Патент на изобретение №2296013

(54) СПОСОБ И ФОРСУНКА ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике распыления жидкости и может быть использовано при кондиционировании воздуха в процессе его увлажнения, а также в градирнях для охлаждения воздуха или жидкости. В способе распыления жидкости осуществляют подачу жидкости расширяющимся потоком, создают периферийный закрученный поток и центральный осевой поток жидкости, смешивают эти потоки с последующим сжатием и распыляют из сопла в виде сплошного конуса. При распылении жидкости периферийному потоку придают винтообразное вращение. Центральному осевому потоку придают вращение, обратное к направлению вращения периферийного потока с образованием сплошного и мелкодисперсного конусного распыления жидкости. Зона действия осевого потока ограничивается диаметром выпускного сопла форсунки. Изобретение позволяет повысить качество распыления жидкости, производительность форсунки и уменьшить гидравлические потери. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике распыления жидкостей и может быть использовано при кондиционировании воздуха в процессе его увлажнения, а также в градирнях для охлаждения воздуха или жидкости и других отраслях промышленности.

В настоящее время разработано множество способов и устройств для распыления жидкостей. Более тонкий и однородный распыл получают при использовании центробежных форсунок. Однако наряду с созданием вихревого движения жидкостей возникают условия, которые снижают эффективность распыления. К ним относится увеличение гидравлического сопротивления форсунки, наличие воздушного вихря по оси сопла. Существующие способы и средства распыления не устраняют указанные недостатки.

Известный способ распыления жидкости (см. а.с. СССР № 1808392, МПК В05В 1/34, опубл. в БИ № 14, 1993) включает подачу жидкости в корпус форсунки, создание периферийного вращения жидкости, сжатие вращающейся жидкости с увеличением скорости движения, распыление жидкости в виде конуса.

Для реализации известного способа форсунка (см. а.с. СССР № 1808392, МПК В05В 1/34 опубл. в БИ № 14, 1993) имеет корпус с подводящим жидкость каналом, камерой завихрения и выходным соплом, установленную в корпусе вставку в виде усеченного конуса, меньшим основанием обращенным к соплу. На наружной поверхности вставки выполнена многозаходная винтовая нарезка.

Недостатком известного способа и форсунки для распыления жидкости является то, что при высокой скорости вращения жидкости в сопле форсунки возникает воздушный вихрь, ухудшающий вход жидкости в сопло и снижающий производительность и качество распыления жидкости форсункой.

Попытка устранить влияние воздушного вихря предложена в способе распыления жидкости (см. патент России № 2144439, МПК В 05 В 1/34, F23D 11/04, опубл. в БИ № 2, 2000 г.). Известный способ распыления жидкости включает подачу жидкости в корпус форсунки, создание периферийного закрученного и осевого потоков жидкости, смешение этих потоков с последующим сжатием и распыление в виде сплошного конуса.

Форсунка для реализации известного способа (см. патент России № 2144439, МПК В 05 В 1/34, F23D 11/04, опубл. в БИ № 2, 2000 г.) содержит корпус, канал подвода жидкости, завихрительную камеру и сужающийся конический переход к цилиндрическому соплу, расположенную в завихрительной камере завихритель-вставку с осевым цилиндрическим отверстием и периферийной винтовой нарезкой, подводящий штуцер, подпирающий завихритель-вставку.

Недостатком известного способа и форсунки для распыления жидкости является большое гидравлическое сопротивление периферийному потоку жидкости, а также низкая скорость течения потока из-за внезапного расширения струй с образованием вихрей в винтообразных каналах. Осевой поток, создаваемый цилиндрическим отверстием завихритель-вставки с диаметром, значительно превышающим диаметр выходного сопла форсунки, уменьшает турбулентность потока на выходе из сопла и снижает эффективность распыления жидкости, так как быстро приобретает направление вращения периферийного потока.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является способ распыления жидкости, реализованный в форсунке (см. патент России № 2205703, МПК В05В 1/34, опубл. в БИ № 16, 2003 г.).

Известный способ распыления жидкости (прототип) включает подачу жидкости расширяющимся потоком в корпус форсунки, создание периферийного закрученного и осевого потоков с последующим сжатием и распылением в виде сплошного конуса.

Недостатком известного способа-прототипа является то, что стремление увеличить скорость течения периферийного потока за счет подачи жидкости с большим статическим давлением расширяющегося потока не дает эффекта, так как поперечное сечение периферийных струй жидкости на входе в каналы завихритель-вставки меньше, чем в последующем течении. Все это вызывает высокую турбулентность периферийного течения жидкости в результате внезапного расширения струй, ведет к росту гидравлического сопротивления периферийному потоку за счет вихрей, возникающих в струях жидкости, и резкого изменения направления течения от вертикального к наклонному. Смешение периферийного потока происходит с осевым прямым потоком, который быстро принимает направление вращения периферийной закрутки и не уничтожает воздушный вихрь.

Известная форсунка, взятая нами за прототип (см. патент России № 2205703, МПК В05В 1/34, опубл. в БИ № 16, 2003 г.), содержит корпус, конический канал подвода жидкости, завихрительную камеру и сужающийся конический переход к цилиндрическому соплу, расположенную в завихрительной камере завихритель-вставку с осевым цилиндрическим отверстием и периферийной нарезкой, подводящий штуцер, подпирающий завихритель-вставку.

Недостатками форсунки для распыления жидкости, взятой нами за прототип, является то, что подводящий жидкость штуцер частично перекрывает входное сечение периферийных каналов завихрителя-вставки по всему периметру, чем значительно ухудшает вход жидкости в нарезные каналы, а возникающая в них турбулентность течения снижает скорость движения жидкости на выходе из каналов. Взаимодействие периферийного потока с осевым, который вводится в сужающийся конический переход через цилиндрическое отверстие завихрителя-вставки с диаметром отверстия, значительно превышающим диаметр выходного сопла форсунки, не позволяет обеспечивать высокую турбулентность течения жидкости перед соплом и уничтожить воздушный вихрь по оси сопла, а установка дополнительных ребер на торце завихрителя-вставки разрушает периферийное вращение жидкости и увеличивает гидравлическое сопротивление форсунки.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества распыления жидкости, производительности форсунки, уменьшение гидравлических потерь.

Для выполнения указанной задачи в способе распыления жидкости, включающем подачу жидкости расширяющимся потоком в корпус форсунки, создание периферийного закрученного потока и центрального осевого потока жидкости, смешение этих потоков с последующим сжатием и распылением в виде сплошного конуса, в предлагаемом способе периферийному потоку жидкости придают винтообразное вращение с изменением радиуса вращения от максимального на входе жидкости в зону вращения до минимального на выходе из этой зоны сужающимся потоком жидкости, центральному осевому потоку придают вращение, обратное к направлению вращения периферийного потока, причем зона действия осевого потока ограничивается диаметром выпускного сопла форсунки.

Для выполнения указанной задачи в форсунке для распыления жидкости, содержащей корпус с завихрительной камерой и сужающимся коническим переходом к выходному цилиндрическому соплу, расположенную в завихрительной камере завихритель-вставку с центральным осевым отверстием и периферийными каналами, подводящий штуцер с коническим каналом подвода жидкости и подпирающий завихритель-вставку, в предлагаемой форсунке между штуцером и завихритель-вставкой расположен вкладыш с выступами, обращенными к завихритель-вставке для образования зазора между ними, обеспечивающий подачу жидкости в винтообразные периферийные каналы по всему их поперечному сечению, причем завихритель-вставка выполнена в виде усеченного конуса и сопряжена своей наружной поверхностью с завихрительной камерой корпуса, с которой она образует винтообразные периферийные каналы, сужающиеся к выходу в своем поперечном сечении, центральное осевое отверстие завихритель-вставки выполнено с винтообразными каналами, направление которых обратно направлению периферийных нарезных каналов, причем диаметр осевого отверстия равен или меньше диаметра выпускного сопла форсунки.

Конический переход в своей верхней части имеет диаметр меньший, чем меньшее основание завихрителя-вставки, при этом достигается частичное перекрытие периферийных каналов на выходе жидкости из них и обеспечивается высокая скорость потока жидкости на входе в конический переход.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что за счет высокой скорости вращения периферийного потока жидкости создают большую центробежную силу при выходе жидкости из сопла форсунки, а для получения мелкодисперсного распыления обеспечивают высокую турбулентность течения жидкости по оси вращения периферийного потока за счет взаимодействия с центральным осевым потоком обратного вращения по отношению к периферийному потоку, причем осевой поток в своем диаметре меньше или равен диаметру выпускного сопла.

При таком взаимодействии потоков получают высокую турбулентность течения жидкости внутри сопла с разрушением воздушного вихря, создавая конусный распыл сплошным и мелкодисперсным, не снижая влияния центробежных сил, обеспечивающих хорошую развертку конусного распыла при высокой производительности форсунки.

В конструкции форсунки, реализующей предлагаемый способ, завихритель-вставка подпирается штуцером через вкладыш с выступами, которыми упирается в завихритель, создавая между завихрителем и штуцером зазор, позволяющий обеспечить полноценное заполнение периферийных каналов жидкостью по всему поперечному сечению.

Завихритель-вставка имеет форму усеченного конуса, по периферии которого выполнены нарезные каналы. Поперечное сечение каналов уменьшается к основанию выхода жидкости. Такая конструкция позволяет двигаться жидкости без завихрений от большого радиуса вращения к меньшему с увеличением скорости течения.

Центральное осевое отверстие с винтообразной нарезкой, обратной нарезке периферийных каналов, обеспечивает подачу закрученного осевого потока жидкости на воздушный вихрь, разрушая его и создавая турбулентное течение жидкости по оси сопла.

На фиг.1 представлен продольный разрез по оси форсунки, реализующей предложенный способ распыления жидкости. На фиг.2 – разрез форсунки по А-А. На фиг.3 – разрез форсунки по Б-Б.

Форсунка для распыления жидкости, реализующая предлагаемый способ, состоит из корпуса 1, в который жидкость поступает через расширяющийся канал подвода 2, а затем через завихрительную камеру 3 в сужающийся конический переход смешения 4, который направляет жидкость в сопло 5 форсунки. Разделение поступающей жидкости на периферийный и осевой потоки, а также закрутка жидкости происходит за счет завихрителя-вставки 6, который прижимается штуцером 7 посредством вкладыша 8 с выступами. На конусной поверхности завихрителя-вставки 6 выполнены винтообразные нарезные каналы 9, сужающиеся в своем поперечном сечении от максимального на входе жидкости до минимального на выходе. По оси завихрителя-вставки 6 выполнено центральное осевое отверстие 10 с винтовой нарезкой на внутренней поверхности, обратной направлению нарезки каналов 9.

Предлагаемый способ распыления жидкости осуществляют следующим образом. Производят подачу жидкости расширяющимся потоком в корпус 1 через канал подвода 2 с созданием периферийного и центрального осевого потоков в завихрительной камере 6. Периферийный поток винтообразно закручивают с большего радиуса вращения жидкости на меньший с увеличением скорости течения за счет сужения струй. Центральный осевой поток закручивают в обратном направлении по отношению вращения периферийного потока. Смешение потоков производят в сужающемся переходе 4, в котором периферийный поток жидкости сжимает противовихрь осевого потока так, что воздушный вихрь в сопле 5 разрушается, и внутри сопла 5 по его оси создается турбулентное течение, а на периферии сопла 5 – вращающаяся жидкость от действия периферийного потока. Такое взаимодействие потоков придает осевому противовихрю направление вращения на выходе сопла 5, одинаковое с направлением периферийного потока, обеспечивая конусообразный факел сплошного мелкодисперсного распыления жидкости.

Форсунка распыления жидкости, реализующая предложенный способ, работает следующим образом. Жидкость в корпус 1 поступает через канал подвода 2, а затем через зазор, образованный с помощью вкладыша 8 с выступами, в периферийные каналы 9 и в центральное осевое отверстие 10. Основание камеры 3, на которой устанавливается завихритель-вставка 6, частично перекрывает периферийные винтообразные каналы 9, тем самым создавая высокую скорость течения жидкости на их выходе. Жидкость начинает свою закрутку в периферийных каналах 9 с большего радиуса вращения, заполняя все поперечное сечение каналов на входе за счет открытой входной части каналов 9. Разгоняясь в винтообразных суживающихся в поперечном сечении каналах 9 до своего меньшего радиуса закрутки, жидкость выбрасывается в конический смесительный переход 4, где соприкасается с осевым потоком обратной закрутки, создаваемым центральным осевым отверстием 10 с винтообразной нарезкой. Осевой поток, сдавленный периферийным потоком жидкости, направляется в сопло 5 по оси форсунки, где разрушает воздушный вихрь, принимая направление вращения периферийного потока, создает турбулентное течение при сохранении периферийного вращения жидкости по окружности сопла 5. Такой поток жидкости на выходе из сопла 5 хорошо раскрывается за счет центробежных сил, возникающих от вращения жидкости, и мелкодисперсно распределяется внутри конусообразного факела за счет турбулентного течения по оси сопла 5.

Отличием предлагаемого способа распыления жидкости от прототипа является то, что турбулентное течение жидкости придают не в периферийном потоке, а над выходным соплом 5 в зоне воздушного вихря, причем если в прототипе создают прямой осевой поток значительно большим диаметром, чем диаметр сопла, тем самым снижая влияние центробежной силы периферийного вращения жидкости, то в предлагаемом способе осевой поток, закрученный в противоположном направлении от периферийного вращения, создают в зоне, не превышающей диаметр сопла 5.

Предложенный способ и форсунка для распыления жидкости позволяет сохранить энергию вращения периферийного потока жидкости при высокой скорости течения, разрушить воздушный вихрь внутри сопла форсунки центральным осевым потоком с обратным вращением и сообщить высокую степень турбулентности осевому течению жидкости при вращении всей жидкости в направлении периферийного потока на выходе выпускного сопла. При этом достигается возможность мелкодисперсного распыления жидкости и получения факела распыла в виде сплошного конуса с регулируемым углом раскрытия за счет изменения интенсивности вращения осевого потока и его диаметра от 30 до 100°.

Формула изобретения

1. Способ распыления жидкости, при котором осуществляют подачу жидкости расширяющимся потоком, создают периферийный закрученный поток и центральный осевой поток жидкости, смешивают эти потоки с последующим сжатием и распыляют из сопла в виде сплошного конуса, отличающийся тем, что периферийному потоку придают винтообразное вращение, центральному осевому потоку придают вращение обратное к направлению вращения периферийного потока с образованием сплошного и мелкодисперсного конусного распыления жидкости, причем зону действия осевого потока ограничивают диаметром выпускного сопла форсунки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что винтообразное вращение создают с изменяющимся радиусом закрутки от максимального на входе жидкости в зону вращения до минимального на выходе этой зоны.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что закрутку периферийного потока производят сужающимся потоком жидкости.

4. Форсунка для распыления жидкости, содержащая корпус с завихрительной камерой и с сужающимся коническим переходом к выходному цилиндрическому соплу, расположенную в завихрительной камере завихритель-вставку с центральным осевым отверстием и периферийными каналами и подводящий штуцер с коническим каналом подвода жидкости, подпирающий завихритель-вставку, отличающаяся тем, что между штуцером и завихрителем-вставкой расположен вкладыш с выступами, обращенными к завихрителю-вставке для образования зазора между ними, периферийные каналы выполнены винтообразными, центральное осевое отверстие завихрителя-вставки выполнено с винтовообразными каналами, направление которых обратно направлению периферийных винтообразных каналов, а диаметр центрального осевого отверстия выполнен не превышающим диаметр выходного цилиндрического сопла.

5. Форсунка по п.4, отличающаяся тем, что завихритель-вставка выполнена в виде усеченного конуса и сопряжена своей наружной поверхностью с завихрительной камерой корпуса.

6. Форсунка по п.4 или 5, отличающаяся тем, что периферийные каналы выполнены сужающимися в своем поперечном сечении.

7. Форсунка по п.6, отличающаяся тем, что конический переход в своей верхней части выполнен с диаметром меньшим, чем меньшее основание завихритель-вставки.

РИСУНКИ