Пневмоакустическая форсунка для растворов

 

Изобретение относится к технике распыления растворов и суспензий и может быть использовано в различных отраслях промьшшенности. Цель - повышение надежности регулирования угла раскрытия факела распыленной жидкос ти . Для этого в пневмоакустической форсунке для растворов выходная кромка газовоздушного сопла выполнена с радиусным закруглением, а отношение внутреннего диаметра цилиндра.газовоздушного сопла к диаметру большего основания его усеченного конуса выбрано равн ым от 0,5 до 0,7. Кроме того , отношение диаметра жидкостнопо сопла к внутреннему диаметру цилиндра газовоздушного сопла выбрано меньшим 0,5, а отношение .длины резонатора, к его наружному диаметру - не большим 0,3. Отношения радиуса выходной кромки цилиндра газовоздушного сопла, наружного диаметра его выходного торца и диаметра резонатора к внутреннему диаметру цилиндра газовоздушного сопла выбраны равными от 0,2 до 0,25, от 1,4 до 1,5 и от 1,4 до 3 соответственно. В форсунке создается по ее оси обратное течение воздуха , подсасываемого в газовоздушное сопло из окружающей среды. В результате взаимодействия этого течения с основным всйдушным потоком, вводимым в форсунку через боковой патрубок, расположенный на ее корпусе, на выходе из сопла генерируются акусти ческие колебания. 1 ил. сл со сл О5 со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 В 05 В 17/04 .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3984781/31-05 (22) 06.12.85 (46) 15. 11.87. Бюл. 1Ф 42 (71) Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова (72) В.К.Самсонюк (53) 66.069.83 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 927335, кл. В 05 В 17/04, 1980. (54) ПНЕВМОАКУСТИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА

ДЛЯ РАСТВОРОВ (57) Изобретение относится к технике распыления растворов и суспензий и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Цель — повышение надежности регулирования угла раскрытия факела распыленной жидкости. Для этого в пневмоакустической форсунке для растворов выходная кромка газовоздушного сопла выполнена с радиусным закруглением, а отношение внутреннего диаметра цилиндра газовоздушного сопла к диаметру большего

„„SU„„1351691 А1 основания его усеченного конуса выбрано равным от 0,5 до 0,7. Кроме того отношение диаметра жидкостного сопла к внутреннему диаметру цилиндра газовоздушного сопла выбрано меньшим 0,5, а отношение, длины резонатора. к его наружному диаметру — не большим

0,3. Отношения радиуса выходной кромки цилиндра газовоздушного сопла, наружного диаметра его выходного торца и диаметра резонатора к внутреннему диаметру цилиндра газовоздушного сопла выбраны равными от 0,2 до

0,25, от 1,4 до 1,5 и от 1,4 до 3 соответственно, В форсунке создается по ее оси обратное течение воздуха, подсасываемого в газовоздушное сопло из окружающей среды. В результате взаимодействия этого течения с основным всрдушным потоком, вводимым в форсунку через боковой патрубок, расположенный на ее корпусе, на выходе из сопла генерируются акустические колебания. 1 ил.

1351691

Отношения радиуса R выходной кромки цилиндра 9 сопла 8, наружного диаметра d<ц его выходного торца и ди5 аметра d резонатора к внутреннему диаметру цилиндра 9 сопла 8 выбраны равными от 0,2 до 0,25, от 1,4 до

1,5 и от 1,4 до 3 соответственно, т.е.

dp

1,4-3.

Й ц

Изобретение относится к технике распыления растворов и суспензий и может быть использовано в химической, пищевой и микробиологической и других отраслях промьппленности для распыления жидкости в камерах распылительных сушилок.

Цель изобретения — повышение надежности регулирования угла раскрытия факела распыленной жидкости.

На чертеже изображена конструкция пневмоакустической форсунки для растворов.

Форсунка содержит корпус 1 с боко вым патрубком 2 для подвода газовоздушного агента, установленный в корпусе 1 с образованием кольцевой полости 3 центральный патрубок 4 для подачи раствора с цилиндрическим

20 жидкостным соплом 5, размещенную в кольцевой полости 3 корпуса 1 газораспределительную шайбу 6, резонатор в виде кольцевой проточки 7 и гцдовоздушное сопло 8 с внутренней полостью, выполненной в виде цилиндра 9, сопряженного с усеченным конусом 10, обращенным большим основанием к газораспределительной шайбе 6. Кольцевая проточка 7 выполнена на наружной поверхности газовоздушного сопла 8 со стороны выходного торца. Газораспределительная шайба 6 выполнена в виде втулки, на наружной поверхности которой расположены спиральные каналы в виде многозаходной резьбы.

Снаружи корпуса 1 и газовоздушного сопла 8 установлен подвижно в осевом направлении цилиндрический насадок

11 положение которого относительно

Э

40 сопла 8 и корпуса может быть зафиксировано контргайкой 12, что позволяет изменять размеры резонатора.

Выходная кромка газовоздушного сопла 8 выполнена с радиусным закруглением.

Отношение внутреннего диаметра

d цилиндра 9 сопла 8 к d „ большего в.ц. основания его усеченного конуса выбрано равным от 0,5 до 0,7, отношение диаметра d„ жидкостного сопла 5 к внутреннему диаметру и в „ цилиндра 9 сопла 8 выбрано меньшим 0,5, а отношение длины 1< резонатора к его наружному диаметру d р — не большим

0,3, т ° е °

0,2-0,25; = 1,4-1,5;

dвк dв

Пневмоакустическая форсунка работает следующим образом.

Газовоздушный распыливающий агент, например сжатый воздух, под избыточным давлением 200-300 кПа через бо- . ковой патрубок 2 и кольцевую полость

3 корпуса 1 подводится к газораспределительной шайбе 6, которая своими спиральными каналами преобразует поступательное движение воздуха во вращательное ° Под действием центробежной силы воздушный поток прижимается к .периферийной поверхности сопла 8, совершая одновременно поступательное движение к выходу иэ сопла 8 и вращательное движение вокруг оси. По оси сопла 8 образуется зона разрежения, в которую устремляется воздух иэ окружающей среды, создавая в центральной зоне сопла 8 циркуляционное течение, состоящее из сбалансированных по расходу спутных и встречных потоков, входящих в сопло 8 и выходящих из него. е

Граница между основным воздушным потоком, движущимся у стенки сопла 8, и циркуляционным течением, занимающим его центральную зону, зависит только от геометрических размеров элементов форсунки., При взаимодействии основного воздушного потока, движущегося у стенок сопла 8, с центральным циркуляционным течением, подсасываемым из окружающей среды, на выходе из сопла 8 генерируются акустические колебания, усиливаемые резонатором, образованным цилиндрическим насадком

11 и кольцевой проточкой 7.

Одновременно по центральному патрубку 4 к жидкостному соплу 5 подается распыливаемая жидкость. Под воздействием основного воздушного потока струя жидкости растягивается в

1357691

40 пленку, подсасываясь к выходной кромке сопла 8, выполненной по радиусу, где за счет комбинированного воздействия воздушного потока и акустической энергии дробится на капли с образованием факела, Акустические колебания на выходе из сопла 8 генерируются только при наличии развитого обратного течения, возникающего за счет разрежения, создаваемого основным воздушным потоком.

Развитой обратный ток в воздушном сопле форсунок возникает, когда отношение d ц/d 0,5. В свою очередь, жидкостное сопло 5 не оказывает влияния на аэродинамику газа воздушного сопла 8, а следовательно, на генерацию колебаний, если его диаметр меньше 0 5 диаметра цилиндрической части сопла 8. При d „ /d g <0,5 o6— ратный ток уничтожается, генерация колебаний исчезает и форсунка превращается в обычную вихревую пневматическую. 25

Выполнение выходной кромки цилиндра 9 радиусом R = (0,2 — 0,251 с1 ц позволяет потоку под воздействием обратного течения, плавно обтекая кромки, прижиматься к торцу сопла 8.

Такая аэродинамика обусловлена тем, что выполнение выходного участка сопла 8 по радиусу плавно увеличивает площадь истечения основного потока. В результате уменьшается величи35 на средней осевой составляющей скорости потока, что ведет к увеличению угла крутки на выходе из сопла 8.

Большее значение радиуса относится к меньшему диаметру цилиндрической части сопла 8, имеющему большую осевую составляющкю скорости, меньшее к большему значению диаметра цилиндрической части сопла 8. Увеличение радиуса R выходной кромки выше ука—

45 занного диапазона, хотя и обеспечивает хорошее раскрытие факела, нецелесообразно, так как при этом увеличивается площадь контакта газожидкостной фазы с поверхностью сопла 8, что приводит к падению ее скорости

50 и ухудшает дисперсность распыла.

Вследствие этого и наружный диаметр выходного торца цилиндра 9 сопла 8 нецелесообразно выполнять большим (1,4-1;5)d „„. С увеличением этого от55 ношения растет поверхность контакта газожидкостной фазы с соплом 8, что ведет к ухудшению качества распыления.

Регулировка факела распыленной жидкости осуществляется путем перемещения насадка 11 вдоль оси форсунки. Положение насадка 11 фиксируется контргайкой 12. Перемещение насадка

11 позволяет в широком диапазоне регулировать угол раскрытия факела рас пыгенной жидкости. Когда торец насадка 11 находится на уровне торца газовоздушного сопла 8, факел полностью раскрыт (угол раскрытия 180 ).

В этом случае газожидкостная смесь, обтекая выходные кромки цилиндра 9 сопла 8, изменяет свое направление на 90" и распыляется. Под действием обратного тока факел прижимается к торцовым кромкам насадка 11. Полость, образованная проточкой 7 на наружной поверхности сопла 8 и цилиндрическим насадком Ii усиливает основные колебания, генерируемые на выходе из сопла 8, а кроме того, уменьшает поверхность контакта факела с поверхностью форсунки, что позволяет повысить качество распыления . При выдвижении насадка 11 уменьшается зона подсоса воздуха к соплу 8 из окружающей среды, в результате чего уменьшается угол факела распыленной жидкости и при J /d = 0,3 он составляет порядка б0 (1 „ — длина насадка; d „ — диаметр насадка). Дисперс ность распыла при этом не изменяется.

Это обусловлено тем, что при вьдвижении насадка 71 в указанном диапазоне некоторое количество жидкости попадает на его внутреннюю поверхность и распыляется в нее. Распыление жидкости с поверхности насадка 11 должно ухудшить качество распыления. Однако при перемещении насадка 11 изменяетая объем резонатора, что ведет к изменению параметров акустического поля, и если изменение частоты колебаний незначительно (уменьшение в пределах 0,2-0,5 кГц) и обусловлено потерей скорости потока при трении его о внутренние стенки насадка 11, то интенсивность колебаний увеличивается значительно от 145 до 750 дБ, т.е. почти в 1,5 раза. Таким образом, ухудшение качества распыления за счет вьдвижения насадка 11 компенсируется увеличением интенсивности колебаний. Вьдвижение насадка 11 выше отношения 1 /Л р = 0,3 нецелесообразно, так как угол факела распыленной жидкости при этом изменяется незначи5

13 тельно, а качество распыления резко ухудшается. Начинает уменьшаться и интенсивность колебаний, что обуслов.лено потерей энергии газожидкостного потока в результате его трения о внутреннюю поверхность насадка 11.

Аналогичное влияние на генерацию колебаний и регулировку габаритов факела оказывает отношение d /d

Оптимальное значение этого отношения находится в диапазоне с1 /d = 1,4-3.

Нижний предел этого отношения соответствует случаю, когда внутренний диаметр насадка 11 равен наружному диаметру выходного торца цилиндра 9 сопла 8, т.е. d „, = (1,4-1,5)d ц. С увеличением этого отношения увеличивается поверхность факела, на которую воздух, подсасываемый в обратный ток, оказывает давление. Так как копичество воздуха, подсасываемого в сопло 8, при неизменных геометрических и технологических параметрах форсунки постоянно и не зависит от размеров насадка 11, то с увеличением диаметра последнего уменьшается давление на факел. Таким образом, существует критическое значение этого отношения, при котором факел еще будет прижат к торцовым кромкам насадка 11. Сверх этого отношения факел, особенно при малых значениях отношения 1р/с3р, не будет. прижиматься к кромкам насадка

11 и регулировка габаритов факела распыленной жидкости будет невозможна

При отсутствии скругления выходной кромки цилиндра 9 сопла 8 факел распыленной жидкости регулируется только до избыточного давления

100 КПа, С увеличением давления воздуха выше 100 кПа факел срывается с кромок насадка 11 и не регулир ется.

С увеличением радиуса R скругления выходной кромки цилиндра 9 сопла 8 критическое. давление, при котором происходит срыв факела с кромок насадка 11, растет и при R=(0,2-0,25)»

xd факел устойчиво раскрыт и хоро6.N шо регулируется перемещением насадка

11 при избыточном давлении воздуха вплоть до 600 кПа и выше. Увеличение радиуса выше оптимального значения нецелесообразно, так как при этом ухудшается дисперсность распыла.

Отношение d6 /d „ оказывает су6.ц щественное влияние на аэродинамику . сопла. С увеличением отношения с1, /Й, растет площадь периферийной

51691

;30

55 зоны, что ведет к уменьшению величины средней абсолютной скорости на выходе из сопла и облегчает регулировку габаритов факела. Оптимальное значение d /d„ находится в диапазо6.ц не 0,5-0,7. При избыточном давлении

200-300 кПа в этом циапазоне абсолютная скорос-.ь воздушного потока на выходе из сопла имеет величину порядка 140-190 м/с, При этом интенсивность акустических колебаний составляет 145-150 дБ. Дальнейшее увеличение отношения d /d, нецелесообразно, 6.ц так как это ведет к значительному уменьшению скорости на выходе из сопла 8, что ухудшает качество распыления.

Отношение d„/d 6, оказывает влияние на аэродинамику, если оно больше

0 5. При этом уничтожается циркуляционное течение внутри сопла,в значительной степени гасится крутка, увеличивается осевая составляющая скорости и факел pBcIIbUIpHHoH жидкости при всех остальных оптимальных соотношениях не регулируется.

Отношение d„„/d „.ц влияет на качество распыления, особенно при

1р/d р = О. В этом случае факел, обтекая скругленные кромки цилиндра 9, прижимается к торцсвой поверхности сопла 8 и насадка 11.

Отношение cl /с3 оказывает влия6. ц ние на регулировку габаритов факела, Нижний предел этого отношения имеет величину 1,4, т.е. внутренний диаметр цилиндрического насадка 11 равен наружному диаметру торцового участка цилиндра 9 сопла 8, С увеличением этого отношения повышается плавность регулирования угла раскрытия факела распыленной жидкости, однако при этом уменьшается давление на факел потока воздуха, подсасываемого в соп,ло 8, и при определенном (критическом) значении отношения d /d факел

6.ц не прижимается к кромкам насадка 11 и его регулировка становится невозможной, Выполнение на наружной поверхности газовоздушного сопла 8 со стороны выходного торца кольцевой проточки 7 позволяет с увеличением отношения Й !с 6 „ уменьшить поверхность контакта газожидкостной фазы с поверхностью сопла 8 и таким образом повысить, качество распыления. Кроме того, газожидкостный поток создает в кольцевой проточке 7 разрежение (при

Составитель А.Чал-Борю

ТехРед Л.Сердюкова Корректор H-Король

Редактор А.Orap

Заказ 5521/9 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и .открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 13

1 /d = О), что облегчает его прижимание к торцовой поверхности насадка 11.

Отношение 1 /d р оказывает влияние

Р на угол раскрытия факела распыленной жидкости и дисперсность распыла. При

1 /d р = 0 факел полностью раскрыт (угол 180 ). При выдвижении насадка

11 угол раскрытия уменьшается и при о

1„/d „ = 0,3 составляет 60 . Изменения дисперсности распыла в этом диапазоне изменения 1 /d не наблюдается.

Формула изобретения

Пневмоакустическая форсунка для растворов, содержащая корпус с боковым патрубком для подвода газовоздушного распыливающего агента, установленный в корпусе с образованием кольцевой полости центральный патрубок для подачи раствора с цилиндрическим жидкостным соплом, размещенную в кольцевой полости корпуса газораспределительную шайбу, резонатор в виде кольцевой проточки и гаэовоздушное сопло с внутренней поверхностью, I

51691 8 выполненной в виде цилиндра, сопряженного с усеченным конусом, обращенным большим основанием к газорас5 пределительной шайбе о т л и ч а юЭ щ а я с я тем, что, с целью новышения надежности регулирования угла раскрытия факела распыленной жидкости, выходная кромка газовоэдушного

10 сопла выполнена с радиусным закруглением, при этом отношение внутреннего диаметра цилиндра газовоздушного сопла к диаметру большего основания его усеченного конуса выбрано равным от 0,5 до 0,7, отношение диаметра жидкостного сопла к внутреннему диаметру цилиндра газовоэдушного сопла выбрано меньшим 0 5, отношение длины резонатора к его наружному диаметру — не большим 0,3, а отношения радиуса выходной кромки цилиндра газовоздушного сопла, наружного диаметра его выходного торца и диаметра резонатора к внутреннему диаметру цилиндра газовоздушного соп,ла выбраны равными от 0,2 до 0,25, с т

1,4 до 1,5 и от 1,4 до 3 соответственно.