Центробежная форсунка Советский патент 1982 года по МПК B05B1/34 

(54) .ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ФОРСУНКА

1

Изобретение относится к химическому машиностроению, преимущественно к устройствам для распыливания жидкостей в аппаратах химической технологии.

Известна центробежная форсунка, содержащая корпус с камерой закручивания с цилиндрической н конфузорной частями, сопло « тангенциальный подвод жидкости П .

В проточных частях этой форсунки, таких, как цилиндрическая и конфузорная части камеры закручивания и сопловой канал, жшкость движется вдоль стенок в виде вращающейся пленки, а центральная часть этих элементов заполнена воздушным вихрем. В центробежной форсунке длину струн распыленной жидкости регулируют путем изменения давления впртска, что в-значительной степени отражается на параметрах дисперсности распыленнсЛ жидкости: они изменяются в широких пределах, а это крайне нежелательно с точки зрения протекания технологического процесса. Необходим какой-либо коист-

руктивный. параметр форсунки, позволяющий осуществлять регулировку длины струи распыленной жидкости без существенного изменения параметров дисперсности.

Известна также центробежная форсунка, содержащая корпус, размещенный в нем завихривающий вкладыщ с винтовыми каналами прямоугольного сечения, камеру закручивания, имеющую цилиндрический и конфузорный участки, и распылитель с центральным сопловым отверсти- ем 2.

Такая форсуика является наиболее близкой к предлагаемой по технической сушностн н достигаемому результату.

Эта форсунка ие обеспечивает равномерного заполнения реакционного пространства распыленной жидкостью и не дает необходимой дисперсности при оптимальных с точки зрения гидравлических потерь рабочих перепадах (давления (0,5 - 1,4 МПа).

Сравнительное увеличение цилиндрической части камеры закручивания приводит к неоправданному повышению гидра&лическях потерь на трение, а значительное уменьшение длины цилиндрической части камеры закручивания или полное ее удаление приводит к повышению радиальной и окружной неравномерности распределения распыленной жидкос:ти из-за несформировавшейся устойчивой крутки потока. Целью изобретения является повышение эффективности распьшивания жидкости за счет обеспечения возможности coз дания устойчивого вихря жидкой пленки в камере закручивания при минимальных гидравлических потерях на трение. Указанная цель достигается тем, что в центробежной форсунке, соде кащей корпус, размешенный в нем завихриваюший вкладыш с винтовыми каналами прямоугольного сечения, камеру закручивакия, имеющую цилиндрический и: конфузор ный участки, и распылитель с центральным сопловым отверстием, согласно изобретению выходной участок завихривающего вкладыша выполнен в виде двух сопряженнь}х полусферических углублений, а отношене длины цилиндрического участка камеры закручивания к ее диаметру составляет 0,9-1,5. Кроме того, радиус первого по ходу движения жидкости полусферического углубления составляет половину внутреннего диаметра завихриваюшего вкладыша, а радиус второго - равен половине диаметра цилиндрического участка камеры закручивания. На фиг. 1 изображен общий вид центробежной форсунки; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1 (увеличено и повернуто).. Центробежная форсунка содержит корпус с центральным каналом 2, размешен ный в корпусе 1 завихривающий вкладыш 3 с винтовыми каналами 4 прямоугольного сечения, камеру закручивания, имею щую цилиндрический 5 и конфузорный 6 участки, и распылитель 7 с центральным сопловым отверстием 8. Завихривающий вкладыш запрессован во втулку.9. Выходной участок этого вкладыша выполнен в виде двух сопряженных полусфе рических углублений (центры О и О). Отношение лины цилиндрического участка камеры закручивания к « ее д метру d к. составляет 0,9-1,5. При отношениях длины цилиндрической части камеры закручивания к ее диаметру, меньших 0,9, в очень сильной степени изменяется величина коэффициента рас хрда и ухудшается эффективность распьшивания за счет снижения центробежного эффекта пленки жидкости, что, в свою очередь, с целью сохранения качества распыливания требует увеличения перепада давления на форсунке. Последняя связь указанных элементов общего процесса приводит, к снижению как КПД распыливания, так и гидравлического КПД. При отношениях длины цилиндрической части камеры закручивания к ее диаметру больших 1,5, значительно увеличиваются габариты камеры закручивания и всей форсунки в целом и повышается металлоемкость. Радиус 1 первого по ходу движения жидкости полусферического углубления (центр 0 ) составляет половину внут- ренного диаметра cJ 5 завихриваюшего вкладыша, а радиус 2. второго (центр О,) равен половине диаметра J) цилиндрического участка камеры закручивания, т. ё. Г,-. 1 1 ( Пересечение первого углубления с завихриваюшим вкладышем образует у основания винтовых каналов 4 острые кромки 10, а пересечение второго углубления с завихриваюшим вкладышем создает в местах выхода винтовых каналов 4 косые срезы 11 и продает этим каналам на выходе форму расширяющихся сопел 12. Величина радиуса г - 3 /I. взята из условия получения острой кромки (порога срыва) у основания винтовых каналов 4 с учетом достижения наибольшего эффекта гидравлического срыва потока жидкости и уменьшения на срезе 11 порога срыва центробежного эффекта вращения япра жидкости, охватывающего в форсунках воздущный вихрь, расположенный в приосевой зоне. При отсутствии сферической полости радиуса у ипи при значениях 7 с|л /2 будет снижаться эффект гидродинамического срыва и создаваться со стороны сбегаюшего ядра жидкости радиальный напор кости на выходе из ВИНТОВБК каналов нежелательно, предлагаемой форсунке при вращающееся ядро жидкости сползает сферической поверхности и по инер проходит в осевом направлении по. срыва, Значение радиуса . |1 взято из соображений получения максимальной образующей косого среза 11, так как при значениях f - и у 7 длина образующей такого среза будет мень шей, в результате чего эффект действия косого среза 11 будет ослабленным. Образующие других профилей углублений, . параболические, позволяющие получать большие углубления и обеспечивающие сход ядра жидкости в осевом направлении, выполнять нецелесообразно: возможно повышение гидравлических потерь, образующихся при вращении ядра жидкости в рассматриваемой полости. Выполнение расширяющихся сопел осуществляется за счет пересечения винтовых каналов 4 со сферой радиусаГ2.-Р),}2 с дентром в точке пересечения торцовой поверхности завихриваюшего вкладыша со стороны камеры закручивания и проаольной осью этого вкладыша (на чертеже центр О). Центробежная форсунка работает следующим образом. Жидкость через центральный канал 2 корпуса форсунки и винтовые каналы 4 завихряюшего вкладыша поступает в камеру закручивания и далее через сопловое отверстие распылителя - в технологическую камеру (на чертеже не показана). При движении в винтовых каналах 4 завихряющего втспадыша создается закрутка жидкости, которая в камере закручивания и в сопловом отверстии распылителя движется в виде вращающейся пленки. В центральной части камеры закручивания -И соплового отверстия- распылителя образуется воздушный вихрь, который в камере закручивания охватывается ядром жидкости. Возникновение воздушного вихря в камерах закручивания форсунок внутреннего закономерного вихреобразования (центрхз- бежных, тангенциальных и винтовых) явля ется неотъемлемым атрибутом их принципа действия. Вблизи оси соплового отверстия распы лителя скорость будет возрастать, а давление будет уменьшаться, но лишь до тех пор, пока оно не станет равным давлению той среды, в которую впрыскивается жидкость, или давлению ее насыщенных паров Следовательно, в центральной части соплового отверстия распылителя распола гается газовый (воздушный) вихрь, в котором избыточное давление равно О. При прочих равных условиях, т. е. без увеличения перепада давления на форсунке, более качественному распылу - равномерному распределению жидкости, улучшению дисперсионных характеристик и увеличению дальнобойности - способствует уменьшение толщины жидкой пленки на срезе соплового отверстия распьшителя, выравнивание ее толщины по всему сечению и увеличение осевой составляющей скорости. Этого можно достичь при прочих равных условиях увеличением момента количества движения жидкости в камере закручивания и формированием устойчивой ее крутки. При движении жидкости по расширяющимся соплам винтовых каналов 4 происходит отклонение закрученной жидкой пленки от внутренней поверхности цилиндрической части камеры закручивания. KpoKie того, на острых кромках 10 прюисходит гидравлический срыв потока жидкости, что усиливает это отклонение закрученнсА пленки, а чтобы снять на срезе порога срыва действие на эту пленку центробежной силы со стороны ядра жидкости охватывающего в камере закручивания , необходима внутренняя сферическая поверхность радиуса Y , обеспечивающая сбегающее с нее в осевом направлении перемещение этого ядра. Небольшие относительные размеры (0,9-1,5) цилиндрической части камер&1 закручивания при указанных размерах У и Го обеспечивают оптимальные условия для формирования устойчивой крутки пленки в камере закручивания при сравнительно малых гидравлических потерях. В результате устойчивой крутки при минимальной -малых гидравлических потерях и прочих равных условиях повышается интенсивность крутки, уменьшается и выравнивается по всему срезу сопла толщиной пленки, увеличивается осевая составляющая скорхюти, повышается эффективность распыливаняя жидкости за счет выравнивания удельных потоков в радиальном н окружном направлениях, улучшаются дисперсионные характеристики, увеличивается дальнобойность струи распыленной жидкости и обеспечиваются удовлетворительные расходы в энергетические характеристики, что в итоге повьш1ает КПД рхаспыливания на 7,3%, а гвдравлнческий КПДна 15,2%. Формула изобретения 1. Центрюбежная форсунка, содержащая корпус, размещенный в нем завихриваюший вкладьцц с винтовыми каналами прямоугольного сечения, камеру закручи