ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА Российский патент 1994 года по МПК E21F5/04 B05B7/06 

Изобретение относится к технике распыления жидкости и может применяться в различных отраслях промышленности, в том числе и для борьбы с тонкодисперсной пылью на подземных рудниках, карьерах, металлургических заводах, обогатительных фабриках.

Известен распылитель для обеспыливания воздуха при работе горных машин, включающий корпус, головку с центральным отверстием, водоподающий штуцер и отражатель, установленные соосно с центральным отверстием головки [1].

Недостатками такой форсунки являются низкая эффективность подавления пыли, плохое дробление капель жидкости, усложнение конструкции за счет наружного расположения устройства, предназначенного для снижения степени засоряемости распылителя.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности (прототип) является пневматическая форсунка, содержащая корпус с установленными по его оси с возможностью осевого перемещения трубкой для подачи жидкости с охватывающим ее стаканом и воздушное сопло, образованное кольцевыми коническими выступами, выполненными на выходных торцах внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности стакана, снабженная смонтированным на выходном торце трубы для подачи жидкости распыливающим насадком, выполненным с тангенциальными каналами и осевым соплом, труба для подачи жидкости установлена с возможностью осевого перемещения относительно стакана [2].

Недостатком этой форсунки является низкая эффективность подавления пыли из-за рабочих параметров жидкостного факела, а именно: невысокий объем распыления из-за конструктивных особенностей выступов, поскольку они имеют постоянный нерегулируемый угол воздушного сопла, не позволяющий увеличить диаметр сопла, а следовательно, заполнить весь объем запыленного пространства.

В прототипе капли жидкости при разбрызгивании ударяются о внутренние стенки стакана, теряют при этом часть кинетической энергии и, попадая в окружающее пространство в виде факела орошения, не могут обеспечить охват активным воздействием запыленного объема. Смешение капель с воздухом происходит с недостаточным соударением частиц воздуха и воды при выходе из сопла, поскольку направление потоков воздуха и воды почти сонаправлены. Кроме того, патрубок для подачи сжатого воздуха выполнен под прямым углом, вследствие чего проходящий через него воздух ударяется о стакан, теряя при этом часть кинетической энергии, снижая КПД форсунки. Конструкция разбрызгивающего устройства, предложенного в прототипе, не исключает возможность его засорения при использовании технической воды (забивание тангенциальных каналов).

Целью изобретения является повышение эффективности пылеподавления за счет увеличения диапазона регулировки водовоздушного факела и повышение надежности в работе за счет исключения возможности засорения форсунки.

Поставленная цель достигается тем, что пневматическая форсунка, содержащая корпус с патрубком для подвода сжатого воздуха, установленной по оси с возможностью осевого перемещения трубой для подачи жидкости, на торце которой расположены распыливающий насадок и воздушное сопло, образованное выступом корпуса и трубой для подачи жидкости, снабжена эластичным кольцом и втулкой, распыливающий насадок выполнен в виде усеченного конуса и перемещается вдоль оси за счет растягивающего действия пружины, эластичное кольцо установлено на наружной поверхности трубы, торец трубы снабжен втулкой, выполненной с возможностью осевого перемещения относительно трубы. Перемещение втулки позволяет изменять конфигурацию эластичного кольца, а следовательно, и воздушного сопла. Кроме того, пневмофорсунка снабжена воздуховодом, выполненным таким, что поток сжатого воздуха, поступающий в форсунку, направлен под углом 45^о относительно продольной оси по касательной.

Форсунка выполнена такой, что изменение взаимного расположения снабженных на срезе выступами корпуса и водоподающей трубы с установленным на ее внешней поверхности эластичным кольцом, форма которого регулируется втулкой, позволяет управлять параметрами водовоздушного факела: мощностью, объемностью, дальнобойностью, углом раскрытия, углом соударения частиц пыли и воды, дисперсностью частиц жидкости и т.п. - путем изменения направления воздушного потока, а также его закручивания за счет направленного под углом 45^о воздуховода относительно продольной оси по касательной.

При засорении сопла, образованного внутренней поверхностью разбрызгивающего устройства и усеченным конусом, укрепленным на пружине, давление жидкости в водоподающей трубе резко возрастает, одновременно увеличивается сила, действующая со стороны жидкости на конус, вследствие чего пружина растягивается и механическая взвесь выбрасывается из устройства вместе с жидкостью. Кроме того, в конструкции предусмотрена возможность регулирования расхода жидкости путем изменения натяжения пружины с помощью специального штока, расположенного на усеченном конусе разбрызгивающего устройства.

Конструкция форсунки, обеспечивающая спиралевидное закручивание факела за счет расположения воздуховода под углом 45^о и смешение сжатого воздуха с жидкостным факелом вне форсунки, способствует улучшению параметров водовоздушного факела: увеличению его дальнобойности, объемности, угла раскрытия, вероятности соударения частиц пыли и воды, дисперсности жидкости за счет сообщения кинетической энергии сжатого воздуха - путем подачи воздуха через сопло с регулируемым профилем. Использование в конструкции эластичного кольца позволяет получать водовоздушный факел с углом раскрытия до 180^о.

Направление воздуховода под углом 45^о способствует закручиванию поступающего воздуха, увеличивая скорость воздушного потока за счет эллиптической орбиты движения воздуха. При этом линейная скорость закручивания потока v = ω r, т.е. неравномера и больше, чем при тангенциальном вводе, так как малый радиус эллипса равен радиусу окружности (внутреннего сечения корпуса), а большой больше этой величины, что приводит к повышению турбулизации водовоздушного потока. Вследствие интенсивного перемешивания внутри факела повышается вероятность столкновения водяных капель с частицами пыли, а следовательно, их эффективное осаждение. Капли воды и частицы пыли получают дополнительную кинетическую энергию, достаточную для преодоления сил поверхностного натяжения, что в значительной мере облегчает смачивание пыли и особенно ее трудно улавливаемых мелкодисперсных фракций. Кроме того, наличие воздушной оболочки на границе водовоздушного факела, предусмотренное предлагаемой конструкцией форсунки, обуславливает активный подсос запыленного воздуха за счет понижения давления воздуха внутри факела (согласно закону Бернули), что в значительной мере повышает эффективность пылеподавления.

Предлагаемая пневмофорсунка по сравнению с аналогичными обладает существенными отличиями, позволяющими в широком диапазоне регулировать параметры водовоздушного факела за счет изменения взаимного расположения корпуса и снабжения по внешней поверхности эластичным кольцом, способным изменять свою конфигурацию, водоподающей трубы. Кроме того, предлагаемая конструкция исключает возможность засорения путем использования в разбрызгивающем устройстве усеченного конуса, соединенного с пружиной, и штока, укрепленного в конусе, что способствует повышению эффективности пылеподавления и расширению области ее применения. Форсунка может использоваться для эффективного подавления пыли при любых технологических процессах, связанных с выделением пыли.

На фиг. 1 изображена пневматическая форсунка, продольный разрез; на фиг. 2 - вариант взаимного расположения корпуса и распыливающего жидкость насадка, поясняющий способ формирования водовоздушного факела, продольный разрез; на фиг. 3 и 4 - то же, другие положения насадка относительно корпуса; на фиг. 5 - регулирование натяжения пружины водоразбрызгивающего насадка.

Пневматическая форсунка для подавления тонкодисперсной пыли (фиг. 1) содержит корпус 1 с коаксиально расположенной в нем водоподающей трубой 2, сообщающейся через хвостовик 3 с водопроводом, на торце которой имеется водоразбрызгивающий насадок в виде усеченного конуса 4 с расположенным в нем штоком 5, регулирующим за счет вращения гайки 6 (фиг. 5) натяжение пружины 7, закрепленной специальным устройством 8 в водоподающей трубе. Кроме того, торец водоподающей трубы 2 снабжен втулкой 9, выполненной с возможностью осевого перемещения относительно трубы 2, а наружная поверхность торца трубы охватывается эластичным кольцом 10, соприкасающимся с втулкой 9. Изменение положения втулки 9 сопровождается изменением конфигурации эластичного кольца 10 (фиг. 2-4). Корпус 1 и водоподающая труба 2, снабженная по внешней поверхности эластичным кольцом 10, способным изменять свою конфигурацию, образуют кольцевое сопло 11 с регулируемым профилем, полость 12 которого через воздуховод 13 сообщается с источником сжатого воздуха. У среза сопла на внутренней поверхности корпуса и внешней поверхности водоподающей трубы 2 выполнены кольцевые выступы 14, предназначенные для изменения направления воздушной струи, формирующей факел.

Регулирование натяжения пружины 7 производится за счет вращения гайки 6, приводящей в поступательное движение шток 5 (фиг. 5).

Фиксация трубы 2 относительно стенок корпуса 1 в любом из положений (фиг. 1-4) осуществляется за счет шлангов на хвостовике 3 и воздуховоде 13, служащих для подачи воды и сжатого воздуха.

Форсунка работает следующим образом.

По трубе 2 жидкость подается и давит на усеченный конус 4 за счет растягивающего действия пружины 7, в результате конус 4 перемещается к торцу форсунки и через конусовидное пространство жидкость распыливается в окружающее пространство. Сжатый воздух через воздуховод 13 поступает в полость между корпусом 1, имеющим на внутренней поверхности кольцевой выступ 14, и водоподающей трубой 2, снабженной по наружной поверхности эластичным кольцом 10, истекает через профилированные кромки сопла 11 в атмосферу, образуя кольцевую струю, которая, встречаясь с факелом разбрызгиваемой жидкости, подхватывает ее, сообщая каплям жидкости свою кинетическую энергию, частично перемешивается с жидкостью и далее распространяется в пространстве в виде водовоздушного факела.

Обеспечиваемое конструкцией направление воздуховода под углом 45^о способствует повышению турбулизации воздушного потока и возрастанию вероятности столкновения капель жидкости с частицами пыли.

Параметры факела, создаваемые пневматической форсункой: дальнобойность, объемность, угол раскрытия, дисперсность частиц жидкости, время пребывания их в воздухе и т.п. - определяются взаимным расположением элементов, образующих кольцевое сопло. Некоторые варианты регулирования воздушным потоком с помощью выступа на внутренней поверхности корпуса и выступа, образованного эластичным кольцом на внешней поверхности водоподающей трубы, приведены на фиг. 2-4.

Кольцевой выступ насадка водоподающей трубы утоплен относительно выступа корпуса (фиг. 2). В этом случае жидкостному факелу воздухом передается максимальное количество энергии. Происходит поджатие жидкостной струи. Кольцевые выступы находятся в одной плоскости (фиг. 3). Факел имеет максимальную дальнобойность, воздушная струя движется вначале прямолинейно, а затем размывается. Кольцевой выступ насадка водоподающей трубы выдвинут вперед относительно корпуса (фиг. 4). В этом случае воздух из сопла выходит конической струей, а угол раствора регулируется профилем воздушного сопла. Кроме того, в каждом из вариантов (фиг. 2-4) регулировка параметрами водовоздушного факела осуществляется путем изменения формы выступа, образованного эластичным кольцом. Выступ может принимать разнообразные формы, что позволяет увеличивать диапазон регулировки профиля воздушного сопла.

В зависимости от взаимного расположения снабженных кольцевыми выступами корпуса и насадка водоподающей трубы, а также формы эластичного выступа меняются параметры создаваемого водовоздушного факела, что делает конструкцию универсальной и дает возможность применять ее в различных областях техники. Например, пневматическая форсунка может использоваться для эффективного подавления трудноулавливаемой тонкодисперсной пыли, вредно воздействующей на организм человека, за счет сообщения водовоздушному факелу кинетической энергии воздуха, турбулизации водовоздушного факела, создания внутри факела зоны пониженного давления и т.д. путем регулирования профилированного сопла форсунки.

Применение пневматической форсунки позволяет снизить содержание пыли в воздухе и улучшить условия труда горнорабочих.

Использование: техника распыления жидкости, может быть применено при борьбе с тонкодисперсной пылью на подземных рудниках, карьерах, металлургических заводах, обогатительных фабриках. Сущность изобретения: форсунка содержит корпус с патрубком для подачи сжатого воздуха, трубу для подачи жидкости с эластичным кольцом на наружной поверхности для регулировки формы воздушного сопла, втулку в торцовой части и распыливающий насадок. Последний имеет форму усеченного конуса и установлен в трубе для подачи жидкости на регулировочной пружине. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА, содержащая корпус с патрубком для подвода сжатого воздуха, установленную по оси корпуса с возможностью осевого перемещения трубу для подачи жидкости, на торце которой расположен распыливающий насадок, и воздушное сопло, образованное выступом корпуса и трубой для подачи жидкости, отличающаяся тем, что, с целью увеличения диапазона регулировки факела и повышения надежности в работе форсунки, она снабжена эластичным кольцом для регулировки формы воздушного сопла и втулкой, а распыливающий насадок выполнен в виде усеченного конуса, закрепленного на одном конце пружины, установленной внутри трубы для подачи жидкости, другой конец которой закреплен внутри трубы, при этом эластичное кольцо для регулировки формы воздушного сопла установлено на наружной поверхности трубы для подачи жидкости, а втулка установлена в торцевой части трубы для подачи жидкости с возможностью осевого перемещения. 2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что патрубок для подвода сжатого воздуха расположен по касательной к внутренней поверхности корпуса и под углом к его продольной оси.