Форсунка для распыливания жидкости в импульсном режиме Советский патент 1985 года по МПК B05B1/08 

I Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для распыливания жидкостей в пульси рзпощем режиме в химической промьшленности, в энергетике (.для распыления жидкого топлива), в сельском хозяйстве (для распыления воды в поливных установках). Известна форсунка для распыления жидкости в пульсирующем режиме, содержащая корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний, имеющим сопло для газообразного рабочего тела, резонатор и распьшитель Cl .. Недостатками известной форсунки являются конструктивная сложность и как следствие этого низкая надежность и большая трудоемкость изготовления, низкие эксплуатадионные характеристики вследствие использования сжатого газа в качестве рабоч го тела генератора акустических колебаний. Наиболее близкой к изобретению является форсунка для распыления жидкости в импульсном режиме, содержащая польй цилиндрический корпус с соплом, имеюш;им входное и выходное отверстия, и средство создания импульсного режима Е2. Недостатками известной форсунки являются конструктивная сложность, наличие привода для вращения вала, что усложняет эксплуатацию устройс ва, низкая частота пульсаций вслед ствие применения механического пул сатора, что снижает качество распы Цель изобретения - улучшение эк сплуатационных характеристик форсу ки. Указанная цель достигается тем, что в форсунке для распыления жидкости в импульсном режиме, содержа щей полый цилиндрический корпус с соплом, имеющим входное и выходное отверстия, и средство создания импульсного режима, последнее выполнено в виде установленной в корпус перпендикулярно продольной оси диа фрагмы с центральнь1м отверстием, причем отношение площади центрального отверстия диафрагмы к площади поперечного сечения полости корпус составляет 0,01-0,15, а к площади входного отверстия сопла 0,05-0,7. На фиг.1 изображена предлагаемая форсунка, общий вид; на фиг.2 1кинограмма цршиндрического корпуса форсунки на фиг.З - осциллограмма работы форсунки; на фиг.4-8 - графики, поясняющие работу форсунки. Форсунка содержит польй. щшиндрический корпус 1 с соплом 2, имеющим входное и выходное отверстия 3 и 4 и средство создания импульсного режима, вьшолненное в виде установленной в корпусе 1 перпендикулярно продольной оси диафрагмы 5 с центральным отверстием 6, причем отношение площади FJJ центрального отверстия 6 к площади F, поперечного сечения полости корпуса 1 составляет 0,01- 0,15, а к площади Fj. входного отверстия 3 сопла 2 - 0,05-0,7, т.е. Ро/Р:к 0 01-0,15, FO/RC 0,05-0,7. На фиг.1 о1д- диаметр центрального отверстия 6 диафрагмы 5, диаметр поперечного сечения полости корпуса 11 диаметр входного отверстия 3 соцла 2. Форсунка для распыления жидкости работает следующим образом. Рабочая жидкость (направление показано стрелкой) под давлением подается в корпус 1. При прохождении через отверстие 6 диафрагмы 5 скорость потока жидкости в результате резкого сужения возрастает, а давление падает. Если давление в потоке жидкости станет близким к давлению насыщенных паров жидкости при данной температуре, то начнется кавитацияi При этом в центральном отверстии 6 диафрагмы 5 будет образовываться кавитационная каверна. Из кинограммы цилиндрического корпуса форсунки, выполненного из оргстекла с кавитационной полостью, образующейся в центральном отверстии диафрагмы 5 (фиг.2) видно,что кавитационная полость возникает на входе в центральное отверстие 6 диафрагмы 5 и имеет вид кольца, занимающего всю поверхность отверстия. Анализ результатов визуального исследования этого процесса со скоростной киносъемкой показывает, что образовавшаяся кольцевая каверна отрьшается и относится вниз по потоку, а на месте ее образуется новая каверна. Оторвавшиеся кольцевые каверны уносятся потоком жидкости и захлопываются в зоне повьш1енного давления в цилиндрической части корпуса 1, вызывая колебания давления жидкости перед соплом 2 (фиг.2). Колебания давления в корпусе приводят к истечению пульсирзтощего потока жидкости через входное отверстие 3 сопла 2. Для возникновения в отверстии диафрагмы 5 критической скорости жид кости, при которой в потоке давление становится примерно равным давлению насьпценных паров жидкости и образуется каверна, необходимо, чтобы площадь цилиндрического отверстия 6 диафрагмы 5 FU была существенно меньщ площади поперечного сечения цилиндрической части корпуса 1 форсунки FK. Оптимальным значением отношения пл:ощадей m является значение ,01-0,15. При m-70,15 скорость потока жидкости в отверстии диафрагмы не достигает критического значения (нет кавитации), а при ,01 резко уменьшается амплитуда колебаний давления жидкости в цилиндрическом корпусе 1 форсунки из-за резкого уменьшения объема образующихся каверн. На фиг.4 приведена зависимость отношения амплитуды колебаний давления жидкости в корпусе за диафрагмой 5 АР к установившемуся значению давления на входе в форсунку Р от параметра wi . Как видно из фиг.4, максимальное значение амплитуды колебаний наблюдается при т% У, 0,05. Из зависимости частоты колебаний от параметра m (фиг.5) видно, что с увеличением m частота коле баний плавно уменьшается. Кроме того, на процесс возникновения кавитации в цилиндрическом отверстии 6 диафрагмы 5, частоту отры- ва каверн и амплитуду колебаний давления, вызванных захлопьшанием этих каверн, существенно влияет отношение площади отверстия 6 диафрагмы 5 FQ к площади входного отверстия 3 сопла 2 FT На фиг.6 и 7 представлены соответственно зависимость частоты f и отношения от отношения -2- . РF С увеличением отношения - частотета колебаний резко возрастает практически по линейному закону, а зависимость амплитуды колебаний от отношения fg I FC имеет нелинейньй характер . Оптимальное отношение площадей Р,/(находится в диапазоне 0,05-0,7. При 0,05 Ри|Рр70,7 резко уменьшается амплитуда колебаний давления жидкости перед соплом 2. Технические преимущества изобретения в сравнении с известным устройством заключаются в упрощении конструкции форсунки за счет отсутствия привода на вращение механического пульсатора, а следовательно, в упрощении эксплуатации устройства. Как известно, с ростом частоты пульсаций жидкости размер капель уменьшается. На фиг.8 приведена зависимость диаметра капли d от частоты вращения механического пульсатора. Трехкратное увеличение числа оборотов (частоты) механического пульсатора зменьщает размер капель в 4-5 раз. Предлагаемая форсунка позволяет получить пульсации жидкости с частотой в 20 и более раз вьш1е, чем в известной форсунке с крутым фронтом нарастания амплитуды давления. Известно, что распад капель вызьшается волнами, которые имеют наиболее быстро нарастающую по времени амплитуду. Таким образом, предлагаемая форсунка за счет увеличения частоты пульсаций жидкости и крутого фронта нарастания амплитуды давления позволит ползтаить положительный эффект, заключающийся в уменьшении размеров капель жидкости в 26-30 раз, что существенно улучшит качество распьиа.

Фиг.З

ФОРСУНКА ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ИМПУЛЬСНОМ РЕЖИМЕ, содержащая полый цилиндрический корпус с соплом, имеющим входное и выходное отверстия, и средство создания импульсного режима, отличающаяся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, средство создания импульсного режима вьтолнено в .влде установленной в корпусе перпендикулярно продольной оси диафрагмы с центральным отверстием, причем отношение площади центрального отверстия диафрагмы к площади поперечного сечения полости корпуса составляет 0,01-0,15, а к площади входного отверстия сопла 0,05-0,7. 00 со

0,02 O,0 0,06 0,ОВ 0,1 nt фиг..

800

0,02 0,Otf 0.06 0,08 0,1 т

Фт.6

0.2 O,ft 0,6 Fff фиг б

Cfl

г/л-:

MM

2,0

0,5

0 200 too 600 BOO of/HUH

Фиг.в