RU2561107C1

RU2561107C1 - Jet-vortex atomiser with ejecting flame

Info

Publication number: RU2561107C1
Application number: RU2014140765/05A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Барсуков; Михаил Николаевич Барсуков
Original assignee: Николай Васильевич Барсуков; Михаил Николаевич Барсуков
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2015-08-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: in atomiser the distribution chamber has shape of truncated cone expanding towards the flow direction. The distribution chamber is made with hollow axially located wedge-like shoulders on the internal surface. The cone spinner of the swirler has slots repeating shape of the wedge-like shoulders on the internal surface of the cone of the distributing chamber. The nozzle hole of the nozzle in the manhole transits to the diffuser bell of considerably larger diameter. In axis of the swirler the dead hole is absent. Below the curvilinear channels inside to the arc partitions the toroidal channel is adjacent, it smoothly transits to the hemispherical fairing with cone depression at tip.

EFFECT: reduced hydrodynamic resistance of through part of the atomiser, increased liquid flowrate determining proportional speed rise, increased entrainment ratio, presence of the warranted clearance between the flame at the atomiser output and surface of the diffuser bell completely excludes creation of the flowing water film on the external surface of the atomiser.

4 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве устройства для диспергирования жидкостей в насадочных колонах, камерах орошения, в брызгальных бассейнах и тому подобных тепломассообменных агрегатах. Наиболее эффективно использование предлагаемой форсунки в скрубберах, градирнях и других контактных аппаратах эжекционного типа.The invention relates to a power system and can be used as a device for dispersing liquids in packed columns, irrigation chambers, spray tanks and the like heat and mass transfer units. The most effective use of the proposed nozzle in scrubbers, cooling towers and other contact devices of the ejection type.

Наиболее близкой по своим техническим решениям является струйно-вихревая форсунка, представленная в патенте RU, №2486965 01.04.2011 - прототип. Форсунка состоит из распределительной камеры, насадки и завихрителя. Распределительная камера и насадка образуют корпус форсунки, внутри которого расположен завихритель. Распределительная камера имеет резьбовой хвостовик, а насадка - выходное отверстие в виде сопла Вентури. Завихритель со стороны распределительной камеры имеет расходящиеся от оси к периферии желоба полуцилиндрической формы. С другого конца, в теле завихрителя выполнена внутренняя полость в виде тела вращения сложной конфигурации с глухим цилиндрическим отверстием по оси. Полость соединена с желобами плавно изогнутыми каналами. Параболическая поверхность полости и конфузорная часть сопла насадки имеют полусферические выступы.The closest in its technical solutions is the jet-vortex nozzle, presented in patent RU, No. 2486965 04/01/2011 - prototype. The nozzle consists of a distribution chamber, nozzle and swirl. The distribution chamber and nozzle form the nozzle body, inside of which the swirl is located. The distribution chamber has a threaded shank, and the nozzle has an outlet in the form of a venturi nozzle. The swirl from the side of the distribution chamber has a semi-cylindrical shape diverging from the axis to the periphery. At the other end, an internal cavity is made in the swirl body in the form of a body of revolution of complex configuration with a blind cylindrical hole along the axis. The cavity is connected to the gutters by smoothly curved channels. The parabolic surface of the cavity and the confuser part of the nozzle nozzle have hemispherical protrusions.

Данная форсунка имеет следующие недостатки.This nozzle has the following disadvantages.

Корпус распределительной камеры имеет цилиндрическую форму и поэтому при выходе потока из резьбового хвостовика создается зона внезапного расширения, в которой возникают хаотические завихрения потока, являющиеся причиной гидравлических потерь.The casing of the distribution chamber is cylindrical in shape and therefore, when the flow exits from the threaded shank, a zone of sudden expansion is created in which chaotic turbulences of the flow occur, which cause hydraulic losses.

Стремительное вращение вихря во внутренней полости завихрителя приводит к значительному падению давления в объеме глухого отверстия. Вследствие возникновения вакуума под выходным отверстием насадки в потоке создается кавитационное облако, которое является еще более существенным гидравлическим сопротивлением.The rapid rotation of the vortex in the inner cavity of the swirler leads to a significant drop in pressure in the volume of the blind hole. Due to the occurrence of vacuum under the nozzle outlet in the stream, a cavitation cloud is created, which is an even more significant hydraulic resistance.

При ориентации форсунки вверх некоторая часть потока вследствие пленочного эффекта стекает по наружной поверхности форсунки вниз.When the nozzle is oriented upward, a certain part of the flow flows downward along the outer surface of the nozzle due to the film effect.

Таким образом, наличие указанных гидродинамических сопротивлений существенно снижает расход жидкости через форсунку, одновременно, понижая коэффициент эжекции, а стекающая по поверхности пленка приводит к объемным потерям жидкости, которая в зимний период образует наледи.Thus, the presence of the indicated hydrodynamic resistance significantly reduces the flow rate of the fluid through the nozzle, while decreasing the ejection coefficient, and the film flowing down the surface leads to volumetric fluid losses, which in the winter form ice.

Задачами данного изобретения являются: увеличение расхода жидкости через форсунку, повышение эжектирующей способности факела и устранение объемных потерь жидкости.The objectives of this invention are: increasing the flow rate of the liquid through the nozzle, increasing the ejection ability of the torch and eliminating the volumetric loss of fluid.

Для решения этих задач предложена струйно-вихревая форсунка, конструкция которой представлена на фиг. 1-4. На фиг. 1 - общий вид форсунки в сборе. На фиг. 2 - разрез по фиг. 1. На фиг. 3 - разрез по фиг. 2. На фиг. 4 - разрез по фиг. 1.To solve these problems, a jet-vortex nozzle is proposed, the design of which is shown in FIG. 1-4. In FIG. 1 is a general view of the nozzle assembly. In FIG. 2 is a section through FIG. 1. In FIG. 3 is a sectional view of FIG. 2. In FIG. 4 is a sectional view of FIG. one.

Форсунка включает в себя три основные детали: распределительную камеру с резьбовым хвостовиком 1, насадку 2 и завихритель 3. Все три детали формуют из полимерных материалов. Распределительная камера 1 и насадка 2, собранные с помощью резьбового соединения, образуют корпус форсунки, внутри которого установлен завихритель 3. Резьбовые соединения снабжены уплотнительными кольцами 4.The nozzle includes three main parts: a distribution chamber with a threaded shank 1, a nozzle 2 and a swirl 3. All three parts are molded from polymeric materials. The distribution chamber 1 and the nozzle 2, assembled by means of a threaded connection, form the nozzle body, inside of which a swirler 3 is installed. The threaded connections are equipped with O-rings 4.

Распределительная камера имеет форму усеченного конуса, расширяющегося в сторону движения потока. На внутренней поверхности конуса выполнены полые, аксиально расположенные клиновидные выступы 5.The distribution chamber has the shape of a truncated cone, expanding in the direction of flow. Hollow axially located wedge-shaped protrusions 5 are made on the inner surface of the cone.

Насадка имеет сопловое отверстие конфузорной формы 6. В горловине отверстие переходит в диффузорный раструб 7 значительно большего диаметра. На боковой поверхности соплового отверстия по окружности расположены малые полусферические выступы 8.The nozzle has a nozzle hole of confuser shape 6. In the neck, the hole passes into the diffuser socket 7 of a significantly larger diameter. On the lateral surface of the nozzle hole around the circumference are small hemispherical protrusions 8.

Завихритель состоит из конического кока 9, распределительной шайбы 10 и полусферического обтекателя 11. В теле кока выполнены пазы, повторяющие форму клиновидных выступов на внутренней поверхности конуса распределительной камеры. Распределительная шайба имеет на периферийной части сквозные проемы 12 трапециевидной формы, расположенные между пазами кока. Проемы ограждены дуговыми перегородками 13, образуя внутри вихревую камеру. Проемы соединены с вихревой камерой каналами криволинейной формы 14, сориентированными тангенциально. Ниже криволинейных каналов изнутри к дуговым перегородкам примыкает тороидальная канавка, плавно переходящая в полусферический обтекатель с коническим углублением на вершине 15. Ниже углубления также по окружности расположен еще один ряд малых полусферических выступов 8. Для снижения гидродинамических сопротивлений место сопряжения боковой стенки проема и дна канала выполнено в форме галтели переменного радиуса.The swirl consists of a conical coca 9, a distribution washer 10 and a hemispherical fairing 11. In the body of the coca grooves are made that repeat the shape of the wedge-shaped protrusions on the inner surface of the cone of the distribution chamber. The distribution washer has trapezoidal openings 12 on the peripheral part located between the grooves of the coca. The openings are fenced by arc partitions 13, forming a vortex chamber inside. The openings are connected to the vortex chamber by channels of a curvilinear shape 14 oriented tangentially. Below the curved channels from the inside, a toroidal groove adjoins the arc partitions, smoothly turning into a hemispherical fairing with a conical recess at the top 15. Another row of small hemispherical protrusions is also located around the circumference 8. To reduce hydrodynamic drags, the interface between the side wall of the aperture and the bottom of the channel is made in the form of a fillet of variable radius.

Форсунка работает следующим образом. Поток жидкости, поступающий в корпус форсунки через хвостовик, в объеме распределительной камеры 1 омывает конический кок 9 и проходит через проемы 12 и криволинейные каналы 14 в вихревую камеру. Тангенциальная ориентация каналов создает в объеме камеры стремительно вращающийся вихрь, центруемый по оси коническим углублением 15 на вершине полусферического обтекателя 11. Вихревое движение потока внутри форсунки обеспечивает его вращение и после выхода в свободное пространство. Наличие полусферических выступов 8 на поверхностях соплового отверстия 6 и полусферического обтекателя 11 порождает во вращающемся потоке множество шнуровидных локальных вихрей. Такой характер движения потока определяет мелкодисперсную структуру факела в виде полого конуса, состоящего из множества закрученных струй.The nozzle works as follows. The fluid flow entering the nozzle body through the shank in the volume of the distribution chamber 1 is washed by the conical coke 9 and passes through the openings 12 and curved channels 14 into the vortex chamber. The tangential orientation of the channels creates a rapidly rotating vortex in the chamber volume, centered along the axis with a conical recess 15 at the top of the hemispherical fairing 11. The vortex motion of the flow inside the nozzle ensures its rotation even after reaching free space. The presence of hemispherical protrusions 8 on the surfaces of the nozzle hole 6 and the hemispherical fairing 11 generates a lot of cord-like local vortices in a rotating stream. This nature of the flow determines the finely divided structure of the torch in the form of a hollow cone, consisting of many swirling jets.

Увеличенный диаметр и угол раскрытия диффузорного раструба 7 насадки 2 подобран так, что факел не касается его боковой поверхности, т.е. между ними обеспечен гарантированный зазор. Через этот зазор происходит постоянный подсос воздуха в зону минимального сечения в горловине соплового отверстия, где наблюдается максимальное разряжение в потоке.The increased diameter and the opening angle of the diffuser socket 7 of the nozzle 2 are selected so that the torch does not touch its side surface, i.e. Between them a guaranteed clearance is provided. Through this gap, there is a constant intake of air into the zone of the minimum cross section in the neck of the nozzle hole, where the maximum discharge in the flow is observed.

Представленное изобретение обеспечивает следующие технические результаты.The presented invention provides the following technical results.

Коническая форма распределительной камеры, расширяющейся от резьбового хвостовика, предотвращает процесс вихреобразования на входе в форсунку.The conical shape of the distribution chamber, expanding from the threaded shank, prevents the vortex formation process at the inlet to the nozzle.

Отсутствие глухого отверстия на оси завихрителя и наличие полусферического обтекателя, заполняющего объем в центральной части вихревой камеры, предотвращают образование кавитационного облака в потоке.The absence of a blind hole on the axis of the swirler and the presence of a hemispherical fairing filling the volume in the central part of the vortex chamber prevent the formation of cavitation clouds in the flow.

Указанные конструктивные изменения приводят к существенному снижению гидродинамического сопротивления проточной части форсунки, а значит, при прочих равных условиях, к увеличению расхода жидкости.These structural changes lead to a significant decrease in the hydrodynamic resistance of the nozzle flow section, and, therefore, all other things being equal, to an increase in fluid flow.

Одновременно, увеличение расхода определяет пропорциональное повышение скорости движение потока, а следовательно, и величину коэффициента эжекции.At the same time, an increase in the flow rate determines a proportional increase in the flow velocity and, consequently, the magnitude of the ejection coefficient.

Наличие гарантированного зазора между боковой поверхностью конического раструба, примыкающего к выходному отверстию насадки, и факелом диспергированной жидкости, а также постоянный подсос воздуха к горловине соплового отверстия полностью предотвращают образование стекающей водяной пленки на внешней поверхности форсунки.The presence of a guaranteed gap between the lateral surface of the conical socket adjacent to the nozzle outlet and the torch of the dispersed liquid, as well as the constant suction of air to the nozzle orifice, completely prevent the formation of a flowing water film on the outer surface of the nozzle.

Claims

The nozzle contains a distribution chamber with a threaded shank, a nozzle with a nozzle hole of confusor shape and small hemispherical protrusions on the side surface, a swirler having a conical coke, a distribution washer with through trapezoidal openings on the peripheral part, enclosed by arc partitions, forming a vortex chamber connected inside openings tangentially oriented curved channels, characterized in that the distribution chamber has the shape of a truncated cone, expanding in the direction of flow with hollow, axially spaced wedge-shaped protrusions on the inner surface, and the conical swirl cone has grooves that repeat the shape of the wedge-shaped protrusions on the inner surface of the distribution chamber cone, the nozzle nozzle opening in the neck goes into a diffuser socket of a significantly larger diameter, in addition, there is no blind hole along the swirl axis, and below the curved channels from the inside, a toroidal groove adjacent to the arc partitions, smoothly transitioning in a hemispherical fairing with a conical recess on top.