Устройство для диспергирования жидкости

 

Изобретение относится к жидкостным распылительным устройствам эжекционного типа и может быть использовано, например, в энергетике при декарбонизации воды, сжигании жидкого топлива, в водоснабжении при удалении двухвалентного железа из подземных вод, при окислении бытовых сточных и близких к ним по составу вод, в кондиционировании при насыщении влагой обрабатываемого воздуха. Технический результат: повышение эффективности распыла за счет получения тонкодиспергированного максимально насыщенного газом объема всей эжектирующей жидкости. Это достигается тем, что устройство для диспергирования жидкости, содержащее конфузор, сопло и закрепленную на его наружной части насадку, образующую своей внутренней поверхностью и наружной поверхностью сопла вакуумную камеру, дополнительно снабжено профилированными кольцами нарастающего диаметра и кавитационным стержнем, расположенным по оси сопла с возможностью регулирования в продольном направлении. Кавитационный стержень выполнен с торцевой площадкой размером 0,1 - 0,35 внутреннего диаметра сопла, которая установлена на внутренней плоскости выходного сечения сопла против потока жидкости по его оси. По краю сопла и по краю насадки выполнены проточки с острой под углом 25 - 40° и пологой составляющими, которые своими гранями образуют вакуумные кольцевые зоны. Профилированные кольца нарастающего диаметра расположены по ходу потока жидкости, образуя увеличивающиеся камеры, исключающие проявление противодавления при возрастании объема жидкостно-газовой фазы и увеличивающие коэффициент эжектрируемого внутрь устройства газа. 1 ил.

Изобретение относится к жидкостным распылительным устройствам эжекционного типа, где эжектирующей средой является жидкость, эжектируемой средой - газ, и может быть использовано, например, в энергетике при декарбонизации воды, сжигании жидкого топлива, в водоснабжении при удалении двухвалентного железа из подземных вод, при окислении бытовых сточных и близких к ним по составу вод, в кондиционировании при насыщении влагой обрабатываемого воздуха.

Известны жидкостно-газовые эжекторы - Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты, Изд.2-е, М.: Энергия, 1970, где рабочей (эжектирующей) средой служит жидкость, подаваемая под давлением к суживающемуся соплу, на выходе из которого она приобретает большую скорость. При вытекании из сопла в приемную камеру, струя жидкости увлекает с собой поступающий через патрубок приемной камеры или кольцевые окна газ или паровоздушные смеси. Широкий спектр таких устройств представлен рядом водовоздушных эжекторов, работающих в различных отраслях техники, например в энергетике, как воздухоотсасывающие устройства конденсационных установок, в схемах вакуумной деаэрации воды, для создания вакуума в емкостях и т.д. Из вышеуказанного источника с.74 известен способ количественной регулировки газоструйных аппаратов, заключающийся в уменьшении критического сечения сопла путем введения в него конического стрежня - иглы. В жидкостно-газовых аппаратах способ количественного регулирования по типу изменения площади критического сечения сопла путем ввода в сечение конических стрежней не выявлен.

Известно устройство для увлажнения воздуха авторское свидетельство СССР N 387191, кл. F 24 F 3/14, 1973, - это водовоздушный эжектор, представляющий собой ряд последовательно установленных по ходу движения водяной струи конфузоров, имеющих на конце прямолинейные участки, причем поперечное сечение каждого последующего по ходу движения конфузора больше поперечного сечения предыдущего. Эжектирующая внутри конфузоров водяная струя через кольцевые окна между конфузорами насыщается поступающим воздухом, при этом получается диспергированная воздухо-водяная смесь.

Известна распылительная головка - авторские свидетельство СССР N 902839, кл. B 05 B 1/00, 1982, содержащая конусное сопло и закрепленную на его выходном конце насадку с увеличивающимся по ходу движения жидкости диаметром. Насадка выполнена ступенчатой в виде ряда цилиндров так, что стенки ступеней цилиндров образовывают кольцевые камеры. Распылительная головка работает по принципу жидкостно-газового эжекционного устройства с вакуумными камерами. Более высокая эффективность работы такого устройства для получения диспергированного распыла обусловлена тем, что вакуумные камеры способствуют непрерывному процессу объемного кипения в газонасыщенной жидкости, ведущему к мгновенному разрушению целостности струи и выделению растворенных в ней газов.

Недостатком данного устройства является то, что центральная часть эжектирующего жидкостного потока, обусловленная большой кинетической энергией, не участвует в работе по газовой деструкции, а, следовательно, имеет низкий КПД распыла.

Наибольшей газовой деструкции подвергается периферийная область эжектрирующего потока жидкости, имеющая контакт с зонами вакуума.

Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение эффективности распыла за счет получения тонкодиспергированного, максимально насыщенного газом объема всей эжектирующей жидкости.

Это достигается тем, что устройство для диспергирования жидкости, содержащее конфузор, сопло и закрепленную на его наружной части насадку, образующую своей внутренней поверхностью и наружной поверхностью сопла вакуумную камеру, согласно изобретению, оно дополнительно снабжено профилированными кольцами нарастающего диаметра и кавитационным стержнем, расположенным по оси сопла с возможностью регулирования в продольном направлении. Кавитационный стержень выполнен с торцевой площадкой размером 0,1-0,35 внутреннего диаметра сопла, которая установлена на внутренней плоскости выходного сечения сопла против потока жидкости по его оси. По краю сопла и по краю насадки выполнены проточки с острой под углом 25-40^o и пологой составляющей, которые своими гранями образуют вакуумные кольцевые зоны. Профилированные кольца нарастающего диаметра расположены по ходу потока жидкости, образуя увеличивающиеся камеры, исключающие проявление противодавления при возрастании объема жидкостно-газовой фазы и увеличивающие коэффициент эжектрируемого внутрь устройства газа.

Изобретение поясняется чертежом, где представлен общий вид диспергирующего устройства, которое состоит из фланца 1, расположенного на входе в конфузор 2, сопла 3, по краю которого, максимально приближенному к внутреннему срезу сопла, выполнена проточка 4, имеющая острую и пологую кромки, вокруг которых при работе образуется вакуумная кольцевая зона, насадки 5 с вакуумной камерой 6, причем по краю насадки выполнена проточка 7 также имеющая острую и пологую кромки, вокруг которых в процессе работы образуется вакуумная кольцевая зона. Для увеличения объема рабочей камеры по наружному краю насадки 5 по ходу потока жидкости расположены профилированные кольца нарастающего диаметра 8. По оси сопла 3 установлен кавитационный стержень, состоящий из рабочей части 9 и опоры 10, являющейся крепежной шпилькой. Кавитационный стержень выполнен с возможностью регулирования в продольном направлении. Рабочая часть 9 кавитационного стержня имеет торцевую площадку, размер которой находится в пределах 0,1-0,35 внутреннего диаметра сопла. Рабочая торцевая площадка ориентирована против потока жидкости и расположена на внутренней плоскости выходного сечения сопла с возможностью регулировки за счет перемещения кавитационного стержня. Крепежная шпилька 10, являющаяся составляющей кавитационного стрежня, имеет изгиб под углом 90^o и жестко крепится на профилированном кольце.

Конструкция собирается в общий моноблок, профилированные кольца 8 снаружи соединяются по концентрическим образующим, например в трех местах (по углом 120^o) между собой, что практически не оказывает влияния на газовую динамику эжектируемого внутрь устройства потока газа.

Результат работы устройства достигается в два этапа. На первом этапе происходит газовая и механическая деструкция эжектирующей рабочей жидкости. На втором этапе в пространстве, образованном профилированными кольцами нарастающего диаметра, происходит насыщаемость диспергированной рабочей жидкости эжектируемым внутрь устройства газом.

Устройство для диспергирования жидкости работает следующим образом.

Эжектирующая жидкость попадает в конфузор 2, где происходит увеличение ее скорости истечения. Из конфузора 2 жидкость попадает в сопловую часть 3, где за счет энергии самой струи вокруг нее возникает сферическая вакуумная зона и, за счет разности парциального давления газов в струе и в разряженном пространстве, происходит процесс объемного вскипания газов, растворенных в жидкости, что приводит к мгновенному разрушению целостности струи. При выходе из сопловой части возмущенная струя в центральной части встречает преграду - торцевую, плохообтекаемую площадку кавитационного стержня 9. Возникает гидродинамический процесс, называемый кавитацией, который еще больше возмущает струю. Кавитационный стержень 9 перераспределяет центральную часть рабочей жидкости на периферийную зону, вовлекая в работу весь объем жидкости. Жидкость в зоне проточки 4 создает вакуумную кольцевую зону, образованную острой и пологой составляющей кромок сопла. Вакуумная камера 6 и проточка 7, создающая вакуумную кольцевую зону, образованную острой и пологой составляющей кромок насадки 5, завершают деструкцию жидкости, превращая ее в тонкодиспергированную фазу. Далее происходит процесс насыщения потока тонкодиспергированной жидкости эжектируемым газом через щелевые окна, созданные профилированными кольцами нарастающего диаметра 8. Объем камеры постоянно увеличивается, что компенсирует противодавление, возникающее при нарастании объемной массы постоянно образующейся жидкостно-газовой фазы. Положение тупой торцевой площадки, которое возможно регулировать за счет перемещения кавитационного стержня 9, влияет на гидродинамический процесс кавитации, позволяя тем самым регулировать угол раскрытия на выходе факела тонкодиспергированной жидкостно-газовой фазы.

Оптимальные условия работы устройства достигаются рабочим давлением эжектирующей жидкости на входе в конфузор - 0,4-0,8 МПа.

Эти факторы и обеспечивают достижение технического результата.

Формула изобретения

Устройство для диспергирования жидкости, содержащее конфузор, сопло и закрепленную на его наружной части насадку, образующую вакуумную камеру, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено профилированными кольцами нарастающего диаметра и кавитационным стержнем, расположенным по оси сопла с возможностью регулирования в продольном направлении, выполненным с торцевой площадкой размером 0,1 - 0,35 внутреннего диаметра сопла, которая размещена на внутренней плоскости выходного сечения сопла против потока, при этом по краю сопла и насадки выполнены проточки с острой под углом 25 - 40^oC и пологой составляющими, которые своими гранями образуют вакуумные кольцевые зоны.

РИСУНКИ

Рисунок 1