Пневмоакустическая форсунка для растворов Советский патент 1987 года по МПК B05B17/04 

Изобретение относится к технике распыления растворов и суспензий и может быть использовано в химической, пищевой и микробиологической и других отраслях промышленности для распыления жидкости в камерах распылительных сушилок,

Цель изобретения - повьш1ение надежности регулирования угла раскрытия факела распыленной жидкости.

На чертеже изображена конструкция пневмоакустической форсунки для растворов.

Форсунка содержит корпус 1 с боковым патрубком 2 для подвода газовоздушного агента, установленный в корпусе 1 с образованием кольцевой полости 3 центральный патрубок 4 для подачи раствора с цилиндрическим жидкостным соплом 5, размещенную в кольцевой полости 3 корпуса 1 газораспределительную шайбу 6, резонатор в виде кольцевой проточки 7 и газовоздушное сопло 8 с внутренней полостью, выполненной в виде цилиндра 9, сопряженного с усеченным конусом 10, обращенным большим основанием к газораспределительной шайбе 6. Кольцевая проточка 7 выполнена на наружной поверхности газовоздушного сопла 8 со стороны выходного торца. Газораспределительная шайба 6 выполнена в виде втулки, на наружной поверхности которой расположены спиральные каналы в виде многозаходной резьбы. Снаружи корпуса 1 и газовоздушного сопла 8 установлен подвижно в осевом направлении цилиндрический насадок 11, положение которого относительно сопла 8 и корпуса может быть зафиксировано контргайкой 12, что позволяет изменять размеры резонатора.

Выходная кромка газовоздушного сопла 8 выполнена с радиусным закруглением.

Отношение внутреннего диаметра d g ц цилиндра 9 сопла 8 к d с большег основания его усеченного конуса выбрано равным от 0,5 до 0,7, отношение диаметра d, жидкостного сопла 5 к внутреннему диаметру d цилиндра 9 сопла 8 выбрано меньшим 0,5, а отношение длины 1р резонатора к его наружному диаметру d р - не большим 0,3, т.е.

IP

n S-n 7- --- 0 S- -- 0 3 j u,j

8.Ц

13516912

Отношения радиуса R выходной кромки цилиндра 9 сопла 8, наружного диаметра d (I д его- выходного торца и диаметра dp резонатора к внутреннему диаметру цилиндра 9 сопла 8 выбраны равными от 0,2 до 0,25, от 1,4 до 1,5 и от 1,4 до 3 соответственно, т.е.

R

6Д

0,2-0,25; f 1,4-1,5;

5.1.

15

dp . , о - 1,4-3.

В.и,

0

0

0

5

0

5

Пневмоакустическая форсунка работает следующим образом.

Газовоздушный распыливающий агент, например сжатый воздух, под избыточным давлением 200-300 кПа через бо- - ковой патрубок 2 и кольцевую полость 3 корпуса 1 подводится к газораспределительной шайбе 6, которая своими 5 спиральными каналами преобразует поступательное движение воздуха во вращательное. Под действием центробежной силы воздушный поток прижимается к периферийной поверхности сопла 8, совершая одновременно поступательное движение к выходу из сопла 8 и вращательное движение вокруг оси. По оси сопла 8 образуется зона разрежения, в которую устремляется воздух из окружающей среды, создавая в центральной зоне сопла 8 циркуляционное течение, состоящее из сбалансированных по расходу спутных и встречных потоков,входящих в сопло 8 и выходящих из него. Граница между основным воздушным потоком, движущимся у стенки сопла 8, и циркуляционным течением, занимающим его центральную зону, зависит тольк о от геометрических размеров элементов форсунки.,

При взаимодействии основного воздушного потока, движущегося у стенок сопла 8, с центральным циркуляционным течением, подсасываемым из окружающей среды, на выходе из сопла 8 генерируются акустические колебания, усиливаемые резонатором, образованным цилиндрическим насадком 11 и кольцевой проточкой 7.

Одновременно по центральному патрубку 4 к жидкостному соплу 5 подается распыливаемая жидкость. Под воздействием основного воздушного потока струя жидкости растягивается в

пленку, подсасываясь к выходной кромке сопла 8, выполненной по радиусу, где за счет комбинированного воздействия воздушного потока и акустической энергии дробится на капли с образованием факела.

Акустические колебания на выходе из сопла 8 генерируются только при наличии развитого обратного течения, возникающего за счет разрежения, создаваемого основным воздушным потоком

Развитой обратный ток в воздушном сопле форсунок возникает, когда отношение -7/ 0,5. В свою очередь, жидкостное сопло 5 не оказывает влияния на аэродинамику газа воздушного сопла 8, а следовательно, на генерацию колебаний, если его диаметр меньше 0,5 диаметра цилиндрической части сопла 8. При d., /d 0,5 обратный ток уничтожается, генерация колебаний исчезает и форсунка превращается в обычную вихревую пневматическую.

Выполнение выходной кромки цилиндра 9 радиусом R (0,2-0,25)-dgц позволяет потоку под воздействием обратного течения, плавно обтекая кромки, прижиматься к торцу сопла 8. Такая аэродинамика обусловлена тем, что выполнение выходного участка сопла 8 По радиусу плавно увеличивает площадь истечения основного потока. В результате уменьшается величина средней осевой составляющей скорости потока, что ведет к увеличению угла крутки на выходе из сопла 8. Большее значение радиуса относится к меньшему диаметру цилиндрической части сопла 8, имеющему большую осевую составляющкю скорости, меньшее - к большему значению диаметра цилиндрической части сопла 8. Увеличение радиуса R выходной кромки выше указанного диапазона, хотя и обеспечивает хорошее раскрытие факела, нецелесообразно, так как при этом увеличивается площадь контакта газожидкостной фазы с поверхностью сопла 8, что приводит к падению ее скорости и ухудшает дисперсность распыла. Вследствие этого и наружный диаметр выходного торца цилиндра 9 сопла 8 нецелесообразно выполнять большим (1,4-1,-5)dj . С увеличением этого отношения растет поверхность контакта газожидкостной фазы с соплом 8, что ведет к ухудшению качеств а распыления

0

5

0

5

Регулировка факела распыленной жидкости осуществляется путем перемещения насадка 11 вдоль оси форсунки. Положение насадка 11 фиксируется контргайкой 12, Перемещение насадка 11 позволяет в широком диапазоне регулировать угол раскрытия факела распыленной жидкости. Когда торец насадка 11 находится на уровне торца газовоздушного сопла 8, факел полностью раскрыт (угол раскрытия 180°). В этом случае газожидкостная смесь, обте.кая выходные кромки цилиндра 9 сопла В, изменяет свое направление на 96 и распыляется. Под действием обратного тока факел прижимается к торцовьм кромкам насадка 11. Полость, образованная проточкой 7 на наружной поверхности сопла 8 и цилиндрическим насадком 11, усиливает основные колебания, генерируемые на. выходе fi3 сопла 8, а кроме того, уменьшает поверхность контакта факела с поверхностью форсунки, что позволяет повысить качество распьшения. При выдвижении насадка 11 уменьшается зона подсоса воздуха к соплу 8 из окружающей среды, в результате чего уменьшается угол факела распыленной жидкости и при I p/dр 0,3 он составляет порядка 60 (1 р - длина насадка; d - диаметр насадка). Дисперс ность распьша при этом не изменяется. Это обусловлено тем, что при вьщвиже- нии насадка 11 в указанном диапазоне некоторое количество жидкости попадает на его внутреннюю поверхность и распыляется в нее. Распыление жидкости с поверхности насадка 11 должно ухудшить качество распыления. Однако при перемещении насадка 11 изменяется объем резонатора, что ведет к изменению параметров акустического поля, и если изменение частоты колебаний незначительно (уменьшение в пределах 0,2-0,5 кГц) и обусловлено потерей скорости потока при трении его о внутренние стенки насадка 11, то интенсивность колебаний увеличивается значительно от 143 до 150 дБ, т.е. почти в 1,5 раза. Таким образом, ухудшение качества распыления за счет вьщвижения насадка 11 компенсируется увеличением интенсивности ко- 5 лебаний. Выдвижение насадка 11 вьш1е отношения 1p/dр 0,3 нецелесообразно, так- как угол факела распыленной жидкости при этом изменяется незначи0

5

0

0

ухудшается. Начинает уменьшаться и интенсивность колебаний, что обусловлено потерей энергии газожидкостного потока в результате его трения о внутреннюю поверхность насадка 11.

Аналогичное влияние на генерацию колебаний и регулировку габаритов факела оказывает отношение . Оптимальное значение этого отношения находится в диапазоне d /d. 1,4-3. Нижний предел этого отношения соответствует случаю, когда внутренний диаметр насадка 11 равен наружному диаметру выходного торца цилиндра 9 сопла 8, т.е. d , (1 ,4-1 ,5)d „ „. С

и, ц ., вд

увеличением этого отношения увеличивается поверхность факела, на котору воздух, подсасываемый в обратный ток оказывает давление. Так как количество воздуха, подсасываемого в сопло 8 при неизменных геометрических и технологических параметрах форсунки постоянно и не зависит от размеров насадка 11, то с увеличением диаметра последнего уменьшается давление на факел. Таким образом, существует критическое значение этого отношения, при котором факел еш;е будет прилсат к торцойым кромкам насадка 11. Сверх этого отношения факел, особенно при малых значениях отношения Ip/dp, не будет, прижиматься к кромкам насадка 11 и регулировка габаритов факела распыленной жидкости будет невозможн

При отсутствии скругления выходной кромки цилиндра 9 сопла 8 факел распыленной жидкости регулируется только до избыточного давления 100 КПа. С увеличением давления воздуха выше 100 кПа факел срывается с кромок насадка 11 и не регулируется., С увеличением радиуса R скругления выходной кромки цилиндра 9 сопла 8 критическое давление, при котором происходит срыв факела с кромок насадка 11, растет и при R(0,2-0,25) xdg факел устойчиво раскрыт и хорошо регулируется перемещением насадка 11 при избыточном давлении воздуха вплоть до 600 кПа и вьш1е. Увеличение радиуса выше оптимального значения нецелесообразно, так как при этом ухудшается дисперсность распьша.

Отношение оказывает су- ш,ественное влияние на аэродинамику С увеличением отношения

сопла. d,../d.

растет площадь периферий-ной

10

51691 .

зоны, что ведет к уменьшению величины средней абсолютной скорости на выходе из сопла и облегчает регулировку габаритов факела. Оптимальное значение находится в диапазоне 0,5-0,7. При избыточном давлении 200-300 кПа в этом диапазоне абсолютная скорость воздушного потока на выходе из сопла имеет величину порядка 140-190 м/с. При этом интенсивность акустических колебаний составляет 145-150 дБ. Дальнейшее увеличение отношения dg /dк нецелесообразно, так как это ведет к значительному уменьшению скорости на выходе из сопла 8, что ухудшает качество распыления .

Отношение ,, оказывает влия- о. и,

ние на аэродинамику, если оно больше 0,5. При этом уничтожается циркуляционное течение внутри сопла,,в значительной степени гасится крутка, увеличивается осевая составляющая ско- 21- рости и факел распыленной жидкости при всех остальных оптимальных соотношениях не регулируется.

Отношение влияет на качество распыления, особенно при

15

20

30

35

40

50

Ip/dp 0. В этом случае факел, обтекая-скругленные кромки цилиндра 9, прижимается к торцовой поверхности сопла 8 и насадка 11,

Отношение d„/d„ оказывает влияг D. Ц

ние на регулировку габаритов факела. Нижний предел этого отношения имеет величину 1,4, т.е. внутренний диаметр цилиндрического насадка 11 равен наружному диаметру торцового участка цилиндра 9 сопла 8. С увеличением этого отношения повьш1ается плавность регулирования угла раскрытия факела распыленной жидкости, однако при этом уменьшается давление на факел потока воздуха, подсасываемого в соп ,ло 8, и при определенном (критическом) значении отношения d p/d факел не прижимается к кромкам насадка 11 и его регулировка становится невозможной. Выполнение на наружной поверхности газовоздушного сопла 8 со стороны выходного торца кольцевой проточки 7 позволяет с увеличением отношения d p./d g уменьшить поверхность контакта газожидкостной фазы с поЬ5 верхностью сопла 8 и таким образом повысить, качество распыления. Кроме того., газожидкостньтй поток создает в кольцевой проточке 7 разрежение (при

1351 Ip/d 0), что облегчает его прижимание к торцовой поверхности насадка 1 1 . ,

Отношение Ip/dp оказывает влияние на угол раскрытия факела распыленной жидкости и дисперсность распыпа. При 1p/d р О факел полностью раскрыт (угол 180°). При выдвижении насадка

11 угол раскрытия уменьшается и при 0,3 составляет 60 . Изменения дисперсности распыла в этом диапазоне изменения lp/d,p не наблюдается.

Формула изобретения

Пневмоакустическая форсунка для растворов, содержащая корпус с боковым патрубком для подвода газовоздушного распыливающего агента, ус- тановленный в корпусе с образованием кольцевой полости центральный патрубок для подачи раствора с цилиндрическим жидкостным соплом, размещенную в кольцевой полости корпуса газррас- пределительную шайбу, резонатор в виде кольцевой проточки и газовоздушное сопло с внутренней поверхностью.

8

0

5

o Ь

выполненной в виде цилиндра, сопряженного с усеченным конусом, обращенным большим основанием к газораспределительной шайбе, отличаю- щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности регулирования угла раскрытия факела распыленной жидкости, выходная кромка газовоздушного сопла выполнена с радиусным закруглением, при этом отношение внутреннего диаметра цилиндра газовоздушного сопла к диаметру большего основания его усеченного конуса выбрано равным от 0,5 до 0,7, отношение диаметра жидкостного сопла к внутреннему диаметру цилиндра газовоздушного сопла выбрано меньшим 0,5, отношение длины резонатора к его наружному диаметру - не большим 0,3, а отношения радиуса выходной кромки цилиндра газовоздушного сопла, наружного диаметра его выходного торца и диаметра резонатора к внутреннему диаметру цилиндра газовоздушного соп- .ла выбраны равными от 0,2 до 0,25, QT 1,4 до 1,5 и от 1,4 до 3 соответственно.

Редактор А.Огар

Составитель А.Чал-Борю Техред Л.Сердюкова

Заказ 5521/9 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и .открытий 1J3035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,. д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Н.Король

Изобретение относится к технике распыления растворов и суспензий и может быть использовано в различных отраслях промьшшенности. Цель - повышение надежности регулирования угла раскрытия факела распыленной жидкос ти. Для этого в пневмоакустической форсунке для растворов выходная кромка газовоздушного сопла выполнена с радиусным закруглением, а отношение внутреннего диаметра цилиндра.газовоздушного сопла к диаметру большего основания его усеченного конуса выбрано равн ым от 0,5 до 0,7. Кроме того, отношение диаметра жидкостнопо сопла к внутреннему диаметру цилиндра газовоздушного сопла выбрано меньшим 0,5, а отношение .длины резонатора, к его наружному диаметру - не большим 0,3. Отношения радиуса выходной кромки цилиндра газовоздушного сопла, наружного диаметра его выходного торца и диаметра резонатора к внутреннему диаметру цилиндра газовоздушного сопла выбраны равными от 0,2 до 0,25, от 1,4 до 1,5 и от 1,4 до 3 соответственно. В форсунке создается по ее оси обратное течение воздуха, подсасываемого в газовоздушное сопло из окружающей среды. В результате взаимодействия этого течения с основным всйдушным потоком, вводимым в форсунку через боковой патрубок, расположенный на ее корпусе, на выходе из сопла генерируются акусти ческие колебания. 1 ил. сл со сл О5 со