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ES2244766T3 - Pulverizadores de liquido. - Google Patents

Pulverizadores de liquido.

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Publication number
ES2244766T3
ES2244766T3 ES02720694T ES02720694T ES2244766T3 ES 2244766 T3 ES2244766 T3 ES 2244766T3 ES 02720694 T ES02720694 T ES 02720694T ES 02720694 T ES02720694 T ES 02720694T ES 2244766 T3 ES2244766 T3 ES 2244766T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
chamber
channel
diffuser
cylindrical
liquid sprayer
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
ES02720694T
Other languages
English (en)
Inventor
Andrey L. Dushkin
Alexander V. Karpyshev
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VELZEN HOLDINGS Ltd
Original Assignee
VELZEN HOLDINGS Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VELZEN HOLDINGS Ltd filed Critical VELZEN HOLDINGS Ltd
Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Abstract

Un pulverizador de líquido incluyendo una caja (1) con un canal de circulación compuesto de una porción de entrada (2) unida secuencialmente y alineada axialmente, formada como un tubo convergente, una porción cilíndrica (3) y una porción de salida (4) formada como un difusor cónico, se caracteriza porque la longitud de la porción cilíndrica (3) no es inferior a su radio pero no más que su diámetro, superando el ángulo cónico del difusor que define la porción de salida (4) del canal de circulación el ángulo cónico de la porción de entrada definitoria del tubo convergente (2) del canal de circulación.

Description

Pulverizadores de líquido.
La invención se refiere a la técnica de pulverización de líquidos y se puede usar en sistemas de prevención de incendios, como parte del equipo de procesado, para la combustión de combustibles en la tecnología y transporte de calor, así como para humidificar el entorno y para pulverizar desinfectantes e insecticidas.
Antecedentes de la invención
Se utilizan corrientemente diversos tipos de pulverizadores de líquido en varios campos, incluyendo el equipo de lucha contra incendios, como pulverizadores antiincendios.
Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos número 5125582 (IPC B05B 1/00, publicada 30.06.1992) describe la construcción de un pulverizador de líquido destinado a la generación de flujos de líquido por cavitación. La técnica anterior incluye una caja con un canal de circulación formado por una boquilla y una cámara cilíndrica. La boquilla se hace en forma de un tubo convergente en comunicación con un difusor cónico sin unión continua de sus superficies. Una longitud de la cámara cilíndrica es al menos tres diámetros de la sección mínima de la boquilla. Al suministrar el líquido a presión al agujero de entrada del tubo convergente de la boquilla, la sección de flujo de líquido se contrae y la velocidad de salida se incrementa. Una expansión brusca del flujo de líquido en el difusor da lugar a cavitación de líquido. La cavitación de líquido se intensifica en el proceso de paso del chorro de líquido por la cámara cilíndrica, donde el chorro de líquido se expande y se generan flujos vorticiales de retorno. Se forma una zona anular de vacío alrededor de un chorro cónico para iniciar un proceso de cavitación y un proceso asociado de dispersión del flujo de líquido.
Sin embargo, a pesar de la posibilidad de un proceso de cavitación intensificada, el pulverizador de líquido de la técnica anterior no lleva a cabo la formación de un flujo de líquido finamente dispersado constante, que puede retener su forma y tamaño en sección a las distancias de hasta 10 m, lo que es de especial importancia cuando el pulverizador se utiliza para apagar las fuentes de fuego.
También se hace referencia a una cabeza pulverizadora del tipo de vacío (certificado de autor, URSS, Número 994022, IPC B05B 1/00, publicado 07.02.1983), que incluye una boquilla compuesta de un tubo convergente y una cabeza cilíndrica situadla coaxial con la boquilla. La cabeza cilíndrica está equipada con agujeros de expulsión formados en el lado de su agujero de salida para admitir aire atmosférico a una zona de vacío en la cavidad de la cabeza cilíndrica. Como resultado, el aire entrante satura el flujo de líquido móvil realizando la división del flujo en gotitas pequeñas.
La Patente rusa número 2123871 (IPC A62C 31/02, publicada 27.12.1998) describe una cabeza para formar un pulverizador de agua del tipo de aerosol, que permite mejorar la dispersión de un chorro de gotas de gas. El pulverizador (cabeza) de la técnica anterior incluye una caja que tiene un canal de circulación formado como una boquilla Laval, una unión de tubo de entrada para suministrar líquido a presión, y una rejilla de distribución situada entre la unión de tubo y una sección de entrada de la boquilla Laval. Los tamaños de los agujeros de la rejilla de distribución son 0,3 \div 1,0 el diámetro de la sección crítica de la boquilla Laval. Al pasar por los agujeros de la rejilla de distribución, el flujo de líquido se divide en corrientes separadas, que se concentran secuencialmente en el orificio de boquilla y aceleran a altas velocidades. Tal realización proporciona una distancia suficiente para descargar un agente extintor de incendios y una pulverización fina.
El análogo más próximo a las versiones reivindicadas del pulverizador es un dispositivo pulverizador de líquido descrito en la patente RDA número 233490 (IPC A62C 1/00, publicada 05.03.1986), que está adaptado para alimentar un agente extintor de incendios a una fuente de fuego. El dispositivo se compone de una caja que incluye un canal de circulación, al que se suministra un fluido operativo, incluyendo agua, a presión. El canal de circulación del dispositivo se compone de una porción de entrada formada como un tubo convergente, una porción cilíndrica y una porción de salida formada como un difusor cónico, estando unidas secuencialmente dichas porciones una con otra en relación alineada axialmente. Además, el dispositivo incluye un depósito conteniendo un agente extintor de incendios, que comunica con el difusor mediante pasos radiales.
Durante el funcionamiento de dicho dispositivo el líquido (agua) se suministra bajo la presión de 1,5 \div 2,0 bar al agujero de entrada del canal de circulación y es acelerado secuencialmente en una boquilla formada por el tubo convergente, la porción cilíndrica y el difusor. El agente extintor de incendios es expulsado al difusor a través de los pasos radiales de manera que se mezcle más con el flujo de líquido. La implementación de dicho dispositivo permite incrementar esencialmente el alcance del agente extintor de incendios para mejorar por ello la efectividad de la lucha contra incendios, cuando se utilizan extintores conocidos. Sin embargo, la realización dada no lleva a cabo la generación de chorros de gotas de gas finamente dispersados a alta velocidad. El flujo de líquido se utiliza en tales dispositivos en su mayor parte como un portador de un agente extintor de incendios introducido adicionalmente, por ejemplo, para aditivos de generación de espuma.
Descripción de la invención
La invención reivindicada se dirige a generar una pulverización de líquido finamente dispersado constante, que debe retener la forma y tamaño de su sección a las distancias de hasta 10 m, y a aumentar la eficiencia de energía consumida para la generación de un chorro de gotas de gas. Además, la distribución de la concentración de gotas sobre la sección de un chorro de gotas de gas finamente dispersadas debe ser homogénea. La solución de dichos objetivos es de especial importancia en la implementación de pulverizadores de líquido para eliminar las fuentes de fuego.
El resultado técnico que se puede lograr mediante la solución de las tareas expuestas consiste en incrementar la efectividad de la lucha contra el fuego, cuando se utilizan aditivos antiincendios conteniendo agua, al aumentar la utilización efectiva de un fluido operativo y al reducir el consumo de energía para generar un chorro de gotas de gas.
Dichos objetivos se logran facilitando un pulverizador de líquido según la primera realización de la invención que incluye una caja que tiene un canal de circulación compuesto de una porción de entrada formada como un tubo convergente, una porción cilíndrica y una porción de salida formada como un difusor cónico, estando unidas secuencialmente dichas porciones una con otra en relación alineada axialmente (conocido por US-A-3701482), donde, según la presente invención, una longitud de la porción cilíndrica no es inferior a su radio, un ángulo cónico del difusor que define la porción de salida del canal de circulación es mayor que un ángulo cónico del tubo convergente que define la porción de entrada del canal de circulación.
Se usa preferiblemente un pulverizador de líquido que tiene un ángulo de vértice de un cono que define el tubo convergente entre 6º y 20º y un ángulo de vértice de un cono que define el difusor entre 8º y 90º. En particular, un ángulo de vértice de un cono que define el tubo convergente puede ser igual a 13º y un ángulo de vértice de un cono que define el difusor puede ser igual a 20º.
Para mejorar el flujo de régimen del chorro de gotas de gas de manera que esté libre de desviaciones estacionarias y oscilatorias de una orientación predeterminada, los bordes de entrada del tubo convergente que define la porción de entrada del canal de circulación y los bordes de salida del difusor que define la porción de salida del canal de circulación se forman redondeados.
El radio de los bordes redondeados es sustancialmente 1\div2,5 el radio de la porción cilíndrica del canal de circulación.
El pulverizador de líquido puede estar equipado con una cámara que tiene un canal cilíndrico, cuyo extremo de entrada está unido con una sección de salida del difusor, siendo el diámetro del canal cilíndrico de la cámara no inferior al diámetro de la sección de salida del difusor. La utilización de dicha cámara permite generar chorros de gotas de gas finalmente dispersados y pulverizados al mínimo consumo de energía. Un diámetro de dicho canal cilíndrico de la cámara es sustancialmente 4 \div 6 diámetros de la porción cilíndrica del canal de circulación, y una longitud de dicho canal es 10 \div 30 diámetros de la porción cilíndrica del canal de circulación.
Una rejilla o chapa perforada puede estar situada en la sección de salida del canal cilíndrico de dicha cámara. En este evento, el chorro de gotas de gas generado en el canal cilíndrico de la cámara se divide más.
Para reducir las pérdidas de energía en el proceso de generar un flujo finamente dispersado, un área total en sección transversal de los agujeros de la chapa perforada o rejilla se selecciona de modo que sea 0,4 \div 0,7 de un área en sección transversal del canal cilíndrico de dicha cámara.
La pared de la cámara puede estar provista de al menos un agujero tangencial para expulsar gas (por ejemplo, aire) del exterior al canal cilíndrico de dicha cámara. Tal realización permite estabilizar el chorro de gotas de gas y reducir las pérdidas de energía cinética de las gotitas de líquido debido al torbellino del flujo de aire alrededor del chorro generado. Teniendo presente esta finalidad, la pared de cámara de la realización preferida puede estar equipada con al menos cuatro agujeros tangenciales, que están dispuestos simétricamente por pares en dos planos transversales del canal cilíndrico de dicha cámara, extendiéndose el primer plano cerca de la sección de salida del difusor y extendiéndose el segundo plano cerca de la sección de salida de la cámara.
Según otra realización preferida, un pulverizador de líquido puede estar compuesto de una cámara dispuesta coaxial con una caja, en su exterior. Se forma al menos un paso entre la superficie exterior de la caja y la superficie interior de la cámara para suministrar un flujo de gas a presión hacia la sección de salida de la porción de salida del canal de circulación de dicho pulverizador. La cámara puede contener una boquilla compuesta de un tubo convergente y un difusor dispuesto en secuencia. La sección de entrada de boquilla está en comunicación con una porción de salida del canal de circulación de dicho pulverizador. El uso de la cámara con la boquilla permite utilizar la energía de un flujo paralelo de gas para dividir más de gotas de líquido y para incrementar el alcance del chorro de gotas de gas finamente dispersado.
El logro de dichos objetivos también es posible previendo un pulverizador de líquido que según la segunda realización de la invención incluye una caja que tiene un canal de circulación compuesto de una porción de entrada formada como un tubo convergente, una porción cilíndrica y una porción de salida formada como un difusor cónico, estando unidas dichas porciones una con otra en relación alineada axialmente, donde según la presente invención una longitud de la porción cilíndrica no es menos que su radio, y el tubo convergente que define la porción de entrada del canal de circulación se hace de forma conoide, siendo un radio de redondez de la superficie lateral no inferior a un radio de la porción cilíndrica del canal de circulación.
El ángulo de vértice de un cono que forma el difusor es preferiblemente entre 8º y 90º. La superficie del tubo convergente de forma conoide está unida con la superficie de la porción cilíndrica del canal de circulación preferiblemente a un ángulo no superior a 2º.
Para estabilizar más el flujo de régimen de un flujo de gotas de gas, los bordes de salida del difusor que define la porción de salida del canal de circulación se hacen redondeados. El radio de redondez de los bordes es sustancialmente 1\div2 el radio de la porción cilíndrica del canal de circulación.
El pulverizador de líquido puede estar provisto de una cámara que tiene un canal cilíndrico, cuyo extremo de entrada está unido con una sección de salida del difusor, siendo un diámetro del canal cilíndrico de la cámara no inferior a un diámetro de la sección de salida del difusor. La utilización de dicha cámara, como en la primera realización de la invención, permite generar chorros de gotas de gas finamente dispersados y pulverizados al mínimo consumo de energía. Un diámetro del canal cilíndrico de la cámara es sustancialmente 4 \div 6 diámetros de la porción cilíndrica del canal de circulación, y su longitud es 10\div30 diámetros de la porción cilíndrica del canal de circulación.
Una rejilla o chapa perforada puede estar situada en la sección de salida del canal cilíndrico de la cámara, como en la primera realización de la invención. Para reducir las pérdidas de energía durante la generación del flujo finamente dispersado, el área total en sección transversal de los agujeros de la chapa perforada o rejilla se selecciona de manera que sea igual a 0,4 \div 0,7 el área en sección transversal del canal cilíndrico de dicha cámara.
La pared de la cámara, como en la primera realización de la invención, puede estar provista de al menos un agujero tangencial para expulsar gas del exterior al canal cilíndrico de la cámara. Tal realización permite estabilizar el chorro de gotas de gas y reducir las pérdidas de energía cinética de los flujos de líquido debido a torbellino del flujo de aire alrededor del flujo generado. Teniendo presente esta finalidad, la pared de cámara en la realización preferida de la invención puede estar equipada con al menos cuatro agujeros tangenciales, que están dispuestos simétricamente por pares en dos planos transversales del canal cilíndrico de dicha cámara, extendiéndose el primer plano cerca de la sección de salida del difusor y extendiéndose el segundo plano cerca de la sección de salida de dicha cámara.
Además, la realización preferida del pulverizador de líquido puede contener una cámara dispuesta coaxial con la caja en su exterior en lugar de la cámara antes descrita. Se forma al menos un paso entre la superficie exterior de la caja y la superficie interior de la cámara para suministrar gas a presión a la sección de la porción de salida del canal de circulación de dicho pulverizador. La cámara puede incluir una boquilla compuesta de un tubo convergente y un difusor dispuesto en secuencia. La sección de entrada de boquilla está en comunicación con la porción de salida del canal de circulación de dicho pulverizador. La implementación de la cámara con la boquilla permite, como en la primera realización de la invención, utilizar la energía de un flujo paralelo de gas para dividir más las gotitas de líquido y aumentar el alcance del flujo de gotas de gas finamente dispersado.
Breve descripción de los dibujos
La invención se explica con los ejemplos de una realización concreta y por los dibujos aplicados que describen lo siguiente:
La figura 1 es una representación esquemática del pulverizador de líquido formado según la primera realización de la invención.
La figura 2 es una vista esquemática en sección del pulverizador de líquido formado según la primera realización de la invención con bordes redondeados del canal de circulación.
La figura 3 es una vista esquemática en sección del pulverizador de líquido formado según la primera realización de la invención con una cámara que tiene un canal cilíndrico.
La figura 4 es una vista en sección en el plano A-A de la cámara equipada con un canal cilíndrico y utilizada en dos realizaciones de la invención (véase las figuras 3 y 6).
La figura 5 es una vista esquemática en sección del pulverizador de líquido formado según la primera realización de la invención con la cámara situada coaxial con una caja de manera que se forme un paso anular.
La figura 6 es una representación esquemática del pulverizador de líquido formado según la segunda realización de la invención.
La figura 7 es una vista esquemática en sección del pulverizador de líquido equipado según la segunda realización de la invención con una cámara que tiene un canal cilíndrico.
La figura 8 es una vista esquemática en sección del pulverizador de líquido equipado según primera realización de la invención con una cámara dispuesta coaxial con una caja de manera que se forme un paso anular.
Ejemplos preferidos de realizaciones de la invención
Un pulverizador de líquido formado según la primera realización de la invención (véase las figuras 1 a 5) incluye una caja 1 con un canal de circulación compuesto de porciones alineadas axialmente unidas una a otra. una porción de entrada 2 se hace en forma de un tubo convergente con un agujero de salida unido a un agujero de entrada de una porción cilíndrica 3. Una porción de salida 4 hecha en forma de un difusor cónico incluye un agujero de entrada unido con
un agujero de salida de la porción cilíndrica 3. Una longitud de la porción cilíndrica es 0,7 su diámetro. Un ángulo de vértice de un cono que define el tubo convergente es 13º y un ángulo de vértice de un cono que define el difusor es 20º.
La caja 1 está conectada en el lado del agujero de entrada del tubo convergente a una unión de tubo 5 de un tubo de un sistema de suministro de líquido. El sistema de suministro de líquido incluye un supercargador de líquido del tipo de bomba o presión 6.
En una realización preferida (véase la figura 2) los bordes de entrada del tubo convergente que define la porción de entrada 2 del canal de circulación y los bordes de salida del difusor que define la porción de salida 4 se hacen redondeados, siendo el radio de redondez igual al diámetro de la porción cilíndrica 3.
El pulverizador de líquido puede incluir una cámara 7 (véase la figura 3) que tiene un canal cilíndrico 8 cuyo agujero de entrada está en comunicación con una sección de salida del difusor (porción de salida 4). Un diámetro del canal cilíndrico 8 es igual a cuatro diámetros de la porción cilíndrica 3 del canal de circulación. La longitud del canal cilíndrico 8 medida desde la sección de salida del difusor a la sección de salida de la cámara 7 es igual a diez diámetros de la porción cilíndrica 3 del canal de circulación. Una chapa perforada 9 está situada en el agujero de salida del canal cilíndrico 8 y unida a una parte de extremo de la cámara 7 por medio de una tuerca especial 10. El área total en sección transversal de los agujeros en la chapa perforada 9 es 0,5 el área en sección transversal del canal cilíndrico 8. El tamaño máximo "d" de cada uno de los agujeros de flujo en la chapa perforada 9 se selecciona dependiendo del diámetro "d" de la porción cilíndrica 3 según la condición: 0,2 < d/D < 0,7.
En la pared de la cámara 7 se han formado ocho agujeros tangenciales 11 para expulsar aire del exterior al canal cilíndrico 8 (véase las figuras 3 y 4). Los agujeros tangenciales 11 están dispuestos en dos planos transversales del canal cilíndrico 8. Cuatro agujeros 11 están dispuestos simétricamente en el plano transversal del canal 8 cerca de la sección de salida del difusor (porción de salida 4), y otros cuatro agujeros 11 están dispuestos en el plano transversal del canal 8 cerca de la sección de salida de la cámara 7.
El pulverizador puede estar equipado con una cámara cilíndrica 12 (véase la figura 5) dispuesta en alineación axial con la caja 1, en su exterior. Se ha formado un paso anular entre la superficie exterior de la caja 1 y la superficie interior de la cámara 12 y en comunicación con una fuente de gas a alta presión 13. El paso anular está adaptado para suministrar gas a la sección de la porción de salida 4 del canal de circulación. Una boquilla situada en una parte de extremo de la cámara se compone de un tubo convergente 14 y un difusor 15.
Un pulverizador de líquido, según la segunda realización de la invención (véase las figuras 6 a 8), incluye una caja 16 con un canal de circulación compuesto de porciones unidas secuencialmente alineadas axialmente una con otra. Una porción de entrada 17 se hace en forma de un tubo convergente de forma conoide con un radio de redondez de una superficie lateral igual al diámetro de una porción cilíndrica 18. Una longitud de la porción cilíndrica 18 unida con la porción de entrada 17 es 0,7 su diámetro. Una porción de salida 19 formada como un difusor cónico tiene un agujero de entrada unido con el agujero de salida de la porción cilíndrica 18. Un ángulo de vértice de un cono que forma el difusor es 20º. La superficie de forma conoide del tubo convergente (porción de entrada 17) está unida con la superficie de la porción cilíndrica 18 en un ángulo de 2º. Los bordes de salida del difusor que forma la porción de salida 19 del canal de circulación se hacen redondeados, con un radio de redondez de los bordes que es igual al de la porción cilíndrica 18.
La caja 16 está conectada a una unión de tubo 20 de un tubo de un sistema de suministro de líquido incluyendo un supercargador de líquido 21.
Los bordes de salida del difusor que forma la porción de salida 19 se hacen redondeados, siendo un radio de la redondez de los bordes igual al de la porción cilíndrica 18.
En la realización preferida del pulverizador (véase la figura 7) el agujero de salida del difusor (porción de salida 19) se comunica con una cámara 22 que tiene un canal cilíndrico 23. Los tamaños geométricos de la porción cilíndrica 18 se seleccionan idénticos a los de la primera realización del pulverizador (véase la figura 3). Una chapa perforada 24 está situada en el agujero de salida del canal cilíndrico 23 y unida a una parte de extremo de la cámara 22 por medio de una tuerca especial 25. Los tamaños de los agujeros en la chapa perforada 24 se seleccionan idénticos a los de la primera realización del pulverizador (véase la figura 3).
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En la pared de la cámara 22 se han formado ocho agujeros tangenciales 26 para expulsar aire del exterior al canal cilíndrico 23 (véase las figuras 7 y 4). Agujeros tangenciales 26 están dispuestos y orientados de manera idéntica a la de la primera realización del pulverizador.
Otro ejemplo del pulverizador según la segunda realización de la invención puede incluir una cámara cilíndrica 27 (véase la figura 8) dispuesta coaxial con la caja 16, en su exterior. Un paso anular formado entre la superficie exterior de la caja y la superficie interior de la cámara 27 se comunica con una fuente de gas a alta presión 28. El paso anular está adaptado para suministrar un flujo paralelo de gas a la sección de salida de la porción de salida 19 del canal de circulación. Una boquilla en la parte de extremo de la cámara se compone de un tubo convergente 29 y un difusor
30.
La operación del pulverizador diseñado según la primera realización de la invención se realiza de la siguiente manera.
Se suministra agua a presión por un supercargador 6 mediante un tubo de un sistema de suministro de agua a una unión de tubo 5 conectada a un agujero de salida de la caja 1 de dicho pulverizador. Se suministra agua a un agujero de entrada del tubo convergente (porción de entrada 2), donde se genera un flujo de líquido a velocidad alta con un perfil de velocidad uniforme en su sección. El flujo de líquido avanza en el tubo convergente de la zona con una presión estática más alta y una presión dinámica más baja a la zona con una presión estática más baja y una presión dinámica más alta. Esto permite evitar las condiciones para la formación de flujos vorticiales y la separación del flujo de líquido de la pared de canal.
La velocidad máxima de flujo de líquido en el extremo de salida del tubo convergente se selecciona de manera que la presión estática en el extremo de salida del tubo convergente se disminuya al valor de la presión de vapor de líquido saturado a la temperatura inicial (para agua P_{SV} \approx 2,34 \cdot 10^{-3} MPa a t = 20ºC). La presión estática inicial del agua hacia arriba del tubo convergente se mantiene al nivel no inferior a la presión crítica suficiente para el desarrollo de cavitación durante la salida a la atmósfera (P_{in} \approx 0,23 MPa). Las pérdidas de energía cinética que se producen durante el paso del flujo de líquido mediante el tubo convergente dependen del ángulo cónico de un cono que forma la superficie cónica del tubo convergente. Cuando aumenta el ángulo cónico desde 6º, el consumo de energía se incrementa inicialmente para alcanzar el valor máximo en el ángulo de \sim13º y después disminuye al ángulo de \sim20º. Por lo tanto, el ángulo de vértice óptimo del cono que forma el tubo convergente se selecciona entre 6º y 20º.
Después del paso por la porción de entrada 2 del canal de circulación del pulverizador, el flujo de líquido se administra a la porción cilíndrica 3, donde se desarrollan burbujas de cavitación durante el período de tiempo de
\sim10^{-4} \div 10^{-5} s. La formación de burbujas durante el paso de flujo de agua a través de la porción cilíndrica 3 se garantiza en caso de que la longitud de la porción cilíndrica exceda de su radio para proporcionar un tiempo predeterminado suficiente para la cavitación de estado de régimen. Sin embargo, es sabido que las pérdidas hidráulicas por rozamiento se incrementan a una longitud sustancialmente incrementada del canal cilíndrico. Así, bajo las condiciones de servicio del pulverizador practicable la longitud del canal cilíndrico se puede restringir al valor correspondiente a un diámetro del canal de circulación.
Durante el paso del líquido a través de la porción de salida 4 formada como un difusor, las burbujas de cavitación se desarrollan intensamente y chocan y el flujo de líquido se separa de la pared del difusor. El flujo se acelera en el difusor debido a la reducción de la densidad del flujo de líquido conteniendo vapor y burbujas de aire. Dado que la presión estática en una zona de entrada del difusor es baja y es comparable a la presión de cavitación, un flujo de aire dirigido entra del exterior a una cavidad entre el chorro de gotas de gas y la pared del difusor. Los flujos vorticiales que resultan del flujo de gas contracorriente y el flujo de líquido expulsan el flujo de líquido de la pared del difusor para reducir las pérdidas de energía por rozamiento. Además, la formación de flujos vorticiales da lugar a división activa del flujo de líquido, que se intensifica más por el choque de las burbujas de cavitación durante la expansión del flujo en el difusor. Tales procesos se producen en caso de que el ángulo cónico del difusor que define la porción de salida 2 del canal de circulación exceda del ángulo cónico del tubo convergente que define la porción de entrada 4 del canal de circulación del pulverizador. Los ángulos de vértice óptimos del cono que forma el difusor son entre 8º y 90º. La formación de flujos vorticiales no se produce en los ángulos de vértice superiores a 90º. A los ángulos de vértice inferiores a 8º falta en la práctica una lámina de gas entre el flujo de líquido y la pared del difusor.
Junto con la apropiada selección de ángulos de ahusamiento óptimos para el tubo convergente y el difusor, un diámetro del agujero de salida del difusor es importante para la división efectiva del flujo de líquido. Es aconsejable utilizar el diámetro del agujero de salida del difusor 4\div6 veces superior al diámetro de la porción cilíndrica 3. A un menor diámetro del agujero de salida del difusor el efecto de los flujos vorticiales sólo aparece ligeramente en el flujo de líquido y a un diámetro mayor se incrementan sustancialmente las dimensiones del pulverizador.
El pulverizador que tiene dichos tamaños del canal de circulación lleva a cabo la formación de un chorro de gotas de gas finamente dispersado a alta velocidad a pérdidas mínimas de energía cinética.
Cuando el diámetro del agujero de salida de la unión de tubo 5 es esencialmente mayor que el diámetro de la porción cilíndrica 3 del canal de circulación, se utiliza un tubo convergente que tiene bordes de entrada redondeados (véase la figura 2).
Tal realización del pulverizador permite disminuir sus dimensiones con pérdidas mínimas de energía cinética por rozamiento y la formación de flujos vorticiales. El radio de redondez óptimo de los bordes del tubo convergente está entre 1 y 2,5 radio de la porción cilíndrica del canal de circulación. El aumento del radio de los bordes redondeados da lugar a dimensiones incrementadas de todo el dispositivo, de modo que el radio se selecciona preferiblemente igual al diámetro de la porción cilíndrica 3. Con el líquido saliendo por el tubo convergente que tiene bordes redondeados, el modo operativo del pulverizador no se cambia en conjunto, estando localizadas las zonas de cavitación en la porción de entrada del difusor. La característica operativa dada intensifica la cavitación en el flujo de líquido durante su aceleración.
La implementación del difusor (porción de salida 4 del canal de circulación) con bordes de salida redondeados (véase la figura 2) permite mejorar el estado de régimen del chorro de gotas de gas que sale del pulverizador. Con tal realización del pulverizador, el chorro generado está libre de desviaciones estacionarias y oscilatorias de un eje de simetría longitudinal del canal de circulación.
El radio de redondez de los bordes de salida del difusor también se selecciona entre 1 y 2,5 radio de la porción cilíndrica 3 del canal de circulación de dicho pulverizador. Un aumento del radio de redondez de los bordes de salida del difusor da lugar al efecto reducido de los flujos vorticiales de aire que entran en el difusor en el proceso de dividir gotas en el chorro de gotas de gas generado. Como consecuencia, aumentan los tamaños de las gotas en el chorro de gotas de gas generado. En base a dichas limitaciones, el radio de redondez de los bordes en la realización preferida se selecciona igual al diámetro de la porción cilíndrica 3 del canal de circulación.
El fluir el chorro acelerado de gas-líquido a través de la sección de salida del difusor que tiene bordes de salida redondeados en la extensión máxima, se forman flujos de aire vorticiales toroidales axialmente simétricos en el difusor. Tales estructuras toroidales son axialmente alargadas y no dan origen a perturbaciones en la porción de salida del difusor.
Cuando se utiliza una cámara 7 con un canal cilíndrico 8 (véase la figura 3) en la realización preferida del pulverizador, el chorro de gotas de gas se expande y las gotitas se dividen adicionalmente por la chapa perforada 9. A la vez que avanza por el canal 8, el chorro se expande y estabiliza a lo largo de la longitud del canal que es de 10 a 30 diámetros de la porción cilíndrica 3 del canal de circulación del pulverizador. En el rango dado de longitudes para el canal cilíndrico 8, se obtiene nivelación de la velocidad en la sección del chorro de gotas de gas por una parte y por otra parte se mantiene la velocidad requerida del chorro. Después de la colisión contra la chapa perforada 9, el tamaño de las gotitas en el chorro de gotas de gas se reduce 2 \div 3 veces como media.
El efecto de la chapa perforada 9 en la estructura del chorro de gotas de gas generado en el canal de circulación del pulverizador se elimina previendo el libre acceso de aire del exterior a la sección de salida del difusor. Tal posibilidad se obtiene seleccionando una zona total de agujeros en la placa 9 del rango de entre 0,5 y 0,6 del área en sección transversal del canal cilíndrico 8. Un aumento del área de los agujeros da lugar a distribución no uniforme del tamaño de las gotas en una sección del flujo finamente dispersado generado y a la posible aparición de corrientes de líquido separadas e inclusiones de gas (discontinuidades en el flujo de líquido) en la periferia del flujo.
La selección óptima de los diámetros "d" de los agujeros en la chapa perforada 9 (según la condición: 0,2 < d/D < 0,7, donde D es el diámetro de la porción cilíndrica 3) lleva a cabo la división uniforme en el tiempo y espacialmente del flujo de líquido en pequeñas gotitas. La selección de tamaños de agujero inferiores a los valores óptimos da lugar a "adhesión" del líquido en los agujeros de la chapa perforada debido al efecto de fuerzas de tensión superficial. Por otra parte, un aumento del diámetro "d" de los agujeros por encima del valor óptimo da lugar a un aumento de los tamaños de gotitas en el flujo de líquido-gas generado.
Los agujeros tangenciales 11 (véase la figura 3) formados en la cámara 7 llevan a cabo una estabilización vorticial adicional en el proceso de formación de un chorro finamente dispersado de gotas de gas, cuando la presión de alimentación de líquido se varía dentro de un rango amplio (hasta un incremento por diez del nivel nominal inicial).
Durante el funcionamiento del pulverizador el aire es expulsado del exterior al canal cilíndrico 8 mediante cuatro agujeros tangenciales 11, que están dispuestos simétricamente por pares en dos planos transversales del canal cilíndrico 8 de la cámara 7. La expulsión se produce por la reducción de la presión estática (vacío) en el extremo de salida del difusor, cuando se acelera el chorro de gotas de gas. La orientación tangencial de los agujeros 11 formados en la cámara 7 y su disposición simétrica en los dos planos transversales de la cámara 7, extendiéndose el primer plano cerca de la sección de salida del difusor y extendiéndose el segundo plano cerca de la sección de salida de la cámara 7, permite que el flujo de aire expulsado se arremoline uniformemente alrededor del chorro de gotas de gas. El torbellino tangencial del aire entrante reduce el efecto de la chapa perforada 9 en el flujo en el canal cilíndrico 8 y minimiza la "adhesión" del líquido en los agujeros de la chapa perforada 9. Además, dicho modo operativo del pulverizador intensifica el proceso de mezcla de gotas de líquido con aire a través de la sección de flujo y, en consecuencia, aumenta la homogeneidad de la concentración de gotas en el flujo hacia arriba de la chapa perforada 9. Junto con esto, se elimina la posibilidad de aparición de corrientes de líquido separadas que afectan a la formación de un chorro homogéneo finamente dispersado de gotas de gas.
Las investigaciones indicaban que las condiciones óptimas para estabilizar un chorro de gotas de gas se crean previendo una cierta relación del área en sección transversal de los agujeros tangenciales a la zona total de la sección efectiva de la chapa perforada 9, que está entre 0,5 y 0,9. El número y la disposición de los niveles de agujeros tangenciales a lo largo de la cámara 7 dependen de los requisitos de mezcla uniforme del flujo de líquido-gas.
El uso de una cámara 12 (véase la figura 5) en la construcción del pulverizador provoca la división adicional de gotas en el flujo paralelo de gas generado y aumenta el alcance de un chorro de gotas de gas finamente dispersado generado. Se genera un flujo de gas mediante la salida del gas suministrado bajo la presión excesiva de 0,25 \div 0,35 MPa de una fuente de gas a alta presión 13 a un paso anular formado entre la superficie exterior de la caja 1 del pulverizador y la superficie interior de una cámara 12. La relación óptima de la velocidad de flujo de líquido a través del canal de circulación del pulverizador y de la velocidad de flujo de gas a través del paso anular de la cámara está entre 90 y 25.
Finalmente se forma un chorro de gotas de gas finamente dispersado estrecho dirigido, cuando los flujos paralelos de gas y un chorro de gotas de gas preliminarmente dispersado son acelerados simultáneamente en la boquilla de la cámara 12 compuesta de un tubo convergente 14 y un difusor 15. Mientras el chorro de gotas de gas fluye a través de la boquilla de la cámara 12, las gotas grandes de líquido se dividen debido a la acción del flujo de gas periférico y se aceleran adicionalmente por dicho flujo de gas. A la velocidad inicial del líquido de 45 m/s y a la velocidad inicial del gas en la cámara 12 de hasta 80 m/s, la velocidad media de las gotas en el chorro de gotas de gas generado era \sim 30 m/s a una distancia de 3,5 m de la sección de salida de la boquilla de la cámara. El chorro de gotas de gas generado tenía una distribución suficientemente homogénea de tamaños de gotas en la sección de flujo del chorro: los tamaños de gotas en la parte central del chorro eran 190 \div 200 \mu, en la zona anular media 175 \div 180 \mu y en la zona anular periférica \sim 200 \mu y más.
La operación del pulverizador diseñado según la segunda realización de la invención (véase las figuras 6 a 8) se lleva a cabo de manera idéntica a la de la primera realización de la invención. Difiere solamente en la formación más optimizada de un chorro de gotas de gas a reducida dimensión longitudinal del pulverizador. Según la segunda realización de la invención, la porción de entrada 17 del canal de circulación de dicho pulverizador se hace en forma conoide, siendo el radio de redondez de la superficie lateral no inferior al radio de la porción cilíndrica 18 del canal de circulación. Tal construcción de la porción de entrada permite disminuir las pérdidas de energía cinética del chorro de gotas de gas para la formación de flujos vorticiales en el tubo convergente. La superficie del tubo convergente está unida continuamente a la superficie cilíndrica de la porción 18 para llevar a cabo la aceleración del flujo de líquido y excluir la formación prematura de flujos vorticiales hacia arriba del extremo de entrada del difusor. Además, la reducción continua de la sección efectiva de la porción de entrada corta en forma conoide 17 del canal hace que los centros de cavitación se localicen cerca de la sección de entrada del difusor. Como resultado, el chorro finamente dispersado de gotas de gas de concentración homogénea se genera con pérdidas mínimas de energía.
Los resultados de investigaciones apoyan la posibilidad de generar por medio de la invención un flujo constante de líquido finamente dispersado con mínimo consumo de energía. El flujo generado retiene la forma y tamaño de su sección a las distancias de hasta 10 m, previéndose una mejor homogeneidad de la distribución de la concentración de gotas en la sección de flujo.
Aplicabilidad industrial
La invención reivindicada se puede emplear en sistemas de prevención de incendios, como parte de equipo de procesado, para quemar de combustible en la tecnología y transporte de calor, así como para humidificar el entorno y pulverizar desinfectantes e insecticidas. La invención se puede emplear como parte de medios contra incendios en las unidades estacionarias y móviles para apagar los incendios producidos en clases diferentes de objetos: en las salas de hospitales, bibliotecas y museos, en barcos y aeroplanos, así como para suprimir las fuentes de fuego al aire libre, etc.
La invención reivindicada se explica mediante dichos ejemplos de las realizaciones preferidas; sin embargo, los expertos en la materia deben entender que, en el caso de implementación industrial de la invención, se puede hacer modificaciones insignificantes en comparación con los ejemplos de realizaciones sin apartarse sustancialmente de la materia de la invención reivindicada.

Claims (29)

1. Un pulverizador de líquido incluyendo una caja (1) con un canal de circulación compuesto de una porción de entrada (2) unida secuencialmente y alineada axialmente, formada como un tubo convergente, una porción cilíndrica (3) y una porción de salida (4) formada como un difusor cónico, se caracteriza porque la longitud de la porción cilíndrica (3) no es inferior a su radio pero no más que su diámetro, superando el ángulo cónico del difusor que define la porción de salida (4) del canal de circulación el ángulo cónico de la porción de entrada definitoria del tubo convergente (2) del canal de circulación.
2. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 1 se caracteriza porque un ángulo de vértice de un cono que forma un tubo convergente está entre 6º y 20º, y un ángulo de vértice de un cono que forma un difusor está entre 8º y 90º.
3. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 2 se caracteriza porque un ángulo de vértice de un cono que forma un tubo convergente es 13º y un ángulo de vértice de un cono que forma un difusor es 20º.
4. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 1 se caracteriza porque los bordes de entrada de la porción de entrada definitoria del tubo convergente (2) del canal de circulación se hacen redondeados.
5. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 1 se caracteriza porque los bordes de salida del difusor que define la porción de salida (4) del canal de circulación se hacen redondeados.
6. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 4 o 5 se caracteriza porque el radio de redondez de dichos bordes es 1 \div 2,5 el radio de la porción cilíndrica (3) del canal de circulación.
7. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 1 se caracteriza porque incluye una cámara (7) con un canal cilíndrico (8) cuyo extremo de entrada está conectado a una sección de salida del difusor, siendo el diámetro del canal cilíndrico (8) de la cámara (7) al menos igual al diámetro de la sección de salida del difusor.
8. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 7 se caracteriza porque un diámetro de canal cilíndrico (8) de la cámara (7) es 4 \div 6 diámetros de la porción cilíndrica (3) del canal de circulación.
9. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 7 se caracteriza porque una longitud del canal cilíndrico (8) de la cámara (7) es 10 \div 30 diámetros de la porción cilíndrica (3) del canal de circulación.
10. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 7 se caracteriza porque una rejilla o chapa perforada (9) está situada en la sección de salida del canal cilíndrico (8) de la cámara (7).
11. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 10 se caracteriza porque un área total en sección transversal de los agujeros de la chapa perforada (9) o rejilla es 0,4 \div 0,7 el área en sección transversal del canal cilíndrico (8) de la cámara (7).
12. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 7 se caracteriza porque se forma al menos un agujero tangencial (11) en la pared de la cámara (7) para expulsar gas del exterior al canal cilíndrico (8) de la cámara (7).
13. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 12 se caracteriza porque en la pared de la cámara (7) se hacen al menos cuatro agujeros tangenciales (11), que están dispuestos simétricamente por pares en dos planos transversales del canal cilíndrico (8) de la cámara (7), extendiéndose el primer plano cerca de la sección de salida del difusor y el segundo plano cerca de la sección de salida de la cámara (7).
14. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 1 se caracteriza porque incluye una cámara (12) dispuesta coaxial a la caja (1), en su exterior, formándose al menos un paso entre una superficie exterior de la caja (1) y una superficie interior de la cámara para suministrar gas a presión a la sección de porción de salida (4) del canal de circulación de dicho pulverizador.
15. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 14 se caracteriza porque la cámara (12) incluye una boquilla compuesta de tubo convergente (14) y difusor (15) dispuestos secuencialmente, comunicando la sección de entrada de boquilla con la porción de salida (4) del canal de circulación de dicho pulverizador.
16. Un pulverizador de líquido incluyendo una caja (16) con un canal de circulación compuesto de una porción de entrada (17) unida secuencialmente y alineada axialmente, formada como un tubo convergente, una porción cilíndrica (18) y una porción de salida (19) formada como un difusor, se caracteriza porque la longitud de la porción cilíndrica (18) no es inferior a su radio pero no más de su diámetro, el tubo convergente que forma la porción de entrada (17) del canal de circulación se hace en forma de conoide, siendo el radio de redondez de la superficie lateral al menos igual al radio de la porción cilíndrica (18) del canal de circulación.
17. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 16 se caracteriza porque un ángulo de vértice de un cono que forma el difusor está entre 8º y 90º.
18. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 16 se caracteriza porque la superficie de forma conoide del tubo convergente está unida a la superficie de la porción cilíndrica (18) del canal de circulación a un ángulo no superior a 2º.
19. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 16 se caracteriza porque los bordes de salida del difusor que forma la porción de salida (19) del canal de circulación se hacen redondeados.
20. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 19 se caracteriza porque un radio de redondez de los bordes de salida del difusor es 1 \div 2 radio de la porción cilíndrica (18) del canal de circulación.
21. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 16 se caracteriza porque incluye una cámara (22) que tiene un canal cilíndrico (23), cuya entrada está conectada a la sección de salida del difusor, siendo el diámetro del canal cilíndrico (23) de la cámara (22) al menos igual al diámetro de la sección de salida del difusor.
22. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 21 se caracteriza porque el diámetro del canal cilíndrico (23) de la cámara (22) es 4 \div 6 diámetros de la porción cilíndrica (18) del canal de circulación.
23. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 21 se caracteriza porque una longitud de canal cilíndrico (23) de la cámara (22) es 10\div30 diámetros de la porción cilíndrica (18) del canal de circulación.
24. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 21 se caracteriza porque una rejilla o chapa perforada (24) está situada en la sección de salida del canal cilíndrico (23) de la cámara (22).
25. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 24 se caracteriza porque un área total en sección transversal de la chapa perforada (24) o rejilla es 0,4 \div 0,7 el área en sección transversal del canal cilíndrico (23) de la cámara (22).
26. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 16 se caracteriza porque al menos en la pared de la cámara se forma un agujero tangencial (26) para expulsar gas del exterior al canal cilíndrico (23) de la cámara (22).
27. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 26 se caracteriza porque al menos cuatro agujeros tangenciales (26) están dispuestos simétricamente en la pared de la cámara (22) por pares en dos planos transversales del canal cilíndrico (23) de la cámara (22), donde el primer plano se extiende cerca de la sección de salida del difusor y el segundo plano se extiende cerca de la sección de salida de la cámara (22).
28. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 16 se caracteriza porque incluye una cámara (27) dispuesta coaxial con la caja (16), en su exterior, donde se forma al menos un paso entre la superficie exterior de la caja (16) y la superficie interior de la cámara (27) para suministrar gas a presión a la sección de porción de salida (19) del canal de circulación.
29. Un pulverizador de líquido según se reivindica en la reivindicación 28 se caracteriza porque la cámara (27) incluye una boquilla formada por el tubo convergente (29) y difusor (30) dispuestos secuencialmente, donde la sección de entrada de la boquilla comunica con la porción de salida (19) del canal de circulación.
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