МЕЛКОДИСПЕРСНЫЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТИ Российский патент 2000 года по МПК B05B1/14 

Изобретение относится к технике распыления жидкости и может быть использовано в противопожарной технике, например, в составе спринклерных систем, в сельском хозяйстве, в устройствах химической технологии и в теплоэнергетике.

Предшествующий уровень техники
В настоящее время широко применяются различные распылители жидкости. Так, например, известно устройство для многоярусного распыления жидкости (см. заявку RU 95115939 A, МПК-6 B 05 B 1/14, опубл. 10.09.97), которое содержит полый цилиндрический корпус, по внешней образующей которого выполнены по крайней мере две конические проточки, в которых выполнены каналы для прохода жидкости из внутренней полости корпуса. Каналы для прохода жидкости выполнены сквозными в вершинах конических проточек параллельно их оси симметрии. Оси каналов в известном устройстве смещены относительно вершин конических проточек на расстояние не более, чем на величину радиуса сквозных каналов. Угол раскрытия конических проточек составляет от 40 до 60^o. В каждом ярусе выполнены три сквозных канала, причем их оси смещены от яруса к последующему ярусу на угол 60^o относительно друг друга.

Описанное известное устройство создает мелкодисперсный поток капель диаметром 60 - 120 мкм. Однако при работе такого устройства происходит неравномерное орошение с образованием кольцевых зон, в которых интенсивность орошения сильно изменяется. Это относится, в первую очередь, к центральной зоне, находящейся под распылителем, где интенсивность в два раза меньше, чем в более удаленной от распылителя зоне. К тому же в наиболее удаленных от распылителя зонах интенсивность орошения остается низкой. Таким образом, необходимая для осуществления технологического процесса зона с заданной интенсивностью имеет кольцевую форму с незначительной протяженностью. В результате этого неоправданно увеличивается расход распыляемой жидкости для достижения необходимой интенсивности орошения по всей площади круга заранее заданных размеров.

Наиболее близким аналогом патентуемого устройства является спринклерный мелкодисперсный распылитель (ороситель), описанный в патенте RU 2111033 C1 (МПК-6 A 62 C 31/02, опубл. 20.05.98). Известный распылитель жидкости включает в свой состав полый цилиндрический корпус, на внешней поверхности которого размещены несколько рядов форсунок, каждая из которых образована проточкой с симметричными коническими поверхностями и каналами, выполненными в корпусе параллельно его оси симметрии и сообщенными с внутренней полостью корпуса, боковая поверхность которых частично пересекает конические поверхности проточки, и патрубок подвода жидкости. Внешние конические проточки корпуса выполнены с углом раскрытия в диапазоне от 60 до 90^o. Кроме того, распылитель содержит дополнительный торцевой ряд форсунок, расположенных на корпусе со стороны, противоположной патрубку подвода жидкости. Дополнительный ряд форсунок образован пересечением внешней конической проточки корпуса и боковой поверхностью каналов, оси которых расположены под острым углом к оси симметрии корпуса распылителя.

Использование мелкодисперсного распылителя описанной конструкции позволяет получить равномерный по объему поток капель мелкодисперсного распыла в диапазоне диаметров капель от 30 до 150 мкм при давлении подачи воды не более 1 МПа. Однако распылитель такой конструкции не позволяет достичь заданного распределения потоков мелкодисперсных капель на поверхности орошения требуемой площади без увеличения расхода жидкости. Это связано с тем, что потоки капель генерируемые большей частью форсунок ориентированы в горизонтальном направлении и имеют на выходе из форсунок симметричное распределение относительно горизонтальной плоскости.

Сущность изобретения
Патентуемое изобретение направлено на создание заданного распределения распыляемых мелкодисперсных капель на определенной площади орошения и на снижение требуемого для этого расхода жидкости. Достижение данного технического результата связано с повышением равномерности и, соответственно, интенсивности распыления жидкости по всей поверхности заданной площади.

Достижение указанного технического результата обусловлено тем, что в мелкодисперсном распылителе жидкости, содержащем полый цилиндрический корпус, на внешней поверхности которого размещен по меньшей мере один ряд форсунок, образованных проточкой с коническими поверхностями и каналами, выполненными в корпусе параллельно его оси симметрии и сообщенными с внутренней полостью корпуса, боковая поверхность которых частично пересекает конические поверхности проточки, и патрубок подвода жидкости, согласно настоящему изобретению, конические поверхности, образующие проточку, выполнены несимметричными относительно поперечной плоскости корпуса в месте их пересечения.

В предпочтительном варианте исполнения распылителя угол между образующей верхней конической поверхности проточки и поперечной плоскостью корпуса составляет от 5 до 10^o, а угол между образующей нижней конической поверхности проточки и поперечной плоскостью корпуса составляет от 40 до 50^o.

Распылитель может содержать дополнительный торцевой ряд форсунок, расположенных на корпусе со стороны, противоположной патрубку подвода жидкости.

Торцевой ряд форсунок целесообразно выполнять в виде расположенных в продольных плоскостях корпуса парных взаимно перпендикулярных каналов для подачи жидкости. Область пересечения каналов в этом случае совмещается с конической поверхностью торцевой части корпуса и образует выходное отверстие каждой форсунки.

Количество форсунок, образованных парными взаимно перпендикулярными каналами, желательно выбирать от 4 до 6.

Целесообразно, чтобы конические поверхности проточки пересекали каналы, параллельные оси корпуса, разделяя их на две равные части.

Несимметричность выполнения конических поверхностей, образующих проточки, в указанном диапазоне углов позволяет организовать равномерное распыление жидкости на периферии круга с плавным уменьшением интенсивности в узкой центральной области. Установка дополнительной торцевой форсунки лишь повышает интенсивность до требуемого количества жидкости в центральной области, расположенной непосредственно под форсункой.

Наилучшая равномерность распыления жидкости достигается при использовании в дополнительной торцевой форсунке от 4 до 6 пар взаимно перпендикулярных каналов, пересекающихся на конической поверхности корпуса. В данном случае отклонение интенсивности орошения не превосходит 20%. Этого будет достаточно для обеспечения требуемой интенсивности в пределах круга орошения. При этом не требуется дополнительного расхода жидкости для компенсации ее расхода в зонах с пониженной интенсивностью распыления.

Наилучшие условия для равномерного распыления жидкости достигаются также при выборе углов раскрытия несимметричных конических проточек в определенных диапазонах углов относительно поперечной плоскости корпуса распылителя. Увеличение угла между образующей верхней конической поверхности проточки и поперечной плоскостью корпуса распылителя более предельного значения (5^o) приводит к непроизводительному увеличению угла факела распыленной жидкости свыше 180^o, а при уменьшении угла менее нижнего предельного значения (10^o) - к сокращению орошаемой жидкостью площади с заданной величиной интенсивности.

Для нижней стороны проточки увеличение угла между образующей нижней конической поверхности проточки и поперечной плоскостью корпуса более 50^o приводит к неравномерности распыления жидкости в периферийной области орошаемой площади, а уменьшение угла менее 40^o - к неравномерности распыления жидкости в центральной области.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Далее патентуемое изобретение поясняется описанием конкретного примера исполнения и прилагаемым чертежом, на котором изображена конструктивная схема мелкодисперсного распылителя жидкости.

Мелкодисперсный ороситель содержит полый цилиндрический корпус 1 с патрубком 2 подвода жидкости. На внешней поверхности корпуса 1 размещено два ряда форсунок, образованных проточками 3 с коническими поверхностями и каналами 4, выполненными в корпусе 1 параллельно его оси симметрии. Каналы 4 сообщены с внутренней полостью корпуса 1. Боковая поверхность каналов 4 частично пересекает конические поверхности проточки 3.

Конические поверхности, образующие каждую проточку 3, выполнены несимметричными относительно поперечной плоскости корпуса 1 (горизонтальной плоскости) в месте их пересечения. Образующая верхней конической поверхности проточки 3 образует с поперечной плоскостью корпуса 1 угол, равный 7^o, а образующая нижней конической поверхности проточки 3 - угол, равный 45^o.

На корпусе 1 со стороны, противоположной патрубку 2 подвода жидкости, выполнен дополнительный торцевой ряд форсунок 5, которые образованы пятью парами взаимно перпендикулярных каналов 6 для прохода жидкости, которые пересекаются на конической боковой поверхности торцевой части корпуса 1 и образуют выходные отверстия каждой форсунки. Парные каналы 6 расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса 1. Коническая поверхность торцевой части корпуса 1 выполнена с углом при вершине, равным 90^o.

Сквозные каналы 4, параллельные оси симметрии корпуса 1, равномерно размещены по три в каждом ряду форсунок и смещены относительно каналов соседнего ряда форсунок соседнего ряда. При таком выполнении выходные отверстия форсунок, образованных проточками 3, расположены на боковой поверхности корпуса 1 в шахматном порядке, создавая благоприятные условия для распыления жидкости.

Конические поверхности проточки 3 пересекают каналы 4, разделяя их на две равные части. При данном выполнении обеспечиваются одинаковые скорости встречных потоков жидкости внутри каналов 4 и равномерное истечение жидкостного потока из выходного отверстия форсунки, имеющего сложную форму, образованную пересечением конических поверхностей проточек 3 и цилиндрической поверхности каналов 4.

Работа мелкодисперсного распылителя жидкости осуществляется следующим образом.

Распылитель устанавливается в рабочее состояние в вертикальном положении. При подаче жидкости в корпус 1 через патрубок 2 под действием перепада давления 0,4 - 0,8 МПа в каналах 4 образуются встречные потоки жидкости, устремляющиеся к выходным отверстиям форсунок, образованным каналами 4 в проточках 3.

После столкновения потоков жидкости в каналах 4 и истечения через выходные отверстия происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены. Угол раскрытия потока в горизонтальной плоскости составляет 60^o. При взаимодействии с окружающей атмосферой генерируемый поток дробится на мелкие капли. За счет несимметричности конических поверхностей проточек 3 относительно поперечной плоскости корпуса 1 (горизонтальной плоскости) поток мелкодисперсных капель отклоняется от горизонтального направления на угол в диапазоне от 10 до 15^o. Такое угловое отклонение потока капель приводит к повышению равномерности распыления жидкости над всей поверхностью при незначительном сокращении площади орошаемой поверхности.

В парных взаимно перпендикулярных каналах 6 торцевого ряда форсунок 5 реализуется аналогичный механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообразный поток отклоняется от горизонтальной плоскости на больший угол, в диапазоне от 45 до 60^o, в направлении к центральной области орошаемой поверхности, расположенной непосредственно под распылителем. Такое распределение распыляемой жидкости позволяет повысить равномерность распыления жидкости над центральной частью орошаемой поверхности.

Результаты сравнительных испытаний мелкодисперсного распылителя жидкости согласно настоящему изобретению и других известных распылителей-аналогов представлены в прилагаемой таблице.

При проведении испытаний требуемая интенсивность орошения задавалась величиной 0,025 кг/м²с. Результаты испытания показали высокую эффективность мелкодисперсного распылителя, выполненного согласно настоящему изобретению, при его использовании для равномерного орошения поверхности в форме круга площадью 27,3 м². Отклонение интенсивности орошения поверхности между центральной и периферийной зоной орошаемой поверхности составило 0,005 кг/м²с. По сравнению с заявленным распылителем для создания заданной интенсивности орошения (0,025 кг/м²с) на всей поверхности определенной площади с помощью известных распылителей-аналогов потребуется увеличить расход жидкости от 1,3 до 2,5 раз.

Приведенные экспериментальные данные подтверждают возможность достижения технического результата при применении мелкодисперсного распылителя, выполненного согласно настоящему изобретению.

Промышленная применимость
Патентуемый мелкодисперсный распылитель относится к технике распыления жидкости. Изобретение может использоваться в противопожарной технике, например, в составе спринклерных систем пожаротушения, в сельском хозяйстве - для распыления различного типа веществ на посевных площадях и в производственных помещениях, а также в устройствах химической технологии и в теплоэнергетике - для распыления топлива.

Кроме того, изобретение может применяться в различных отраслях техники, где требуется генерация распыленных мелкодисперсных потоков жидкости как в замкнутом, так и в открытом пространстве.

Изобретение относится к технике распыления жидкости и может быть использовано в противопожарной технике, например, в составе спринклерных систем, в сельском хозяйстве, в устройствах химической технологии и в теплоэнергетике. Конические поверхности, образующие проточку с форсунками, выполнены несимметричными относительно поперечной плоскости корпуса распылителя в месте их пересечения. Угол между образующей верхней конической поверхности проточки и поперечной плоскостью корпуса составляет от 5 до 10°. Угол между образующей нижней конической поверхности проточки и поперечной плоскостью корпуса составляет от 40 до 50°. Торцевой ряд форсунок выполнен в виде расположенных в продольных плоскостях корпуса парных взаимно перпендикулярных каналов для подачи жидкости, область пересечения которых совмещена с конической поверхностью торцевой части корпуса и образует выходное отверстие каждой форсунки. Количество форсунок, образованных парными взаимно перпендикулярными каналами, составляет от 4 до 6. Конические поверхности проточки пересекают каналы, параллельные оси корпуса, разделяя их на две равные части. Техническим результатом является повышение равномерности и соответственно интенсивности распыления жидкости по всей поверхности заданной площади. 5 з. п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Мелкодисперсный распылитель жидкости, содержащий полый цилиндрический корпус, на внешней поверхности которого размещен, по меньшей мере, один ряд форсунок, образованных проточкой с коническими поверхностями и каналами, выполненными в корпусе параллельно его оси симметрии и сообщенными с внутренней полостью корпуса, боковая поверхность которых частично пересекает конические поверхности проточки, и патрубок подвода жидкости, отличающийся тем, что конические поверхности, образующие проточку, выполнены несимметричными относительно поперечной плоскости корпуса в месте их пересечения. 2. Распылитель по п. 1, отличающийся тем, что угол между образующей верхней конической поверхности проточки и поперечной плоскостью корпуса составляет от 5 до 10^o, а угол между образующей нижней конической поверхности проточки и поперечной плоскостью корпуса составляет от 40 до 50^o. 3. Распылитель по п.2, отличающийся тем, что содержит дополнительный торцевой ряд форсунок, расположенных на корпусе со стороны, противоположной патрубку подвода жидкости. 4. Распылитель по п.3, отличающийся тем, что торцевой ряд форсунок выполнен в виде расположенных в продольных плоскостях корпуса парных взаимно перпендикулярных каналов для подачи жидкости, область пересечения которых совмещена с конической поверхностью торцевой части корпуса и образует выходное отверстие каждой форсунки. 5. Распылитель по п.4, отличающийся тем, что количество форсунок, образованных парными взаимно перпендикулярными каналами, составляет от 4 до 6. 6. Распылитель по любому из предшествующих пунктов формулы, отличающийся тем, что конические поверхности проточки пересекают каналы, параллельные оси корпуса, разделяя их на две равные части.