Устройство для формирования двухфазной газокапельной струи

Предлагаемое изобретение относится к технологии получения высоко концентрированных струй, имеющих большую дальность и мелкодисперсный состав капель. Такие струи могут использоваться в противопожарной технике, сельском хозяйстве для полива и других отраслях, где необходимы мелкодисперсные и дальнобойные газокапельные струи..

Задачей, решаемой предлагаемой группой изобретений, является повышение дальности полета струи за счет более рационального использования энергии жидкости и преобразования ее в максимальной степени в кинетическую энергию направленного движения за счет конструктивных особенностей устройства.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием способа формирования газокалельной струи, в котором, согласно изобретению, двухфазный газокапельный поток после смешения разделяют, по крайней мере, на два потока и разгоняют раздельно в одном направление до одинаковых скоростей истечения и давлений на выходе сопла.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигают также созданием устройства для создания газокапельной струи, в котором, согласно изобретению, сопло выполнено, по крайней мере, двухконтурным, коаксиальным, а каждый контур выполнен с профилированным каналом, предназначенным для создания одинаковых скоростей истечения и давлений на выходе из сопла, причем каналы выполнены однонаправленными.

Предлагаемая группа изобретений относится к технологии получения высоко концентрированных струй, имеющих большую дальность и мелкодисперсный состав капель. Такие струи могут использоваться в противопожарной технике, сельском хозяйстве для полива и других отраслях, где необходимы мелкодисперсные и дальнобойные газокапельные струи.

Известны способы создания жидкостных струй, одни из которых обеспечивают дальнобойность струи за счет увеличения давления в системе подачи жидкости, а другие - за счет подачи потока газа в сопло установки.

Известен способ создания газокапельной струи, который заключается в использовании эжектирующего действия газовой струи, подаваемой в газоструйный насадок сопла, для разгона жидкости и увеличения дальности полета струи (А.С №380279 по кл. A 01 G 25/00, 1973 г.).

Известна установка для создания газокапельной струи, включающая систему подачи жидкости и газодинамическое сопло с центральным газоструйным насадком (А.С №380279 по кл. A 01 G 25/00, 1973 г.).

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ создания газокапельной струи, включающий подачу жидкости и газового потока, диспергирование жидкости, смешивание диспергированной жидкости с газовым потоком и ускорение полученного двухфазного газокапельного потока (Патент РФ №2243036, по кл. B 05 B 7/10,2002 г).

Недостатками известного способа являются:

- ограниченный характер используемых приемов формирования двухфазного потока;

- снижение эффективности газокапельной струи, в частности, из-за потерь кинетической энергии жидкости в осевом направлении за счет значительных

радиальных составляющих скорости при формировании струи газокапельной структуры.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для реализации способа создания газокапельной струи, включающее камеру формирования двухфазного газокапельного потока с входами для подачи жидкости и газа и связанное с ним газодинамическое сопло (Патент РФ №2243036, покл. В 05 В 7/10, 2002 г).

Недостатком известной конструкции является снижение дальности полета струи из-за расширяющейся формы канала сопла на выходном участке, т.к. истекающая струя имеет радиальные составляющие, что улучшает смешение струи с окружающей средой и более быстрое ее торможение.

Задачей, решаемой предлагаемой группой изобретений, является повышение дальности полета струи за счет более рационального использования энергии жидкости и преобразования ее в максимальной степени в кинетическую энергию направленного движения за счет конструктивных особенностей устройства.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием способа формирования газокапельной струи, включающего подачу жидкости и газового потока, диспергирование жидкости, смешивание диспергированной жидкости с газовым потоком и ускорение полученного двухфазного газокапельного потока, в котором, согласно изобретению, двухфазный газокапельный поток после смешения разделяют, по крайней мере, на два потока и разгоняют раздельно в одном направление до одинаковых скоростей истечения и давлений на выходе сопла.

Это позволяет снизить радиальные составляющие потока, выходящего из сопла за счет уменьшения геометрического воздействия на поток - несколько каналов вместо одного, и увеличить дальность действия созданной газокапельной струи. В этом случае сопло получается многоконтурным.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием устройства для создания газокапельной струи, включающего камеру формирования двухфазного газокапельного потока с входами для подачи жидкости и газа и связанное с ним газодинамическое сопло, в котором, согласно изобретению, сопло выполнено, по крайней мере, двухконтурным, коаксиальным, а каждый контур выполнен с профилированным каналом, предназначенным для создания одинаковых скоростей истечения и давлений на выходе из сопла, причем каналы выполнены однонаправленными.

Наличие двух (или более) коаксиальных каналов позволяет увеличить дальность действия созданной газокапельной струи. Все вышесказанное позволяет сделать вывод: предлагаемые изобретения повышают эффективность газокапельной струи.

Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков, в аналогичных способах создания газокапельной струи и устройствах для его осуществления, т.е. группа предлагаемых решений, соответствует критерию «новизна».

При анализе известных аналогов и прототипа не обнаружено предложение с совокупностью существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, из чего следует, что для специалистов, занимающихся способами создания газокапельной струи и устройствами для их осуществления, они явным образом не следуют из уровня техники и, следовательно, соответствуют критерию изобретения «изобретательский уровень».

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления группы изобретений.

Предлагаемая группа изобретений поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где:

На фиг.1 показана схема устройства для осуществления способа создания газокапельной струи с коаксиальным, например, двухконтурным соплом.

На фиг2.показан разрез газодинамического двухконтурного сопла.

Устройство для создания газокапельной струи включает камеру 1 формирования двухфазного газокапельного потока с входами для подачи жидкости 2 и газа 3, связанное с ней многоконтурное коаксиальное газодинамическое сопло 4,

Многоконтурное коаксиальное газодинамическое сопло 4, состоит из двух (или более) однонаправленных каналов - наружного канала 5 и 6 внутреннего канала 6 и предназначено для ускорения газокапельного потока дисперсной структуры и получения газокапельной струи.

Многоконтурное коаксиальное газодинамическое сопло 4 может быть выполнено как двухконтурным, так и многоконтурным для компактирования струи.

Входы подачи жидкости 2 и газа 3 связаны с устройствами подачи жидкости 7 и газа 8.

Предлагаемый способ создания газокапельной струи осуществляют следующим образом:

Рабочие тела газ (например, воздух) и воду направляют в камеру формирования двухфазного газокапельного потока 1, где жидкость диспергируют и создают двухфазный поток газокапельной структуры.

Двухфазный газокапельный поток, образованный в камере формирования двухфазного газокапельного потока разделяется, например, на два (или более) потока, каждый из которых поступает в соответствующий канал сопла 4,и где они разгоняются в одном направление до одинаковых скоростей истечения и давлений на выходе сопла.

Первый поток поступает в наружный контур 5, второй поток поступает во внутренний контур 6. На выходе из двухконтурного сопла 4 формируется газокапельная струя, имеющая минимальные радиальные составляющие. Это

позволяет либо уменьшить радиальное расширение струи, либо компактировать ее. И в том и другом случае дальность струи увеличивается.

В качестве источника газа может быть использована турбокомпрессорная установка.

Турбокомпрессорная установка может быть снабжена насосом для обеспечения необходимых параметров жидкости.

Предлагаемое устройство при необходимости может быть выполнено мобильным.

Для этого оно снабжено транспортным средством, например, автомобильным, вертолетным, самолетным, морским. (на черт. не показ.)

Параметры устройства для осуществления предлагаемого способа, такие как давление Рк в камере формирования двухфазного газокапельного потока 1, массовые секундные расходы жидкости Сж и газа Gг,; начальное давление жидкости Рж и распределение расходов по потокам выбирают из условия получения заданной длины распространения струи.

Как показывают расчеты, предложенный способ получения газокапельного потока, например, в двухконтурном сопле позволяет увеличить дальность струи на 10-30% при прочих равных условиях.

Работа предлагаемой группы изобретений была опробована следующим образом:

Предлагаемое устройство устанавливают в исходное положение. Многоконтурное коаксиальное газодинамическое сопло 4 с потоком газокапельной структуры направляют в сторону объекта, к которому должна осуществляться подача газокапельной струи.

Были проведены исследования при следующих параметрах:

Рк=5×10⁵ Па - давление в камере смешения;

Gж=140 кг/с - массовый расход жидкости;

Gг=3.5 кг/с - массовый расход газа;

Pж=10×10 ⁵ Па - давление жидкости

Расходы двухфазного потока по контурам распределялись как отношение один к пяти (внутренней контур к наружному) Дальность распространения струи по сравнению с одноконтурной схемой сопла увеличивается при данных условиях на 15%.

Полученные результаты по распространению газокапельной струи свидетельствуют о том, что параметры, выбранные в соответствии с вышеуказанными условиями и получение струи в соответствии с предложенным способом, позволяют повысить эффективность получаемой двухфазной газокапельной струи за счет более полного использования энергии жидкости.

В частности, дальность полета струи увеличилась на 15% по сравнению с прототипом при одинаковых граничных условиях.

Сведения, полученные при испытаниях, подтверждают возможность осуществления предлагаемого способа для создания газокапельной струи и устройства для его осуществления, и возможность достижения технического результата, заключающегося в повышении эффективности газокапельной струи.

Наиболее эффективно использование группы изобретений в противопожарной технике при тушении пожаров на объектах, где необходимо использование минимального количества жидкости с максимальной эффективностью (снижение ущерба от самого процесса тушения), в климатических установках для сельского хозяйства, медицины, экологии и др.

Устройство для создания газокапельной струи, включающее камеру формирования двухфазного газокапельного потока с входами для подачи жидкости и газа и связанное с ним газодинамическое сопло, отличающееся тем, что сопло выполнено, по крайней мере, двухконтурным, коаксиальным, а каждый контур выполнен с профилированным каналом, предназначенными для создания одинаковых скоростей истечения и давлений на выходе из сопла, причем каналы выполнены однонаправленными.