Акустическая форсунка
Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей, растворов. Это достигается тем, что в акустической форсунке, содержащей корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, патрубков для подвода воздуха и жидкости, генератор акустических колебаний выполнен в виде конического сопла, соосного с корпусом и имеющего кольцевое дроссельное отверстие с внешним диаметром dc, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем диаметром dст и кольцевого объемного резонатора длиной h, образованного резонаторным стержнем и цилиндрической полостью с внешним диаметром dp в крепежном элементе, при этом полость объемного резонатора отстоит от среза сопла на расстоянии b, а патрубок для подачи воздуха расположен перпендикулярно оси корпуса и соединен с кольцевой полостью, образованной валиком и внутренней поверхностью корпуса, при этом на валике закреплена обойма с дроссельными отверстиями, соосными с кольцевым дроссельным отверстием, а также соосно закреплен резонаторный стержень, а распыляемая жидкость подается через патрубок, расположенный перпендикулярно оси корпуса в кольцевую полость, образованную кожухом и внешней поверхностью сопла, при этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом, а в другом торце, охватывающем коническое сопло, выполнены дроссельные отверстия, соосные с кольцевым дроссельным отверстием, при этом со стороны, противоположной объемному резонатору, предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка с сальником, которое установлено на свободном конце валика, а отношение длины h кольцевого объемного резонатора к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора до среза сопла лежит в оптимальном интервале величин h/b=0,7÷1,3; отношение внешнего диаметра dp кольцевого объемного резонатора к диаметру dcт внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин: dp/dст=1,2÷1,9; отношение диаметра dc кольцевого дроссельного отверстия сопла к диаметру dcт внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин: dc/dст=1,1÷1,7, при этом к кожуху форсунки, соосно прикреплен внешний диффузор, а к крепежному элементу кольцевого объемного резонатора с резонаторным стержнем соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси кольцевого объемного резонатора. Технический результат - повышение эффективности распыления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей, растворов и может быть использовано в двигателестроении, химической, пищевой и легкой промышленности.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является акустический распылитель - форсунка по патенту РФ №2622929, F02С 7/24, содержащий корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, патрубков для подвода воздуха и жидкости (прототип).
Недостатком известной акустической форсунки является то, что она не обеспечивает высокой степени распыла.
Технический результат - повышение эффективности распыления.
Это достигается тем, что в акустической форсунке, содержащей корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, патрубков для подвода воздуха и жидкости, генератор акустических колебаний выполнен в виде конического сопла, соосного с корпусом, и имеющего кольцевое дроссельное отверстие с внешним диаметром dc, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем диаметром dст и кольцевого объемного резонатора длиной h, образованного резонаторным стержнем и цилиндрической полостью с внешним диаметром dp в крепежном элементе, при этом полость объемного резонатора отстоит от среза сопла на расстоянии b, а патрубок для подачи воздуха расположен перпендикулярно оси корпуса и соединен с кольцевой полостью, образованной валиком и внутренней поверхностью корпуса, при этом на валике закреплена обойма с дроссельными отверстиями, соосными с кольцевым дроссельным отверстием, а также соосно закреплен резонаторный стержень, а распыляемая жидкость подается через патрубок, расположенный перпендикулярно оси корпуса в кольцевую полость, образованную кожухом и внешней поверхностью сопла, при этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом, а в другом торце, охватывающем коническое сопло, выполнены дроссельные отверстия, соосные с кольцевым дроссельным отверстием, при этом со стороны, противоположной объемному резонатору, предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка с сальником, которое установлено на свободном конце валика, а отношение длины h кольцевого объемного резонатора к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора до среза сопла лежит в оптимальном интервале величин h/b=0,7÷1,3; отношение внешнего диаметра dp кольцевого объемного резонатора к диаметру dcт внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин: dp/dст=1,2÷1,9; отношение диаметра dc кольцевого дроссельного отверстия сопла к диаметру dcт внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин: dc/dcт=1,1÷1,7.
На чертеже изображен общий вид акустической форсунки для распыливания жидкостей.
Акустическая форсунка содержит цилиндрический корпус 1 с размещенным внутри генератором звуковых колебаний ультразвукового частотного диапазона, выполненного в виде конического сопла 10, соосного с корпусом 1 и имеющего кольцевое дроссельное отверстие 11 с внешним диаметром dc, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем 12 диаметром dcт и кольцевого объемного резонатора 14 длиной h, образованного резонаторным стержнем 12 и цилиндрической полостью с внешним диаметром dp в крепежном элементе 13, при этом полость объемного резонатора 14 отстоит от среза сопла 10 на расстоянии b. Воздух под давлением подается через патрубок 3, расположенный перпендикулярно оси корпуса 1 в кольцевую полость 7, образованную валиком 4 и внутренней поверхностью корпуса 1. На валике 4 закреплена обойма 5 с дроссельными отверстиями 6, соосными с кольцевым дроссельным отверстием 11, а также соосно закреплен резонаторный стержень 12. Обойма 5 контактирует по скользящей посадке с цилиндрическим хвостовиком сопла 10. Распыляемая жидкость подается через патрубок 2, расположенный перпендикулярно оси корпуса 1 в кольцевую полость 15, образованную кожухом 8 и внешней поверхностью сопла 10, при этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом 1, а в другом торце, охватывающем коническое сопла 10, выполнены дроссельные отверстия 9, соосные с кольцевым дроссельным отверстием 11.
Для изменения степени распыла раствора в корпусе 1 со стороны, противоположной объемному резонатору 14, предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка 16 с сальником 17, которое установлено на свободном конце валика 4.
Для оптимальной работы форсунки должны соблюдаться следующие соотношения ее параметров:
Отношение длины h кольцевого объемного резонатора 14 к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора 14 до среза сопла 10 лежит в оптимальном интервале величин h/b=0,7÷1,3;
Отношение внешнего диаметра dp кольцевого объемного резонатора 14 к диаметру dcт внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня 12 лежит в оптимальном интервале величин: dp/dст=1,2÷1,9;
Отношение диаметра dc кольцевого дроссельного отверстия 11 сопла к диаметру dcт внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня 12 лежит в оптимальном интервале величин: dр/dcт=1,1÷1,7.
К кожуху 8 форсунки соосно прикреплен внешний диффузор 17, а к крепежному элементу 13 кольцевого объемного резонатора 14 с резонаторным стержнем 12 соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор 18, таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси кольцевого объемного резонатора 14.
Акустическая форсунка работает следующим образом.
Распыливающий агент, например воздух, подается по патрубку 3 в полость 7, затем через дроссельные отверстия 6 обоймы 5 в кольцевое дроссельное отверстие 11 с внешним диаметром dc, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем 12, и затем встречает на своем пути кольцевой объемный резонатор 14. В результате прохождения резонатора 14 распыливающим агентом (например воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию жидкости, подаваемой через патрубок 2 в полость 15, образованную кожухом 8 и внешней поверхностью сопла 10, откуда она попадает на дроссельные отверстия 9 в торце кожуха 8 и затем дробится под воздействием акустических колебаний воздуха на мелкие капли, в результате чего образуется факел распыленного раствора с воздухом, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности сопла 10. Опыты показали, что при давлении воздуха 100 кПа средний диаметр капель составляет 90 мкм, при увеличении давления воздуха примерно в 4 раза (до 400 кПа) средний диаметр капель уменьшается незначительно и составляет 87 мкм.
Возможен вариант, когда к срезу внешнего диффузора 17 и внутреннего перфорированного диффузора 18, лежащих в одной плоскости, посредством по крайней мере трех растяжек 19, присоединен дополнительный резонатор 20, на боковой поверхности которого размещены, по крайней мере, три калиброванных резонансных дросселя 21, причем частоты акустических колебаний регулируются подбором диаметров и длины дросселей 21.
1. Акустическая форсунка, содержащая корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, патрубков для подвода воздуха и жидкости, генератор акустических колебаний выполнен в виде конического сопла, соосного с корпусом и имеющего кольцевое дроссельное отверстие с внешним диаметром dс, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем диаметром dст и кольцевого объемного резонатора длиной h, образованного резонаторным стержнем и цилиндрической полостью с внешним диаметром dp в крепежном элементе, при этом полость объемного резонатора отстоит от среза сопла на расстоянии b, а патрубок для подачи воздуха расположен перпендикулярно оси корпуса и соединен с кольцевой полостью, образованной валиком и внутренней поверхностью корпуса, при этом на валике закреплена обойма с дроссельными отверстиями, соосными с кольцевым дроссельным отверстием, а также соосно закреплен резонаторный стержень, а распыляемая жидкость подается через патрубок, расположенный перпендикулярно оси корпуса в кольцевую полость, образованную кожухом и внешней поверхностью сопла, при этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом, а в другом торце, охватывающем коническое сопло, выполнены дроссельные отверстия, соосные с кольцевым дроссельным отверстием, при этом со стороны, противоположной объемному резонатору, предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка с сальником, которое установлено на свободном конце валика, а отношение длины h кольцевого объемного резонатора к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора до среза сопла лежит в оптимальном интервале величин h/b=0,7÷1,3; отношение внешнего диаметра dp кольцевого объемного резонатора к диаметру dст внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин: dp/dст=1,2÷1,9; отношение диаметра dс кольцевого дроссельного отверстия сопла к диаметру dст внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин: dc/dст=1,1÷1,7, отличающаяся тем, что к кожуху форсунки соосно прикреплен внешний диффузор, а к крепежному элементу кольцевого объемного резонатора с резонаторным стержнем соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси кольцевого объемного резонатора.
2. Акустическая форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что к срезу внешнего диффузора и внутреннего перфорированного диффузора, лежащих в одной плоскости посредством по крайней мере трех растяжек, присоединен дополнительный резонатор, на боковой поверхности которого размещены, по крайней мере, три калиброванных резонансных дросселя, причем частоты акустических колебаний регулируются подбором диаметров и длины дросселей.
