Пневматическая форсунка с индукционной электризацией капель Советский патент 1983 года по МПК B05B5/02 

Ю

0

со

СП Изобретение относится к электронл но-ионной технологии, конкретнее к пневматическим форсункам для получения электрически заряжённых частиц жидкости в газовой среде и может при меняться в медицине в системах кондиционирования воздуха бароопераци рнных камер, в химической промышленности в системах очистки промыишен-: ных газов и воздуха от взвешенных жидких частиц при улавливании в элек тростатическом поле, для осаждения распыливаемых жидких веиеств на различные поверхности, для нейтрализации электростатических зарядов, например в авиации. Известна форсунка с индукционной электризацией капель жидкости, содержащая корпус, выполненный из электроизоляционного материала, с каналами для подачи жидкости и ежатого воздуха, центральный цилиндрический индуцирующийэлектрод, установленные в нижней части индуцирующего электрода съемные втулки для ре гулирования сечения воздушного канала, и съемный наконечник с резьбой для регулирования расходе распыляемой жидкости 11Недостатком этого устройства является невысокая эффективность заряд ки капель, так как значительная част частиц распыляемой жидкости имеет электрический заряд, противоположный по знаку основному заряду, что снижа ет эффективность зарядки. Кроме того подводимое к индуцирующему электроду напряжение составляет 600-1200 В (от носительно высокий потенциал электро да) , что ограничивает возможность ис пользования известной форсунки,напри мер, в медицине, в барокамерах в условиях повышенного давления кислорода. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности к достигаемому результату является пневматйчес кая форсунка с индукционной электриза111ией капель, содержащая корпус р . конфузорным участком и каналами подачи жидкости и воздуха, сопло в виде диффузора/ центральный индуцирую адий электрод и контакт, заземления t2) Недостатком известного устройства является то, что в нем для осущест- . вления процесса электризации требуется подвод к индуци руюцему центральному электроду высокого потенциала порядка 1-10 кВ, что обуславливает необходимость применения дорогостоящих и сложных в изготовлении источни ков высокого наШряжения и повышает энергоемкость устройства. В этом устройстве факел заряженных частиц также не изолирован от поверхности насадки, имеющей противоположный знак, что приводит к непроизводительным энергозатратам. Цель изобретения - снижение энергозатрат процесса индукционной электризации жидкости. Для достижения этой цели пневматическая форсунка с индукционной электризацией капель, содержащая корпус с конфузорным участком и каналами подачи жидкости и воздуха, сопло в виде диффузора, центральный индуцирующий электрод и контакт ваземления, Снабжена охватывающей центральный индуцирующий электрод с , кольцевым зазором для прохода жидкости вставкой с конусным наконечником, размещенным в конфузорном участке корпуса с образованием конической кольцевой сужающейся щели, сообщенной с каналом подачи воздуха, причем сопло выполнено из электропроводного материала, соединено с контактом заземления и охватывает центрс1льный индуцирующий электрод, .- а зхоц сопла расположен в одной плоскости с выходом конфуаорного участка корпуса и концом конусного наконечника. Кроме того, угол наклона оси симметрии конической кольцевой щели к оси Форсунки 30-50°, а угол конусности диффузора - IZ-IS. На фиг.1 изобрс1жена пневматическая форсунка с индукционной электризацией жидкости, общий вид, поперечный разрез; на фяг,2 - схема механизма индукционной зарядки капель жидкости. Пневматическая форсунка с индукционной электризацией жидкости содержит корпус 1 из электроизоляционного материала, например фторопласта, с конфузорным участком и каналами 2 и 3 подачи соответственно жидкости и воздуха, сопло 4 в виде диффузора и центральный индуцирующий электрод 5 из нержавеющей стали, подсоединенный посред- твом электроконтакта б к источнику напряжения (не показан). На индуцирующем электроде 5 вЪаполнены i продольные шлицевые паузы для равномерной подачи жидкости. Форсунка снабжена вставкой 7 с конусным наконечником 8, выполненной из электроизоляционного материала, например фторопласта, и соединенной с- корпусом 1 с помощью резьбового соединения. Вставка 7 охватывает центральный индуцирующий электрод 5 с кольцевым зазором 9 для прохода жидкости. Конусный наконечник 8 размещен JB конфузорном участке корпуса с образованием конической кольцевой сужающейся коели сообщенной с каналом 3 подачи воздуха через распределитель 10 воздуха или газа, выполненный в виде решетки из оргстекла с круглыми отверстиями, служащей для вьфавнивания скорости воздуха по ce-i чению канала. Сопло 4 выполнено из электропроводного материала, например нержавеюией стали, и соединенЬ, с контактом 11 заземления. Сопло 4 охватывает центральный индуцирующий электрод 5. Вход сопла 4 расположен в одной плоскости с выходом конфуiSOpHoro участка корпуса и концом |Конусн6го наконечника 8. Угол наклона оси симметрии конической кольцевой щели к .оси форсунки выбран 30-50°, а угол конусности диффузора - 12-18°. Для подачи жидкости и воздуха в форсунку предусмот рены соответственно штуцеры 12 и 13. Форсунка работает еледукяцим образом. К индуцирующему электроду 5 подводится через электроконтакт 6 посто янное напряжение от источника питания типа ИЭПП-1, а через электроконтакт 11 сопло 4 заземляется. &аспыливаемая жидкость (вода) под давлением поступает в мтуцер 12 пода чи жидкости и оттуда в канал 2 подач жидкости, обтекает центральный индуцирующий электрод 5 и поступает в пе режимное сеченне конфузорно-диффузор ного канала,Образованного конфузорным участком корпуса 1 и соплом 4. В это же сечение осуществляют подачу сжатого вс здуха через штуцер 13 и коническую кольцевую щель. Сжатый ;воздух, проходя через сужающуюся крническую кольцевую щель, пережимное .сечение конфузорно-диффузорного кана ла и далее через сопло 4, создает разрежение в пережимном сечении и подсасывает туда жидкость. Скорость воздуха в выходном сечении крническо го кольцевого канала 10 регулируется перемещением корпуса 1 относительно вставки 7. Стекаиощая тонкой кольцевой пленкой по ueHTpaJfbHOMy индуцирующему электроду 5 в пережимное сечение кон фуэорно-диффузорного канала жидкость испытывает воздействие струи воздуха входящего в это же сечение с большой скоростью до 340 м/с под углом 30-50 к направлению движения пленки жидкос Тй. . , - ; , . - Воздух дробит пленку на струи в пережимном сечении и, отражаясь под углом, равным углу пещёния струи воз духа на пленку жидкости, стекающую - по поверхности центрального инд/циру кчче.го электрода 5, захватывает струи жидкости и вытягивает их в нити под углом отражения вслед за отраженным потоком воздуха в направлении конической поверхности заземленвсго сопла 4. , Однако коснуться конической поверхности сопла 4 нити жидкости не могут, так как вдоль поверхности сопла 4 течет пограничный слой газа с высокой скоростью. Фактический зазор между нитямк жидкости и конической поверхностью сопла 4 имеет величину порядка 1-10 мкм, поэтому малая величина потенциала между электродами 20-30 В оказывается достаточной, чтобы обеспечить высокую напряженность электрического поля в зазоре между концом еще не оторвавшейся от пб верхности центрального электрода водяной нити и конической поверхностью заземленного сопла 4 и произвести индукционную электризацию капель жидкости. Кроме тогчэ, пограничный-слой воздуха, текущий вдоль конической поверхности сопла, ограничивает ,в Сопле факел заряженных частиц жидкости .и препятствует их осаждению на конической поверхности сопла 4. Выполнение угла наклона оси. симметрии конической кольцевой щели к. оси форсунки в пределах 30-50° и угла конусности диффузора сопла 1218 является оптимальными с точки. зрения обеспечения условий эффективной индукционной зарядки капель жидкости в форсунке. При выполнении этих углов, менее указанных величин, нарушаются условия отражения воздушного потока от поверхности центрешьного индуцирующего электрода за пережимным сечением, меняются условия дробления жидкостной пленки на струи, что влечет за собой увеличе-ние зазора между струей жидкости и поверхностью сопла 4. Это ведет к снижению напряженности электрического поля я к снижению эффективности индукционной. зарядки. Превышение указанных величин углов способствует созданию таких гидрода намических условий дробления пленку жидкости на струи, при KOTOJXJX образовавшиеся после распада струй заряженные капли жидкости прорываются через пограничный слой воздуха, текущий вдоль конической поверхности сопла 4, и разряжаются, что также ухудшает условия индукционной зарядки. Сопло 4 охватывает центральный индуцирующий электрод 5, что обеспечивает при выполнении длины диффузора, равной 1,5-2,5 диаметра центральКого электрода 5, эффективную индукционную зарядку капель жидкости, движущихся вдоль центрального электрода к выходу сопла 4, в диапазоне производительностей форсунки 15-250 кг/ч по распиливаемой жидкости. В предлагаемой пневматической форсунке с индукционной.электризацией капель распыливаемой жидкости достиг нута возможность снижения напряжения, подаваемого на центральный ийдуцирующий элект1род, до 20 В (в известном распылителе 1000 В), что позволяет . расширить область применения форсунки в различных технологических процессах с йрименением электронно-ионной технологии и использовать более ,

дешевые и простые в работе источники напряжения (например, блок аккуглуляторных батарей).

Предлагаемая форсунка испытана при распыливании воды. Диаметр цилиндрического центрального электрода составляет 12, 10, б мм. Диаметр пережимного сечения конфузорно-диффузорного канала составляет 14, 12, 10 мм. Длина зиффузорной части сопла составляет от 1,5 до 2,5 диаметров индуцирующего электрода 30, 25, 15 мм УГОЛ наклона оси симметрии конического кольцевого канала для Пррхода газа составляет 20, 30, 10, 50,60 Угол конусности диффузора сопла составляет б, 10, 12, 18,24. Сечение канала 3 подачи газа выполнено размером -неболее, чем в 2-2,5 раза превы1иающим разгар конической кольцевой щели на выходе, т.е. соответственно 4 и 22 мм

или 3 и 1,5 мм. Испытания форсунки проводят в следующих интервалах изменения режимных параметров: расход воды 15-250 кг/ч, расход врздуха, 100-180 , давление распыляющего воздуха 0,2-0,6 МПа, напряжение на центральном индуцирующем электроде 5 20-600 В, мощность, затрачиваемая на процесс индукционной электрйзсщии ,2-10-3-14 10-3вт, средний диаметр капель при распыливании форсункой 63,7 мкм.

Результаты испытаний показывают, что пр едлагаемая форсунка с индукци)рнной электризацией жидкости по сравнению с известными обеспечивает большую до 250 кг/ч производительность по распыливаемой жидкости при высокой .дисперсности заряженных капель жидкости и низком потенцигше. на индуциругацем электроде (20 BJ.

yf

/

1. ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА С индакционной ЭЛЕКТРИЗАТЩЕЙ КАПЕЛЬ, содержащая корпус с конфузорным участком и каналами подачи жидкости й воздуха, сопло в виде диффузора. центральный индуцирукшшй электрод и контакт заземления, отличающ a я с я тем, что, с целью снижения .энергозатрат процесса индукционной электризации жидкости, ока снабжена охватывающей центральный индуцирующий электрод с кольцевым зазором для прохода жидкости вставкой с койусным наконечником, размещенным в конфузорном участке корпуса, с образованием конической кольцевой сужакнцепся щели, сообщенной с каналом подачи воздуха, причем сопло выполнено из электропроводного материала, соединено, с контактом заземления и охватывает центральный индуцирующий электрод,, a вход сопла расположен в одной § плоскости с выходом конфузорного участка корпуса и концом конусного наконечника. 2. Форсунка ПОП.1, отлича ю щ a я с я тем, что угол наклона оси симметрии конической кольцевой щели к оси форсунки 30-50, a угол конусности диффузора - 12-18®,