Акустическая форсунка
Изобретение относится к технике распыления жидкости и может быть использовано в противопожарной технике, в сельском хозяйстве, в устройствах химической технологии и в теплоэнергетике. Акустическая форсунка содержит полый корпус с соплом и центральным сердечником. Корпус выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки. Верхняя цилиндрическая ступень втулки соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником, имеющим центральное отверстие и установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки. Кольцевой зазор соединен по крайней мере с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени. Кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости. К центральному сердечнику в его нижней части жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса, соосного центральному отверстию сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника. К нижнему основанию усеченного конуса посредством по крайней мере трех спиц прикреплен рассекатель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора. На внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки. В рассекателе осесимметрично центральному отверстию центрального сердечника выполнено дроссельное отверстие. К центральному сердечнику, жестко связанному с верхней цилиндрической ступенью двухступенчатой втулки сопла, соосно прикреплен внешний сплошной диффузор таким образом, чтобы не было перекрыто выходное сечение кольцевого зазора, соединенного по крайней мере с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке сопла. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности мелкодисперсного распыливания жидкости. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к технике распыления жидкости.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является форсунка по патенту RU №2461427, А62С 31/02, опубл. 20.05.98), содержащая полый корпус с соплом и центральным сердечником. Использование мелкодисперсного распылителя описанной конструкции позволяет получить равномерный по объему поток капель мелкодисперсного распыла в диапазоне диаметров капель от 30 до 150 мкм при давлении подачи воды не более 1 МПа.
Однако распылитель такой конструкции не позволяет достичь заданного распределения потоков мелкодисперсных капель на поверхности орошения требуемой площади без увеличения расхода жидкости. Это связано с тем, что потоки капель, генерируемые большей частью отверстий, ориентированы в горизонтальном направлении и имеют на выходе из форсунки симметричное распределение относительно горизонтальной плоскости.
Технический результат - повышение эффективности мелкодисперсного распыливания жидкости.
Это достигается тем, что в акустической форсунке, содержащей полый корпус с соплом и центральным сердечником, корпус выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку, с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником, имеющим центральное отверстие и установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, при этом кольцевой зазор соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости, к центральному сердечнику, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса, соосного центральному отверстию сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника, а к нижнему основанию усеченного конуса, посредством, по крайней мере, трех спиц, прикреплен рассекатель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, а на внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки, а в рассекателе, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса, посредством, по крайней мере, трех спиц, и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, осесимметрично центральному отверстию центрального сердечника, выполнено дроссельное отверстие, при этом к центральному сердечнику, жестко связанному с верхней цилиндрической ступенью двухступенчатой втулки сопла, соосно прикреплен внешний сплошной диффузор, таким образом, чтобы не было перекрыто выходное сечение кольцевого зазора, соединенного, по крайней мере, с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке сопла.
На чертеже представлена конструктивная схема форсунки.
Акустическая форсунка с двухфазным потоком распыляемой жидкости содержит цилиндрический полый корпус 1 с каналом 3 для подвода жидкости и соосную, жестко связанную с корпусом втулку 2 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 4, верхняя цилиндрическая ступень 6 которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником 7, имеющим центральное отверстие 9 и установленным с кольцевым зазором 10 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 4. Через центральное отверстие 9 центрального сердечника 7 подводится под давлением газ или воздух.
Кольцевой зазор 10 соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами 5, выполненными в двухступенчатой втулке 4, соединяющими его с кольцевой полостью 8, образованной внутренней поверхностью втулки 2 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 6, причем кольцевая полость 8 связана с каналом 3 корпуса 1 для подвода жидкости.
К центральному сердечнику 7, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса 11, соосного центральному отверстию 9 сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника 7, а к нижнему основанию усеченного конуса 11, посредством, по крайней мере, трех спиц 13, прикреплен рассекатель 12, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 10. На внешней боковой поверхности усеченного конуса 11 имеются винтовые канавки (на чертеже не показаны), которые способствуют более интенсивному распыливанию жидкости.
В рассекателе 12, осесимметрично центральному отверстию 9 центрального сердечника 7, установлен обтекатель 14, выполненный в виде конуса, на внешней конической поверхности которого имеются винтовые канавки.
К центральному сердечнику 7, жестко связанному с верхней цилиндрической ступенью 6 двухступенчатой втулки 4 сопла, соосно прикреплен внешний сплошной конический диффузор 15, образованный поверхностью усеченного конуса, при этом верхнее основание усеченного конуса расположено ниже выходного сечения кольцевого зазора 10, и не перекрывает его. Нижнее основание усеченного конуса конического диффузора 15 лежит в плоскости, проходящей через нижнее основание усеченного конуса 11 распылителя.
Акустическая форсунка с двухфазным потоком распыляемой жидкости работает следующим образом.
Через канал 3, в полость центрального отверстия 9 центрального сердечника 7 под давлением поступает газ (воздух), который затем через полость усеченного конуса 11 поступает на рассекатель 12, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 10, а на рассекателе 12 установлен обтекатель 14, выполненный в виде конуса, на внешней конической поверхности которого имеются винтовые канавки.
Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 1 и затем поступает по двум направлениям: первое - в кольцевую полость 8 через радиальные каналы 5, затем в кольцевой зазор 10 между соплом и центральным сердечником 7. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности и приобретает вращательное движение на винтовой внешней поверхности усеченного конуса 11. В результате чего на внешней поверхности сплошного диффузора 15 будет иметь место пленочный характер распыления (движения) жидкости, близкий к ее ламинарному режиму, а внутри сплошного диффузора 15 будет сформирован мелкодисперсный вращающийся поток газа, близкий к турбулентному режиму его движения, и за счет соударения потоков жидкости и газа, движущегося по центральному отверстию 9 центрального сердечника 7, о рассекатель 12 с обтекателем 14 на выходе из сплошного внешнего диффузора 15 будет формироваться еще более мелкодисперсный поток распыляемой жидкости за счет взаимодействия потоков с ламинарным и турбулентным режимами движения жидкости и газа.
Наличие газовых включений в жидкости дополнительно возмущает ее поверхность, что приводит к волнообразованию и объемному дроблению жидкостной пленки.
Возможен вариант, когда в центральном сердечнике 7, в средней его части, выполнена проточка, которая совместно с кольцевым зазором 10 между соплом и центральным сердечником 7 образует карман 16, который соединен через перегородку 18 с дополнительным кольцевым зазором 17, жидкость из которого поступает в пленочном режиме на внутреннюю поверхность сплошного диффузора15, образуя при этом разделенный перегородкой 18 двухфазный поток распыляемой жидкости.
Возможен вариант, когда в рассекателе 12, осесимметрично центральному отверстию 9 центрального сердечника 7, установлен обтекатель 14, выполненный в виде полого конуса, с внутренней резонансной полостью 19, соединенной, по крайней мере, с двумя резонансными отверстиями 20, выполненными в образующейся стенке обтекателя 14, при этом полость 19 является резонансной полостью образованного резонатора Гельмгольца, а резонансные отверстия 20 выполняют функцию горловин резонатора Гельмгольца, настраиваемого на требуемую частоту колебаний для получения более мелкодисперсного двухфазного потока жидкости.
Возможен вариант, когда к сплошному диффузору 15 соосно прикреплен распылитель 21, выполненный в виде цилиндрической оболочки с перфорированной пластиной 22, лежащей ниже плоскости рассекателя 12.
1. Акустическая форсунка, содержащая полый корпус с соплом и центральным сердечником, корпус выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником, имеющим центральное отверстие и установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, при этом кольцевой зазор соединен по крайней мере с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости, к центральному сердечнику в его нижней части жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса, соосного центральному отверстию сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника, а к нижнему основанию усеченного конуса посредством по крайней мере трех спиц прикреплен рассекатель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, а на внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки, а в рассекателе, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса, посредством по крайней мере трех спиц и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, осесимметрично центральному отверстию центрального сердечника выполнено дроссельное отверстие, при этом к центральному сердечнику, жестко связанному с верхней цилиндрической ступенью двухступенчатой втулки сопла, соосно прикреплен внешний сплошной диффузор таким образом, чтобы не было перекрыто выходное сечение кольцевого зазора, соединенного по крайней мере с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке сопла.
2. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что в центральном сердечнике, в средней его части, выполнена проточка, которая совместно с кольцевым зазором между соплом и центральным сердечником образует карман, который соединен через перегородку с дополнительным кольцевым зазором, жидкость из которого поступает в пленочном режиме на внутреннюю поверхность сплошного диффузора, образуя при этом разделенный перегородкой двухфазный поток распыляемой жидкости.
3. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что в рассекателе осесимметрично центральному отверстию центрального сердечника установлен обтекатель, выполненный в виде полого конуса с внутренней резонансной полостью, соединенной по крайней мере с двумя резонансными отверстиями, выполненными в образующейся стенке обтекателя, при этом полость является резонансной полостью образованного резонатора Гельмгольца, а резонансные отверстия выполняют функцию горловин резонатора Гельмгольца, настраиваемого на требуемую частоту колебаний для получения более мелкодисперсного двухфазного потока жидкости.
4. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что к сплошному диффузору соосно прикреплен распылитель, выполненный в виде цилиндрической оболочки с перфорированной пластиной, лежащей ниже плоскости рассекателя.
