распределительное коллекторное устройство газожидкостной смеси

Формула изобретения

Распределительное коллекторное устройство для раздачи газожидкостной смеси, содержащее цилиндрический полый корпус, состоящий из нескольких участков с постепенным уменьшением их диаметров при приближении к заднему торцу корпуса, по образующим которых выполнены выпускные отверстия, отличающееся тем, что устройство снабжено размещенными внутри корпуса перепускной трубой с отверстиями или плоской разделительной перегородкой с отверстиями и установленным перед корпусом эжектором, соединенным посредством трубы с задним торцом корпуса, при этом диаметр трубы меньше, чем диаметр последнего участка корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для водовоздушной закалки при термообработке деталей различного назначения.

Известно распределительное коллекторное устройство для раздачи жидкотекучих сред, в том числе запыленных потоков, состоящих из газа и твердых частиц, содержащее полый корпус, состоящий из нескольких участков цилиндрической формы, выполненных с постепенным уменьшением диаметров по мере приближения к заднему торцу корпуса, при этом на образующих цилиндрических участков выполнены выпускные отверстия [И.Е.Идельчик, "Аэродинамика технологических аппаратов", М. , Машиностроение, 1983 г. , с. 320, рис. 10.42] (прототип).

Недостатком такого технического решения является значительная неравномерность раздачи жидкой составляющей смеси через выпускные отверстия коллекторного устройства. Через первые отверстия коллекторного устройства наблюдается повышенный расход жидкости, который, как показали экспериментальные проверки, в несколько раз превышает средний расход жидкости по отверстиям. Расход жидкости на средних участках резко снижается, а на последних вновь возрастает.

Неравномерность раздачи жидкости по отверстиям коллекторного устройства приводит при закалке к неравномерному охлаждению поверхности деталей и, соответственно, к повышенному разбросу механических свойств закаливаемых деталей и неблагоприятному напряженно-деформированному состоянию, вследствие чего возможны повышенные поводки и растрескивание.

Неравномерное распределение расхода жидкости через выпускные отверстия при течении газожидкостной смеси по коллекторному устройству объясняется следующим образом.

При течении газожидкостной смеси внутри коллекторного устройства образуется пристенная жидкая пленка, которая движется в направлении движения газового ядра, но со значительно меньшей скоростью.

Газовое ядро содержит жидкие частицы, которые движутся в силу инерционности по траекториям, отличным от траекторий частиц газа.

Пристенная жидкая пленка при натекании на выпускное отверстие отдает в него часть своей массы, причем расход жидкости из пленки в выпускное отверстие пропорционален массовому расходу жидкости в пленке и периметру выпускного отверстия.

По мере раздачи жидкости из пленки в выпускные отверстия массовый расход жидкости в пленке уменьшается и, следовательно, уменьшается расход жидкости через выпускные отверстия.

Жидкие частицы, движущиеся в газовом ядре, отклоняются от первоначального направления в сторону выпускных отверстий и частично долетают до жидкой пленки, увеличивая ее массовый расход.

Однако эта компенсация массового расхода жидкой пленки существенна только в начальной части коллекторного устройства и слабо влияет на распределение расхода жидкости через выпускные отверстия в средней части коллекторного устройства.

Другая часть жидких капель долетает до заднего торца коллектора, оседает на его стенках и, накапливаясь, приводит к повышенному расходу жидкости и ухудшению дисперсности распыливания в последних отверстиях коллекторного устройства.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - повышение равномерности раздачи жидкости через выпускные отверстия коллекторного устройства и дисперсности ее распыления при течении газожидкостной смеси по коллекторному устройству.

Для решения поставленной задачи известное распределительное коллекторное устройство, содержащее цилиндрический полый корпус, состоящий из нескольких участков с постепенным уменьшением их диаметров при приближении к заднему торцу корпуса, по образующим которых выполнены выпускные отверстия, снабжено размещенной внутри корпуса перепускной трубой с отверстиями или плоской разделительной перегородкой с отверстиями и установленным перед корпусом эжектором, соединенным посредством трубы с задним торцом корпуса, при этом труба имеет диаметр меньший, чем диаметр последнего участка корпуса.

Признаки, отличающие предлагаемое коллекторное устройство от наиболее близкого к нему: наличие внутри цилиндрического корпуса перепускной трубы с отверстиями или плоской разделительной перегородки с отверстиями и установленного перед корпусом эжектора, соединенного посредством трубы, диаметр которой меньше диаметра последнего цилиндрического участка корпуса, с задним торцом корпуса - обеспечивают повышение равномерности раздачи жидкости через выпускные отверстия коллекторного устройства и дисперсность распыления жидкости при течении газожидкостной смеси по коллекторному устройству.

Предлагаемое коллекторное устройство поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства с перепускной трубой; на фиг. 2 - его поперечный разрез; на фиг. 3 изображен продольный разрез устройства с плоской разделительной перегородкой; на фиг. 4 - его поперечный разрез.

Распределительное коллекторное устройство содержит полый корпус 1, состоящий из нескольких цилиндрических участков с постепенно уменьшающимся их диаметром по мере приближения последних к заднему торцу корпуса 1.

На образующих цилиндрических поверхностей участков выполнены выпускные отверстия 2. Внутри корпуса установлена перепускная труба 3 с отверстиями 4 на ее образующей или плоская разделительная перегородка 5 с отверстиями 6.

На входе в корпус установлен эжектор 7, всас которого соединен с задним торцом корпуса 1 трубой 8, диаметр которой меньше диаметра последнего цилиндрического участка корпуса коллектора. Пространство между перепускной трубой 3 и корпусом 1 коллекторного устройства образует внешний контур 9.

При установке плоской распределительной перегородки 5 образуется две полости, первая 10 - между плоской распределительной перегородкой 5 и внутренней поверхностью корпуса 1, содержащей выпускные отверстия 2, вторая 11 - между плоской разделительной перегородкой 5 и остальной частью корпуса 1.

Работает предлагаемое распределительное коллекторное устройство следующим образом.

На вход эжектора 7 поступает предварительно подготовленная газожидкостная смесь под давлением P 2 кг/см². В эжекторе 7 газожидкостная смесь разгоняется и поступает в корпус 1.

На входе в корпус 1 устройства поток газожидкостной смеси разделяется на две части:

- при установке перепускной трубы одна часть течет по внешнему контуру 9, образованному корпусом 1 и перепускной трубой 3, вторая часть течет внутри перепускной трубы 3;

- при установке плоской разделительной перегородки одна часть течет внутри полости 10, образованной плоской разделительной перегородкой 5 и частью внутренней поверхности корпуса, содержащей выпускные отверстия 2, вторая часть течет внутри полости 11, образованной разделительной перегородкой 5 и оставшейся частью внутренней поверхности корпуса.

Через каждое выпускное отверстие 2 устройства происходит истечение газожидкостной смеси в окружающее пространство:

- при установке перепускной трубы 3 истечение происходит из внешнего контура 9, при этом из перепускной трубы 3 через отверстия 4 во внешний контур 9 поступает определенное количество газожидкостной смеси, компенсирующее до некоторой степени уменьшение концентрации жидкой составляющей во внешнем контуре, что выравнивает ее расход через выпускные отверстия 2;

- при установке плоской разделительной перегородки 5 истечение происходит из полости 10, при этом из полости 11 через отверстия 6 в полость 10 поступает определенное количество газожидкостной смеси, компенсирующее до некоторой степени уменьшение концентрации жидкой составляющей в полости 10, что выравнивает ее расход через выпускные отверстия 2.

От заднего торца корпуса 1 устройства по трубе 8 газожидкостная смесь перепускается на всас эжектора 7, что обеспечивает совместно с уменьшением диаметров цилиндрических участков корпуса 1 устройства определенный скоростной режим (дисперсно-кольцевой режим) газожидкостной смеси: при установке перепускной трубы течения как во внешнем контуре 9, так и внутри перепускной трубы 3, а при установке разделительной перегородки как внутри полости 10, так и внутри полости 11, препятствующий расслоению водовоздушной смеси и повышающий равномерность ее раздачи в выпускных отверстиях 2.

Расположение перепускной трубы и плоской разделительной перегородки относительно корпуса коллектора зависит от расположения корпуса (вертикальное, горизонтальное, наклонное).

Расположение отверстий перепускной трубы и плоской разделительной перегородки относительно отверстий корпуса коллектора также зависит от расположения корпуса.

Установка перепускной трубы меньшего диаметра с отверстиями на ее образующих или плоской разделительной перегородки с отверстиями на ней внутри корпуса позволяет уменьшить расход жидкости в выпускных отверстиях в начальной части корпуса распределительного коллекторного устройства и удержать его на постоянном уровне в выпускных отверстиях в средней части корпуса. Это достигается тем, что часть жидкости оседает в виде жидкой пленки на внутренней трубе или перегородке, уменьшая массовый расход жидкости в пленке, движущейся по внутренней поверхности начального участка корпуса.

В дальнейшем уменьшение массового расхода жидкости в пленке вследствие ее раздачи по выпускным отверстиям корпуса компенсируется ее притоком от перепускной трубы или разделительной перегородки.

Установка эжектора на входе в корпус устройства и соединение заднего торца корпуса с всасом эжектора трубой меньшего диаметра позволяет повысить скорость течения газожидкостной смеси у заднего торца корпуса, предотвратить расслоение потока и связанное с этим ухудшение равномерности раздачи и дисперсности распыливания жидкости, истекающей через последние отверстия корпуса.

Высокая скорость истечения газожидкостной смеси из сопла эжектора, диаметр которого существенно меньше внутреннего диаметра распределительного коллекторного устройства, способствует дополнительному распылению жидкости в подсасываемом рециркулирующем потоке.