РАСПЫЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2002 года по МПК B05B1/00 

Изобретение относится к технике распыления жидкостей и может быть использовано в системах пожаротушения, в составе технологического оборудования, для сжигания топлива в теплоэнергетике и на транспорте, а также для увлажнения окружающей среды и распыления дезинфицирующих веществ и инсектицидов.

В настоящее время известны различные типы распылителей жидкости, которые применяются в разнообразных областях техники, в том числе и в пожарной технике в качестве распылителя огнетушащего вещества.

Так, например, из патента США 5125582 (МПК В05В 1/00, опубликован 30.06.1992) известна конструкция распылителя жидкости, предназначенного для генерации кавитационных потоков жидкости. Известное устройство содержит корпус, в котором выполнен проточный канал, образованный соплом и цилиндрической камерой. Сопло выполнено в виде конического конфузора, сообщенного с коническим диффузором без плавного сопряжения их поверхностей. Длина цилиндрической камеры составляет не менее трех диаметров минимального сечения сопла. При подаче жидкости под давлением во входное отверстие конфузора сопла происходят сжатие сечения потока жидкости и увеличение скорости истечения. В результате резкого расширения потока жидкости в диффузоре начинается кавитация жидкости. Интенсификация кавитации осуществляется при прохождении струи жидкости через цилиндрическую камеру, в которой происходит расширение струи и генерируются обратные вихреобразные потоки. Вокруг конической струи образуется кольцевая вакуумная зона, инициирующая процесс кавитации и связанный с ним процесс диспергирования потока жидкости.

Однако, несмотря на возможность интенсификации кавитации, известный распылитель жидкости не обеспечивает формирования устойчивого мелкодисперсного потока жидкости, который сохранял бы форму и размер поперечного сечения на расстояниях до 10 м, что особенно важно при использовании распылителя для тушения очагов пожара.

Известна также вакуумно-распылительная головка (авторское свидетельство СССР 994022, МПК В05В 1/00, опубликовано 07.02.83), содержащая сопло в форме конического конфузора и цилиндрический насадок, установленный коаксиально соплу. В цилиндрическом насадке со стороны его выходного отверстия выполнены эжектирующие отверстия, через которые атмосферный воздух поступает в зону разрежения в полости насадка. В результате этого воздух насыщает движущийся поток жидкости и осуществляется дробление потока на мелкие капли.

Из патента РФ 2123871 (МПК А62 С 31/02, опубликован 27.12.98) известен насадок для создания водяного распыла аэрозольного типа, который позволяет повысить качество диспергирования газокапельного потока. Известный распылитель (насадок) содержит корпус с проточным каналом в форме сопла Лаваля, входной штуцер для подачи жидкости под давлением и распределительную решетку, установленную между штуцером и входным сечением сопла Лаваля. Размеры отверстий в распределительной решетке составляют 0,3-1,0 диаметра критического сечения сопла Лаваля. При прохождении жидкостного потока через отверстия распределительной решетки происходит дробление потока на отдельные струи. которые затем концентрируются в горловине сопла и ускоряются до высоких скоростей. Такое конструктивное выполнение обеспечивает достаточную дальность подачи огнетушащего вещества и тонкий распыл струи.

Наиболее близким аналогом патентуемых вариантов распылителя является устройство для распыления жидкости, описанное в патенте ГДР 233490 (МПК А62 С 1/00, опубликован 05.03.1986), которое предназначено для подачи огнегасящего вещества в очаг пожара. В состав устройства входит корпус с проточным каналом, в который под давлением подается рабочее вещество, в том числе и вода. Проточный канал устройства состоит из последовательно сопряженных и соосных друг другу входного участка в форме конического конфузора, цилиндрического участка и выходного участка в форме конического диффузора. Кроме того, устройство содержит резервуар с огнетушащим веществом, который сообщен через радиальные отверстия с диффузором.

При работе известного устройства жидкость (вода) подается под давлением 1,5÷2,0 бар во входное отверстие проточного канала, а затем ускоряется в сопле, образованном конфузором, цилиндрическим участком и диффузором. Огнетушащее вещество эжектируется в диффузор через радиальные каналы и смешивается с потоком жидкости. Использование такого устройства позволяет увеличить дальность подачи огнетушащего вещества и повысить эффективность пожаротушения при использовании известных огнетушащих веществ. Однако данное техническое решение не связано с генерацией высокоскоростных мелкодисперсных газокапельных потоков. Поток жидкости в такого рода устройствах используется главным образом в качестве носителя дополнительно вводимого огнетушащего вещества, например пенообразующих добавок.

Патентуемые варианты изобретения направлены на генерацию устойчивого мелкодисперсного потока жидкости, который должен сохранять форму и размер поперечного сечения на расстояниях до 10 м, и на повышение эффективности использования энергии, затрачиваемой на генерацию газокапельного потока. Кроме того, мелкодисперсный газокапельный поток должен обладать однородностью распределения концентрации капель по поперечному сечению. Решение данных технических задач особенно важно при использовании распылителей жидкости для тушения очагов пожаров.

Достигаемый при решении поставленных задач технический результат заключается в повышении эффективности пожаротушения при использовании воды с огнетушащими добавками, повышении эффективности использования рабочего вещества и снижении энергозатрат на генерацию газокапельного потока.

Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что распылитель жидкости, выполненный согласно первому варианту изобретения, содержит корпус с проточным каналом, который состоит из последовательно сопряженных и соосных друг другу входного участка в форме конического конфузора, цилиндрического участка и выходного участка в форме конического диффузора, при этом согласно настоящему изобретению длина цилиндрического участка составляет не менее его радиуса, а угол конусности диффузора, образующего выходной участок проточного канала, больше угла конусности конфузора, образующего входной участок проточного канала.

Предпочтительно использование распылителя жидкости, в котором угол при вершине конуса, образующего конфузор, составляет 6÷20^o, а угол при вершине конуса, образующего диффузор, составляет 8÷90^o. В частности, угол при вершине конуса, образующего конфузор, может быть равен 13^o, а угол при вершине конуса, образующего диффузор, может быть равен 20^o,
Для повышения устойчивости течения газокапельного потока без стационарных и колебательных отклонений от заданного направления входные кромки конфузора, образующего входной участок проточного канала, и выходные кромки диффузора, образующего выходной участок проточного канала, выполняются скругленной формы.

Радиус скругления кромок преимущественно составляет 1÷2 радиуса цилиндрического участка проточного канала.

Распылитель жидкости может быть снабжен камерой с цилиндрическим каналом, вход которой соединен с выходным сечением диффузора, при этом диаметр цилиндрического канала камеры составляет не менее диаметра выходного сечения диффузора. Использование такой камеры позволяет генерировать мелкодисперсные газокапельные потоки тонкого распыла с минимальными энергозатратами. Диаметр цилиндрического канала камеры преимущественно составляет 4÷6 диаметров цилиндрического участка проточного канала, а его длина составляет 10÷30 диаметров цилиндрического участка проточного канала.

В выходном сечении цилиндрического канала камеры могут быть установлены сетка или перфорированная пластина. В этом случае осуществляется вторичное дробление газокапельной струи, сформированной в цилиндрическом канале камеры.

Для снижения потерь энергии при генерации мелкодисперсного потока суммарная площадь поперечного сечения отверстий перфорированной пластины или сетки выбирается, равной 0,4÷0,7 площади поперечного сечения цилиндрического канала камеры.

В стенке камеры может быть выполнено, по меньшей мере, одно тангенциальное отверстие для эжекции газа (например, воздуха) из окружающего пространства в цилиндрический канал камеры. Такое выполнение обеспечивает стабилизацию газокапельного потока и снижение потерь кинетической энергии капель жидкости за счет закрутки воздушного потока вокруг генерируемого потока. Для этих целей в предпочтительном варианте исполнения устройства в стенке камеры может быть выполнено, по меньшей мере, четыре тангенциальных отверстия, которые попарно симметрично расположены в двух плоскостях поперечного сечения цилиндрического канала камеры, первая из которых расположена у выходного сечения диффузора, а вторая у выходного сечения камеры.

В другом предпочтительном варианте исполнения распылитель жидкости может содержать камеру, установленную коаксиально корпусу с его внешней стороны. Между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью камеры образуется, по меньшей мере, один канал для подачи газа под давлением к срезу выходного участка проточного канала распылителя. Камера может содержать сопло, состоящее из последовательно расположенных конфузора и диффузора. Входное сечение сопла сообщается с выходным участком проточного канала распылителя. Использование такой камеры с соплом позволяет использовать энергию спутного газового потока для дополнительного дробления капель жидкости и увеличения дальнобойности мелкодисперсного газокапельного потока.

Достижение указанных выше технических результатов обеспечивается также за счет того, что распылитель жидкости, выполненный в соответствии со вторым вариантом изобретения, содержит корпус с проточным каналом, который состоит из последовательно сопряженных и соосных друг другу входного участка в форме конфузора, цилиндрического участка и выходного участка в форме конического диффузора, при этом согласно настоящему изобретению длина цилиндрического участка составляет не менее его радиуса, а конфузор, образующий входной участок проточного канала, выполнен коноидальной формы с радиусом скругления боковой поверхности не менее радиуса цилиндрического участка проточного канала.

Угол при вершине конуса, образующего диффузор, преимущественно составляет 8÷90^o. Поверхность конфузора в форме коноида сопряжена с поверхностью цилиндрического участка проточного канала предпочтительно под углом не более 2^o.

Для повышения устойчивости течения газокапельного потока выходные кромки диффузора, образующего выходной участок проточного канала, выполняются скругленной формы. Радиус скругления кромок преимущественно составляет 1-2 радиуса цилиндрического участка проточного канала.

Распылитель жидкости может быть снабжен камерой с цилиндрическим каналом, вход которой соединен с выходным сечением диффузора, при этом диаметр цилиндрического канала камеры составляет не менее диаметра выходного сечения диффузора. Использование такой камеры, как и в первом варианте исполнения, позволяет генерировать мелкодисперсные газокапельные потоки тонкого распыла с минимальными энергозатратами. Диаметр цилиндрического канала камеры преимущественно составляет 4÷6 диаметров цилиндрического участка проточного канала, а его длина составляет 10÷30 диаметров цилиндрического участка проточного канала.

В выходном сечении цилиндрического канала камеры, как и в первом варианте исполнения, могут быть установлены сетка или перфорированная пластина. Для снижения потерь энергии при генерации мелкодисперсного потока суммарная площадь поперечного сечения отверстий перфорированной пластины или сетки выбирается, равной 0,4÷0,7 площади поперечного сечения цилиндрического канала камеры.

Как и в первом варианте изобретения, в стенке камеры может быть выполнено, по меньшей мере, одно тангенциальное отверстие для эжекции газа из окружающего пространства в цилиндрический канал камеры. Такое выполнение обеспечивает стабилизацию газокапельного потока и снижение потерь кинетической энергии капель жидкости за счет закрутки воздушного потока вокруг генерируемого потока. Для этих целей в предпочтительном варианте исполнения устройства в стенке камеры могут быть выполнены, по меньшей мере, четыре тангенциальных отверстия, которые попарно симметрично расположены в двух плоскостях поперечного сечения цилиндрического канала камеры, первая из которых расположена у выходного сечения диффузора, а вторая у выходного сечения камеры.

Кроме того, в предпочтительном варианте исполнения распылитель жидкости вместо описанной выше камеры может содержать камеру, установленную коаксиально корпусу с его внешней стороны. При этом между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью камеры образуется, по меньшей мере, один канал для подачи газа под давлением к срезу выходного участка проточного канала распылителя. Камера может содержать сопло, состоящее из последовательно расположенных конфузора и диффузора. Входное сечение сопла сообщается с выходным участком проточного канала распылителя. Использование камеры с соплом, как и в первом варианте изобретения, позволяет использовать энергию спутного газового потока для дополнительного дробления капель жидкости и увеличения дальнобойности мелкодисперсного газокапельного потока.

Изобретение поясняется примерами конкретного выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - схематичное изображение распылителя жидкости, выполненного согласно первому варианту изобретения;
на фиг.2 - схематичный разрез распылителя жидкости, выполненного согласно первому варианту изобретения, со скругленными кромками проточного канала;
на фиг.3 - схематичный разрез распылителя жидкости, выполненного согласно первому варианту изобретения, с камерой, имеющей цилиндрический канал;
на фиг. 4 - поперечный разрез в плоскости А-А камеры с цилиндрическим каналом, которая используется для двух вариантов изобретения (см. фиг.3 и 6);
на фиг.5 - схематичный разрез распылителя жидкости, выполненного согласно первому варианту изобретения, с камерой, установленной коаксиально корпусу с образованием кольцевого канала;
на фиг. 6 - схематичное изображение распылителя жидкости, выполненного согласно второму варианту изобретения;
на фиг.7 - схематичный разрез распылителя жидкости, выполненного согласно второму варианту изобретения, с камерой, имеющей цилиндрический канал;
на фиг.8 - схематичный разрез распылителя жидкости, выполненного согласно первому варианту изобретения, с камерой, установленной коаксиально корпусу с образованием кольцевого канала.

Распылитель жидкости, выполненный согласно первому варианту изобретения (см. фиг. 1, 2, 3, 4 и 5), содержит корпус 1 с проточным каналом, который состоит из последовательно сопряженных и соосных друг другу участков. Входной участок 2 выполнен в форме конического конфузора, выходное отверстие которого сопряжено с входным отверстием цилиндрического участка 3. Выходной участок 4, входное отверстие которого сопряжено с выходным отверстием цилиндрического участка 3, выполнен в форме конического диффузора. Длина цилиндрического участка составляет 0,7 от величины его радиуса. Угол при вершине конуса, образующего конфузор, равен 13^o, а угол при вершине конуса, образующего диффузор, равен 20^o.

Корпус 1 со стороны входного отверстия конфузора соединен со штуцером 5 трубопровода системы подачи жидкости. В состав системы подачи жидкости входит нагнетатель 6 жидкости насосного или вытеснительного типа.

В предпочтительном конструктивном исполнении (см. фиг.2) входные кромки конфузора, образующего входной участок 2 проточного канала, и выходные кромки диффузора, образующего выходной участок 4, выполняются скругленной формы с радиусом скругления, равным диаметру цилиндрического участка 3.

В состав распылителя жидкости может входить камера 7 (см. фиг.3) с цилиндрическим каналом 8, входное отверстие которого сообщено с выходным сечением диффузора (выходной участок 4). Диаметр цилиндрического канала 8 равен четырем диаметрам цилиндрического участка 3 проточного канала. Длина цилиндрического канала 8 от выходного сечения диффузора до выходного сечения камеры 7 равна десяти диаметрам цилиндрического участка 3 проточного канала. В выходном отверстии цилиндрического канала 8 установлена перфорированная пластина 9, которая крепится к торцевой части камеры 7 с помощью специальной гайки 10. Суммарная площадь поперечного сечения отверстий, выполненных в перфорированной пластине 9, равна 0,5 площади поперечного сечения цилиндрического канала 8. Максимальный размер d каждого проходного отверстия в перфорированной пластине 9 выбирается в зависимости от диаметра D цилиндрического участка 3 в соответствии с условием 0,2<d/D<0,7.

В стенке камеры 7 выполнены восемь тангенциальных отверстий 11 для эжекции воздуха из окружающего пространства в цилиндрический канал 8 (см. фиг. 3 и 4). Тангенциальные отверстия 11 расположены в двух плоскостях поперечного сечения цилиндрического канала 8. Четыре отверстия 11 симметрично расположены в плоскости поперечного сечения канала 8 у выходного сечения диффузора (выходного участка 4), а другие четыре - в плоскости поперечного сечения канала 8 у выходного сечения камеры 7.

Распылитель может быть снабжен цилиндрической камерой 12 (см. фиг.5), установленной коаксиально корпусу 1 с его внешней стороны. Между внешней поверхностью корпуса 1 и внутренней поверхностью камеры 12 образован кольцевой канал, сообщенный с источником 13 газа высокого давления. Кольцевой канал предназначен для подачи газа к срезу выходного участка 4 проточного канала. На торцевой части камеры установлено сопло, состоящее из конфузора 14 и диффузора 15.

Распылитель жидкости, выполненный согласно второму варианту изобретения (см. фиг.6, 7 и 8), содержит корпус 16 с проточным каналом, который состоит из последовательно сопряженных и соосных друг другу участков. Входной участок 17 выполнен в виде конфузора коноидальной формы с радиусом cкругления боковой поверхности, равным диаметру цилиндрического участка 18. Длина цилиндрического участка 18, сопряженного с входным участком 17, составляет 0,7 от величины его диаметра. Выходной участок 19, входное отверстие которого сопряжено с выходным отверстием цилиндрического участка 18, выполнен в форме конического диффузора. Угол при вершине конуса, образующего диффузор, составляет 20^o. Коноидальная поверхность конфузора (входного участка 17) сопряжена с поверхностью цилиндрического участка 18 под углом 2^o. Выходные кромки диффузора, образующего выходной участок 19 проточного канала, выполнены скругленной формы с радиусом скругления, равным радиусу цилиндрического участка 18.

Корпус 16 соединен со штуцером 20 трубопровода системы подачи жидкости, в состав которой входит нагнетатель жидкости 21.

Выходные кромки диффузора, образующего выходной участок 19, выполнены скругленной формы с радиусом скругления, равным радиусу цилиндрического участка 18.

В предпочтительном конструктивном исполнении распылителя (см. фиг.7) выходное отверстие диффузора (выходного участка 19) сообщено с камерой 22, в которой выполнен цилиндрический канал 23. Геометрические размеры цилиндрического канала 23 выбираются такими же, как и в первом варианте выполнения распылителя (см. фиг. 3). В выходном отверстии цилиндрического канала 23 установлена перфорированная пластина 24, которая крепится к торцевой части камеры 22 с помощью специальной гайки 25. Размеры отверстий, выполненных в пластине 24, выбираются аналогичным образом, как и в первом варианте выполнения распылителя (см. фиг.3).

В стенке камеры 22 выполнены восемь тангенциальных отверстий 26 для эжекции воздуха из окружающего пространства в цилиндрический канал 23 (см. фиг. 7). Отверстия 26 расположены и ориентированы таким же образом, как в первом варианте выполнения распылителя.

В другом конструктивном исполнении распылитель, выполненный согласно второму варианту изобретения, может быть снабжен цилиндрической камерой 27 (см. фиг. 8), установленной коаксиально корпусу 16 с его внешней стороны. Между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью камеры 27 образован кольцевой канал, сообщенный с источником 28 газа высокого давления. Кольцевой канал предназначен для подачи спутного потока газа к срезу выходного участка 19 проточного канала. На торцевой части камеры установлено сопло, состоящее из конфузора 29 и диффузора 30.

Работа распылителя, конструкция которого соответствует первому варианту изобретения, осуществляется следующим образом.

С помощью нагнетателя 6 вода под давлением подается по трубопроводу системы подачи к штуцеру 5, который соединен с входным отверстием корпуса 1 распылителя. Вода поступает во входное отверстие конфузора (входного участка 2), в котором формируется высокоскоростной поток жидкости с равномерным по сечению профилем скоростей. Жидкость в коническом конфузоре движется от области с большим статическим давлением и меньшим динамическим давлением к области с меньшим статическим давлением и большим динамическим давлением. Вследствие этого отсутствуют причины для вихреобразования и отрыва течения жидкости от стенок канала.

Максимальную скорость потока жидкости на выходе из конического конфузора выбирают таким образом, чтобы на выходе из конфузора статическое давление упало до уровня давления насыщенных паров жидкости при начальной температуре (для воды P_нп≈2,34•10^-3 МПа при t=20^oC). Начальное статическое давление воды перед конфузором поддерживают на уровне не менее критического давления для возникновения кавитации при истечении в атмосферу (Р_нач≈0,23 МПа). Потери кинетической энергии потока жидкости при движении в коническом конфузоре зависят от величины угла при вершине конуса, образующего коническую поверхность конфузора. С увеличением угла конусности от 6^o расход сначала растет, достигая максимального значения при величине угла ~13^o, а затем снижается при величине угла ~20^o. Вследствие этого оптимальный угол при вершине конуса, образующего конфузор, выбирается в диапазоне от 6 до 20^o.

После прохождения входного участка 2 проточного канала распылителя жидкость попадет в цилиндрический участок 3, в котором зарождаются кавитационные пузырьки в течение ~10^-4-10^-5с. Для образования пузырьков при течении воды через цилиндрический участок 3 длина этого участка канала должна превышать его радиус, чтобы обеспечить заданное время устойчивой кавитации. Однако, как известно, при значительном увеличении длины цилиндрического канала повышаются гидравлические потери на трение. В связи с этим в реальных условиях эксплуатации распылителя длина цилиндрического участка канала может быть ограничена диаметром проточного канала.

При течении жидкости через выходной участок 4 проточного канала, который выполняется в форме диффузора, происходят интенсивный рост и схлопывание кавитационных пузырьков, а также отрыв потока жидкости от стенок диффузора. За счет снижения плотности жидкостного потока, содержащего пузырьки с паром и воздухом, струя ускоряется в диффузоре. Вследствие того, что во входной области диффузора статическое давление мало и сравнимо по величине с давлением кавитации, возникает направленное течение воздуха из окружающего пространства в полость между газожидкостным потоком и стенкой диффузора. При встречном течении газа и струи жидкости возникают вихри, отжимающие струю от стенок диффузора, уменьшая потери энергии на трение. Кроме того, вихреобразование приводит к интенсивному дроблению струи жидкости, чему дополнительно способствует схлопывание кавитационных пузырей при расширении потока в диффузоре. Такие процессы осуществляются в случае, если угол конусности диффузора, образующего выходной участок 2 проточного канала, больше угла конусности конфузора, образующего входной участок 4 проточного канала распылителя. Оптимальные значения угла при вершине конуса, образующего диффузор, составляют 8÷90^o. При углах более 90^o вихреобразования в жидкостном потоке не происходит. При углах менее 8^o газовая подушка между жидкостной струей и стенками диффузора практически отсутствует.

Кроме выбора оптимальных углов конусности для конфузора и диффузора имеет значение выбор диаметра выходного отверстия диффузора, при котором наиболее эффективно происходит дробление потока жидкости. Целесообразно, чтобы диаметр выходного отверстия диффузора превосходил диаметр цилиндрического участка 3 в 4÷6 раз. При меньшем диаметре выходного отверстия диффузора слабо проявляется влияние вихрей на жидкостную струю, а при большем диаметре - значительно увеличиваются габариты распылителя.

При использовании распылителя с выбранными размерами проточного канала обеспечивается формирование высокоскоростной мелкодисперсной газокапельной струи с наименьшими потерями кинетической энергии.

Если диаметр выходного отверстия штуцера 5 значительно больше, чем диаметр цилиндрического участка 3 проточного канала, то используется конфузор, входные кромки которого имеют скругленную форму (см, фиг.2). Такое выполнение конструкции распылителя позволяет уменьшить его габариты при наименьших потерях кинетической энергии на трение и вихреообразование. Оптимальные значения радиуса скругления кромок конфузора составляют 1÷2,5 радиуса цилиндрического участка проточного канала. При увеличении радиуса скругления растут габариты устройства в целом, поэтому предпочтительно он выбирается, равным диаметру цилиндрического участка 3. При истечении потока жидкости через конфузор со скругленными кромками режим работы распылителя в целом не изменяется, при этом происходит локализация очагов кавитации во входной части диффузора. Данная особенность работы способствует интенсификации кавитации в жидкостном потоке в процессе его ускорения.

Использование диффузора (выходного участка 4 проточного канала) со скругленными выходным кромками (см. фиг.2) позволяет повысить устойчивость газокапельного потока, истекающего из распылителя. При таком выполнении распылителя генерируемый поток практически не имеет стационарных и колебательных отклонений от продольной оси симметрии проточного канала.

Радиус скругления выходных кромок диффузора также выбирается в диапазоне от 1 до 2,5 радиусов цилиндрического участка 3 проточного канала распылителя. При увеличении радиуса скругления выходных кромок диффузора снижается влияние входящих в диффузор воздушных вихрей на процесс дробления капель в генерируемом газожидкостном потоке. В результате этого растет размер капель в сформированном газокапельном потоке. Исходя из указанных ограничений радиус скругления в предпочтительном варианте исполнения выбирается, равным диаметру цилиндрического участка 3 проточного канала.

При истечении ускоренного газожидкостного потока через выходное сечение диффузора, имеющего оптимально скругленные выходные кромки, в диффузоре образуются осесимметричные тороидальные воздушные вихри. Такие тороидальные вихревые структуры имеют вытянутую в осевом направлении форму и не создают возмущений в выходной части диффузора.

При использовании в предпочтительном исполнении конструкции распылителя камеры 7 с цилиндрическим каналом 8 (см. фиг.3) происходят расширение газокапельной струи и вторичное дробление капель на перфорированной пластине 9. При течении в канале 8 струя расширяется и стабилизируется на длине канала, составляющей 10÷30 диаметров цилиндрического участка 3 проточного канала распылителя. Для данного диапазона длин цилиндрического канала 8 происходит выравнивание скоростей по сечению газокапельного потока, с одной стороны, а с другой стороны, сохраняется необходимая скорость потока. После соударения с перфорированной пластиной 9 размер капель в газокапельном потоке уменьшается в среднем в 2÷3 раза.

Исключение влияния пластины 9 на структуру сформированного в проточном канале распылителя газокапельного потока осуществляется за счет обеспечения свободного доступа воздуха из окружающего пространства к выходному сечению диффузора. Такая возможность достигается посредством выбора суммарной площади отверстий, выполненных в пластине 9, в диапазоне от 0,5 до 0,6 от площади поперечного сечения цилиндрического канала 8. При увеличении площади отверстий нарушается равномерность распределения капель по сечению сформированного мелкодисперсного потока, возможно появление отдельных струй жидкости и газовых включений (разрывов сплошности потока жидкости) на периферийной части потока.

При оптимальном выборе диаметров "d" отверстий перфорированной пластины 9 (согласно условию 0,2<d/D<0,7, где D - диаметр цилиндрического участка 3) происходит равномерное во времени и в пространстве дробление жидкостной струи на мелкие капли. Если размер отверстий меньше оптимального, происходит "залипание" жидкости в отверстиях перфорированной плаcтины 9 за счет действия сил поверхностного натяжения. С другой стороны, при увеличении диаметра отверстий d выше оптимального растет размер капель в сформированном газожидкостном потоке.

Использование тангенциальных отверстий 11 (см. фиг.3), выполненных в камере 7, обеспечивает дополнительную вихревую стабилизацию при формировании мелкодисперсного газокапельного потока при изменении давления подачи жидкости в широком диапазоне (до десятикратного увеличения начального номинального уровня).

При работе распылителя воздух из окружающего пространства эжектируется в цилиндрический канал 8 через четыре тангенциальных отверстия 11, которые попарно симметрично расположены в двух плоскостях поперечного сечения цилиндрического канала 8 камеры 7. Эжекция обеспечивается за счет снижения статического давления (разрежения) на выходе из диффузора при ускорении газокапельного потока. Тангенциальное направление отверстий 11, выполненных в камере 7, и их симметричное расположение в двух плоскостях поперечного сечения камеры 7, первая из которых расположена у выходного сечения диффузора, а вторая - у выходного сечения камеры 7, позволяют равномерно закрутить эжектируемый воздушный поток вокруг газокапельного потока. Реализация тангенциально закрученного воздушного течения снижает влияние перфорированной пластины 9 на течение потока в цилиндрическом канале 8 и уменьшает "залипание" жидкости в отверстиях пластины 9. Кроме того, такой режим работы распылителя интенсифицирует процесс перемешивания капель жидкости с воздухом по сечению потока, в результате чего повышается однородность концентрации капель в потоке перед перфорированной пластиной 9. При этом исключается возникновение отдельных жидкостных струек, негативно влияющих на формирование однородного мелкодисперсного газокапельного потока.

В результате проведенных исследований было установлено, что оптимальные условия для стабилизации газокапельного потока обеспечиваются при определенном соотношении площади поперечного сечения тангенциальных каналов к суммарной площади проходного сечения перфорированной пластины 9 в диапазоне от 0,5 до 0,9. Количество и расположение поясов тангенциальных отверстий вдоль камеры 7 определяются необходимостью равномерного перемешивания газожидкостного потока.

При использовании в конструкции распылителя камеры 12 (см. фиг.5) происходят дополнительное дробление капель в создаваемом спутном газовом потоке и увеличение дальнобойности генерируемого мелкодисперсного газокапельного потока. Газовый поток формируется при истечении газа, подаваемого под избыточным давлением 0,25÷0,35 МПа от источника 13 газа высокого давления в кольцевое отверстие, которое образовано между внешней поверхностью корпуса 1 распылителя и внутренней поверхностью камеры 12. Оптимальное соотношение расходов жидкости через проточный канал распылителя и газа через кольцевое отверстие камеры составляет от 90 до 25.

Окончательное формирование узконаправленного мелкодисперсного газокапельного потока происходит при одновременном ускорении спутных потоков газа и предварительно диспергированного газокапельного потока в сопле камеры 12, состоящей из конфузора 14 и диффузора 15. При протекании газокапельного потока через сопло камеры 12 осуществляются дробление крупных капель жидкости за счет воздействия периферийного потока газа и дополнительное ускорение капель потоком газа. При начальной скорости жидкости 45 м/с и начальной скорости газа в камере 12 до 80 м/с среднее значение скорости капель в генерируемом мелкодисперсном газокапельном потоке составляло ~ 30 м/с на расстоянии 3,5 м от среза сопла камеры. Размер капель в создаваемом газокапельном потоке имел достаточно однородное распределение по сечению потока: в центральной части потока размер капель составлял 190÷200 мкм, в средней кольцевой зоне - 175÷180 мкм и в периферийной кольцевой зоне ~200 мкм и более.

Аналогичным образом, как описано выше для первого варианта изобретения, осуществляется работа распылителя жидкости, конструкция которого соответствует второму варианту изобретения (см. фиг.6, 7 и 8). Отличие заключается лишь в более оптимальной организации формирования газокапельного потока при сокращении продольного размера распылителя. Входной участок 17 проточного канала распылителя, выполненного согласно второму варианту изобретения, имеет коноидальную форму с радиусом скругления боковой поверхности не менее радиуса цилиндрического участка 18 проточного канала. Такое выполнение входного участка позволяет снизить потери кинетической энергии газокапельного потока на вихреобразование в конфузоре. Плавное сопряжение поверхности конфузора с цилиндрической поверхностью участка 18 позволяет ускорить жидкостный поток, исключив преждевременное вихреобразование перед входом в диффузор. Кроме того, при плавном уменьшении проходного сечения канала на коротком входном участке 17 коноидальной формы происходит локализация центров кавитации в области входного сечения диффузора. В результате этого обеспечивается формирование однородного по концентрации мелкодисперсного газокапельного потока с минимальными затратами энергии.

Проведенные эксперименты подтверждают возможность генерации при использовании изобретения устойчивого мелкодисперсного потока жидкости при минимальных затратах энергии. Сформированный поток сохраняет форму и размер поперечного сечения на расстояниях до 10 м при высокой однородности распределения концентрации капель по поперечному сечению потока.

Созданное изобретение может использоваться в системах пожаротушения, в составе технологического оборудования, для сжигания топлива в теплоэнергетике и на транспорте, а также для увлажнения окружающей среды и распыления дезинфицирующих веществ и инсектицидов. В качестве средства пожаротушения изобретение может применяться в составе стационарных и мобильных установок для тушения пожаров на различных объектах: в помещениях больниц, библиотек и музеев, на судах, самолетах, а также очагов возгорания на открытом пространстве и т.д.

Изобретение относится к технике распыления жидкостей и может быть использовано в системах пожаротушения, в составе технологического оборудования для сжигания топлива в теплоэнергетике и на транспорте. Распылитель жидкости, выполненный согласно первому варианту изобретения, содержит корпус с проточным каналом, который состоит из последовательно сопряженных и соосных друг другу входного участка в форме конического конфузора, цилиндрического участка и выходного участка в форме конического диффузора. Длина цилиндрического участка составляет не менее его радиуса. Угол конусности диффузора, образующего выходной участок проточного канала, больше угла конусности конфузора, образующего входной участок проточного канала. Согласно второму варианту изобретения распылитель жидкости содержит конфузор, образующий входной участок проточного канала, коноидальной формы. Радиус скругления боковой поверхности конфузора составляет не менее радиуса цилиндрического участка проточного канала. При использовании изобретения обеспечивается генерация устойчивого мелкодисперсного потока жидкости при минимальных затратах энергии. Сформированный газокапельный поток сохраняет форму и размер поперечного сечения на расстояниях до 10 м при высокой однородности распределения концентрации капель по поперечному сечению потока. 2 с. и 27 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Распылитель жидкости, содержащий корпус с проточным каналом, который состоит из последовательно сопряженных и соосных друг другу входного участка в форме конического конфузора, цилиндрического участка и выходного участка в форме конического диффузора, отличающийся тем, что длина цилиндрического участка составляет не менее его радиуса, при этом угол конусности диффузора, образующего выходной участок проточного канала, больше угла конусности конфузора, образующего входной участок проточного канала. 2. Распылитель жидкости по п. 1, отличающийся тем, что угол при вершине конуса, образующего конфузор, составляет 6-20^o, а угол при вершине конуса, образующего диффузор, составляет 8-90^o. 3. Распылитель жидкости по п. 2, отличающийся тем, что угол при вершине конуса, образующего конфузор, равен 13^o, а угол при вершине конуса, образующего диффузор, равен 20^o. 4. Распылитель жидкости по п. 1, отличающийся тем, что входные кромки конфузора, образующего входной участок проточного канала, выполнены скругленной формы. 5. Распылитель жидкости по п. 1, отличающийся тем, что выходные кромки диффузора, образующего выходной участок проточного канала, выполнены скругленной формы. 6. Распылитель жидкости по п. 4 или 5, отличающийся тем, что радиус скругления кромок составляет 1-2,5 радиуса цилиндрического участка проточного канала. 7. Распылитель жидкости по п. 1, отличающийся тем, что содержит камеру с цилиндрическим каналом, вход которой соединен с выходным сечением диффузора, при этом диаметр цилиндрического канала камеры составляет не менее диаметра выходного сечения диффузора. 8. Распылитель жидкости по п. 7, отличающийся тем, что диаметр цилиндрического канала камеры составляет 4-6 диаметров цилиндрического участка проточного канала. 9. Распылитель жидкости по п. 7, отличающийся тем, что длина цилиндрического канала камеры составляет 10-30 диаметров цилиндрического участка проточного канала. 10. Распылитель жидкости по п. 7, отличающийся тем, что в выходном сечении цилиндрического канала камеры установлена сетка или перфорированная пластина. 11. Распылитель жидкости по п. 10, отличающийся тем, что суммарная площадь поперечного сечения отверстий перфорированной пластины или сетки составляет 0,4-0,7 площади поперечного сечения цилиндрического канала камеры. 12. Распылитель жидкости по п. 7, отличающийся тем, что в стенке камеры выполнено, по меньшей мере, одно тангенциальное отверстие для эжекции газа из окружающего пространства в цилиндрический канал камеры. 13. Распылитель жидкости по п. 12, отличающийся тем, что в стенке камеры выполнены, по меньшей мере, четыре тангенциальных отверстия, которые попарно симметрично расположены в двух плоскостях поперечного сечения цилиндрического канала камеры, первая из которых расположена у выходного сечения диффузора, а вторая - у выходного сечения камеры. 14. Распылитель жидкости по п. 1, отличающийся тем, что содержит камеру, установленную коаксиально корпусу с его внешней стороны, при этом между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью камеры образован, по меньшей мере, один канал для подачи газа под давлением к срезу выходного участка проточного канала распылителя. 15. Распылитель жидкости по п. 14, отличающийся тем, что камера содержит сопло, образованное последовательно расположенными конфузором и диффузором, причем входное сечение сопла сообщено с выходным участком проточного канала распылителя. 16. Распылитель жидкости, содержащий корпус с проточным каналом, который состоит из последовательно сопряженных и соосных друг другу входного участка в форме конфузора, цилиндрического участка и выходного участка в форме конического диффузора, отличающийся тем, что длина цилиндрического участка составляет не менее его радиуса, при этом конфузор, образующий входной участок проточного канала, выполнен коноидальной формы с радиусом скругления боковой поверхности не менее радиуса цилиндрического участка проточного канала. 17. Распылитель жидкости по п. 16, отличающийся тем, что угол при вершине конуса, образующего диффузор, составляет 8-90^o. 18. Распылитель жидкости по п. 16, отличающийся тем, что поверхность конфузора в форме коноида сопряжена с поверхностью цилиндрического участка проточного канала под углом не более 2^o. 19. Распылитель жидкости по п. 16, отличающийся тем, что выходные кромки диффузора, образующего выходной участок проточного канала, выполнены скругленной формы. 20. Распылитель жидкости по п. 19, отличающийся тем, что радиус скругления выходных кромок диффузора составляет 1-2 радиуса цилиндрического участка проточного канала. 21. Распылитель жидкости по п. 16, отличающийся тем, что содержит камеру с цилиндрическим каналом, вход которой соединен с выходным сечением диффузора, при этом диаметр цилиндрического канала камеры составляет не менее диаметра выходного сечения диффузора. 22. Распылитель жидкости по п. 21, отличающийся тем, что диаметр цилиндрического канала камеры составляет 4-6 диаметров цилиндрического участка проточного канала. 23. Распылитель жидкости по п. 21, отличающийся тем, что длина цилиндрического канала камеры составляет 10-30 диаметров цилиндрического участка проточного канала. 24. Распылитель жидкости по п. 21, отличающийся тем, что в выходном сечении цилиндрического канала камеры установлена сетка или перфорированная пластина. 25. Распылитель жидкости по п. 24, отличающийся тем, что суммарная площадь поперечного сечения отверстий перфорированной пластины или сетки составляет 0,4-0,7 площади поперечного сечения цилиндрического канала камеры. 26. Распылитель жидкости по п. 16, отличающийся тем, что в стенке камеры выполнено, по меньшей мере, одно тангенциальное отверстие для эжекции газа из окружающего пространства в цилиндрический канал камеры. 27. Распылитель жидкости по п. 26, отличающийся тем, что в стенке камеры выполнены, по меньшей мере, четыре тангенциальных отверстия, которые попарно симметрично расположены в двух плоскостях поперечного сечения цилиндрического канала камеры, первая из которых расположена у выходного сечения диффузора, а вторая у выходного сечения камеры. 28. Распылитель жидкости по п. 16, отличающийся тем, что содержит камеру, установленную коаксиально корпусу с его внешней стороны, при этом между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью камеры образован, по меньшей мере, один канал для подачи газа под давлением к срезу выходного участка проточного канала распылителя. 29. Распылитель жидкости по п. 28, отличающийся тем, что камера содержит сопло, образованное последовательно расположенными конфузором и диффузором, причем входное сечение сопла сообщено с выходным участком проточного канала распылителя.