ФОРСУНКА Российский патент 1994 года по МПК B05B17/04 B05B7/10 

Изобретение относится к устройствам для распыливания жидкости или лакокрасочных материалов и может быть использовано в металлургическом производстве для охлаждения изделий, а также в лакокрасочной промышленности для распыливания вязких лакокрасочных материалов.

В металлургическом производстве необходимо форсированное охлаждение изделий после прокатки или отливки на установках непрерывной разливки.

В последнее время получил широкое применение как наиболее перспективный способ воздушного охлаждения, при котором вода распыляется скоростным воздушным потоком. При водовоздушном охлаждении вода и воздух подаются в зону охлаждения единым смешанным потоком.

Для получения устойчивого истечения мелкодисперсной водовоздушной смеси с увеличением давления воды необходимо повышать давление воздуха, что приводит к существенному повышению энергозатрат. Степень дисперсности и однородность распыла обpазующихся капель определяют, в частности, теплообмен при охлаждении проката. Для получения высокодисперсной капли необходимы повышенные расходы энергоносителя, так как энергия воздушной струи тратится, как на измельчение капли, так и на ее эффективную доставку к зоне охлаждения. Это является существенным недостатком в широком использовании водовоздушного охлаждения проката.

Известна форсунка для распыления жидкости, обеспечивающая повышение эффективности распыления жидкости путем увеличения относительного расхода жидкости при высокой степени дисперсности жидкой фазы в струе.

Известная форсунка снабжена установленной в центральном канале трубой, сечение выходного отверстия которой выполнено в виде звездочки, сопла Лаваля размещены симметрично между лучами звездочки, а оси их параллельны оси центральной трубы.

Однако, такая конструкция сложна и громоздка и требует дополнительных энергозатрат.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является форсунка, содержащая корпус, канал для подачи газа, расположенное с ним на одной оси сопло Лаваля и полость с входным и выходным каналами для жидкости.

В известной форсунке участок осевого канала подачи газа выполнен в виде сопла Лаваля с резьбовой нарезкой по всей длине критического сечения.

Сжатый газ, периферийный поток которого приобретает закрученное движение в резьбовой нарезке критического сечения, свободно истекая из сопла с большой скоростью, создает зону разрежения под выходными каналами для жидкости, увлекает в нее жидкость, вытягивает в кольцевую пленку и в тонкие нити, разрывая затем их на капли, т.е. известное устройство обеспечивает однородность распыла, однако при этом необходимы дополнительные энергозатраты на создание закрученного движения потока газа.

В известной форсунке, при образовании капель из нити, размер капли зависит от сил внутреннего натяжения жидкости, т.е. разрыв капли наступает при толщине нити 200 мкм, что и задает размеры капель.

Кроме того, закрученная пленка жидкости на выходе приобретает дополнительный вектор скорости, расположенный по нормали к осевому вектору скорости за счет центробежных сил, что приводит к раскрытию факела и перераспределению капель в его периферийную зону и нарушению однородности распыла.

Таким образом, технической задачей является повышение однородности распыла и степени дисперсности образующихся капель.

Поставленная задача достигается тем, что в форсунке, содержащей корпус, канал для подачи газа, расположенное с ним на одной оси сопло Лаваля и полость с входным и выходным каналами для жидкости, согласно изобретению в корпусе выполнены соосные соплу Лаваля камера смешения и диффузор, полость с каналами выполнена в виде цилиндрической резонаторной камеры, ось которой перпендикулярна оси сопла Лаваля, торцы расположены симметрично его оси, а часть ее боковой поверхности в области выходного канала для жидкости расположены касательно к боковой поверхности цилиндрической резонаторной камеры по ходу движения струи жидкости, а выходной канал для жидкости расположен между выходным торцем сопла Лаваля и камерой смешения, расстояние между которыми выбрано равным 2-5 мм. Отношение диаметра цилиндрической резонаторной камеры к ее длине выбрано равным 0,5-1,2. Отношение диаметра критического сечения сопла Лаваля к диаметру камеры смешения выбрано равным 0,1-0,4.

Данное изобретение позволяет создать сверхкритическую скорость за счет перерасширения предварительной сжатой расширяющейся струи, при этом потенциальная энергия давления газа переходит в кинетическую энергию истечения из сопла Лаваля.

Струя воздуха при истечении создает в цилиндрической резонаторной камере разрежение, которое обеспечивает подсос жидкости в цилиндрическую резонаторную камеру. При раскрытии истекающей струи воздуха, на входе в камеру смешения создается зона повышенного давления с колебательным контуром. Величина колебаний такого контура зависит от размеров цилиндрической камеры. При подсосе струей воздуха жидкости резонирующие колебания дробят пленку жидкости на капли, которые поступают в камеру смешения, где формируется смешанный поток воздуха и жидкости.

Сверхкритическая скорость и оптимальные отношения диаметра цилиндрической резонаторной камеры к ее длине и критического диаметра сопла Лаваля к диаметру камеры смешения позволяет подобрать оптимальный резонансный фон в цилиндрической резонаторной камере, который обеспечивает высокоэффективный процесс образования высокодисперсных капель.

Таким образом, в данной конструкции форсунки энергия тратится только на доставку капель, дробление пленки жидкости осуществляется за счет резонансного фона в цилиндрической резонаторной камере, т.е. специально организованные колебания интенсифицируют процесс распыливания капли и повышают степень ее дисперсности. Данная конструкция форсунки позволяет получить размер капли 5-15 мкм и равномерно орошаемую рабочую поверхность. Это способствует эффективному теплообмену при охлаждении рабочей поверхности испарение жидкости происходит практически со всей рабочей поверхности. Т.е. форсунка является оптимальной с точки зрения формирования и доставки капель на рабочую поверхность.

На фиг. 1 изображена форсунка, поперечный разрез по оси сопла Лаваля; на фиг. 2 - форсунка, вид в плане.

Форсунка содержит корпус 1, канал 2 для подачи газа и расположенное с ним на одной оси сопло 3 Лаваля, полость 4 с входным и выходным каналами 5 и 6 для жидкости. В корпусе выполнены соосные соплу 3 Лаваля камера 7 смешения и диффузор 8. Полость 4 с каналами 5 и 6 выполнена в виде цилиндрической резонаторной камеры, ось которой перпендикулярна оси сопла 3 Лаваля, торцы расположены симметрично его оси, а часть ее боковой поверхности в области выходного канала 6 для жидкости образована наружной поверхностью сопла 3 Лаваля, при этом входной и выходной каналы 5 и 6 для жидкости расположены касательно к боковой поверхности цилиндрической резонаторной камеры по ходу движения струи жидкости.

Выходной канал 6 для жидкости расположен между выходным торцом сопла 3 Лаваля и камерой 7 смешения, расстояние h между которыми выбрано от 2 до 5 мм.

Отношение диаметра D цилиндрической резонаторной камеры к ее длине L выбрано равным 0,5-1,2.

Отношение диаметра d_кр критического сечения сопла 3 Лаваля к диаметру d камеры 7 смешения выбрано равным 0,1-0,4.

Форсунка работает следующим образом. Сжатый воздух подводится к соплу 3 Лаваля с давлением 2,0˙10⁵ Па. При истечении воздуха через сопло 3 Лаваля устанавливается сверхкритическая скорость потока. Струя воздуха создает в цилиндрической резонаторной камере (полость 4) разрежение, обеспечивающее подсос жидкости. При раскрытии истекающей струи воздуха, на входе в камеру 7 смешения создается зона повышенного давления с колебательным контуром, величина колебаний которого зависит от размеров цилиндрической резонаторной камеры. При подсосе струей воздуха жидкости резонирующие колебания дробят пленку и измельченные капли поступают в камеру 7 смешения, где формируется смешанный поток жидкости и воздуха. Через диффузор 8 смешанный поток попадает на рабочую поверхность.

Использование: в металлургическом производстве для охлаждения изделий, а также в лакокрасочной промышленности для распыливания вязких лакокрасочных материалов. Сущность изобретения: в корпусе форсунки выполнены соосные соплу Лаваля (СЛ) камера смешения и диффузор. Полость с входным и выходным каналами для жидкости выполнена в виде цилиндрической резонаторной камеры (ЦРК). Ось ЦРК перпендикулярна оси СЛ, а торцы расположены симметрично его оси. Часть боковой поверхности ЦРК в области выходного канала для жидкости образована наружной поверхностью СЛ. Входной и выходной каналы для жидкости расположены касательно к боковой поверхности ЦРК по ходу движения струи жидкости. Выходной канал для жидкости расположен между выходным торцом СЛ и камерой смешения, расстояние между которыми выбрано равным 2 - 5 мм. Отношение диаметра ЦРК к ее длине выбрано равным 0,5 - 1,2. Отношение диаметра критического сечения СЛ к диаметру камеры смешения выбрано равным 0,1 - 0,4. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ФОРСУНКА, содержащая корпус, канал для подачи газа, расположенное с ним на одной оси сопло Лаваля и полость с входным и выходным каналами для жидкости, отличающаяся тем, что в корпусе выполнены соосные с соплом Лаваля камера смешения и диффузор, полость с каналами выполнена в виде цилиндрической резонаторной камеры, ось которой перпендикулярна оси сопла Лаваля, торцы расположены симметрично его оси, а часть ее боковой поверхности в области выходного канала для жидкости образована наружной поверхностью сопла Лаваля, при этом входной и выходной каналы для жидкости расположены касательно к боковой поверхности цилиндрической резонаторной камеры по ходу движения струи жидкости, а выходной канал для жидкости расположен между выходным торцом сопла Лаваля и камерой смешения, расстояние между которыми 2 - 5 мм. 2.Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что отношение диаметра цилиндрической резонаторной камеры к ее длине 5 - 1,2. 3.Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что отношение диаметра критического сечения сопла Лаваля к диаметру камеры смешения 0,1 - 0,4.