Насадка с соударяющимися струями
Настоящее изобретение относится к насадке для распыления одной или нескольких текучих сред, позволяющей двум потокам текучей среды соударяться. Насадка содержит первый элемент, имеющий поверхность и впуск и выпуск для текучей среды, второй элемент, расположенный поверх первого элемента и имеющий поверхность. Насадка также имеет канальную прокладку, расположенную между поверхностью первого элемента и поверхностью второго элемента. В канальной прокладке выполнены два или более сходящихся и открытых каналов, сообщающихся по текучей среде с выпуском для текучей среды, для обеспечения равной скорости и равного объемного расхода каждого потока текучей среды в отверстиях каналов. Каналы проходят по всей толщине канальной прокладки. В насадке текучая среда разделяется на несколько потоков, каждому из которых придана кинетическая энергия. Количество кинетической энергии, приданной потокам, таково, что когда потоки соударяются в условиях, в которых существуют направленные практически противоположно составляющие скорости потоков, потоки будут разбиваться в пыль, имеющую малый размер капель. Техническим результатом изобретения является повышенная надежность насадки и способность осуществлять операцию самопромывки. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 14 ил.
В настоящем изобретении насадка для распыления одной или нескольких текучих сред собирается из нескольких разных элементов, которые можно комбинировать в самых различных вариантах осуществления по специальному заказу, чтобы обеспечить их соответствие конкретным потребностям. Поэтому настоящее изобретение относится и к ряду решений в разных аспектах, но придерживаясь одной и той же концепции. Настоящее изобретение относится к насадке для распыления одной или нескольких текучих сред, позволяющей двум потокам текучей среды соударяться. В предлагаемой насадке текучая среда разделяется на несколько потоков, каждому из которых придана кинетическая энергия. Количество кинетической энергии, приданной потокам, таково, что когда потоки соударяются в условиях, в которых существуют направленные практически противоположно составляющие скорости потоков, потоки будут разбиваться в пыль, имеющую малый размер капель. В контексте настоящего изобретения это называется распылением. Для процесса распыления важно, чтобы каждый поток текучей среды «попадал» в другой по центру, например, чтобы два потока текучей среды были в одной плоскости, чтобы можно было обеспечить как можно лучшее распыление. Кроме того, для обеспечения струи, которая не является несимметричной, должен присутствовать баланс между массовым расходом и скоростью потоков.
Первой целью настоящего изобретения является создание насадки для распыления одной или нескольких текучих сред, обеспечивающей лучшее управление в части точности и синхронности соударения текучих сред.
Кроме того, настоящее изобретение относится к промывке предлагаемой насадки посредством повышения давления текучей среды до уровня выше нормального давления. Перед процессом распыления текучая среда предпочтительно очищается или фильтруется, для того чтобы сама текучая среда не переносила в насадку засорения. Однако, если насадка все же начнет забиваться из-за отложения засорений, присутствующих в окружении, например из-за образования кристаллов, можно осуществлять операцию промывки предлагаемой насадки путем повышения давления текучей среды под давлением. Повышение давления может просто продавить засорение через насадку и выдавить его из насадки, или же может заставлять текучую среду перетекать через засорение и ближайшую к нему зону. При этом поток текучей среды может также смывать или уносить любое засорение, или же перетекание может обеспечить растворение засорения в поток текучей среды, приводящее к очистке или промывке насадки. Следовательно, операция самопромывки - это динамическая функция, являющаяся результатом возможного повышения давления, которая не выполняется при работе насадки в нормальных условиях.
Поэтому еще одной целью настоящего изобретения является создание насадки с повышенной надежностью и способной осуществлять операцию самопромывки.
Таким образом, в первом аспекте настоящее изобретение относится к насадке, содержащей первый элемент с поверхностью А и впуск для текучей среды и выпуск для текучей среды, два или более каналов, образованных на поверхности А и поверхности В или между этими поверхностями, по меньшей мере, когда насадка под давлением, и второй элемент, лежащий поверх первого элемента.
Насадка имеет первый элемент с поверхностью А. Кроме того, первый элемент имеет впуск для текучей среды и выпуск для текучей среды. На поверхности первого элемента могут выполняться два или более каналов, предназначенных для направления потока текучей среды. Впуск для текучей среды предпочтительно состоит из одного впускного тверстия и предпочтительно имеет сообщающийся с ним канал для направления текучей среды в выпуск для текучей среды. Однако в зависимости от требований можно предусмотреть любое количество отверстий и/или каналов. Выпуск для текучей среды сообщается по текучей среде с двумя или более каналами и также может состоять из любого числа отверстий любой формы. Первый элемент может иметь любой вид периферической формы, однако предпочтительно является прямоугольным. Кроме того, насадка имеет второй элемент с поверхностью В, лежащий поверх первого элемента. Форма второго элемента предпочтительно практически соответствует форме первого элемента. Все элементы насадки могут, естественно, также иметь форму по специальному заказу, например, для ее установки в существующие устройства.
В части направления текучей среды важно, чтобы два потока текучей среды “попадали” друг в друга точно в одной плоскости, чтобы добиться наилучшего распыления. Потоки направляются в направлениях (х, у) (см. фиг.3) за счет конструктивного исполнения двух или более каналов. Для того чтобы обеспечить возможность точного управления потоками текучей среды в направлении (z), важно, чтобы поверхности А и В первого и второго элементов были жесткими и практически плоскими.
В одном конкретном варианте осуществления каналы представляют собой, по меньшей мере, два сходящихся и открытых канала, сообщающихся по текучей среде с выпуском для текучей среды и обеспечивающих равную скорость и равный объемный расход каждого потока текучей среды в отверстиях каналов.
Когда насадка выполнена с двумя или более каналами, очень важно, чтобы они сходились и в иных отношениях были конструктивно исполнены таким образом, чтобы обеспечивать равную скорость и равный объемный расход каждого потока текучей среды в отверстиях каналов. Этого можно добиться, например, если каналы имеют точно равную длину и расположены строго симметрично относительно выпуска первого элемента и/или в связи с ним. Именно точность скорости и объемного расхода потоков текучей среды, “поставляемых” в отверстия каналов для соударения, а также правильная синхронизация являются крайне важными для создания оптимального распыления. Поэтому можно предусматривать и каналы, отличающиеся по форме и размеру, лишь бы соблюдались вышеупомянутые критерии. Кроме того, для конструкции предлагаемой насадки важно, чтобы все поверхности каналов и/или окружающих зон были четкими, т.е. имели отчетливые края под практически прямыми углами, чтобы добиться необходимого регулирования расхода потоков текучей среды. Тем самым обеспечивается дополнительная оптимизация позиционирования и синхронизации соударения потоков текучей среды, что в свою очередь обеспечивает правильное и оптимизированное распыление потоков текучей среды. С другой стороны, если эти критерии не выполнены, обеспечить соударение потоков текучей среды точно в одной плоскости, например, на некотором расстоянии от насадки, невозможно, что приведет к плохой работе насадки.
Первый и второй элементы могут предпочтительно изготавливаться из твердого и долговечного материала, такого как металл, пластмасса или керамика. Первый и второй элементы могут иметь толщину, превышающую толщину других элементов насадки. За исключением возможных двух или более каналов на поверхности первого элемента, эта поверхность может быть практически сплошной.
Другие поверхности первого и второго элементов, а также любых других элементов насадки могут иметь любой предпочтительный профиль и/или форму.
В своем простейшем виде насадка состоит из первого и второго элементов с двумя или более каналами, предусмотренными на поверхности А. При прикладывании давления к потоку текучей среды в этом варианте осуществления насадки потоки текучей среды будут протекать через отверстия каналов внутри поверхности первого элемента и соударяться, например, на некотором расстоянии от стороны насадки, как уже отмечалось.
В другом предпочтительном варианте осуществления два или более каналов для текучей среды предусмотрены в канальной прокладке, находящейся между поверхностью А первого элемента и поверхностью В второго элемента. В этом варианте осуществления поверхности А и В первого и второго элементов предпочтительно могут быть практически сплошными и плоскими. Предпочтительно, канальная прокладка может представлять собой листовую мембрану из любого подходящего материала, такого как металл, пластмасса, полимер, ткань, керамика, или их любого сочетания.
В одном предпочтительном варианте осуществления насадка содержит также упругий элемент, помещенный между поверхностями А и В первого и второго элементов.
Упругий элемент может предусматриваться между первым и вторым элементами насадки. В одном конкретном варианте осуществления на поверхности А первого элемента могут предусматриваться два или более каналов насадки, а на поверхности В второго элемента - одно или несколько углублений. При прикладывании давления к потоку текучей среды упругий элемент может отходить на некоторое расстояние от поверхности А, тем самым направляя текучую среду между поверхностью А первого элемента и поверхностью упругого элемента, поскольку одно или несколько углублений на втором элементе обеспечивает (обеспечивают) пространство для упругого элемента при его отходе под давлением. При этом насадка может распылять текучую среду даже при отсутствии каналов в упругом элементе. Предпочтительно, упругий элемент может представлять собой отдельную листовую мембрану из любого подходящего материала, такого как металл, пластмасса, полимер, ткань, или иных материалов, обладающих достаточной упругостью, или их любого сочетания.
В другом предпочтительном варианте осуществления насадка содержит также удерживающий листовой элемент, помещенный между упругим элементом и вторым элементом. Предпочтительно, удерживающий листовой элемент может представлять собой еще одну отдельную листовую мембрану или слой из любого подходящего материала, такого как металл, пластмасса, полимер, ткань, керамика, или их любого сочетания. Удерживающий листовой элемент может иметь сплошную поверхность или может иметь один или несколько вырезов, в зависимости, например, от требуемых рабочих характеристик, таких как объемный расход и скорость, и/или прецизионности насадки, или от давления, необходимого для перетекания для операции очистки. При выполнении удерживающего листового элемента с вырезами давление определенной величины будет выдавливать упругий элемент в сторону удерживающего листового элемента, который в свою очередь будет отжиматься усилием текучей среды и при этом создавать проход для текучей среды. Кроме того, удерживающий листовой элемент может предварительно напрягаться путем придания ему напряжения при сборке насадки, например, путем изгиба части, ограниченной вырезами, для взаимодействия с поверхностью упругого элемента. При таком решении можно управлять перемещением упругого элемента, поскольку для преодоления предварительного напряжения удерживающего листа потребуется давление текучей среды определенной величины. Количество подаваемой текучей среды и, в конечном итоге, точность распыления является, таким образом, в определенной степени управляемой.
В вариантах осуществления изобретения на поверхности В второго элемента и/или на элементе с углублением могут предусматриваться одно или несколько углублений, которые могут иметь любую подходящую форму и размер. Углубление (углубления) предусматривается (предусматриваются) для того, чтобы дать пространство для подъема удерживающего листового элемента и/или упругого элемента под давлением текучей среды. Углубление (углубления) могут иметь любую подходящую форму и размер. Элемент с углублением может предпочтительно изготавливаться из любого подходящего материала, такого как металл, пластмасса, полимер, ткань, керамика, или их любого сочетания.
Кроме того, разные элементы насадки могут предпочтительно иметь одно или несколько отверстий для размещения одной или нескольких направляющих, предназначенных для регулирования размещения элементов в правильном совпадающем взаимном расположении. Эти отверстия и направляющие могут иметь любую подходящую форму, но предпочтительно являются круглыми. Кроме того, эти элементы предпочтительно имеют одно или несколько отверстий для размещения подходящих удерживающих средств, таких как винты, чтобы элементы конструкции насадки можно было собрать туго и герметично.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, два канала могут располагаться таким образом, что потоки текучей среды, протекающие через каналы, соударялись снаружи насадки. Альтернативно или дополнительно, по меньшей мере, два канала предпочтительно могут выполняться как каналы, пересекающиеся внутри насадки, на концевой поверхности насадки и/или над ней, с тем, чтобы потоки текучей среды, протекающие через эти каналы, соударялись на концевой поверхности насадки и/или над ней или, по меньшей мере, частично внутри насадки. Предпочтительно, каналы являются сходящимися.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, эти каналы могут предпочтительно располагаться таким образом, чтобы потоки текучей среды, выходящие из этих, по меньшей мере, двух каналов, соударялись под углом 30-100°.
Типично и предпочтительно, площадь поперечного сечения каждого из потоков текучей среды, выходящего из этих каналов, предпочтительно может быть в пределах 0,003-0,15 мм2, предпочтительно, в пределах 0,005-0,05 мм2, например, в пределах 0,01-0,03 мм2, предпочтительно, может равняться 0,02 мм2.
Во втором аспекте изобретение относится к системе насадок для распыления одной или нескольких текучих сред, содержащей две или более насадок в соответствии с первым аспектом изобретения.
В соответствии со вторым аспектом, любое число и/или любое конструктивное исполнение отдельных насадок, содержащих некоторые или все вышеупомянутые элементы, могут "складываться", например, для повышения объемного расхода или для того, чтобы позволить потокам текучей среды соударяться, например, на большем расстоянии от стороны насадки. В других случаях может потребоваться возможность регулирования поведения распыленной струи или “облака” путем изменения угла между двумя или более потоками текучей среды. Кроме того, эта система может конструктивно исполняться таким образом, чтобы действовать в качестве предохранительного клапана, открывающегося в необходимых случаях, обеспечивая тем самым повышенную динамическую гибкость.
В третьем аспекте изобретение относится к выхлопной системе для двигателя внутреннего сгорания, содержащей предлагаемую насадку и/или предлагаемую систему насадок.
В четвертом аспекте изобретение относится к способу распыления текучей среды, предпочтительно, разжиженной мочевины, в котором используют предлагаемую насадку и/или предлагаемую систему насадок.
Многие возможные конструктивные исполнения в соответствии с первым и вторым аспектами изобретения обеспечивают четко оговоренное решение по специальному заказу. Достигаются особые преимущества и легкое управление геометрией насадки, что обеспечивает точную и правильно синхронизированную подачу необходимого объема текучей среды.
Краткое описание графического материала
Фиг.1 представляет собой вид насадки в перспективном изображении с первым и вторым элементами, на котором показаны один или несколько каналов в поверхности А первого элемента.
Фиг.2 представляет собой вид насадки в перспективном изображении с первым и вторым элементами и расположенной между ними канальной прокладкой.
Фиг.3 представляет собой вид насадки в перспективном изображении с первым и вторым элементами и расположенным между ними упругим элементом, на котором показаны один или несколько каналов на поверхности А первого элемента и углубление на поверхности В второго элемента.
Фиг.4 представляет собой вид насадки в перспективном изображении с первым и вторым элементами с расположенными между ними канальной прокладкой и упругим элементом.
Фиг.5 представляет собой вид насадки в перспективном изображении с первым и вторым элементами с канальной прокладкой и упругим элементом и удерживающим листовым элементом, расположенными между первым и вторым элементами, с углублением на поверхности В второго элемента.
Фиг.6 представляет собой вид насадки в перспективном изображении, соответствующей насадке на фиг.5, которая содержит отдельный элемент с углублением.
Фиг.7 представляет собой вид насадки в перспективном изображении без каналов, но с углублением на поверхности В второго элемента.
Фиг.8 представляет собой вид насадки в перспективном изображении, подробнее иллюстрирующий, каким образом элементы насадки направляют и собирают.
Фиг.9 представляет собой схематический вид системы насадок в соответствии со вторым аспектом изобретения, содержащей две канальные прокладки и комбинированный элемент.
Фиг.10 представляет собой схематический вид сборки насадки, у которой каналы предусмотрены во всех элементах сборки.
Фиг.11 и 12 представляют собой схематические виды предлагаемых канальных прокладок. Фиг.11b и 12b соответственно представляют собой увеличенный вид канальной прокладки, показанной на фиг.11а и 12а, с деталями характера потока.
Фиг.13 и 14 представляют собой схематические виды предлагаемых канальных прокладок.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Фиг.1 представляет собой вид в перспективном изображении одного варианта осуществления изобретения, в котором в первом элементе (1) предусмотрены каналы (10) для направления потока текучей среды. Каналы (10) проходят частично через первый элемент (1) и сообщаются по текучей среде с выпуском для текучей среды (9) первого элемента. Каналы (10) открыты, что означает, что сходящиеся отверстия заканчиваются на поверхности (20) первого элемента (1). Поверхность (20) показана практически плоской, хотя может также содержать одно или несколько углублений любой подходящей формы, например лунообразной формы. В этом варианте осуществления текучая среда распыляется, когда два потока текучей среды, протекающие через каналы (10), соударяются на определенном расстоянии от отверстий каналов.
Фиг.2 представляет собой вид в перспективном изображении варианта осуществления изобретения, в котором между первым (1) и вторым (4) элементами предусмотрена канальная прокладка (2). Канальная прокладка (2) выполнена с каналами (10), предназначенными для направления потока текучей среды. Каналы (10) проходят частично или полностью (как показано) через канальную прокладку (2) и сообщаются по текучей среде с выпуском для текучей среды (9) первого элемента (1). Каналы (10) открыты, и их сходящиеся отверстия заканчиваются на стороне канальной прокладки (2). Остальные поверхности элементов (1, 2, 4) показаны практически плоскими.
Фиг.3 представляет собой вид в перспективном изображении еще одного варианта осуществления изобретения, в котором между первым (1) и вторым (4) элементами помещен упругий элемент (3), и в котором в первом элементе (1) предусмотрены каналы (10) для направления потока текучей среды. Каналы (10) проходят частично через первый элемент (1) и сообщаются по текучей среде с выпуском для текучей среды первого элемента. Каналы (10) открыты, и их сходящиеся отверстия заканчиваются на поверхности (20) первого элемента (1). Поверхность (20) показана практически плоской, хотя может содержать одно или несколько углублений любой подходящей формы, например лунообразной формы. Поверхность В второго элемента (4) показана выполненной с углублением (35), создающим пространство для упругого элемента (3) при необходимости в этом. Основные поверхности упругого элемента (3) показаны практически плоскими.
В этом варианте осуществления текучая среда распыляется, когда два потока текучей среды, протекающие через каналы (10), соударяются на определенном расстоянии от отверстий каналов, достигаемом при нормальном рабочем давлении. Если каналы насадки забьются из-за отложения засорений, присутствующих в окружении, в этом варианте осуществления можно осуществлять операцию очистки или промывки путем повышения давления текучей среды под давлением до повышенного давления, превышающего нормальное рабочее давление. Под действием этого повышенного давления упругий элемент (3) будет выдавливаться из каналов (10) первого элемента (1) в пространство углубления (35) во втором элементе (4), при этом позволяя текучей среде перетекать засорение между поверхностью А первого элемента и поверхностью (21) упругого элемента. Это перетекание засорения и ближайшей к нему зоны вызывает смывание или унос потоком текучей среды любого засорения и, тем самым, очистку или промывку насадки. Впоследствии, когда давление вернется к нормальному рабочему уровню, насадка возобновит распыление с нормальной скоростью и точностью. Помимо выполнения промывки элементов насадки, это повышение давления может предусматриваться и для повышения объемного расхода насадки при необходимости в этом.
В случае непреднамеренного забивания элементов насадки, несмотря на регулярную операцию технического обслуживания (например, повышение давления через заданные промежутки времени), давление само может возрасти из-за уменьшившегося прохода. Это может заставить текучую среду начать перетекать засорения и/или прилегающие поверхности элементов и при этом удалять забивающий предмет. После удаления засорений давление снова понизится до своего нормального уровня.
Фиг.4 представляет собой вид в перспективном изображении еще одного варианта осуществления изобретения, в котором между первым элементом (1) и упругим элементом (3) предусмотрена канальная прокладка (2). Канальная прокладка (2) выполнена с каналами (10), предназначенными для направления потока текучей среды. Поверхности отдельных элементов показаны практически плоскими. Каналы (10) в канальной прокладке (2) проходят частично или полностью через канальную прокладку (2) и сообщаются по текучей среде с выпуском для текучей среды (9) первого элемента (1). Каналы (10) открыты, и их сходящиеся концы заканчиваются на стороне канальной прокладки.
Текучая среда распыляется, когда два потока текучей среды, протекающие через каналы (10), нагнетаются и соударяются на определенном расстоянии от отверстий каналов. Подобно тому, как описано для варианта осуществления на фиг.3, операция очистки или увеличения объема может выполняться путем повышения давления до повышенного давления, превышающего нормальное рабочее давление. Это вызовет выдавливание упругого элемента (3) из канальной прокладки (2) в пространство углубления (35) во втором элементе (4), при этом позволяя текучей среде перетекать засорения между поверхностью (26) канальной прокладки (2) и поверхностью (21) упругого элемента (3) и при этом очищать или промывать каналы, как уже отмечалось выше, и/или увеличивать объемный расход.
Фиг.5 представляет собой вид в перспективном изображении еще одного варианта осуществления изобретения, подобного показанному на фиг.4, за исключением того, что он имеет еще удерживающий листовой элемент (5) между упругим элементом (3) и вторым элементом (4). На фигуре удерживающий листовой элемент (5) имеет две сквозные прорези (40), заканчивающиеся в открытых концах на стороне 35 удерживающего листового элемента (5). Часть (41) удерживающего листового элемента (5) между этими двумя прорезями (40) соединяется с остальной частью удерживающего листового элемента (5) по линии, проходящей между этими двумя прорезями.
На этой фигуре второй элемент (4) имеет углубление (35) на своей поверхности В. Углубление (35) предусмотрено для того, чтобы дать место для части (41) удерживающего листового элемента (5). Это позволяет выдавливать часть (41) из упругого элемента (3) при прикладывании повышенного давления к потоку текучей среды. При повышении давления до уровня выше нормального рабочего давления текучая среда начнет перетекать каналы (10) и окружающую зону поверхности (26) канальной прокладки (2), что в свою очередь заставит упругий элемент (3) отойти от канальной прокладки (2), прикладывая при этом усилие на часть (41) удерживающего листового элемента (5), заставляя его, по меньшей мере, согнуться по линии между прорезями и сместиться в пространство углубления (35) второго элемента (4).
Фиг.6 соответствует варианту осуществления, показанному на фиг.5, за исключением того, что вместо выполнения с углублением поверхности В второго элемента (4) этот вариант осуществления содержит отдельный элемент с углублением (50).
Фиг.7 представляет собой вид в перспективном изображении варианта осуществления насадки, в котором первый элемент (1) предусмотрен с выпуском для текучей среды (9), по каналу сообщающимся по текучей среде с впуском для текучей среды (15), а второй элемент (4) имеет углубление (35) в поверхности В. Когда текучая среда находится под давлением, упругий элемент (3) будет выдавливаться от выпуска (9) первого элемента и при этом создавать каналы для потока текучей среды, практически соответствующие форме выпуска (9) и/или углубления (35). На фигуре углубление (35) имеет серповидную форму с двумя сходящимися и открытыми концами (7). Углубление (35) серповидной формы окружает площадку (6), поверхность которой находится вровень с остальной частью поверхности В. Этот вариант осуществления обеспечивает повышенный объемный расход текучей среды, но не может обеспечить такую степень точности распыления, как другие вышеописанные варианты осуществления.
На фиг.7 текучая среда распыляется, когда потоки текучей среды под давлением протекают через каналы, образованные формой выпуска (9) и углублением (35) и соударяются на некотором расстоянии от открытых концов (7). Подобно тому, как описано для других вариантов осуществления, давление может повышаться до уровня выше нормального рабочего давления, например, для промывки насадки. Это отдавит упругий элемент (3) от поверхности А, позволяя при этом текучей среде перетекать эту поверхность, что в свою очередь обеспечивает не только возможную промывку насадки, но и повышение объемного расхода текучей среды. Впоследствии, когда давление снова снизится до нормального рабочего уровня, насадка возобновит распыление текучей среды с нормальной скоростью. Если к текучей среде вообще не прикладывается никакое давление, упругий элемент (3) предотвращает любое загрязнение насадки из-за засорений из окружения насадки путем эффективного закрытия выпуска (9).
Фиг.8 представляет собой вид в перспективном изображении того, как элементы насадки могут собираться, чтобы обеспечить герметичную конструкцию насадки. Разные элементы насадки имеют одно или несколько отверстий для размещения одной или нескольких направляющих, предназначенных для регулирования размещения элементов в правильном совпадающем взаимном расположении. Эти отверстия и направляющие могут иметь любую подходящую форму, но в данном случае показаны круглыми. Элементы насадки имеют также одно или несколько отверстий для размещения удерживающих средств, на этой фигуре показанных как винты. При таком решении элементы насадки можно собрать туго и герметично.
Фиг.9 представляет собой схематический вид системы насадки, в которой две канальные прокладки в соответствии с первым аспектом изобретения предусмотрен с комбинированным элементом.
Эта система насадки может содержать один или несколько комбинированных элементов (55), который может “делиться” между, например, первым и вторым элементами насадки. В этом комбинированном элементе могут предусматриваться впуск для текучей среды, канал и выпуск, которое направляет текучую среду для более чем одного распыления, т.е. разделенной на два “разветвления”, или он может содержать лист с направляющим отверстием для текучей среды, предусмотренным между, например, двумя канальными прокладками. По форме направляющее отверстие для текучей среды может соответствовать форме выпуска (9) первого элемента. Система насадки обеспечивает более двух соударяющихся потоков текучей среды и, таким образом, способна обеспечивать попеременное распыление текучей среды. Кроме того, для образования системы насадок (не показанной) можно расположить рядом несколько отдельных сборок насадок.
Фиг.10 представляет собой схематический вид насадки, у которой все детали выполнены с двумя каналами, предназначенными для направления потока текучей среды. С двумя каналами показаны первый (1) и второй (4) элементы, а также канальная прокладка (2). Однако эти каналы могут также предусматриваться лишь в одном - первом или втором - элементе и в канальной прокладке или в обоих - первом или втором - элементах без использования канальной прокладки.
Фиг.11а и 11b иллюстрируют схематический вид канальной прокладки (2), подобной канальной прокладке, показанной на фиг.2. Канальная прокладка (2) выполнена так, что два потока текучей среды, протекающей через каналы (10), соударяются ближе к отверстиям каналов (10). Это обеспечивается путем уменьшения расстояния δ между отверстиями каналов (10) по сравнению, например, с вариантом осуществления, показанным на фиг.1. В варианте осуществления, показанном на фиг.11, расстояние δ уменьшено настолько, что отверстия расположены в непосредственной близости друг от друга и разделены лишь кончиком стенки по форме кромки (12) и выполнены путем размещения каналов потока (10) таким образом, что эти два канала пересекаются на уровне концевой поверхности (20) канальной прокладки (2) и, следовательно, на уровне насадки, как показано на фиг.11а и 11b.
Вариант осуществления на фиг.11 особенно эффективен в случае, если распыление приводит к пыли из капель в направлении к насадке и/или в сторону от нее, т.е. когда возникает обратная струя распыления. Эта обратная струя может в некоторых конструктивных исполнениях каналов (10) привести к отложению материала на насадке, который может забивать отверстия каналов (10). В варианте осуществления, показанном на фиг.11, два отверстия каналов (10) находятся в прокладке (2), так что два потока текучей среды соударяются практически в отверстиях каналов (10), и при возникновении обратной струи распыления отложение произойдет лишь на концевой поверхности (20) и вне насадки, как показано на фиг.11а и 11b стрелками, помеченными Z. Если обратная струя распыления приводит к попаданию капель в отверстия каналов (10), эти каналы текучей среды, протекающей через них, поддерживаются влажными, и эти капли будут поглощаться текучей средой. Установлено, что в варианте осуществления, показанном на фиг.11, возможна лишь малая обратная струя распыления.
Еще одно преимущество обеспечивается в вариантах осуществления, в которых два канала (10) пересекаются. В этих вариантах осуществления потоки, вытекающие из каналов (10), всегда будут соударяться, по меньшей мере, в некоторой степени, независимо от того, проходят ли эти два канала (10) в одной плоскости, и выполнение каналов и, следовательно, насадки в целом легче, чем в вариантах осуществления, в которых эти два канала не пересекаются, поскольку для этих вариантов осуществления необходимо, чтобы эти два канала проходили практически в одной плоскости, чтобы гарантировать соударения потоков текучей среды.
Фиг.12а и 12b иллюстрируют схематический вид канальной прокладки (2), подобной канальной прокладке, показанной на фиг.11. В этом варианте осуществления место, в котором соударяются два потока текучей среды, смещено ближе к канальной прокладке и в такой степени, что два потока текучей среды соударяются по меньшей мере частично внутри канальной прокладки (2). Это достигается за счет выполнения каналов потока (10) как двух каналов, пересекающихся внутри концевой поверхности (11) насадки, как показано на фиг.12а и 12b. Таким образом, в этом варианте осуществления кончик стенки по форме кромки (12) находится на расстоянии Δ внутри канальной прокладки (2), измеренном от уровня концевой поверхности (20) канальной прокладки (2) или, в целом, от уровня концевой поверхности насадки, поскольку в вариантах осуществления настоящего изобретения эти две поверхности предпочтительно находятся на одном уровне. Поскольку соударение происходит, по меньшей мере, частично внутри насадки, капли, вылетающие из насадки, будут иметь скорость, направленную лишь наружу относительно насадки, и установлено, что обратная струя распыления, приводящая к отложению материала на концевой поверхности насадки, не возникнет. Причиной этому считается тот факт, что капли, вылетающие из насадки, имеют скорости, направленные лишь наружу.
В этих двух вариантах осуществления каналы (10) выполнены как пересекающиеся каналы, причем пересекаются на концевой поверхности или внутри насадки. Обратная струя распыления снаружи насадки практически исключена, поскольку капли, вылетающие из насадки, практически имеют скорость, лишь перпендикулярную концевой поверхности и направленную наружу насадки. Если обратная струя распыления возникает внутри насадки, например, в варианте осуществления, показанном фиг.12, распыляемые в обратном направлении капли распыляются в текучую среду, протекающую через каналы 4а и 4b, и тем самым предотвращается отложение этих капель.
Концевая поверхность, представленная здесь, показана как прямая плоскость. Однако эта концевая поверхность может иметь другую форму, например, сужающуюся, закругленную и т.п. В вариантах осуществления на фиг.11 и 12 пересечение в этих случаях находится в плоскости концевой поверхности и в зоне выпусков.
Хотя варианты осуществления на фиг.11 и 12 показаны как канальная прокладка, принцип уменьшения расстояния δ и/или допущения соударения потоков текучей среды, по меньшей мере, частично внутри насадки может применяться к насадке с соударяющимися потоками текучей среды в целом. Например, каналы (10) могут предусматриваться, например, в блоке насадки (в котором канальная прокладка не нужна). Этот вариант осуществления может содержать впуск для подачи текучей среды в насадку и один или несколько выпусков, расположенных таким образом, чтобы потоки текучей среды, выходящие из одного или нескольких выпусков, соударялись. В линиях для потока, направляющих текучую среду в насадку, предпочтительно предусматривается фильтр, предназначенный для фильтрования текучей среды перед тем, как она достигает каналов насадки. Выпуски предпочтительно расположены таким образом, чтобы потоки текучей среды, выходящие из двух выпусков, соударялись под углом 30-100°, и одно или несколько выпусков предпочтительно образовано окончанием отверстия, образующим выпускной канал потока, сообщающийся по текучей среде с впускным каналом. Площадь поперечного сечения каждого из потоков текучей среды, выходящего из выпусков, находится в пределах 0,003-0,15 мм2, предпочтительно, в пределах 0,005-0,05 мм2, например, в пределах 0,01-0,03 мм2, предпочтительно, равна 0,02 мм2.
Фиг.13 и 14 иллюстрируют дальнейшие варианты осуществления канальной прокладки (2) (причем эти варианты осуществления могут применяться для насадки в целом), в которых каналы (10) пересекаются снаружи поверхности (20) насадки (фиг.13) или внутри насадки (фиг.14). В варианте осуществления, показанном на фиг.14, выпускной канал для капель (11) выполнен проходящим из зоны, в которой эти два канала пересекают поверхность (20) насадки.
Вышеописанные фигуры необходимо истолковывать лишь как примеры возможных вариантов осуществления того, как можно выполнить элементы насадки. В пределах объема изобретения находятся и комбинации элементов, иные, нежели показаны на прилагаемых фигурах. Один пример: конструктивные исполнения каналов (10), показанные в связи с канальной прокладкой, могут применяться для конструктивного исполнения насадки, представленной на фиг.1.
Настоящее изобретение может найти применение в нескольких случаях употребления, в которых необходимо распыление текучей среды. Одним из таких применений является добавка мочевины в выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания, такого, как дизель. Система, воплощающая это распыление, предпочтительно содержит двигатель внутреннего сгорания, предпочтительно работающий по принципу дизеля, бак, содержащий жидкий раствор мочевины (например, известный под товарным знаком AdBlue, стандарт DIN 70070), и каталитическую систему как часть выхлопной системы. Выхлоп двигателя соединен с каталитической системой выхлопной трубой, которая обычно имеет диаметр 120 мм, соединенной с баком, содержащим жидкий раствор мочевины, через дозировочную и распыляющую систему, предназначенную для дозирования и распыления количества мочевины в зависимости от потребности. Кроме того, эта система содержит дозировочное устройство с распыляющей насадкой, предназначенное для подачи мочевины в выхлопную систему, чтобы она могла прореагировать с выхлопными газами для уменьшения выбросов газов NOx в окружающую среду. Если для распыления мочевины, прежде чем она добавляется в выхлопные газы, используется предлагаемая распылительная насадка, насадка может содержаться в отдельном устройстве, установленном после дозировочного устройства в любом месте вдоль трубы, которая подает мочевину в выхлопные газы. Альтернативно, она может выполняться как одно целое с дозировочным устройством.
Это устройство предпочтительно размещено таким образом, что распыленная мочевина смешивается с выхлопными газами сразу после выхода из насадки, а насадка типично размещена таким образом, что текучая среда, выходящая из насадки, распыляется в поток выхлопных газов в направлении потока выхлопных газов или в любом другом направлении, который не обязательно параллелен направлению потока выхлопных газов, например, в направлении, перпендикулярном потоку выхлопных газов. Насадка может размещаться в центре трубы выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания или газовой турбины и/или в стенке трубы выхлопной системы. Кроме того, вдоль стенки трубы выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания могут по окружности размещаться несколько насадок. В объеме данного изобретения одна или несколько распылительных насадок может или могут размещаться в любом положении относительно трубы выхлопной системы.
Насадка типично размещается в выхлопной системе таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение распыленной текучей среды в выхлопных газах для гарантии равномерного распределения распыленной текучей среды в каталитической системе. Насадка может соответственно устанавливаться в центре трубы со своими выпусками, обращенными в направлении потока выхлопных газов (но не обязательно параллельно ему).
Для того чтобы улучшить равномерное распределение распыленной текучей среды, в выхлопной системе можно предусмотреть несколько насадок. Эти несколько насадок предпочтительно будут размещаться по окружности и в некоторых случаях равномерно распределяться. Однако насадки могут устанавливаться и вдоль направления потока выхлопных газов. Выпуски таких распылительных насадок предпочтительно устанавливаются обращенными в направлении потока выхлопных газов (но не обязательно параллельно ему).
Следует отметить, что в объем данного изобретения входит и сочетание насадок, размещенных по окружности в направлении потока, и/или одной или нескольких насадок, размещенных в центре трубы.
1. Насадка, содержащая
первый элемент (1), имеющий поверхность А и впуск для текучей среды и выпуск для текучей среды,
второй элемент (4), расположенный поверх первого элемента (1) и имеющий поверхность В, и
канальную прокладку (2), расположенную между поверхностью А и поверхностью В, причем в канальной прокладке выполнены два или более сходящихся и открытых каналов, сообщающихся по текучей среде с выпуском для текучей среды, для обеспечения равной скорости и равного объемного расхода каждого потока текучей среды в отверстиях каналов, по меньшей мере, когда насадка находится под давлением, причем указанные каналы проходят по всей толщине канальной прокладки.
2. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит упругий элемент (3), расположенный между указанными поверхностями А и В указанных первого (1) и второго (4) элементов.
3. Насадка по п.2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит удерживающий листовой элемент (5), расположенный между упругим элементом (3) и вторым элементом (4).
4. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что на поверхности В второго элемента (4) и/или в элементе с углублением (50) предусмотрено (предусмотрены) одно или несколько углублений (35).
5. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, два сходящихся канала расположены таким образом, что потоки текучей среды, протекающие по каналам (10), соударяются снаружи насадки.
6. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, два сходящихся канала расположены как каналы, пересекающиеся внутри насадки, на концевой поверхности и/или над концевой поверхностью насадки, так, что потоки текучей среды, протекающие по каналам (10), соударяются на концевой поверхности и/или над концевой поверхностью или, по меньшей мере, частично внутри насадки.
7. Насадка по п.6, отличающаяся тем, что каналы расположены таким образом, чтобы потоки текучей среды, выходящие, по меньшей мере, из двух каналов, соударялись под углом 30-100°.
8. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что площадь поперечного сечения каждого из потоков текучей среды, выходящего из каналов, находится в пределах 0,003-0,15 мм2, предпочтительно в пределах 0,005-0,05 мм2, например в пределах 0,01-0,03 мм2, предпочтительно равна 0,02 мм2.
9. Система насадок для распыления одной или более текучих сред, содержащая две или более насадок по п.1.
10. Выхлопная система для двигателя внутреннего сгорания, содержащая насадку или систему насадок по п.1 или 9.
11. Способ распыления текучей среды, в качестве которой предпочтительно используют разжиженную мочевину, по которому текучую среду подают под первым давлением в насадку по п.1.
12. Способ распыления текучей среды по п.11, отличающийся тем, что включает также стадию, на которой в случае увеличения сопротивления потоку в насадке в результате отложений в насадке давление текучей среды повышают.
