Способ распыливания жидкости и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК B05B3/02 B05B3/12 B05B1/08 B05B17/04 

2. Устройство для распыливания жидкости, содержащее корпус с насадком и воздухоподводящим каналом, приводной вал с каналом подвода жидкости и стаканом с пропилами и выходной конусной кромкой и закрепленный на насадке диск с отверстиями, размещенными с возможностью совмещения с пропилами стакана и сообщающимися с воздухоподводящим каналом, отличающееся тем, что, с целью повыщения дисперсности распыливания и равномерности распределения капель и уменьшения энергетических затрат на распыливание; оно снабжено дополнительным стаканом, охватывающим основной стакан с образованием кольцевой полости, выполненным с выходной конусной кромкой, выступающей за выходную конусную кромку основного стакана, и соединенным с последним задней торцовой стенкой с

выполненными в ней каналами, при этом диск выполнен с пропилами, расположенными с возможностью совмещения с каналами торцовой стенки, а угол конусности выходной конусной кромки основного стакана больще угла конусности выходной конусной кромки дополнительного стакана.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что пропилы диска расположены в противофазе его отверстиям, а каналы торцовой стенки - в противофаЗе пропилам основного стакана.

4.-Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что пропилы диска выполнены клинообразными.

5. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что пропилы основного стакана выполнены клинообразными.

1. Способ распыливания жидкости, заключающийся Б том, что жидкостный поток закручивают и подают в виде центральной сплошной пелены в спутный газовый поток и возбуждают в жидкостном и газовом потоках периодические нелинейные колебания, отличающийся тем, что, с целью повышения дисперсности распыливания и равномерности распределения капель и уменьшения энергетических затрат на распыливание, вокруг спутного газового потока подают дополнительную соосную жидкостную пелену, которую направляют под углом к центральной пелене до их пересечения. /J

1

Изобретение относится к технике диспергирования жидкостей в газовой среде и предназначено для использования в химических реакторах большой расходонапряженности. Изобретение может быть также использовано в системах увлажнения воздуха и для распыливания различных видов жидкого топлива в камерах сгорания теплонапряженных энергетических установок.

Известен способ распыливания, состоящий в том, что жидкость закручивают и вводят в газовую среду в виде тонкой кольцевой пелены, диспергирующейся на капли 1.

Способ прост, обеспечивая удовлетворительное распыливание, при небольших расходах жидкости,и поэтому широко используется в технике диспергирования.

Недостаток известного способа - грубое распыливание при повышенных расходах жидкости (свыше 0,25 кг/с).

Известно устройство для распыливания, содержащее корпус с тангенциальным подводящим каналом и отражателем на выходе 2.

Недостатком известного способа является грубое распыливание жидкости при больших ее расходах.

Наиболее близким к предлагаемому является способ распыливания жидкости, заключающийся в том, что жидкостной поток закручивают и подают в виде центральной сплощной пелены в спутный газовый поток и возбуждают в жидкостном и газовом потоках периодические нелинейные колебания 3J

Недостатками его являются значительные затраты энергии газового потока при распыливании, низкий КНД использования

кинематической энергии газа и жидкости при ее распыливании.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для распыливания жидкости, содержащее корпус с насадком и воздухоподводящим каналом, приводной вал с каналом подвода жидкости и стаканом с пропилами и выходной конусной кромкой и закрепленный на насадке диск с отверстиями, размещенными с возможностью совмещения с пропилами стакана и сообщающимися с воздухоподводящими каналами 4.

Недостатками известного устройства являются низкий КПД использования кинетической энергии газа и жидкости при ее распыливании, грубое распыливание при больших расходах жидкости.

Цель изобретения - повышение дисперсности распыливания, равномерности распределения капель и уменьшения энергетических затрат на распыливание.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу распыливания жидкости, заключающемуся в том, что жидкостный поток закручивают и подают в виде центральной сплощной пелены в спутный газовый поток и возбуждают в жидкостном и газовом потоках периодические нелинейные колебания, вокруг спутного газового потока подают дополнительную соосную жидкостную пелену, которую направляют под углом к центральной пелене до их пересечения.

Устройство для распыливания жидкости, содержащее корпус с насадком и воздухоподводящим каналом, приводной вал с каналом подвода жидкости р стаканом с пропилами и выходной конусной кромкой и закрепленный на насадке диск с отверстиями.

размещенными с возможностью совмещения с пропилами стакана и сообщающимися с воздухоподводящим каналом, снабжено дополнительным стаканом, охватывающим основной стакан с образованием кольцевой полости, выполненным с выходной конусной кромкой, выступающей за выходную конусную кромку основного стакана, и соединенным с последним задней торцовой стенкой с выполненными в ней каналами, при этом диск выполнен с пропилами, расположенными с возможностью совмещения с каналами торцовой стенки, а угол конусности выходной конусной кромки основного стакана больще угла конусности выходной конусной кромки дополнительного стакана.

Кроме того, пропилы диска расположены в противофазе его отверстиям, а каналы торцовой стенки - в противофазе пропилам основного стакана.

Пропилы диска и пропилы дополнительного стакана могут быть выполнены клинообразными.

На фиг. схематически изображено предлагаемое устройство для распыливания жидкости, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1 с клинообразным выполнением пропилов диска; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 1 с клинообразным выполнением пропилов дополнительного стакана.

Устройство для распыливания жидкостей содержит корпус 1 с насадком 2, установленным с возможностью осевого перемещения относительно корпуса 1, и воздухоподводящим каналом 3, приводной вал 4 с каналом 5 подвода жидкости и стаканом 6 с пропилами 7 и выходной конусной кромкой 8 и закрепленный на насадке 2 диск 9 с отверстиями 10.

Приводной вал 4 выполнен с распределителем 11 на конце и сверлениями 12 для разделения потока жидкости. Распределитель 11 сообщает внутреннюю полость 13 стакана с каналом 5 подвода жидкости.

Кроме того, устройство снабжено дополнительным стаканом 14, охватывающим основной стакан 6 с образованием кольцерой полости 15, выполненным с выходной конусной кромкой 16, выступающей за выходную конусную кромку 8 основного стакана 6, и соединенным с последним задней торцовой стенкой 17 с выполненным в ней каналами 18.

Дополнительный стакан 14 выполнен со ступицей 19, образующей с валом 4 кольцевой жидкостной коллектор 20, соединенный сверлениями 12 с каналом 5 вала 4 и имеющий радиальные сверления 21, сообщающие коллектор 20 с кольцевой полостью 15. j

Диск 9 выполнен с пропилами 22, расположенными с возможностью совмещения с каналами 18 торцовой стенки 17, а угол конусности выходной конусной кромки 8 основного стакана 6 больше угла конусности выходной конусной кромки 16 дополнительного стакана 14.

Каналы 18 выполнены чередующимися со сверлениями 21 и сообщающими воздухоподводящий канал 3 с полостью 15.

Пропилы 22 диска 9 расположены в противофазе его отверстиям 10, а каналы 18 торцовой стенки 17 - в противофазе пропилам 7 основного стакана 6.

Форма пропилов 7 основного стакана 6 и пропилов 22 диска 9 может быть различной в зависимости от необходимой формы импульса скорости воздущной струи, в частности, для получения нелинейности формы с крутым фронтом наиболее предпочтительна клинообразная форма с ориентированными друг к другу основаниями пропилов 7 и 22.

Форма отверстий 10 диска 9 и каналов 18 торцовой стенки 17 также может быть различной в зависимости от требуемой формы генерируемых ими колебаний воздушного потока.

Количество пропилов 22 и отверстий 10 диска 9 и количество каналов 18 стакана 14 и пропилов 7 стакана 6 выполнено одинаковым, что обеспечивает генерирование колебаний воздушного потока в полости 15 и канале 23 одинаковой частоты. Для наиболее эффективного распыливания жидкостных пелен, истекающих с кромок 8 и 16 стаканов 6 и 14, отверстия 10 и пропилы 22 диска 9, каналы 18 стенки 17 и пропилы 7 стакана 6 равномерно размещены по окружности, и либо отверстия 10 и пропилы 22, размещенные на диске 9 насадка 2, либо пропилы 7 стакана 6 и каналы 18 стенки 17 смещены друг относительно друга по углу на половину шага между отверстиями 10 диска 9 насадка 2.

Работа предлагаемого устройства для распыливания жидкости осуществляется согласно предлагаемому способу.

При вращении вала 4, например от электродвигателя (не показан), и подаче жидкостного потока через канал 5, он разделяется на 2 потока.

Первый, меньший по расходу жидкости поток, поступает через распределитель 11 во внутреннюю полость 13 стакана 6и растекается по его внутренней поверхности под действием центробежных сил, а затем истекает с его выходной кромки 8 в виде центральной сплошной пелены. Второй поток через сверления 12 в вале 4, коллектор 20 и сверления 21 попадает на внутреннюю поверхность стакана 14, растекается по ней под действием центробежных сил и истекает с его выходной кромки 16 в виде дополнительной соосной жидкостной пелены, которую направляют под углом к центральной пелене до их пересечения. Последнее обеспечивается взаимным расположением кромок 8 и 16 и соотнощеннем рагсходов жидкости на стаканах 14 и 6, определенных проходными сечениями сверлений 12 и 21 и каналов распределителя 11. . При подаче сжатого до избыточного давления 0,025 МПа воздуха от компрессора (не показан) в канал 3, воздух также разделяется на 2 потока. Первый поступает через кольцевой конфузорный канал 23 к кромке 16 стакана 14, отгибает истекающую с нее жидкостную пелену и распыливает ее на капли. Второй поступает через каналы 18 стенки 17 в полость 15, образованную стаканами 14 и 6, и взаимодействует с жидкостными пеленами, истекающими с выходных кромок 16 и 8 стаканов 14 и 6. При соотношениях скоростных напоров воздуха и жидкости во внутренней пелене в пределах 0,1 - 1,0 такое взаимодействие приводит к автоколебаниям внутренней, более тонкой (в случае существенно различных по толщине жидкостных пелен) или обеих пелен (при их близких толщинах с частотой 500- 3000 Гц. Частота автоколебаний зависит от -,. .„ - .. времени пребывания жидкости от момента отрыва с кромок 16 и 8 и до момента их пересечения. Автоколебания приводят к интенсивному дроблению жидкости и ее разбрызгиванию по пространству смесеобразования. При установке диска 9 с отверстиями 10 и пропилами 22 переменное проходное сечение воздушных каналов, образованных пропилами 22 и каналами 18 стенки 17,приводит к генерированию колебаний скорости воздуха в полости 15, что обеспечивает колебания истекающей с кромки 8 жидкостной пелены даже в случае, если ее автоколебания не обеспечиваются, например, если не выдержаны соотношения скоростных напоров жидкости и воздуха. Но наибольший эффект обеспечивается в случае, если частота генерируемых пропилами 22 и каналами 18 колебаний совпадает с частотой автоколебаний жидкостной пелены. При установлении такого резонанса качество распыливания и равномерность распределения капель по факелу распыливания возрастают в несколько раз. Особенно эффективно такое дробление при возбуждении колебаний воздушного потока нелинейной формы с крутым передним фронтом, градиент нарастания скорости в котором в 2,5-12 раз выше, чем у гармони ческих колебаний той же амплитуды. При выполнении пропилов 7 в стакане 14, они при вращении стакана 14, взаимодействуя с отверстиями 10 диска 9, приводят к генерированию колебаний скорости газового потока в канале 23, что повышает эффективность дробления жидкостной пелены, истекающей с кромки 16 стакана 14. Как и в случае возбуждения колебаний в полости 15, нелинейная форма колебаний повышает эффективность такого дробления. Однако наиболее благоприятным является случай возбуждения колебаний одинаковой частоты, и находящихся в противофазе друг к другу в канале 18 и полости 15. При этом кромку 16 обтекает, кроме стационарного, мощный Ef03вратно-поступательныи воздущныи поток, измельчающий жидкость в мелкие капли и образующий в зоне смесеобразования систему поступательно движущихся со скоростью воздушного потока тороидальных вихрей. - -- .-.J - --- - --- - |- ---,-. J. Это полезно при распыливании вязких реологических жидкостей, а также вязких топлив типа мазутов, у которых при обычном распыливании, частицы разорванных тонких жидкостных пелен образуют за счет сил поверхностного натяжения крупные капли. Диспергирование жидкости на капли вблизи от кромок 16 и 8 предотвращает это нежелательное явление. Образование тороидальных вихрей интенсифицирует турбулентность в зоне горения. Немаловажным обстоятельством является тот факт, что генерированные колебания воздушного потока в канале 18 и полости 15 в противофазе друг другу гасят образованные колебаниями скорости воздушного потока звуков ые колебания, что облегчает эксплуатацию устройства, уменьшает уровень щума. Таким образом, предлагаемый способ раепыливания жидкости и устройство для его осуществления обеспечивают повышение КПД использования кинематической энергии газового и жидкостного потоков при распыливании, при меньших затратах повышают дисперсность распыливания и равномерность распределения жидкости в воздухе. А-А