СПОСОБ И ФОРСУНКА ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 2007 года по МПК B05B1/34 

Изобретение относится к технике распыления жидкостей и может быть использовано при кондиционировании воздуха в процессе его увлажнения, а также в градирнях для охлаждения воздуха или жидкости и других отраслях промышленности.

В настоящее время разработано множество способов и устройств для распыления жидкостей. Более тонкий и однородный распыл получают при использовании центробежных форсунок. Однако наряду с созданием вихревого движения жидкостей возникают условия, которые снижают эффективность распыления. К ним относится увеличение гидравлического сопротивления форсунки, наличие воздушного вихря по оси сопла. Существующие способы и средства распыления не устраняют указанные недостатки.

Известный способ распыления жидкости (см. а.с. СССР № 1808392, МПК В05В 1/34, опубл. в БИ № 14, 1993) включает подачу жидкости в корпус форсунки, создание периферийного вращения жидкости, сжатие вращающейся жидкости с увеличением скорости движения, распыление жидкости в виде конуса.

Для реализации известного способа форсунка (см. а.с. СССР № 1808392, МПК В05В 1/34 опубл. в БИ № 14, 1993) имеет корпус с подводящим жидкость каналом, камерой завихрения и выходным соплом, установленную в корпусе вставку в виде усеченного конуса, меньшим основанием обращенным к соплу. На наружной поверхности вставки выполнена многозаходная винтовая нарезка.

Недостатком известного способа и форсунки для распыления жидкости является то, что при высокой скорости вращения жидкости в сопле форсунки возникает воздушный вихрь, ухудшающий вход жидкости в сопло и снижающий производительность и качество распыления жидкости форсункой.

Попытка устранить влияние воздушного вихря предложена в способе распыления жидкости (см. патент России № 2144439, МПК В 05 В 1/34, F23D 11/04, опубл. в БИ № 2, 2000 г.). Известный способ распыления жидкости включает подачу жидкости в корпус форсунки, создание периферийного закрученного и осевого потоков жидкости, смешение этих потоков с последующим сжатием и распыление в виде сплошного конуса.

Форсунка для реализации известного способа (см. патент России № 2144439, МПК В 05 В 1/34, F23D 11/04, опубл. в БИ № 2, 2000 г.) содержит корпус, канал подвода жидкости, завихрительную камеру и сужающийся конический переход к цилиндрическому соплу, расположенную в завихрительной камере завихритель-вставку с осевым цилиндрическим отверстием и периферийной винтовой нарезкой, подводящий штуцер, подпирающий завихритель-вставку.

Недостатком известного способа и форсунки для распыления жидкости является большое гидравлическое сопротивление периферийному потоку жидкости, а также низкая скорость течения потока из-за внезапного расширения струй с образованием вихрей в винтообразных каналах. Осевой поток, создаваемый цилиндрическим отверстием завихритель-вставки с диаметром, значительно превышающим диаметр выходного сопла форсунки, уменьшает турбулентность потока на выходе из сопла и снижает эффективность распыления жидкости, так как быстро приобретает направление вращения периферийного потока.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является способ распыления жидкости, реализованный в форсунке (см. патент России № 2205703, МПК В05В 1/34, опубл. в БИ № 16, 2003 г.).

Известный способ распыления жидкости (прототип) включает подачу жидкости расширяющимся потоком в корпус форсунки, создание периферийного закрученного и осевого потоков с последующим сжатием и распылением в виде сплошного конуса.

Недостатком известного способа-прототипа является то, что стремление увеличить скорость течения периферийного потока за счет подачи жидкости с большим статическим давлением расширяющегося потока не дает эффекта, так как поперечное сечение периферийных струй жидкости на входе в каналы завихритель-вставки меньше, чем в последующем течении. Все это вызывает высокую турбулентность периферийного течения жидкости в результате внезапного расширения струй, ведет к росту гидравлического сопротивления периферийному потоку за счет вихрей, возникающих в струях жидкости, и резкого изменения направления течения от вертикального к наклонному. Смешение периферийного потока происходит с осевым прямым потоком, который быстро принимает направление вращения периферийной закрутки и не уничтожает воздушный вихрь.

Известная форсунка, взятая нами за прототип (см. патент России № 2205703, МПК В05В 1/34, опубл. в БИ № 16, 2003 г.), содержит корпус, конический канал подвода жидкости, завихрительную камеру и сужающийся конический переход к цилиндрическому соплу, расположенную в завихрительной камере завихритель-вставку с осевым цилиндрическим отверстием и периферийной нарезкой, подводящий штуцер, подпирающий завихритель-вставку.

Недостатками форсунки для распыления жидкости, взятой нами за прототип, является то, что подводящий жидкость штуцер частично перекрывает входное сечение периферийных каналов завихрителя-вставки по всему периметру, чем значительно ухудшает вход жидкости в нарезные каналы, а возникающая в них турбулентность течения снижает скорость движения жидкости на выходе из каналов. Взаимодействие периферийного потока с осевым, который вводится в сужающийся конический переход через цилиндрическое отверстие завихрителя-вставки с диаметром отверстия, значительно превышающим диаметр выходного сопла форсунки, не позволяет обеспечивать высокую турбулентность течения жидкости перед соплом и уничтожить воздушный вихрь по оси сопла, а установка дополнительных ребер на торце завихрителя-вставки разрушает периферийное вращение жидкости и увеличивает гидравлическое сопротивление форсунки.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества распыления жидкости, производительности форсунки, уменьшение гидравлических потерь.

Для выполнения указанной задачи в способе распыления жидкости, включающем подачу жидкости расширяющимся потоком в корпус форсунки, создание периферийного закрученного потока и центрального осевого потока жидкости, смешение этих потоков с последующим сжатием и распылением в виде сплошного конуса, в предлагаемом способе периферийному потоку жидкости придают винтообразное вращение с изменением радиуса вращения от максимального на входе жидкости в зону вращения до минимального на выходе из этой зоны сужающимся потоком жидкости, центральному осевому потоку придают вращение, обратное к направлению вращения периферийного потока, причем зона действия осевого потока ограничивается диаметром выпускного сопла форсунки.

Для выполнения указанной задачи в форсунке для распыления жидкости, содержащей корпус с завихрительной камерой и сужающимся коническим переходом к выходному цилиндрическому соплу, расположенную в завихрительной камере завихритель-вставку с центральным осевым отверстием и периферийными каналами, подводящий штуцер с коническим каналом подвода жидкости и подпирающий завихритель-вставку, в предлагаемой форсунке между штуцером и завихритель-вставкой расположен вкладыш с выступами, обращенными к завихритель-вставке для образования зазора между ними, обеспечивающий подачу жидкости в винтообразные периферийные каналы по всему их поперечному сечению, причем завихритель-вставка выполнена в виде усеченного конуса и сопряжена своей наружной поверхностью с завихрительной камерой корпуса, с которой она образует винтообразные периферийные каналы, сужающиеся к выходу в своем поперечном сечении, центральное осевое отверстие завихритель-вставки выполнено с винтообразными каналами, направление которых обратно направлению периферийных нарезных каналов, причем диаметр осевого отверстия равен или меньше диаметра выпускного сопла форсунки.

Конический переход в своей верхней части имеет диаметр меньший, чем меньшее основание завихрителя-вставки, при этом достигается частичное перекрытие периферийных каналов на выходе жидкости из них и обеспечивается высокая скорость потока жидкости на входе в конический переход.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что за счет высокой скорости вращения периферийного потока жидкости создают большую центробежную силу при выходе жидкости из сопла форсунки, а для получения мелкодисперсного распыления обеспечивают высокую турбулентность течения жидкости по оси вращения периферийного потока за счет взаимодействия с центральным осевым потоком обратного вращения по отношению к периферийному потоку, причем осевой поток в своем диаметре меньше или равен диаметру выпускного сопла.

При таком взаимодействии потоков получают высокую турбулентность течения жидкости внутри сопла с разрушением воздушного вихря, создавая конусный распыл сплошным и мелкодисперсным, не снижая влияния центробежных сил, обеспечивающих хорошую развертку конусного распыла при высокой производительности форсунки.

В конструкции форсунки, реализующей предлагаемый способ, завихритель-вставка подпирается штуцером через вкладыш с выступами, которыми упирается в завихритель, создавая между завихрителем и штуцером зазор, позволяющий обеспечить полноценное заполнение периферийных каналов жидкостью по всему поперечному сечению.

Завихритель-вставка имеет форму усеченного конуса, по периферии которого выполнены нарезные каналы. Поперечное сечение каналов уменьшается к основанию выхода жидкости. Такая конструкция позволяет двигаться жидкости без завихрений от большого радиуса вращения к меньшему с увеличением скорости течения.

Центральное осевое отверстие с винтообразной нарезкой, обратной нарезке периферийных каналов, обеспечивает подачу закрученного осевого потока жидкости на воздушный вихрь, разрушая его и создавая турбулентное течение жидкости по оси сопла.

На фиг.1 представлен продольный разрез по оси форсунки, реализующей предложенный способ распыления жидкости. На фиг.2 - разрез форсунки по А-А. На фиг.3 - разрез форсунки по Б-Б.

Форсунка для распыления жидкости, реализующая предлагаемый способ, состоит из корпуса 1, в который жидкость поступает через расширяющийся канал подвода 2, а затем через завихрительную камеру 3 в сужающийся конический переход смешения 4, который направляет жидкость в сопло 5 форсунки. Разделение поступающей жидкости на периферийный и осевой потоки, а также закрутка жидкости происходит за счет завихрителя-вставки 6, который прижимается штуцером 7 посредством вкладыша 8 с выступами. На конусной поверхности завихрителя-вставки 6 выполнены винтообразные нарезные каналы 9, сужающиеся в своем поперечном сечении от максимального на входе жидкости до минимального на выходе. По оси завихрителя-вставки 6 выполнено центральное осевое отверстие 10 с винтовой нарезкой на внутренней поверхности, обратной направлению нарезки каналов 9.

Предлагаемый способ распыления жидкости осуществляют следующим образом. Производят подачу жидкости расширяющимся потоком в корпус 1 через канал подвода 2 с созданием периферийного и центрального осевого потоков в завихрительной камере 6. Периферийный поток винтообразно закручивают с большего радиуса вращения жидкости на меньший с увеличением скорости течения за счет сужения струй. Центральный осевой поток закручивают в обратном направлении по отношению вращения периферийного потока. Смешение потоков производят в сужающемся переходе 4, в котором периферийный поток жидкости сжимает противовихрь осевого потока так, что воздушный вихрь в сопле 5 разрушается, и внутри сопла 5 по его оси создается турбулентное течение, а на периферии сопла 5 - вращающаяся жидкость от действия периферийного потока. Такое взаимодействие потоков придает осевому противовихрю направление вращения на выходе сопла 5, одинаковое с направлением периферийного потока, обеспечивая конусообразный факел сплошного мелкодисперсного распыления жидкости.

Форсунка распыления жидкости, реализующая предложенный способ, работает следующим образом. Жидкость в корпус 1 поступает через канал подвода 2, а затем через зазор, образованный с помощью вкладыша 8 с выступами, в периферийные каналы 9 и в центральное осевое отверстие 10. Основание камеры 3, на которой устанавливается завихритель-вставка 6, частично перекрывает периферийные винтообразные каналы 9, тем самым создавая высокую скорость течения жидкости на их выходе. Жидкость начинает свою закрутку в периферийных каналах 9 с большего радиуса вращения, заполняя все поперечное сечение каналов на входе за счет открытой входной части каналов 9. Разгоняясь в винтообразных суживающихся в поперечном сечении каналах 9 до своего меньшего радиуса закрутки, жидкость выбрасывается в конический смесительный переход 4, где соприкасается с осевым потоком обратной закрутки, создаваемым центральным осевым отверстием 10 с винтообразной нарезкой. Осевой поток, сдавленный периферийным потоком жидкости, направляется в сопло 5 по оси форсунки, где разрушает воздушный вихрь, принимая направление вращения периферийного потока, создает турбулентное течение при сохранении периферийного вращения жидкости по окружности сопла 5. Такой поток жидкости на выходе из сопла 5 хорошо раскрывается за счет центробежных сил, возникающих от вращения жидкости, и мелкодисперсно распределяется внутри конусообразного факела за счет турбулентного течения по оси сопла 5.

Отличием предлагаемого способа распыления жидкости от прототипа является то, что турбулентное течение жидкости придают не в периферийном потоке, а над выходным соплом 5 в зоне воздушного вихря, причем если в прототипе создают прямой осевой поток значительно большим диаметром, чем диаметр сопла, тем самым снижая влияние центробежной силы периферийного вращения жидкости, то в предлагаемом способе осевой поток, закрученный в противоположном направлении от периферийного вращения, создают в зоне, не превышающей диаметр сопла 5.

Предложенный способ и форсунка для распыления жидкости позволяет сохранить энергию вращения периферийного потока жидкости при высокой скорости течения, разрушить воздушный вихрь внутри сопла форсунки центральным осевым потоком с обратным вращением и сообщить высокую степень турбулентности осевому течению жидкости при вращении всей жидкости в направлении периферийного потока на выходе выпускного сопла. При этом достигается возможность мелкодисперсного распыления жидкости и получения факела распыла в виде сплошного конуса с регулируемым углом раскрытия за счет изменения интенсивности вращения осевого потока и его диаметра от 30 до 100°.

Изобретение относится к технике распыления жидкости и может быть использовано при кондиционировании воздуха в процессе его увлажнения, а также в градирнях для охлаждения воздуха или жидкости. В способе распыления жидкости осуществляют подачу жидкости расширяющимся потоком, создают периферийный закрученный поток и центральный осевой поток жидкости, смешивают эти потоки с последующим сжатием и распыляют из сопла в виде сплошного конуса. При распылении жидкости периферийному потоку придают винтообразное вращение. Центральному осевому потоку придают вращение, обратное к направлению вращения периферийного потока с образованием сплошного и мелкодисперсного конусного распыления жидкости. Зона действия осевого потока ограничивается диаметром выпускного сопла форсунки. Изобретение позволяет повысить качество распыления жидкости, производительность форсунки и уменьшить гидравлические потери. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ распыления жидкости, при котором осуществляют подачу жидкости расширяющимся потоком, создают периферийный закрученный поток и центральный осевой поток жидкости, смешивают эти потоки с последующим сжатием и распыляют из сопла в виде сплошного конуса, отличающийся тем, что периферийному потоку придают винтообразное вращение, центральному осевому потоку придают вращение обратное к направлению вращения периферийного потока с образованием сплошного и мелкодисперсного конусного распыления жидкости, причем зону действия осевого потока ограничивают диаметром выпускного сопла форсунки.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что винтообразное вращение создают с изменяющимся радиусом закрутки от максимального на входе жидкости в зону вращения до минимального на выходе этой зоны.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что закрутку периферийного потока производят сужающимся потоком жидкости.4. Форсунка для распыления жидкости, содержащая корпус с завихрительной камерой и с сужающимся коническим переходом к выходному цилиндрическому соплу, расположенную в завихрительной камере завихритель-вставку с центральным осевым отверстием и периферийными каналами и подводящий штуцер с коническим каналом подвода жидкости, подпирающий завихритель-вставку, отличающаяся тем, что между штуцером и завихрителем-вставкой расположен вкладыш с выступами, обращенными к завихрителю-вставке для образования зазора между ними, периферийные каналы выполнены винтообразными, центральное осевое отверстие завихрителя-вставки выполнено с винтовообразными каналами, направление которых обратно направлению периферийных винтообразных каналов, а диаметр центрального осевого отверстия выполнен не превышающим диаметр выходного цилиндрического сопла.5. Форсунка по п.4, отличающаяся тем, что завихритель-вставка выполнена в виде усеченного конуса и сопряжена своей наружной поверхностью с завихрительной камерой корпуса.6. Форсунка по п.4 или 5, отличающаяся тем, что периферийные каналы выполнены сужающимися в своем поперечном сечении.7. Форсунка по п.6, отличающаяся тем, что конический переход в своей верхней части выполнен с диаметром меньшим, чем меньшее основание завихритель-вставки.