устройство для диспергирования жидкости

Формула изобретения

Устройство для диспергирования жидкости, содержащее конфузор, сопло с закрепленным на его наружной части насадком, кавитационный стержень, расположенный по оси сопла с возможностью регулирования в продольном направлении и выполненный с торцевой площадкой, размещенной в плоскости внутреннего выходного сечения сопла против потока, при этом по краю сопла и насадка выполнены проточки с острой и пологой составляющими, которые своими гранями образуют вакуумные кольцевые зоны, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено регулировочными наборными кольцами, втулкой и диффузором, в нижней части которого выполнена перфорация, а угол наклона его боковой образующей по отношению к оси устройства меньше угла раскрытия факела, при этом диффузор установлен на подвижном кольце, обеспечивающем его перемещение по наружной поверхности насадка, втулка выполнена с внутренней поверхностью, образующей пологую составляющую грань вакуумного кольца у выхода из сопла, расположена на регулировочных наборных кольцах и посредством резьбового соединения имеет возможность перемещения по наружной части сопла для регулирования высоты наружного обреза втулки по отношению к внутреннему сечению сопла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к жидкостным распылительным устройствам эжекционного типа, где эжектирующей средой является жидкость, а эжектируемой средой - газ, и может быть использовано, например, в энергетике для сжигания жидкого топлива, в водоснабжении при удалении двухвалентного железа из подземных и открытых источников, при окислении бытовых и близких к ним по составу сточных вод, в кондиционировании при насыщении влагой обрабатываемого воздуха, при охлаждении воды в контурах оборотного водоснабжения, в противопожарной технике.

В качестве прототипа авторы выбрали устройство для диспергирования жидкости [1] , содержащее конфузор, сопло с закрепленным на его наружной части насадком, образующим совместно с наружной поверхностью сопла вакуумную камеру и профилированные кольца нарастающего по потоку диаметра. По краям сопла и насадка выполнены проточки с кромками, образующими острую и пологую составляющие граней. При работе устройства проточки формируют две вакуумные кольцевые зоны, участвующие в деструкции потока жидкости. Устройство снабжено кавитационным стержнем с плоской торцевой площадкой, установленной в плоскости внутреннего выходного сечения сопла по его оси против потока с возможностью перемещения кавитационного стержня в осевом направлении с целью воздействия на процесс диспергирования и последующего процесса насыщения диспергированной жидкости эжектируемым внутрь устройства газом, чаще воздухом. Кавитационный стержень удерживается крепежной шпилькой, имеющей изгиб под углом 90^o, выведенной наружу через отверстие в одном из профилированных колец и закрепленной гайкой на резьбовом конце шпильки к профилированному кольцу.

Недостатки данного устройства заключаются в следующем:

- высокие требования к центровке конструкции из набора профилированных колец нарастающего по потоку диаметра к продольной оси всего устройства и невозможность регулирования процесса газоснасыщения;

- невозможность подбора высоты обреза острой кромки пологой составляющей грани первого вакуумного кольца (от сопла) с целью создания дополнительного бокового воздействия по типу дополнительного возмущения струи в периферийной части выходящего напряженного потока из внутреннего обреза сопла после воздействия на поток торцевой площадкой кавитационного стержня.

Дополнительное боковое воздействие острой кромкой грани пологой составляющей, образующей вакуумное кольцо, оказывает перенапряжение в выходящем из внутреннего обреза сопла напряженного потока, что приводит к максимально возможному для данного режима "разрыхления" струи.

Если высота острой кромки грани пологой составляющей, формирующей первое вакуумное кольцо, недостаточна, то дополнительного возмущения на выходящий поток не происходит и КПД устройства падает; если высота кромки избыточна - происходит повторное уплотнение "разрыхленного" потока, что также снижает КПД устройства.

Техническая задача, решаемая данным изобретением, - повышение КПД устройства, упрощение конструкции газонасыщающей части с возможностью регулирования этого процесса и создание благоприятных условий "разрыхления" струи на выходе из сопла.

Сущность изобретения заключается в следующем. Устройство для диспергирования жидкости содержит конфузор, сопло, с закрепленным на его наружной части насадком, кавитационный стержень, расположенный по оси сопла с возможностью регулирования в продольном направлении и выполненный с торцевой площадкой, размещенной в плоскости внутреннего выходного сечения сопла против потока, при этом по краю сопла и насадка выполнены проточки с острой и пологой составляющими, которые своими гранями образуют вакуумные кольцевые зоны, согласно изобретению оно дополнительно снабжено регулировочными наборными кольцами, втулкой и диффузором, в нижней части которого выполнена перфорация, а угол наклона его боковой образующей по отношению к оси устройства меньше угла раскрытия факела, при этом диффузор установлен на подвижном кольце, обеспечивающем его перемещение по наружной поверхности насадка, втулка выполнена с внутренней поверхностью, образующей пологую составляющую грань вакуумного кольца у выхода из сопла, расположена на регулировочных наборных кольцах и посредством резьбового соединения имеет возможность перемещения по наружной части сопла для регулирования высоты наружного обреза втулки по отношению к внутреннему сечению сопла.

На чертеже представлен общий вид устройства, которое состоит из фланца, расположенного на входе в конфузор 1, сопла 2, по краю которого выполнена резьба и установлена втулка 8. Втулка 8 своим плоским внутренним обрезом установлена на ряд регулировочных колец 9. Между соплом 2 и втулкой 8 образуется полость по типу проточки, формирующая при работе устройства своими гранями плоское вакуумное кольцо. На наружной поверхности сопла 2 крепится цилиндрический насадок 3, образующий своей внутренней поверхностью с внешней поверхностью сопла 2 вакуумную камеру. На внутренней поверхности насадка 3 выполнена проточка, своими острой и пологой гранями образующая при работе плоское вакуумное кольцо. Крепежная шпилька 5 кавитационного стрежня, установленного своей торцевой площадкой против потока в плоскости внутреннего сечения сопла, крепится гайкой у наружного обреза насадка 3.

Диффузор 7 с перфорацией у основания установлен на подвижное кольцо 6, перемещающееся по наружной поверхности насадка 3. Подвижное кольцо 6 имеет стопор 10, позволяющий фиксировать положение подвижного кольца 6 на наружной поверхности насадка 3.

Устройство для диспергирования жидкости работает следующим образом.

Жидкость под избыточным давлением поступает в конфузор 1, где происходит увеличение ее скорости. Из конфузора 1 жидкость попадает в сопло 2. На выходе из сопла 2 струя жидкости встречает преграду - торцевую плохообтекаемую площадку кавитационного стержня, закрепленного посредством шпильки 5. В месте соединения кавитационного стержня и крепженой шпильки 5 имеется резьба, позволяющая перемещать кавитационный стержень, а следовательно, торцевую площадку, расположенную в плоскости внутреннего выходного сечения сопла в необходимых для регулировки пределах по оси устройства. При встрече потоком жидкости площадки кавитационного стержня возникает гидродинамический процесс, называемый кавитацией, который возмущает поток жидкости, кроме этого кавитационный стержень своей торцевой площадкой перераспределяет центральную часть потока рабочей жидкости на периферийную зону, вовлекая в работу по деструкции весь ее объем. В зависимости от величины кавитационной нагрузки, определяемой диаметром площадки кавитационного стрежня и скоростью набегания на нее (площадку) потока жидкости, жидкость на выходе из сопла приобретает "рызрыхленную" структуру. Образующееся плоское вакуумное кольцо, т.е. вакуумная кольцевая зона при обтекании проточки с острой и пологой кромками, на выходе из сопла еще больше "разрыхляют" струю. Оптимально подобранная высота наружного обреза втулки 8 вносит существенное дополнительное боковое возмущение в напряженный поток. При этом повышается КПД работы устройства. Эта высота подбирается путем добавления или изъятия регулировочных колец 9 под внутренним обрезом втулки 8. Вакуумная камера 4 и второе плоское вакуумное кольцо, образующееся на внутренней поверхности насадка 3, завершают деструкцию жидкости.

Жидкость, подвергнутая диспергированию, с большой кинетической энергией в виде факела, сформированного наружным обрезом кромки пологой составляющей проточки на внутренней части насадка 3, истекает в зону, ограниченную длиной диффузора 7. При этом угол раскрытия факела жидкости, истекающей в зону диффузора, больше, чем угол наружной образующей диффузора 7, поэтому при динамике потока возникает зона отрицательного давления конусной формы между образующей факела жидкости и образующей диффузора 7, в которую через перфорацию в нижней части диффузора эжектирует газ, чаще воздух, предельно насыщая поток жидкости. Регулировка с целью выбора оптимального режима работы диффузора 7 происходит путем перемещения подвижного кольца 6 по наружной поверхности насадка 3.

Результатом работы данного устройства является создание жидкостно-газовой фазы. Оптимальный диапазон рабочего давления жидкости на входе в устройство составляет 0,42,5 МПа.

Данная конструкция устройства позволяет разработать их типоряд от короткофакельных и широкоугольных до узконаправленных и дальнобойных. Устройство легко настраивается на любой режим диспергирования, а именно: тонкодисперстный - 200 и менее микрон, среднедисперстный и грубодисперстный.

Все вышеперечисленные факторы и обеспечивают достижение поставленной технической задачи.

Источник информации

[1] RU 2159684 "Устройство для диспергирования жидкости".