидропневматическая камера 2, на выходе которой установлен трубопровод 3, на котором установлена насадка 4 и подсоединен гидродинамический пульсатор давления 5 с регулируемой частотой импульсов, слив 6 которого сообщен с накопительной емкостью 7, заполненной жидкостью, к которой подсоединен насос 1. Гидродинамический пульсатор давления 5 содержит корпус 8 с размещенными в нем клапанной парой "тарель 9 - седло 10" и упором 11, который установлен с возможностью перемещения вдоль корпуса 8 по резьбовому соединению. Тарель клапана поджата пружиной 12, величина сжатия которой может регулироваться посредством винта 13.

Реализация способа осуществляется следующим образом. С помощью насоса создают поток жидкости, затем разделяют его на две части. Одну часть потока жидкости выпускают через насадку в пространство. Одновременно другую часть потока подают на гидродинамический пульсатор давления с регулируемой частотой импульсов, с помощью которого в этом потоке генерируют периодические импульсы повышения давления (гидроудары) за счет энергии самой жидкости. Периодические импульсы повышения давления по потоку передаются части жидкости, истекающей в пространство через насадку, и обеспечивают режим ее истечения в виде пульсирующей дисперсной струи. Дисперсность капель регулируется путем изменения частоты пульсации давления в потоке жидкости, который подают на гидродинамический пульсатор давления.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии тарель 9, под действием пружины 12, отжата от седла 10. При запуске насоса 1 поток жидкости в месте подсоединения насадки 4 делится на две части, одна из которых подается в насадку 4, а другая - в продолжение трубопровода 3. В начальный момент времени после запуска насоса 1 часть жидкости свободно протекает через клапанную пару "тарель 9 - седло 10" и через сливной патрубок 6 возвращается в емкость 7. При этом из насадки истекает сплошная струя жидкости. По мере разгона жидкости в трубопроводе 3 (при выходе насоса 1 на номинальный режим работы) за счет увеличения скорости жидкости в кольцевом зазоре, образованном тарелью 9 и корпусом 8 пульсатора, повышается перепад давления на тарели 9. Это вызывает перемещение тарели 9 в сторону седла 10, что в свою очередь обусловливает еще большее нарастание перепада давления на тарели за счет увеличения его гидродинамического сопротивления. При значительном превышении силы гидродинамического давления на тарель 9 под усилием начального поджатия пружины 12, тарель 9 быстро перемещается к седлу 10, что вызывает резкое уменьшение до нуля площади проходного сечении пульсатора давления, в результате чего возникает гидравлический удар, обусловливающий резкое повышение давления в трубопроводе 8. При этом волна сжатия со скоростью звука в жидкости распространяется в сторону проточной пневматической камеры, вызывая повышение давления в жидкости, истекающей из насадки 4. При достижении волной сжатия гидропневматической камеры 2, в последней, за счет существенного превышения давления, вызванного гидравлическим ударом, над давлением нагнетания (подачи засосом), происходит сжатие воздуха (накопление потенциальной энергии сжатия), в результате чего давление в трубопроводе 3 падает и от проточной гидропневматической камеры 2 к пульсатору 5 начинает распространяться волна разрежения, которая после достижения клапанной пары пульсатора 5 вызывает открытие клапана под действием сжатой пружины 12 (тарель 9 отходит от седла 10) и цикл работы установки повторяется. Таким образом, при работе пульсатора 5 на расход жидкости, истекающей из насадки 4, накладываются пульсации давления, обусловливающие пульсирующий режим истечения жидкостной струи, что приводит к ее распыливанию. Изменяя расположение упора 11 можно регулировать ход тарели 9, а с помощью регулировочного винта 13 - силу прижатия пружины 12, что позволяет регулировать как амплитуду, так и частоту импульсов повышения давления. Как уже указывалось выше, изменение частоты импульсов приводит к изменению дисперсности капель, на которые распадается струя, а изменение их амплитуды - к изменению дальнобойности струи.