РАСПЫЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТИ Российский патент 2006 года по МПК B05B1/30 

Изобретение относится к оборудованию для распыления жидкости и может быть использовано в пожарно-техническом оборудовании, в агротехнике в качестве средства дезактивации и в других областях техники.

Из авторского свидетельства СССР №1839094 А1 (описание опубликовано 30.12.1993, МПК A 62 C 31/03) известны распылитель жидкости, содержащий корпус, в торцевой части которого выполнено выходное отверстие, и регулятор расхода жидкости, установленный в полости корпуса. Регулятор расхода жидкости включает в свой состав камеру с перемещаемым поршнем, который соединен с осесимметричным обтекателем через шток. Камера регулятора расхода жидкости разделена поршнем на две полости: штоковую и поршневую. Полости сообщены между собой и с полостью корпуса, через которую осуществляется подача жидкости к выходному отверстию, через каналы малого поперечного сечения, образованные в штоке.

Известное устройство включает в свой состав приклад, в котором выполнена полость, сообщенная через каналы с поршневой полостью регулятора. Во внутреннем канале приклада установлен шток, соединенный с управляющим перепускным клапаном. Тарель управляющего клапана выполнена конической формы и размещена в проточном канале с возможностью осевого перемещения и перекрытия каналов, соединяющих поршневую полость с полостью сопла устройства. Противоположная часть штока связана с подпружиненным упором.

При использовании известного устройства оператор может регулировать величину расхода жидкости посредством изменения силы воздействия на упор. За счет регулирования расхода жидкости обеспечивается равномерная подача жидкости через выходное отверстие распылителя при изменении давления жидкости в подводящих магистралях. Однако данное устройство не позволяет автоматически поддерживать расход жидкости на постоянном уровне без участия оператора.

В авторском свидетельстве СССР №1584960 А1 (описание опубликовано 19.09.1988, МПК A 62 C 31/02) описан пожарный ствол с распылителем жидкости. Устройство содержит корпус, в торцевой части которого выполнено выходное отверстие, подводящие магистрали, рукоятку, сопло для распыления жидкости и регулятор расхода жидкости, установленный в полости корпуса.

Регулятор расхода жидкости включает в свой состав камеру, образованную проточным каналом, в которой соосно установлен поршень, перемещаемый под воздействием усилия рычага куркового механизма.

Проходное сечение регулируемого клапана фиксируется в зависимости от давления подаваемой жидкости и силы упругости пружины, действующей на клапан. Заданное значение расхода жидкости через сопло распылителя задается посредством регулировки пружины клапана. Автоматическое поддержание стабильного расхода воды через сопло распылителя обеспечивается за счет использования обратной связи по давлению жидкости. При изменении давления жидкости в подводящей магистрали происходит перемещение упора пружины клапана, изменяя тем самым результирующую силу, которая действует на перемещаемый клапан.

При использовании известного устройства обеспечивается поддержание стабильного расхода жидкости при изменении давления подаваемой жидкости. Однако применяемый регулятор расхода не обладает стабильными характеристиками во всем диапазоне регулирования, поскольку в качестве регулирующего элемента используется пружина с нелинейной зависимостью силы упругости от степени ее сжатия.

Кроме того, трубопровод, соединяющий управляющую полость стакана, который служит упором для пружины, с подводящей магистралью, имеет значительную протяженность. Вследствие этого устройство не обладает требуемым быстродействием регулирования расхода.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является распылитель жидкости по патенту US 759320 (опубликован 10.05.1904). Распылитель жидкости содержит корпус, в торцевой части которого выполнено выходное отверстие, и регулятор расхода жидкости, установленный в полости корпуса. Регулятор расхода жидкости включает в свой состав камеру с перемещаемым поршнем, осесимметричный обтекатель и шток, соединенный с одной стороны с обтекателем, а с другой - с поршнем.

Камера регулятора расхода жидкости разделена поршнем на две полости. Первая полость сообщена с полостью корпуса, через которую осуществляется подача жидкости к выходному отверстию. Вторая полость камеры, выполняющая функцию управляющей полости, изолирована от внутреннего объема корпуса, заполненного жидкостью, и сообщена с атмосферой. В полости управляющей камеры между поршнем и торцевой стенкой камеры установлена пружина, с помощью которой осуществляется регулирование положения поршня и соединенного с ним обтекателя в зависимости от давления жидкости, подаваемой в проточный канал распылителя (US 759320, фиг.3).

Обтекатель установлен во входном участке выходного канала корпуса распылителя и выполнен с последовательно расположенными расширяющимся и сужающимся в направлении течения жидкости коническими участками. Канал выходного отверстия корпуса распылителя выполнен сужающимся в направлении течения жидкости и имеет коноидальную форму.

С целью стабилизации распыляемого газокапельного потока производится предварительная закрутка потока жидкости. Для этого используются шнековые каналы, образованные на поверхности штока.

Подаваемая в полость корпуса распылителя жидкость поступает в открытую полость камеры регулятора расхода и воздействует на поверхность поршня, вызывая его перемещение вместе со штоком и обтекателем в направлении, противоположном направлению течения жидкости. Перемещение поршня происходит до момента уравновешивания давления жидкости на поршень и силы упругости пружины, установленной в изолированной полости регулятора. Обтекатель занимает положение, при котором обеспечивается заданная площадь проходного сечения проточного канала, образованного между обтекателем и стенкой канала выходного отверстия. В результате регулирования проходного сечения канала происходит генерация газокапельного потока, обладающего заданной величиной скорости и расхода.

При увеличении давления подачи жидкости, вызывающего увеличение скорости газокапельного потока, возрастает сила воздействия жидкости на поршень. Поршень и связанный с ним обтекатель смещаются в направлении, противоположном направлению течения жидкости. Вследствие этого увеличивается площадь проходного сечения канала выходного отверстия корпуса распылителя. В результате автоматического регулирования происходит снижение скорости газокапельного потока до требуемого уровня при несущественном увеличении расхода жидкости.

Известное устройство позволяет генерировать стабильные газокапельные потоки с постоянной скоростью при изменении давления подаваемой жидкости. При этом автоматическое поддержание заданной скорости осуществляется за счет регулирования проходного сечения кольцевого сужающегося канала, образованного двумя осесимметричными поверхностями конической и коноидальной формы.

Однако, несмотря на указанные преимущества, конструкция известного устройства не обеспечивает поддержания расхода жидкости на постоянном уровне при изменении давления жидкости в широком диапазоне. Нестабильное регулирование расхода с помощью известного устройства обусловлено тем, что конечной регулируемой характеристикой является скорость генерируемого потока, а не его расход. Кроме того, в качестве регулирующего органа в устройстве применяется пружина, не обладающая требуемой линейной характеристикой изменения силы упругости от степени сжатия в зависимости от давления.

Задачей настоящего изобретения является создание распылителя жидкости, позволяющего автоматически поддерживать расход генерируемой струи жидкости на постоянном уровне при условии изменения давления подаваемой жидкости в широком диапазоне. Такое устройство должно иметь достаточно простую конструкцию и обладать высокой надежностью. Достигаемый технический результат, связанный с решением поставленных технических задач, заключается в повышении эффективности регулирования расхода жидкости и расширении диапазона регулирования.

Решение поставленных технических задач необходимо для ряда практических применений распылителя. В частности, это необходимо при тушении очагов возгораний различных классов (по виду горящих веществ и материалов), когда требуется поддерживать постоянный расход огнетушащей жидкости в течение процесса пожаротушения.

Достижение технического результата обеспечивается при использовании распылителя жидкости, содержащего корпус, в торцевой части которого выполнено выходное отверстие, и регулятор расхода жидкости, установленный в полости корпуса и включающий в свой состав камеру с перемещаемым поршнем, осесимметричный обтекатель, установленный в выходном отверстии корпуса, и шток, соединенный с одной стороны с обтекателем, а с другой стороны с поршнем. Камера регулятора расхода жидкости разделена поршнем на две полости. Первая полость сообщена с полостью корпуса, через которую осуществляется подача жидкости к выходному отверстию. Вторая управляющая полость заполнена газом и изолирована от полости корпуса.

Согласно настоящему изобретению управляющая полость камеры регулятора расхода жидкости выполнена герметичной, а обтекатель имеет, по меньшей мере, один профилированный участок конической или коноидальной формы, выступающий за срез выходного отверстия корпуса, причем поперечное сечение профилированного участка обтекателя увеличивается в направлении течения жидкости.

Совокупность перечисленных выше существенных признаков изобретения определяет возможность обеспечения автоматического поддержания заданного уровня расхода жидкости через выходное отверстие устройства за счет изменения площади выходного отверстия при изменении давления подаваемой жидкости в широком диапазоне. Изобретение основано на следующих теоретических предпосылках.

В общем случае условие постоянства расхода потока жидкости через проточный канал при изменяющихся давлении жидкости и площади поперечного сечения канала может быть выражено следующей зависимостью:

где Q - массовый расход жидкости, кг/с;

F_i - текущее значение величины площади поперечного сечения выходного отверстия распылителя, м²;

Р_i - текущее значение величины давления подачи жидкости, МПа;

ρ - плотность жидкости, кг/м³.

Для рассматриваемого случая, когда поперечное сечение проточного канала распылителя имеет форму кольца, образованного между обтекателем и стенкой проточного канала, указанное выше условие будет иметь следующий вид:

где D - диаметр выходного отверстия корпуса, м;

d_i - диаметр сечения обтекателя, находящегося в плоскости выходного отверстия, м.

Необходимо отметить, что в качестве поперечного сечения проточного канала в рассматриваемом случае принимается сечение кольцевого канала, образованного сужающимися внешней коноидальной и внутренней конической поверхностью, имеющее наименьшую площадь.

При работе распылителя регулирование расхода жидкости осуществляется в соответствии с указанной выше параметрической зависимостью. При подаче в распылитель жидкости под воздействием напора жидкости поршень регулятора вместе со штоком и обтекателем перемещается из первоначального равновесного положения в новое равновесное положение, при котором происходит выравнивание давления в управляющей герметичной полости и давления в полости корпуса, заполненной жидкостью.

Очевидно, что при таком равновесном положении поршень сместится в направлении, противоположном направлению течения жидкости. При смещении произойдет и соответствующее перемещение связанного с поршнем обтекателя регулятора расхода. Вследствие того, что обтекатель имеет один или несколько профилированных участков конической или коноидальной формы, расширяющихся в направлении истечения жидкости, поперечное сечение кольцевого проточного канала распылителя уменьшается. При этом снижение площади поперечного сечения канала будет происходить в зависимости от закономерности изменения площади поперечного сечения обтекателя в направлении течения жидкости.

Кроме того, при перемещении обтекателя изменяется форма канала выходного отверстия распылителя, влияя тем самым на угол раскрытия генерируемого газокапельного потока. Таким образом, подбирая форму и размеры профилированного участка обтекателя, можно добиться не только поддержания расхода жидкости на заданном уровне, но и программируемого изменения угла раскрытия газокапельного потока.

Кроме того, используя обтекатель с несколькими профилированными участками, каждый из которых имеет различные закономерности изменения формы обтекателя по его длине, можно создать условия для программируемого изменения расхода жидкости в зависимости от величины давления в расходной полости.

Расчетное изменение площади F_i поперечного сечения выходного отверстия распылителя до значения, удовлетворяющего условию постоянства расхода Q жидкости через проточный канал распылителя, происходит согласно известным параметрическим зависимостям Q=f(F_i, Р_i)=const.

Величина L_i перемещения поршня относительно его первоначального положения, которое соответствует атмосферному давлению в жидкостной полости корпуса распылителя, в зависимости от текущей величины давления жидкости Р_i может быть определена согласно уравнению Бойля-Мариотта на основании следующей зависимости:

где L₀ - длина управляющей полости камеры регулятора расхода в нерабочем положении распылителя;

P₀ - давление газа в управляющей полости камеры регулятора расхода жидкости, находящегося в исходном нерабочем положении.

Таким образом, зная зависимость изменения перемещения обтекателя относительно выходного отверстия корпуса от давления, можно рассчитать профиль обтекателя, который определяет площадь поперечного сечения канала выходного отверстия в текущий момент времени. Площадь поперечного сечения выходного сечения, в свою очередь, определяет значение расхода жидкости через распылитель.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения камера регулятора расхода жидкости может быть выполнена цилиндрической формы и установлена соосно выходному отверстию корпуса. Причем первая полость камеры сообщается с полостью корпуса, по меньшей мере, через одно отверстие, выполненное в боковой стенке камеры.

Для рассматриваемого варианта реализации изобретения целесообразно, чтобы выходное отверстие корпуса было образовано в стенке камеры регулятора расхода жидкости, которая служит торцевой частью корпуса.

С целью уменьшения объема управляющей полости камеры регулятора расхода за счет увеличения силы противодействия (при увеличении давления жидкости) в управляющей полости может быть установлен упругий элемент. Такой упругий элемент в простейшем случае может быть выполнен в виде пружины сжатия.

Использование упругого элемента, установленного в герметичной управляющей полости камеры регулятора, позволяет существенно уменьшить осевой размер регулятора. В процессе работы распылителя, выполненного согласно данному варианту конструкции, при подаче в распылитель жидкости под воздействием напора жидкости поршень регулятора вместе со штоком и обтекателем перемещается из исходного равновесного положения, сжимая газ, заполняющий управляющую полость, и пружину. В этом случае сила, действующая на поршень со стороны управляющей полости регулятора расхода, складывается из силы давления на поршень сжатого газа и силы упругости сжатой пружины.

Новое равновесное положение поршня и обтекателя в рассматриваемом случае достигается при меньшем перемещении поршня по сравнению со случаем, когда в управляющей полости камеры регулятора расхода, заполненной сжатым газом, отсутствует упругий элемент.

Величина L_i перемещения поршня относительно его первоначального положения в данном случае будет определяться более сложной параметрической зависимостью:

L_i=f(P_i;P_г;P_упр),

где Р_г - давление сжатого газа в управляющей полости камеры регулятора расхода;

Р_упр - сила упругости сжатой пружины, установленной в управляющей полости камеры регулятора расхода.

С учетом указанной зависимости можно рассчитать в каждом конкретном случае профиль обтекателя, имеющего один или несколько профилированных участков конической или коноидальной формы. При этом следует отметить, что выбранный профиль обтекателя определяет площадь поперечного сечения канала выходного отверстия устройства в текущий момент времени в зависимости от текущего значения давления подачи жидкости в расходной полости камеры распылителя.

Для регулирования расхода жидкости в широком диапазоне изменения давления жидкости максимальный диаметр обтекателя d_max выбирается из условия: d_max<D.

Выполнение данного условия позволяет исключить возможность полного перекрытия выходного отверстия канала корпуса распылителя при нерасчетных скачках давления жидкости.

С целью генерации широкоапертурного газокапельного потока распылитель может включать в свой состав расширительную камеру осесимметричной формы, расположенную соосно обтекателю у среза выходного отверстия корпуса. Для эффективного дробления капель жидкости в выходном сечении расширительной камеры может быть установлена сетка или перфорированная перегородка.

Расширительная камера может быть выполнена перемещающейся вдоль оси симметрии обтекателя относительно корпуса. Такое выполнение расширительной камеры позволяет регулировать угол конусности факела распыла газокапельного потока.

В стенке расширительной камеры может быть выполнено, по меньшей мере, одно отверстие для эжекции воздуха. Поступление воздуха в распыляемую струю жидкости способствует эффективности дробления потока жидкости, истекающего через выходное отверстие корпуса распылителя.

Далее патентуемое изобретение поясняется примерами конкретного выполнения распылителя жидкости и прилагаемыми чертежами, на которых изображено следующее:

на фиг.1 - продольный разрез распылителя жидкости, выполненного согласно первому примеру реализации изобретения, в увеличенном масштабе (2:1);

на фиг.2 - продольный разрез распылителя жидкости, выполненного согласно второму примеру реализации изобретения, в увеличенном масштабе (2:1).

На фиг.1 поршень и обтекатель регулятора расхода показаны в двух положениях: в исходном состоянии (сплошная линия), когда давление в полости корпуса распылителя, через которую осуществляется подача жидкости, равно атмосферному давлению, и в рабочем положении при давлении жидкости Р₂ (пунктирная линия). На фиг.2 поршень и обтекатель показаны в исходном состоянии. Стрелками на чертежах показаны направления перемещения расширительной камеры.

Распылитель жидкости, выполненный согласно первому примеру реализации изобретения (см. фиг.1), содержит корпус 1 и регулятор 2 расхода жидкости, установленный в полости корпуса 1. Регулятор расхода жидкости 2 включает в свой состав установленную соосно корпусу 1 цилиндрическую камеру 3 с поршнем 4. Стык между внутренней поверхностью стенки камеры 3 и боковой поверхностью поршня 4 герметизирован уплотнительными кольцами 5. В торцевой стенке 6 камеры 3 регулятора расхода жидкости 2 образовано выходное осевое отверстие 7 корпуса 1. В данном примере выполнения устройства торцевая стенка 6 служит торцевой частью корпуса 1. Диаметр D выходного отверстия 7 равен 5 мм.

Регулятор расхода жидкости 2 включает в свой состав осесимметричный обтекатель 8, установленный в выходном отверстии 7 корпуса 1, и шток 9, соединенный с одной стороны с обтекателем 8, а с другой - с поршнем 4. Обтекатель 8 образован профилированным участком конической формы с минимальным диаметром d_min=2 мм и максимальным диаметром d_max=4 мм (d_max<D). Поперечное сечение обтекателя 8 увеличивается в направлении течения жидкости.

Камера 3 регулятора расхода жидкости 2 разделена поршнем 4 на две полости. Первая полость 10 сообщена с полостью корпуса 1 через два отверстия 11, выполненные в боковой стенке камеры 3. Вторая полость - управляющая полость 12 - герметично изолирована от полости корпуса 1 поршнем 4 с уплотнительными кольцами 5. В исходном состоянии регулятора расхода управляющая полость 12 заполнена воздухом при нормальном атмосферном давлении Р₀=0,1 МПа.

В исходном состоянии, когда давление воздуха в управляющей полости 12 равно давлению в полости корпуса 1, минимальное сечение обтекателя 8 (d_min) расположено в плоскости входного сечения канала выходного отверстия 7. Длина L₀ управляющей полости 12 при таком положении поршня 4 составляет 15 мм.

Начальное давление (нормальное атмосферное давление) в управляющей полости 12 устанавливают в процессе сборки устройства с помощью технологического отверстия, выполненного в торцевой стенке камеры регулятора расхода (на чертеже не показано). При установке поршня 4 в исходное положение производится выравнивание давления в управляющей полости 12 с давлением в полости корпуса 1 посредством стравливания газа через технологическое отверстие, которое после этого герметизируют заглушкой.

У среза канала выходного отверстия 7 на боковой стенке камеры 3 регулятора расхода жидкости 2 соосно обтекателю 8 с помощью резьбового соединения установлена расширительная цилиндрическая камера 13. Расширительная камера 13 со стороны корпуса 1 имеет торцевую стенку 14, в которой выполнены четыре отверстия 15 для эжекции воздуха. Отверстия 15 расположены равномерно по окружности вокруг торцевой части камеры 3.

Перемещение расширительной камеры 13 вдоль оси симметрии обтекателя 8 относительно корпуса 1 осуществляется с помощью ходовой резьбы, образованной на сопряженных поверхностях расширительной камеры 13 и камеры 3 регулятора расхода жидкости. На чертеже показано положение расширительной камеры 13 на максимальном удалении от корпуса 1.

В выходном сечении расширительной камеры 13 установлена сетка 16, закрепленная на торцевой части расширительной камеры 13 при помощи фиксирующей втулки 17.

В рассматриваемом примере реализации изобретения распылитель жидкости входит в состав огнетушителя закачного типа (на чертеже не показан). Корпус 1 распылителя сообщен с емкостью, заполненной огнетушащей жидкостью, находящейся под давлением вытесняющего газа.

Во втором примере реализации изобретения (см. фиг.2) распылитель жидкости содержит корпус 18 и регулятор 19 расхода жидкости, установленный в полости корпуса 18. Регулятор расхода жидкости 19 включает в свой состав установленную соосно корпусу 18 цилиндрическую камеру 20 с поршнем 21. Стык между внутренней поверхностью стенки камеры 20 и боковой поверхностью поршня 21 герметизирован уплотнительными кольцами 22. В торцевой стенке 23 камеры 20 регулятора расхода жидкости 19 образовано выходное осевое отверстие 24 корпуса 18. В данном примере выполнения устройства торцевая стенка 23 служит торцевой частью корпуса 18. Диаметр D выходного отверстия 24 равен 5 мм.

Регулятор расхода жидкости 19 включает в свой состав осесимметричный обтекатель 25, установленный в выходном отверстии 24 корпуса 18, и шток 26, соединенный с одной стороны с обтекателем 25, а с другой - с поршнем 21. Обтекатель 25 образован профилированным участком коноидальной формы с минимальным диаметром d_min=4 мм и максимальным диаметром d_max=4 мм (d_max<D). Поперечное сечение обтекателя 25 увеличивается в направлении течения жидкости.

Камера 20 регулятора расхода жидкости 19 разделена поршнем 21 на две полости. Первая полость 27 сообщена с полостью корпуса 18 через два отверстия 28, выполненных в боковой стенке камеры 20. Вторая полость - управляющая полость 29 - герметично изолирована от полости корпуса 18 поршнем 21 с уплотнительными кольцами 22. В управляющей полости 29 между поршнем 21 и торцевой стенкой камеры 20 установлена пружина сжатия 30. В исходном состоянии регулятора расхода 19 управляющая полость 29 заполнена воздухом при нормальном атмосферном давлении Р₀=0,1 МПа.

В положении, когда давление воздуха в управляющей полости 29 равно давлению в полости корпуса 18, пружина 30 находится в недеформированном состоянии. В этом случае минимальное сечение обтекателя 25 (d_min) расположено в плоскости входного сечения канала выходного отверстия 24. Длина L₀ управляющей полости 29 при таком положении поршня 21 составляет 10,5 мм (см. фиг.2).

У среза канала выходного отверстия 24 на боковой стенке камеры 20 регулятора расхода жидкости 19 соосно обтекателю 25 с помощью резьбового соединения установлена расширительная цилиндрическая камера 31. Расширительная камера 31 со стороны корпуса 18 имеет торцевую стенку 32, в которой выполнены четыре отверстия 33 для эжекции воздуха. Отверстия 33 расположены равномерно по окружности вокруг торцевой части камеры 20.

Перемещение расширительной камеры 31 вдоль оси симметрии обтекателя 25 относительно корпуса 18 осуществляется с помощью ходовой резьбы, образованной на сопряженных поверхностях расширительной камеры 31 и камеры 20 регулятора расхода жидкости. На фиг.2 показано положение расширительной камеры 31 на максимальном удалении от корпуса 18.

В выходном сечении расширительной камеры 31 установлена сетка 34, закрепленная на торцевой части расширительной камеры 31 при помощи фиксирующей втулки 35.

Работа распылителя жидкости, выполненного согласно первому варианту настоящего изобретения, осуществляется следующим образом.

После открытия проходного канала запорно-пускового устройства огнетушителя огнетушащая жидкость, вытесняемая из емкости сжатым газом, подается в полость корпуса 1 распылителя жидкости под давлением P₁=2 МПа. Жидкость поступает в полость 10 камеры 3 регулятора 2 расхода жидкости через два отверстия 11, выполненные в боковой стенке камеры 3. Под воздействием давления жидкости поршень 4 перемещается против направления течения жидкости. В процессе выравнивания сил, действующих на поршень 4 с двух сторон, происходит уменьшение объема управляющей полости 12 и, соответственно, повышение в ней давления газа. В момент достижения равновесия между силами воздействия на поршень 4 со стороны жидкостной полости 10 и со стороны газовой управляющей полости 12 обтекатель 8, соединенный через шток 9 с поршнем 4, занимает положение, которому соответствует расчетная площадь поперечного сечения канала выходного отверстия 7.

Величина L_i перемещения поршня 4 определяется в соответствии с законом Бойля-Мариотта для выбранных значений L₀, Р₀ и Pi. Максимальное значение перемещения поршня L₁ составляет 13,8 мм. Площадь поперечного сечения отверстия 7 определяется диаметром профилированного участка обтекателя 8 в торцевой плоскости стенки 6. В результате массовый расход жидкости через канал выходного отверстия 7 поддерживается на заданном уровне 0,35 кг/с.

В процессе расходования огнетушащей жидкости происходит снижение давления подаваемой жидкости. Вследствие этого уменьшается давление жидкости на поршень 4. При падении давления жидкости до уровня P₂<P₁ поршень 4 со штоком 9 и обтекателем 8 перемещается под действием давления сжатого газа в управляющей полости 12 в направлении течения жидкости. Объем управляющей полости 12 увеличивается до остановки поршня 4 в новом равновесном положении (см. фиг.1).

В момент достижения равновесия между силами, действующими со стороны управляющей полости 12 и со стороны полости 10, через которую осуществляется подача жидкости к выходному отверстию 7, при уровне давления жидкости Р₂ происходит увеличение площади поперечного сечения кольцевого канала выходного отверстия 7 в соответствии с расчетной зависимостью Q_const=f(F_i, P_i). В результате происходит автоматическое регулирование площади поперечного сечения до величины, при которой выполняется условие постоянства расхода жидкости через распылитель при изменении давления от P₁ до Р₂, которая удовлетворяет условию постоянства расхода жидкости при величине давления подачи P₂. При этом величина смещения L_i поршня 4 относительно исходного положения поршня 4 уменьшается до значения L₂=11 мм<L₁.

Таким образом, в процессе работы патентуемого распылителя жидкости при падении давления подачи жидкости происходят постепенное перемещение поршня 4, связанного с обтекателем 8, в направлении подачи жидкости и соответствующее увеличение площади поперечного сечения выходного отверстия 7. Вследствие этого расход огнетушащей жидкости через распылитель остается постоянным в течение длительности выработки огнетушащего состава.

Поток жидкости из выходного отверстия 7 поступает в полость расширительной камеры 13, где он смешивается с воздухом, эжектируемым из атмосферы через отверстия 15. Поступление потоков воздуха в струю непосредственно после ее выхода из выходного отверстия 7 распылителя способствует турбулизации потока жидкости в направлении, перпендикулярном оси симметрии расширительной камеры 13. В результате происходит смешение жидкости с воздушным потоком, что способствует эффективному дроблению струи жидкости на мелкие капли. На выходе из расширительной камеры 13 газокапельный поток жидкости проходит через ячейки сетки 16, в которых происходят дополнительное дробление капель жидкости и формирование мелкодисперсного газокапельного потока с углом конусности факела ˜20°.

При необходимости увеличения угла конусности факела распыла газокапельного потока расширительную камеру 13 перемещают по направлению к корпусу 1 на соответствующее расстояние посредством ее вращения относительно оси симметрии обтекателя 8.

Работа распылителя жидкости, выполненного согласно второму примеру реализации изобретения (см. фиг.2), в целом осуществляется аналогично первому примеру. Отличия заключаются лишь в функционировании регулятора расхода жидкости.

Жидкость поступает в полость 27 камеры 20 регулятора 19 расхода жидкости под давлением P₁=2 МПа через два отверстия 28, выполненные в боковой стенке камеры 20. Под воздействием давления жидкости поршень 21 перемещается против направления течения жидкости. При этом происходят сжатие газа в управляющей полости 29 и сжатие пружины 30, что сопровождается соответственно повышением давления газа в управляющей полости и увеличением силы упругости сжатой пружины 30. Вследствие этого на поршень 21 со стороны управляющей полости 29 камеры 20 регулятора 19 воздействует результирующая сила, которая складывается из силы упругости сжатой пружины 30 и силы давления сжатого газа на поршень 21.

В момент достижения равновесия между результирующей указанных сил и силами воздействия на поршень 21 со стороны жидкостной полости 27 обтекатель 25, соединенный через шток 26 с поршнем 21, занимает положение, которому соответствует расчетная площадь поперечного сечения канала выходного отверстия 24.

Величина L₁ перемещения поршня 21 относительно его первоначального положения в рассматриваемом примере реализации изобретения определяется в зависимости от начального объема управляющей полости, начального давления и рода газа, силы упругости сжатой пружины 30, зависящей от ее деформации, и от давления в полости корпуса распылителя, заполненной жидкостью.

Площадь поперечного сечения канала выходного отверстия 24 зависит от текущего диаметра профилированного участка обтекателя 25 в торцевой плоскости стенки 23. В результате массовый расход жидкости через канал выходного отверстия 24 поддерживается на заданном уровне 0,35 кг/с.

При падении давления жидкости до уровня P₂<P₁ поршень 21 со штоком 26 и обтекателем 25 перемещается под действием результирующей силы упругости пружины 30 и силы давления сжатого газа в управляющей полости 29 в направлении течения жидкости. Степень сжатия пружины 30 при этом уменьшается, а объем управляющей полости 29 увеличивается до остановки поршня 21 в новом равновесном положении (на чертеже не показано). При этом величина смещения L_i поршня 21 относительно исходного положения поршня 21 также уменьшается до значения L₂<L₁.

Автоматическое регулирование площади поперечного сечения в соответствии с расчетной зависимостью Q_const=f(F_i, P_i) при этом происходит аналогично тому, как это было описано для первого варианта выполнения изобретения.

В ходе проведенных экспериментальных исследований было установлено, что при изменении давления в системе подачи жидкости в диапазоне от 2 до 0,3 МПа с помощью распылителя жидкости, выполненного согласно изобретению, обеспечивается стабильная генерация газокапельного потока с постоянным массовым расходом жидкости 0,35 кг/с при дальности подачи потока огнетушащего вещества ˜8 м.

Распылители жидкости, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, могут использоваться в различных отраслях техники, в первую очередь в пожарно-техническом оборудовании. Кроме того, изобретение может найти широкое применение в составе агротехнического оборудования, в качестве средства дезактивации и в других областях техники, где требуется генерация мелкодисперсных газокапельных потоков с постоянной величиной расхода и дальности подачи.

Изобретение относится к оборудованию для распыления жидкости и может быть использовано в системах пожаротушения, в агротехническом оборудовании, в устройствах для дезактивации и в других областях техники. Распылитель жидкости содержит корпус, в торцевой части которого выполнено выходное отверстие, и регулятор расхода жидкости. Регулятор расхода жидкости установлен в полости корпуса и включает в свой состав камеру с перемещаемым поршнем, осесимметричный обтекатель, установленный в выходном отверстии корпуса, и шток. Шток соединен с одной стороны с обтекателем, а с другой - с поршнем. Камера регулятора расхода жидкости разделена поршнем на две полости. Первая полость сообщена с полостью корпуса, через которую осуществляется подача жидкости к выходному отверстию. Вторая полость, служащая управляющей полостью, изолирована от полости корпуса, выполнена герметичной и заполнена газом. Обтекатель имеет, по меньшей мере, один профилированный участок конической или коноидальной формы, выступающий за срез выходного отверстия корпуса. Поперечное сечение профилированного участка обтекателя увеличивается в направлении течения жидкости. В другом варианте выполнения изобретения в управляющей полости регулятора расхода жидкости может быть установлена пружина. Камера регулятора расхода жидкости может быть выполнена цилиндрической формы и соосно установлена выходному отверстию корпуса. Максимальный диаметр обтекателя d_max выбирается из условия: d_max<D, где D - диаметр выходного отверстия корпуса. Распылитель может быть снабжен расширительной камерой осесимметричной формы, которая размещается соосно обтекателю у среза выходного отверстия корпуса. В выходном сечении расширительной камеры устанавливается сетка или перфорированная перегородка. Камера может перемещаться вдоль оси симметрии обтекателя относительно корпуса распылителя. Изобретение позволяет автоматически поддерживать величину расхода генерируемой распыленной струи жидкости на постоянном уровне при изменении давления подаваемой жидкости в широком диапазоне. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Распылитель жидкости, содержащий корпус, в торцевой части которого выполнено выходное отверстие, и регулятор расхода жидкости, установленный в полости корпуса и включающий в свой состав камеру с перемещаемым поршнем, осесимметричный обтекатель, установленный в выходном отверстии корпуса, и шток, соединенный с одной стороны с обтекателем, а с другой стороны с поршнем, при этом камера регулятора расхода жидкости разделена поршнем на две полости, первая полость камеры сообщена с полостью корпуса, через которую осуществляется подача жидкости к выходному отверстию, а вторая полость камеры, служащая управляющей полостью, заполнена газом и изолирована от полости корпуса, отличающийся тем, что управляющая полость камеры регулятора расхода жидкости выполнена герметичной, а обтекатель имеет, по меньшей мере, один профилированный участок конической или коноидальной формы, выступающий за срез выходного отверстия корпуса, причем поперечное сечение профилированного участка обтекателя увеличивается в направлении течения жидкости.2. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что камера регулятора расхода жидкости выполнена цилиндрической формы и установлена соосно с выходным отверстием корпуса, причем первая полость камеры сообщена с полостью корпуса через, по меньшей мере, одно отверстие, выполненное в боковой стенке камеры.3. Распылитель по п.2, отличающийся тем, что выходное отверстие корпуса образовано в стенке камеры регулятора расхода жидкости, служащей торцевой частью корпуса.4. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что в управляющей полости регулятора расхода жидкости установлен упругий элемент.5. Распылитель по п.4 отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде пружины.6. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что максимальный диаметр обтекателя dmax выбран из условия dmax<D, где D - диаметр выходного отверстия корпуса.7. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что содержит расширительную камеру осесимметричной формы, расположенную соосно с обтекателем у среза выходного отверстия корпуса.8. Распылитель по п.7, отличающийся тем, что в выходном сечении расширительной камеры установлена сетка или перфорированная перегородка.9. Распылитель по п.7, отличающийся тем, что расширительная камера выполнена перемещающейся вдоль оси симметрии обтекателя относительно корпуса.10. Распылитель по п.7, отличающийся тем, что в стенке расширительной камеры выполнено, по меньшей мере, одно отверстие для эжекции воздуха.