СИСТЕМА ДОУВЛАЖНЕНИЯ ВОЗДУХА Российский патент 2018 года по МПК F24F5/00 F24F6/00 

Изобретение относится к технике кондиционирования воздуха и может быть использовано для создания комфортных условий микроклимата в производственных помещениях, в частности в качестве систем местного доувлажнения воздуха.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является система по патенту РФ №2319903, кл. F24F 3/06, содержащая распылитель и блок управления (прототип).

Недостатком его является сравнительно невысокая эффективность процесса пневматического распыления.

Технический результат - повышение эффективности и надежности процесса пневматического распыления воды.

Это достигается тем, что в системе доувлажнения воздуха, состоящей из пневматических форсунок, сетей трубопроводов, служащих для подачи к ним воды и сжатого воздуха и блока управления работой пневматических форсунок, форсунка выполнена акустической, содержащей корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, выполненных в виде концентрических кольцевых щелей, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, кольцо с конической поверхностью, связанное с корпусом и служащее для формирования образующегося факела распыливаемой жидкости и распылитель, служащий для образования жидкостной пленки, перекрывающей выход из генератора, и закрепленный в корпусе посредством полого стержня со шнековым завихрителем на конце и буртиком для размещения кольцевой площадки, на которую вытекает жидкость из распылителя, а резонатор выполнен в виде по крайней мере одной сферической полости, расположенной в стенке кольца, причем сферическая полость соединена калиброванным отверстием с кольцевой щелью, образованной торцевыми плоскостями корпуса и кольца со стороны конической поверхности, а кольцо расположено с возможностью фиксированного перемещения вдоль оси корпуса посредством резьбового соединения, резонатор форсунки выполнен с возможностью регулирования генерируемой частоты акустических колебаний за счет регулирования ширины кольцевой щели, образованной торцевыми плоскостями корпуса и кольца со стороны конической поверхности посредством установки между корпусом и кольцом калиброванных прокладок, толщина которых соответствует заданной частоте акустических колебаний, а резонатор форсунки выполнен в виде тороидальной полости, ось которой расположена соосно корпусу, а полость соединена по крайней мере одним калиброванным отверстием с кольцевой щелью, образованной торцевыми плоскостями корпуса и кольца со стороны конической поверхности, при этом акустическая форсунка содержит корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, патрубков для подвода воздуха и жидкости, генератор акустических колебаний выполнен в виде конического сопла, соосного с корпусом и имеющего кольцевое дроссельное отверстие с внешним диаметром dc, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем диаметром dст и кольцевого объемного резонатора длиной h, образованного резонаторным стержнем и цилиндрической полостью с внешним диаметром dp в крепежном элементе, при этом полость объемного резонатора отстоит от среза сопла на расстоянии b, а патрубок для подачи воздуха расположен перпендикулярно оси корпуса и соединен с кольцевой полостью, образованной валиком и внутренней поверхностью корпуса, при этом на валике закреплена обойма с дроссельными отверстиями, соосными с кольцевым дроссельным отверстием, а также соосно закреплен резонаторный стержень, а распыляемая жидкость подается через патрубок, расположенный перпендикулярно оси корпуса в кольцевую полость, образованную кожухом и внешней поверхностью сопла, при этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом, а в другом торце, охватывающем коническое сопло выполнены дроссельные отверстия, соосные с кольцевым дроссельным отверстием, при этом со стороны, противоположной объемному резонатору предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка с сальником, которое установлено на свободном конце валика, а отношение длины h кольцевого объемного резонатора к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора до среза сопла лежит в оптимальном интервале величин h/b=0,7÷1,3; отношение внешнего диаметра dp кольцевого объемного резонатора к диаметру dст внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня, лежит в оптимальном интервале величин: d_p/d_ст=1,2÷1,9; отношение диаметра dc кольцевого дроссельного отверстия сопла к диаметру dст внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня, лежит в оптимальном интервале величин: d_c/d_ст=1,1÷1,7, а к кожуху форсунки соосно прикреплен внешний диффузор, а к крепежному элементу кольцевого объемного резонатора с резонаторным стержнем соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси кольцевого объемного резонатора.

На фиг. 1 представлен фронтальный разрез акустической пневматической форсунки системы доувлажнения, на фиг. 2 - блок управления работой пневматических форсунок, на фиг. 3 представлен вариант акустической пневматической форсунки.

Пневматические системы доувлажнения состоят из акустических форсунок (фиг. 1), сетей трубопроводов, служащих для подачи к ним воды и сжатого воздуха и блока управления работой акустических пневматических форсунок (фиг. 2). Кроме того, имеются предохранительные устройства, исключающие возможность выливания воды из форсунок при прекращении подачи к ним сжатого воздуха.

Акустическая форсунка для распыливания жидкостей (фиг. 1) содержит корпус 1 с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла 4 и резонатора 13. На корпусе 1 расположено кольцо 6 с конической поверхностью 7, связанное с корпусом и служащее для формирования образующегося факела распыливаемой жидкости, поступающей через канал полого стержня 3. Распыливающий агент, например воздух или любой другой газ, поступает в газовый канал 2, а из него через сопло 4, выполненное в виде кольцевой щели, концентрично расположенной кольцевому резонатору 5, в кольцо 6 навстречу распылителю 8, служащему для образования жидкостной пленки, перекрывающей выход из звукового генератора, образованного резонатором. Жидкость подается из полого стержня 3 со шнековым завихрителем 8 на конце и буртиком для размещения кольцевой площадки 9, на которую она и вытекает. Резонатор выполнен в виде по крайней мере одной сферической полости 13, расположенной в стенке кольца 6, причем сферическая полость соединена калиброванным отверстием 12 с кольцевой щелью, образованной торцевыми плоскостями корпуса 1 и кольца 6 со стороны конической поверхности 7, а кольцо 6 расположено с возможностью фиксированного перемещения вдоль оси корпуса 1 посредством его резьбового соединения 10.

Резонатор может быть выполнен с возможностью регулирования генерируемой частоты акустических колебаний за счет регулирования ширины кольцевой щели 5, образованной торцевыми плоскостями корпуса и кольца со стороны конической поверхности посредством установки между корпусом 1 и кольцом 6 калиброванных прокладок 11, толщина которых соответствует заданной частоте акустических колебаний.

Резонатор может быть выполнен в виде тороидальной полости (не показано), ось которой расположена соосно корпусу 1, а полость соединена по крайней мере одним калиброванным отверстием 12 с кольцевой щелью 5, образованной торцевыми плоскостями корпуса и кольца со стороны конической поверхности.

На фиг. 2 представлен блок управления работой пневматических форсунок. Он содержит волосяной регулятор влажности 15, мембранные клапаны 17, запорные вентили 14, игольчатый дроссель 16 для регулирования давления сжатого воздуха перед мембранными клапанами, трансформатор напряжения 18, контрольные лампы, выключатель 19 и электропневматическое реле 20.

Система доувлажнения воздуха работает следующим образом.

Акустическая форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом.

Распыливающий агент, например воздух, подается по газовому каналу 2, где встречает на своем пути резонатор 13, выполненный в виде сферической полости, соединенной с соплом 4 посредством калиброванного отверстия 12. В результате прохождения резонатора распиливающим агентом (например воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию раствора, подаваемого в канал 3. Из шнекового завихрителя 8 жидкость вытекает в виде пленки на площадку 9, а затем дробится под воздействием акустических колебаний воздуха на мелкие капли, в результате чего образуется факел распыленного раствора с воздухом, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности 7 кольца 6.

Блок управления работой пневматических форсунок работает следующим образом. При подводе сжатого воздуха в полости над мембранами клапанов 17 вначале открывается подача сжатого воздуха, а затем воды. После выключения подачи сжатого воздуха клапаны закрываются в обратном порядке; это предохраняет от опасности вытекания через форсунки, остатка нераспыленной воды, находящейся в трубах. Описанное предохранительное устройство используется также и для автоматического управления работой форсунок, которое осуществляется с помощью регулятора влажности 15, воздействующего на электропневматическое реле (электромагнитный клапан) 20, установленное над мембранным клапаном 17, расположенным на линии подачи воды. Это реле в зависимости от включения или выключения электрического тока открывает или закрывает узкое отверстие в крышке клапана 17, открывая или закрывая выход в атмосферу воздуху, находящемуся под мембраной. Одновременно изменяется и давление на соответствующие мембраны, а следовательно, подача воды и сжатого воздуха к форсункам. В некоторых случаях к каждому мембранному клапану устанавливают свое электропневматическое реле, которое включается через самостоятельное реле времени. Электропневматические реле отрегулированы таким образом, чтобы подача воды выключалась на 10 с раньше прекращения подачи сжатого воздуха, а включалась на 10 с позже возобновления подачи воздуха.

На фиг. 3 представлен вариант акустической пневматической форсунки.

Акустическая форсунка содержит цилиндрический корпус 21 с размещенным внутри генератором звуковых колебаний ультразвукового частотного диапазона, выполненного в виде конического сопла 30, соосного с корпусом 21 и имеющего кольцевое дроссельное отверстие 31 с внешним диаметром dc, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем 32 диаметром dст и кольцевого объемного резонатора 34 длиной h, образованного резонаторным стержнем 32 и цилиндрической полостью с внешним диаметром dp в крепежном элементе 33, при этом полость объемного резонатора 34 отстоит от среза сопла 30 на расстоянии b. Воздух под давлением подается через патрубок 23, расположенный перпендикулярно оси корпуса 21 в кольцевую полость 27, образованную валиком 24 и внутренней поверхностью корпуса 21. На валике 24 закреплена обойма 25 с дроссельными отверстиями 26, соосными с кольцевым дроссельным отверстием 31, а также соосно закреплен резонаторный стержень 32. Обойма 25 контактирует по скользящей посадке с цилиндрическим хвостовиком сопла 30. Распыляемая жидкость подается через патрубок 22, расположенный перпендикулярно оси корпуса 21 в кольцевую полость 35, образованную кожухом 28 и внешней поверхностью сопла 30, при этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом 21, а в другом торце, охватывающем коническое сопла 30 выполнены дроссельные отверстия 29, соосные с кольцевым дроссельным отверстием 31.

Для изменения степени распыла раствора в корпусе 21 со стороны, противоположной объемному резонатору 34, предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка 36 с сальником, которое установлено на свободном конце валика 24.

Для оптимальной работы форсунки должны соблюдаться следующие соотношения ее параметров:

Отношение длины h кольцевого объемного резонатора 34 к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора 34 до среза сопла 30 лежит в оптимальном интервале величин h/b=0,7÷1,3;

Отношение внешнего диаметра dp кольцевого объемного резонатора 34 к диаметру dст внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня 32, лежит в оптимальном интервале величин d_p/d_ст=1,2÷1,9;

Отношение диаметра dc кольцевого дроссельного отверстия 31 сопла к диаметру dст внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня 32, лежит в оптимальном интервале величин d_c/d_ст=1,1÷1,7.

К кожуху 28 форсунки соосно прикреплен внешний диффузор 37, а к крепежному элементу 33 кольцевого объемного резонатора 34 с резонаторным стержнем 32 соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор 38 таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси кольцевого объемного резонатора 34.

Акустическая форсунка работает следующим образом.

Распыливающий агент, например воздух, подается по патрубку 23 в полость 27, затем через дроссельные отверстия 26 обоймы 25 в кольцевое дроссельное отверстие 31 с внешним диаметром dc, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем 32 и затем встречает на своем пути кольцевой объемный резонатор 34. В результате прохождения резонатора 34 распыливающим агентом (например воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию жидкости, подаваемой через патрубок 22 в полость 35, образованную кожухом 28 и внешней поверхностью сопла 30, откуда она попадает на дроссельные отверстия 29 в торце кожуха 28, и затем дробится под воздействием акустических колебаний воздуха на мелкие капли, в результате чего образуется факел распыленного раствора с воздухом, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности сопла 30. Опыты показали, что при давлении воздуха 100 кПа средний диаметр капель составляет 90 мкм, при увеличении давления воздуха примерно в 4 раза (до 400 кПа) средний диаметр капель уменьшается незначительно и составляет 87 мкм.

Пневматические форсунки распыляют воду с помощью сжатого воздуха, выходящего из отверстий форсунок со скоростью свыше 300 м/с.

Изобретение относится к технике кондиционирования воздуха и может быть использовано для создания комфортных условий микроклимата в производственных помещениях, в частности в качестве систем местного доувлажнения воздуха. Технический результат - повышение эффективности и надежности процесса пневматического распыления воды. Это достигается тем, что в системе доувлажнения воздуха, состоящей из пневматических форсунок, сетей трубопроводов, служащих для подачи к ним воды и сжатого воздуха и блока управления работой пневматических форсунок, форсунка выполнена акустической, содержащей корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, выполненных в виде концентрических кольцевых щелей, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, кольцо с конической поверхностью, связанное с корпусом и служащее для формирования образующегося факела распыливаемой жидкости, и распылитель, служащий для образования жидкостной пленки, перекрывающей выход из генератора, и закрепленный в корпусе посредством полого стержня со шнековым завихрителем на конце и буртиком для размещения кольцевой площадки, на которую вытекает жидкость из распылителя, а резонатор выполнен в виде по крайней мере одной сферической полости, расположенной в стенке кольца, причем сферическая полость соединена калиброванным отверстием с кольцевой щелью, образованной торцевыми плоскостями корпуса и кольца со стороны конической поверхности, а кольцо расположено с возможностью фиксированного перемещения вдоль оси корпуса посредством резьбового соединения. 3 ил.

1. Система доувлажнения воздуха, состоящая из пневматических форсунок, сетей трубопроводов, служащих для подачи к ним воды и сжатого воздуха и блока управления работой пневматических форсунок, форсунка выполнена акустической, содержащей корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, выполненных в виде концентрических кольцевых щелей, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, кольцо с конической поверхностью, связанное с корпусом, и служащее для формирования образующегося факела распыливаемой жидкости, и распылитель, служащий для образования жидкостной пленки, перекрывающей выход из генератора, и закрепленный в корпусе посредством полого стержня со шнековым завихрителем на конце и буртиком для размещения кольцевой площадки, на которую вытекает жидкость из распылителя, а резонатор выполнен в виде по крайней мере одной сферической полости, расположенной в стенке кольца, причем сферическая полость соединена калиброванным отверстием с кольцевой щелью, образованной торцевыми плоскостями корпуса и кольца со стороны конической поверхности, а кольцо расположено с возможностью фиксированного перемещения вдоль оси корпуса посредством резьбового соединения, резонатор форсунки выполнен с возможностью регулирования генерируемой частоты акустических колебаний за счет регулирования ширины кольцевой щели, образованной торцевыми плоскостями корпуса и кольца со стороны конической поверхности посредством установки между корпусом и кольцом калиброванных прокладок, толщина которых соответствует заданной частоте акустических колебаний, а резонатор форсунки выполнен в виде тороидальной полости, ось которой расположена соосно корпусу, а полость соединена по крайней мере одним калиброванным отверстием с кольцевой щелью, образованной торцевыми плоскостями корпуса и кольца со стороны конической поверхности, отличающаяся тем, что акустическая форсунка содержит корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, патрубков для подвода воздуха и жидкости, генератор акустических колебаний выполнен в виде конического сопла, соосного с корпусом и имеющего кольцевое дроссельное отверстие с внешним диаметром dc, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем диаметром dст и кольцевого объемного резонатора длиной h, образованного резонаторным стержнем и цилиндрической полостью с внешним диаметром dp в крепежном элементе, при этом полость объемного резонатора отстоит от среза сопла на расстоянии b, а патрубок для подачи воздуха расположен перпендикулярно оси корпуса и соединен с кольцевой полостью, образованной валиком и внутренней поверхностью корпуса, при этом на валике закреплена обойма с дроссельными отверстиями, соосными с кольцевым дроссельным отверстием, а также соосно закреплен резонаторный стержень, а распыляемая жидкость подается через патрубок, расположенный перпендикулярно оси корпуса в кольцевую полость, образованную кожухом и внешней поверхностью сопла, при этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом, а в другом торце, охватывающем коническое сопло выполнены дроссельные отверстия, соосные с кольцевым дроссельным отверстием, при этом со стороны, противоположной объемному резонатору предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка с сальником, которое установлено на свободном конце валика, а отношение длины h кольцевого объемного резонатора к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора до среза сопла лежит в оптимальном интервале величин h/b = 0,7÷1,3; отношение внешнего диаметра dp кольцевого объемного резонатора к диаметру dcт внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин: d_p/d_ст = 1,2÷1,9; отношение диаметра dc кольцевого дроссельного отверстия сопла к диаметру dcт внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня, лежит в оптимальном интервале величин: d_c/d_ст = 1,1÷1,7, а к кожуху форсунки соосно прикреплен внешний диффузор, а к крепежному элементу кольцевого объемного резонатора с резонаторным стержнем, соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси кольцевого объемного резонатора.