форсунка для распыления находящейся под давлением жидкости

Формула изобретения

1. Устройство для распыления перенагретой жидкости в виде мелких капель с высокой скоростью, при этом перенагретая жидкость имеет температуру Т₀ и давление Р ₀, превышающее давление насыщенного пара P _S при соответствующей температуре Т₀ , при этом давление насыщенного пара Р_S превышает давление Р₁ газообразной среды, в которую распыляется жидкость, отличающееся тем, что оно включает в себя корпус форсунки (1), закрепленный на суппорте (0), обеспечивающем поступление перенагретой жидкости, и включающий в себя патрубок (3), в котором циркулирует перегретая жидкость, по меньшей мере одно сужающееся сопло и по меньшей мере один инжектор (4), разгоняющий перегретую жидкость для подачи в расширяющееся сопло (5) для увеличения объема и разгона, в котором струя жидкости частично испаряется, взрывается под воздействием эффекта собственной упругости пара, с формированием смеси мелких капель и пара; причем образующая расширяющегося сопла (5) расположена под углом к образующей инжекторов (4) в месте своего пересечения с ней, при этом выходное сечение сопла имеет размеры, обеспечивающие выбрасывание смеси из форсунки под давлением внешней среды P₁ с максимальной скоростью.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на выходе инжекторов (4) угол между образующей расширяющего сопла (5) и стенками инжекторов составляет 90°.

3. Устройство по одному из п.1 или 2, отличающееся тем, что расширяющееся сопло частично или полностью может быть интегрировано во внешний суппорт (0).

4. Устройство для распыления перенагретой жидкости в виде очень мелких капель с высокой скоростью, при этом перенагретая жидкость имеет температуру Т₀ и давление Р₀, превышающее давление насыщенного пара P_S при соответствующей температуре Т ₀, при этом давление насыщенного пара P _S превышает давление Р₁ газообразной среды, в которую распыляется жидкость, отличающееся тем, что включает в себя корпус форсунки (1), закрепленный на суппорте (0), обеспечивающем поступление перегретой жидкости; корпус форсунки включает в себя патрубок (3), в котором циркулирует перегретая жидкость, сужающееся сопло и пропускное отверстие кольцеобразного инжектора (16), в котором перегретая жидкость разгоняется для подачи в расширяющееся сопло (5) для увеличения объема и разгона, в котором струя жидкости частично испаряется, взрывается под воздействием эффекта собственной упругости пара, с последующим формированием смеси мелких капель и пара; при этом образующая расширяющегося сопла (5) образует угол с образующей кольцеобразного инжектора (16) в месте пересечения с ней, при этом выходное сечение сопла имеет размеры, обеспечивающие выбрасывание смеси из форсунки под давлением внешней среды Р₁ с максимальной скоростью.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что кольцеобразный инжектор состоит из свободного пространства, заключенного между полостью (16), например цилиндрической формы, и инжекционным сердечником (8); причем способ фиксации инжекционного сердечника к корпусу форсунки обеспечивает циркуляцию в форсунке жидкости, которая предназначена для распыления.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что инжекционный сердечник (8) кольцеобразного инжектора выполнен в виде профилированного инжекционного сердечника (15) с изменяющимся сечением, увеличивающимся в направлении потока, и выполненного с возможностью перемещаться вдоль оси кольцевого инжектора, причем выходное сечение инжектора может регулироваться корректировкой положения профилированного инжекционного сердечника (15).

7. Устройство по пп.4-6, отличающееся тем, что угол между образующей расширяющегося сопла (5) со стенками полости (16) составляет 90° в точке соединения образующей расширяющего сопла (5) с полостью (16).

8. Устройство по пп.4-6, отличающееся тем, что расширяющееся сопло частично или полностью интегрировано во внешний суппорт (0).

9. Устройство для распыления перегретой жидкости в виде очень мелких капель с высокой скоростью, и выполненное с возможностью для одной и той же форсунки для распыления изменять, в случае необходимости, объем, давление Р₀ или температуру Т₀ перегретой жидкости на входе, а также давление Р₁ газообразной среды, в которую распыляется жидкость, сохраняя при этом максимальную скорость выбрасывания распыляемых капель на выходе из устройства; при этом под перегретой жидкостью понимается жидкость, имеющая температуру Т₀ и давление Р ₀, превышающее давление насыщенного пара Р _S при соответствующей температуре Т₀ , при этом давление насыщенного пара P_S будет выше, чем давление P₁ газообразной среды, в которую распыляется жидкость, отличающееся тем, что оно содержит корпус форсунки (1), закрепленный на суппорте (0), обеспечивающем поступление перегретой жидкости, и включающий в себя патрубок (3), в котором циркулирует перегретая жидкость, одно или несколько сужающихся сопел и один или несколько инжекторов (4), в которых перегретая жидкость разгоняется для подачи в расширяющееся сопло (5) для увеличения объема и разгона, в котором струя жидкости частично испаряется, мгновенно взрывается под воздействием эффекта разницы давления между жидкостью и соплом, с последующим формированием смеси мелких капель и пара; расположенный в расширяющемся сопле (5) профилированный сердечник (11), выполненный с возможностью перемещаться вдоль оси сопла и позволяющий, в зависимости от своего местоположения, регулировать выходное сечение расширяющегося сопла, при этом постоянные и монотонные профили расширяющегося сопла (5) и сердечника (11) позволяют сохранять увеличивающееся пропускное сечение между расширяющимся соплом (5) и сердечником (11) вдоль оси сопла независимо от положения сердечника (11), при этом образующая расширяющегося сопла (5) расположена под углом к образующей инжекторов (4), в месте своего пересечения с ней; и механизм, обеспечивающий удержание сердечника (11) и внешнюю регулировку его положения относительно сопла (5).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что угол между образующей расширяющего сопла (5) и стенками инжекторов на выходе инжекторов составляет 90°.

11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что расширяющееся сопло частично или полностью интегрировано во внешний суппорт (0).

12. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что позиционирование сердечника (11) в расширяющемся сопле (5) носит автоматизированный характер в целях обеспечения соответствия выходного сечения форсунки объему, давлению Р ₀ и температуре Т₀ перегретой жидкости на входе, а также давлению Р₁ газообразной среды, в которую будет распыляться жидкость, с таким расчетом, чтобы скорость выброса распыляемых капель на выходе из устройства всегда была максимальной.

13. Устройство по одному из п.9 или 10, отличающееся тем, что инжектор является кольцеобразным инжектором (16), при этом кольцеобразный инжектор образован свободным пространством, заключенным между полостью (16), например, цилиндрической формы, и инжекционным сердечником (8).

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что инжектор является кольцеобразным инжектором (16), при этом кольцеобразный инжектор образован свободным пространством, заключенным между полостью (16), например, цилиндрической формы, и инжекционным сердечником (8).

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что в качестве инжекционного сердечника (8) кольцеобразного инжектора используют профилированный инжекционный сердечник (15) с изменяемым сечением, размеры которого увеличиваются в направлении выброса жидкости, и способный перемещаться вдоль оси кольцеобразного инжектора, при этом выходное сечение инжектора может регулироваться корректировкой положения профилированного инжекционного сердечника (15).

16. Устройство по п.14, отличающееся тем, что в качестве инжекционного сердечника (8) кольцеобразного инжектора используют профилированный инжекционный сердечник (15) с изменяемым сечением, размеры которого увеличиваются в направлении выброса жидкости, и способный перемещаться вдоль оси кольцеобразного инжектора, при этом выходное сечение инжектора может регулироваться корректировкой положения профилированного инжекционного сердечника (15).

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к форсунке, предназначенной для распыления находящйся под давлением жидкости в виде мелких капель, средние размеры которых составляют менее 5 микрон, с высокой скоростью, значительно превышающей скорость звука, причем расход жидкости имеет высокие значения и является регулируемым в широком диапазоне, и функционирующей без применения сжатого газа или ультразвука. Под термином «находящаяся под давлением жидкость» понимается жидкость, имеющая температуру Т _О и давление Р_О, превышающее давление насыщенного пара P _S при соответствующей температуре Т_О , при этом давление самого пара P_S будет выше, чем давление газообразной среды, в которую распыляется жидкость.

Изобретение относится также к оборудованию, предназначенному для регулировки выходной секции форсунки для поддержания максимальной сверхзвуковой скорости распыляемых капель при изменении давления или температуры распыляемой жидкости, или при изменении давления среды, в которую распыляется жидкость.

Предлагаемое устройство находит применение в промышленных установках, основанных на быстром охлаждении газа распылением жидкости и связанных с формированием мелких капель жидкости, перемещаемых с высокой скоростью.

На современном этапе развития техники распылительные форсунки предназначены для распыления неперегретой жидкости путем образования струи жидкости, которая рассекается на выходе из форсунки посредством спирали или других приспособлений; устройство, в соответствии с изобретением, не нуждается в применении таких элементов, поскольку струя сама вырывается под воздействием повышенного давления жидкости.

Кроме того, обычные форсунки позволяют обеспечить распыление жидкости на скоростях, редко превосходящих скорость звука, при этом средние размеры распыляемых капель редко достигают величин менее 20-50 микрон; наилучшие скоростные и размерные характеристики капель жидкости обеспечиваются в результате применения в процессе распыления сжатого газа или ультразвука в случае применения форсунок с невысокой производительностью; и, наконец, эти форсунки не оснащены устройствами, предназначенными для регулировки размеров выходного сечения, в целях сохранения максимальной сверхзвуковой скорости капель в случае изменения параметров давления или температуры распыляемой жидкости или изменения давления окружающей атмосферы, в которую распыляется жидкость.

Устройство, в соответствии с изобретением, позволяет устранять такие недостатки в особых случаях или в случаях, когда необходимо распылить в виде мелких капель значительные объемы жидкости на очень больших скоростях с учетом возможности значительных колебаний параметров расхода, давления и температуры распыляемой жидкости и значительных изменений давления окружающей среды, в которую распыляется жидкость.

Вариант 1.

Устройство, изображенное на фиг.1.А, включает в себя корпус форсунки (1), закрепленный на суппорте (0), обеспечивающем поступление находящейся под давлением жидкости; корпус форсунки включает в себя патрубок (3), где циркулирует находящаяся под давлением жидкость, сужающееся сопло и целый ряд инжекторов (4), в которых перегретая жидкость получает ускорительный момент, необходимый для подачи в расширяющееся сопло, увеличения объема и разгона (5); с момента поступления в это сопло струя жидкости частично испаряется, мгновенно взрывается под воздействием эффекта собственной упругости пара с последующим формированием смеси капель и пара.

На выходе инжекторов (4) угол между образующей расширяющего сопла (5) и стенками инжекторов составляет 90°, при этом выходное сечение имеет размеры, обеспечивающие выбрасывание смеси из форсунки под давлением внешней среды P ₁ без образования волны давления в расширяющемся сопле (5); скорость выбрасывания смеси является максимальной.

Во время движения смеси в расширяющем сопле (5) давление уменьшается, вызывая падение температуры смеси, продолжающееся испарение жидкости и постоянное ускоренное движение или разгон пара, обусловленный увеличением его объема; в результате соприкосновения с паром капли жидкости также начинают перемещаться, и этот процесс продолжается вплоть до выпускного отверстия (6), где давление Р ₁ смеси выравнивается с давлением среды, в которую жидкость распыляется.

Математическое моделирование движения находящейся под давлением жидкости в устройстве показывает, что давление на выходе из инжекторов (4) равно давлению сжатого пара P _S; с момента его поступления в расширяющееся сопло поток жидкости охлаждается, мгновенно переходит в стадию кипения и распадается на частицы под воздействием внутренних сил давления пара на жидкость; размеры частиц зависят от этих сил деления, которые в свою очередь также связаны с проводимостью жидкости, коэффициентами теплообмена и рассеивания, а также зависят от степени наклона направляющей расширяющегося сопла (5) в месте соединения с инжекторами (4); при этом по мере приближения степени наклона к уровню вертикальной плоскости эти силы становятся значительнее, а размеры частиц - меньше.

В устройстве, рассчитанном для применения по определенному назначению, расход распыляемой жидкости может меняться посредством изменения давления Р _О и температуры Т_О жидкости на входе форсунки; в идеальном варианте максимальная скорость частиц на выходе из устройства достигается в том случае, когда эта пара сил соответствует выходному сечению расширяющегося сопла (5). В целях улучшения характеристик устройства наклон образующей расширяющего сопла (5) может быть (в определенных пределах) вертикальным относительно места соединения с инжекторами (4), как это изображено на фиг.1.А: в этом случае расширяющее сопло (5) представляет собой плоский срез в месте соединения с (4); этот плоский срез, создающий значительные колебания давления, позволяет получить мелкие капли и облегчает обработку форсунки.

В случае необходимости расширяющееся сопло может быть интегрировано частично или полностью во внешний суппорт (0), как это показано на фиг.1.В.

В качестве примера использования предлагается распыляющая форсунка, представленная на фиг.1.А и включающая в себя корпус, изготовленный из нержавеющей стали, длинной 20 мм, девять инжекторов диаметром 0,5 мм и одно расширяющееся сопло с диаметром на выходе в 8 мм, обеспечивает распыление 200 кг/час жидкости, находящейся под давлением 60 бар и при температуре 270°С, в окружающую среду со скоростью выброса, равной около 540 км/час; при этом размеры распыляемых частиц составляют около 5 микрон, а их температура - 100°С; около 30% объема поступающей воды, находящейся под давлением, на выходе из форсунки представлено паром.

Вариант 2.

Устройство, изображенное на фиг.2, позволяет упростить конструкцию форсунки для распыления, повысить ее производительность и облегчить процесс изготовления, заменив цилиндрические инжекторы (4) на кольцеобразные (16).

Устройство, в соответствии с изобретением, включает в себя корпус форсунки (1), закрепленный на суппорте (0), обеспечивающем поступление перегретой жидкости; корпус форсунки включает в себя патрубок (3), в котором циркулирует перегретая жидкость, сужающееся сопло и пропускную кольцеобразную секцию (16), названную кольцеобразным инжектором, где жидкость разгоняется для подачи в расширяющееся сопло (5), увеличения объема и разгона; с момента своего поступления в это сопло струя жидкости частично испаряется, мгновенно взрывается под воздействием эффекта собственной упругости пара, представляя в дальнейшем смесь капель и пара.

Образующая расширяющегося сопла (5) расположена под углом к образующей кольцеобразного инжектора (16) в месте пересечения с ней, при этом выходное сечение имеет размеры, обеспечивающие выбрасывание смеси из форсунки под давлением внешней среды Р₁ без образования волны давления в расширяющемся сопле (5); скорость выбрасывания смеси является максимальной.

Кольцеобразный инжектор состоит из свободного пространства, заключенного между полостью (16), например, цилиндрической формы и инжекционным сердечником (8); способ фиксации инжекционного сердечника к корпусу форсунки обеспечивает циркуляцию в форсунке жидкости, которая предназначена для распыления. В качестве примера, который не является ограничительным, на фиг.2 изображен цилиндрический инжекционный сердечник (8), имеющий основание (9) со сквозными отверстиями (10), при этом само основание закреплено на впускном патрубке (3).

Во время движения смеси вдоль расширяющегося сопла (5) давление уменьшается, вызывая падение температуры смеси, продолжающееся испарение жидкости и постоянное ускоренное движение пара, обусловленное увеличением его объема; в результате соприкосновения с паром капли жидкости также начинают перемещаться, и этот процесс продолжается вплоть до выпускного отверстия (6), где давление Р₁ смеси выравнивается с давлением среды, в которую жидкость выбрасывается.

Математическое моделирование движения находящейся под давлением жидкости в устройстве показывает, что давление на выходе из инжекторов (16) равно давлению сжатого пара Р_S; с момента его поступления в расширяющееся сопло поток жидкости охлаждается, мгновенно переходит в стадию кипения и распадается на частицы под воздействием внутренних сил давления пара на жидкость; размеры частиц зависят от этих сил деления, которые в свою очередь также связаны с проводимостью жидкости, коэффициентами теплообмена и рассеивания, а также зависят от степени наклона направляющей расширяющегося сопла (5) в месте соединения с инжекторами (16); при этом по мере приближения наклона направляющей к вертикальной плоскости эти силы возрастают, а размеры частиц уменьшаются.

В устройстве, рассчитанном для применения в определенных случаях, расход распыляемой жидкости может меняться посредством изменения давления Р₀ и температуры Т ₀ жидкости на входе форсунки; в идеальном варианте максимальная скорость частиц на выходе из устройства достигается в том случае, когда эта пара сил соответствует выходному сечению расширяющегося сопла (5). В целях улучшения характеристик устройства угол между образующей расширяющего сопла (5) со стенками полости (16) составляет 90° в точке соединения образующей расширяющего сопла (5) с полостью (16): в этом случае расширяющее сопло (5) представляет собой увеличение прямолинейного среза относительно выпускного отверстия инжектора (16); это увеличение прямолинейного среза, создавая значительные колебания давления, позволяет получать капли малого размера, кроме того, оно облегчает обработку форсунки.

В случае необходимости расширяющееся сопло частично или полностью может быть интегрировано во внешний суппорт (0), как это изображено на фиг.1.В.

В качестве примера использования предлагается распыляющая форсунка, представленная на фиг.2 и состоящая из корпуса, изготовленного из нержавеющей стали, длинной 50 мм, кольцеобразного инжектора с отверстием диаметром 5 мм, инжекционный сердечник диаметром 4 мм и одно расширяющееся сопло с диаметром на выходе в 16 мм, обеспечивает распыление 800 кг/час жидкости, находящейся под давлением 60 бар, и при температуре 270°С в окружающую среду со скоростью выброса, равной около 540 км/час; при этом размеры распыляемых частиц составляют около 5 микрон, а их температура - 100°С, при этом около 30% объема поступающей воды, находящейся под давлением, находится в виде пара на выходе из форсунки.

Вариант 3.

Устройство, изображенное на фиг.3, позволяет для той же форсунки распыления изменить в случае необходимости объем, давление Р _О или температуру Т_О перенагретой жидкости на входе, а также давление Р₁ газообразной среды, в которую распыляется жидкость, сохраняя при этом максимальную скорость выбрасывания распыляемых капель на выходе из устройства; при этом данный результат достигается за счет контролируемого расположения профилированного сердечника (11) в расширяющемся сопле (5).

Устройство, в соответствии с изобретением, включает в себя корпус форсунки (1), закрепленный на суппорте (0), обеспечивающем поступление находящейся под давлением жидкости; корпус форсунки включает в себя патрубок (3), в котором циркулирует перенагретая жидкость, сужающееся сопло, а также один или несколько инжекторов (4), в которых перенагретая жидкость разгоняется для подачи в расширяющееся сопло (5), увеличения объема и разгона; с момента своего поступления в это сопло струя жидкости частично испаряется, взрывается под воздействием эффекта собственной упругости пара, формируя в дальнейшем смесь мелких капель и пара.

Профилированный сердечник (11), способный перемещаться вдоль оси расширяющего сопла (5), позволяет, в зависимости от своего местоположения, регулировать выходное сечение данного расширяющегося сопла; постоянные и монотонные профили расширяющегося сопла (5) и сердечника (11) позволяют сохранять увеличивающееся пропускное сечение между расширяющимся соплом (5) и профилированным сердечником (11) вдоль оси сопла независимо от положения сердечника (11). В качестве примера, который в целом не носит ограничительного характера, образующие профили с учетом изменения линейных или параболических участков позволяют удовлетворить данное требование.

Овальная форма образующей (12В) сердечника (11) также бывает разнообразной: может быть плоской, т.е. представлять собой плоское основание; или иметь аэродинамический профиль в целях ограничения потерь смеси после ее выхода из распыляющей форсунки; либо может быть приспособлена к другим условиям окружающей среды вокруг форсунки.

Угол между образующей расширяющего сопла (5) и стенками инжекторов на выходе инжекторов составляет 90°.

Сердечник (11) удерживается при помощи механизма, который позволяют осуществлять регулировку извне его положения относительно сопла (5); данный механизм может быть включен в конструкцию форсунки или может быть установлен за ее пределами;

в качестве примера, изображенного на фиг.3 и не являющегося ограничительным, показан сердечник, удерживаемый по оси (13), пересекающей форсунку для распыления, и имеющий на другом краю основание (9) с отверстиями, через которые обеспечивается поступление жидкости, предназначенной для распыления; наличие резьбы (17) на данном основании и на патрубке (3) позволяет регулировать положения сердечника и форсунки относительно друг друга.

Независимо от объема жидкости, предназначенной для распыления, давления Р_О и температуры Т_О, а также давления Р ₁ газообразной среды, в которую распыляется жидкость, выпускное сечение форсунки может регулироваться в целях обеспечения выброса смеси через форсунку под давлением Р₁ без образования волны давления в расширяющемся сопле (5); скорость выбрасывания смеси соответствует максимальной.

Во время движения смеси вдоль расширяющегося сопла (5) давление уменьшается, вызывая падение температуры смеси, продолжающееся испарение жидкости и постоянное ускоренное движение пара, обусловленное увеличением его объема; в результате соприкосновения с паром капли жидкости также начинают перемещаться, и этот процесс продолжается вплоть до выпускного отверстия, где давление Р₁ смеси выравнивается с давлением среды, в которую жидкость выбрасывается.

Математическое моделирование движения находящейся под давлением жидкости в устройстве показывает, что давление на выходе из инжектора (16) равно давлению сжатого пара Р_S; с момента его поступления в расширяющееся сопло поток жидкости охлаждается, мгновенно переходит в стадию кипения и распадается на частицы под воздействием внутренних сил давления пара на жидкость; размеры частиц зависят от этих сил деления, которые в свою очередь также связаны с проводимостью жидкости, коэффициентами теплообмена и рассеивания, а также зависят от угла наклона направляющей расширяющегося сопла (5) в месте соединения с инжектором (16); при этом эти силы возрастают, а размеры частиц уменьшаются по мере приближения наклона направляющей к вертикали.

В устройстве, рассчитанном для конкретных вариантов применения, расход распыляемой жидкости может меняться посредством изменения давления Р _О и температуры Т_О жидкости на входе форсунки.

В целях улучшения характеристик устройства образующая расширяющего сопла (5) может быть в точке соединения с образующей полость (16) в определенных пределах расположена перпендикулярно продольной оси данной полости, как это изображено на фиг.3: в этом случае расширяющее сопло (5) представляет собой увеличение прямолинейного среза относительно выпускного отверстия инжектора (16); это увеличение прямолинейного среза, создавая значительные колебания давления, позволяет получать капли малого размера и, кроме того, оно облегчает обработку форсунки.

В случае необходимости расширяющееся сопло частично или полностью может быть интегрировано во внешний суппорт (0), как это изображено на фиг.1.В.

В качестве примера использования предлагается распыляющая форсунка, представленная на фиг.3 и состоящая из корпуса, изготовленного из нержавеющей стали, длиной 80 мм, девяти инжекторов с диаметром 0,5 мм и расширяющего сопла, имеющего на выходе диаметр 23 мм, а также сердечника с максимальным диаметром 80 мм, обеспечивает распыление 200 кг/час жидкости, находящейся под давлением 60 бар, и при температуре 270°С в воздух, давление Р₁ которого отличается от давления окружающей среды на 0,1 бар; при этом максимально допустимые условия выбрасывания следующие:

- для воздуха с давлением окружающей среды: скорость выбрасывания, равная около 540 км/час; при этом размеры распыляемых частиц составляют около 5 микрон при температуре 100°С; около 30% объема поступающей воды, находящейся под давлением, представлено в виде пара на выходе из форсунки;

- для воздуха с давлением 0,1 бар: скорость выброса, равная около 700 км/час; при этом размеры распыляемых частиц составляют около 5 микрон при температуре 46°С; около 31% объема поступающей воды, находящейся под давлением, представлено в виде пара на выходе из форсунки.

Вариант 4.

Устройство, изображенное на фиг.4, позволяет улучшить применение устройства, согласно третьему варианту, путем автоматизации позиционирования сердечника (11) в расширяющемся сопле (5).

Система автоматизации действует, основываясь на применении механизма поддержки и позиционирования сердечника (11), в целях обеспечения соответствия выходного сечения форсунки объему, давлению Р_О и температуре Т_О находящейся под давлением жидкости на входе, а также давлению Р₁ газообразной среды, в которую будет распыляться жидкость, с таким расчетом, чтобы скорость выброса распыляемых капель на выходе из устройства была максимальной. Указанная система может быть включена в конструкцию форсунки для распыления, а также устанавливаться снаружи.

На фиг.4 в качестве примера изображено устройство, снабженное системой автоматизации, включенной в состав форсунки для распыления; составляющие ее элементы аналогичны элементам, показанным на фиг.3, за исключением резьбы винта (18), предусмотренной на элементе (9), соединяющем его с сердечником, которая устранена из конструкции и заменена оттяжной пружиной (14), предназначенной для ввода сердечника (11) в расширяющееся сопло (5), причем резьба винта (18) позволяет регулировать давление оттяжной пружины (11).

Во время работы форсунки сердечник (11) подвержен воздействию оттяжной пружины (11), стремящейся ввести его в сопло (5), сил статического и динамического давления потока смеси. Последние непосредственно связаны с расходом и температурой Т_О находящейся под давлением воды на входе в форсунку, с давлением Р ₁ на выходе и с углом выпускного наклона образующих (5) и (11); они имеют тенденцию извлечь сердечник (11) из расширяющегося сопла (5).

Эти противоположные силы уравниваются для обеспечения заданного положения сердечника; указанное положение регулируется при помощи винта (18) в каждом конкретном случае для обеспечения распыления смеси под давлением на выходе Р₁ без образования волны давления в расширяющемся сопле (5), причем скорость выбрасывания смеси является максимальной.

Упругость оттяжной пружины (11) и угол выпускного наклона сопла (5) определяются с учетом обеспечения оптимальных условий выбрасывания для всех других случаев функционирования форсунки, не требующих дополнительной регулировки винта (18).

В качестве примера использования предлагается распыляющая форсунка, изображенная на фиг.4, состоящая из элементов, аналогичных представленным на фиг.3, и включающая в себя систему автоматизации позиционирования сердечника (11), которая была описана выше, обеспечивающая те же самые характеристики и не требующая вмешательства в случае изменения расхода форсунки или колебаний давления газообразной среды, в которую распыляется жидкость.

Вариант 5.

Устройство, изображенное на фиг.5, позволяет улучшить применение устройства согласно третьему и четвертому вариантам осуществления для увеличения производительности и облегчения процесса его изготовления путем замены цилиндрических инжекторов на кольцеобразные.

Кольцеобразный инжектор состоит из свободного пространства, заключенного между полостью (16), например цилиндрической формы, и инжекционным сердечником (8). Способ фиксации инжекционного сердечника к корпусу форсунки обеспечивает циркуляцию в форсунке жидкости, которая предназначена для распыления. В качестве примера, который не является ограничительным, на фиг.3 изображен цилиндрический инжекционный сердечник (8), имеющий основание (9) со сквозными отверстиями (10), обеспечивающими циркуляцию жидкости, предназначенной для распыления.

В качестве примера использования предлагается распыляющая форсунка, представленная на фиг.5 и состоящая из корпуса, изготовленного из нержавеющей стали, длиной 50 мм, кольцеобразного инжектора с отверстием диаметром 5 мм, сердечника с диаметром 4 мм и расширяющего сопла, имеющего на выходе диаметр 16 мм, обеспечивающего распыление 800 кг/час жидкости, находящейся под давлением 60 бар, и при температуре 270°С в воздух, давление Р₁ которого колеблется от 1 до 0,1 бар; при этом максимально допустимые условия выброса имеют следующие значения:

- для воздуха с давлением 1 бар: скорость выброса, равная около 540 км/час; при этом размеры распыляемых частиц составляют около 5 микрон при температуре 100°С; около 30% объема поступающей воды, находящейся под давлением, представлено в виде пара на выходе из форсунки;

- для воздуха с давлением 0,1 бар: скорость выброса, равная около 700 км/час; при этом размеры распыляемых частиц составляют около 5 микрон при температуре 46°С; около 31% объема поступающей воды, находящейся под давлением, представлено в виде пара на выходе из форсунки.

Вариант 6.

Устройство, изображенное на фиг.6, позволяет улучшить второй и пятый варианты для повышения гибкости его применения путем замены инжекционного сердечника (8) кольцеобразного инжектора на профилированный инжекционный сердечник (15) с изменяемым сечением, размеры которого увеличиваются в направлении выброса жидкости, и способного перемещаться вдоль оси полости (4), при этом выходное сечение инжектора может регулироваться и корректировать положение профилированного сердечника инжектора (15) относительно полости (4).

Нам фиг.6 в качестве примера представлен конический профилированный (15) инжекционный сердечник.

Нам фиг.7 в качестве примера представлен цилиндрический профилированный (15) инжекционный сердечник с полуцилиндрическими (19) внешними лунками, расположенными параллельно оси (15), имеющими различную длину, каждая из которых представляет собой сечение для прохода жидкости, предназначенной для распыления; количество лунок (19), выходящих в сопло (5), а также проходное сечение инжектора непосредственно связаны с положением сердечника (11) в сопле (5).

В качестве примера использования предложена распыляющая форсунка, представленная на фиг.6, имеющая размеры, идентичные размерам форсунки, описанной в примере использования по пятому варианту осуществления. Форсунка включает в себя конический профилированный инжекционный сердечник диаметром 4-5 мм, обладает такими же свойствами как и форсунка, описанная в пятом варианте осуществления, за исключением того, что объем распыляемой жидкости может варироваться от 100 до 800 кг/час.

Устройство, в соответствии с изобретением, может найти применение в следующих технологических процессах:

- в химических процессах, требующих быстрого охлаждения промышленных газов;

- в химических процессах и при производстве продуктов сельского хозяйства, требующих применения жидкости, распыляемой в виде мелких частиц;

- в процессах, требующих применения распыляемой на очень большой скорости жидкости, в том числе при проведении опытов, в энергетических установках, термокомпрессорах и т.д.