SU1351691A1 - Пневмоакустическа форсунка дл растворов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике распылени  растворов и суспензий и может быть использовано в различных отрасл х промьшшенности. Цель - повышение надежности регулировани  угла раскрыти  факела распыленной жидкос ти . Дл  этого в пневмоакустической форсунке дл  растворов выходна  кромка газовоздушного сопла выполнена с радиусным закруглением, а отношение внутреннего диаметра цилиндра.газовоздушного сопла к диаметру большего основани  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. Отношени  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 создаетс  по ее оси обратное течение воздуха , подсасываемого в газовоздушное сопло из окружающей среды. В результате взаимодействи  этого течени  с основным всйдушным потоком, вводимым в форсунку через боковой патрубок, расположенный на ее корпусе, на выходе из сопла генерируютс  акусти ческие колебани . 1 ил. сл со сл О5 со

Description

Изобретение относитс  к технике распылени  растворов и суспензий и может быть использовано в химической , пищевой и микробиологической и других отрасл х промышленности дл  распылени  жидкости в камерах распылительных сушилок,

Цель изобретени  - повьш1ение надежности регулировани  угла раскрыти  факела распыленной жидкости.

На чертеже изображена конструкци  пневмоакустической форсунки дл  растворов .

Форсунка содержит корпус 1 с боковым патрубком 2 дл  подвода газовоздушного агента, установленный в корпусе 1 с образованием кольцевой полости 3 центральный патрубок 4 дл  подачи раствора с цилиндрическим жидкостным соплом 5, размещенную в кольцевой полости 3 корпуса 1 газораспределительную шайбу 6, резонатор в виде кольцевой проточки 7 и газовоздушное сопло 8 с внутренней полостью , выполненной в виде цилиндра 9, сопр женного с усеченным конусом 10, обращенным большим основанием к газораспределительной шайбе 6. Кольцева  проточка 7 выполнена на наружной поверхности газовоздушного сопла 8 со стороны выходного торца. Газораспределительна  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 сопла 8 и корпуса может быть зафиксировано контргайкой 12, что позвол ет измен ть размеры резонатора.

Выходна  кромка газовоздушного сопла 8 выполнена с радиусным закруглением .

Отношение внутреннего диаметра d g ц цилиндра 9 сопла 8 к d с большег основани  его усеченного конуса выбрано равным от 0,5 до 0,7, отношение диаметра d, жидкостного сопла 5 к внутреннему диаметру d цилиндра 9 сопла 8 выбрано меньшим 0,5, а отношение длины 1р резонатора к его наружному диаметру d р - не большим 0,3, т.е.

IP

n S-n 7- --- 0 S- -- 0 3 j u,j

8.Ц

13516912

Отношени  радиуса R выходной кромки цилиндра 9 сопла 8, наружного диаметра d (I д его- выходного торца и диаметра dp 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.

R

6Д

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

5.1.

15

dp . , о - 1,4-3.

В.и,

0

0

0

5

0

5

Пневмоакустическа  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 подводитс  к газораспределительной шайбе 6, котора  своими 5 спиральными каналами преобразует поступательное движение воздуха во вращательное . Под действием центробежной силы воздушный поток прижимаетс  к периферийной поверхности сопла 8, соверша  одновременно поступательное движение к выходу из сопла 8 и вращательное движение вокруг оси. По оси сопла 8 образуетс  зона разрежени , в которую устремл етс  воздух из окружающей среды, создава  в центральной зоне сопла 8 циркул ционное течение, состо щее из сбалансированных по расходу спутных и встречных потоков,вход щих в сопло 8 и выход щих из него. Граница между основным воздушным потоком , движущимс  у стенки сопла 8, и циркул ционным течением, занимающим его центральную зону, зависит тольк о от геометрических размеров элементов форсунки.,

При взаимодействии основного воздушного потока, движущегос  у стенок сопла 8, с центральным циркул ционным течением, подсасываемым из окружающей среды, на выходе из сопла 8 генерируютс  акустические колебани , усиливаемые резонатором, образованным цилиндрическим насадком 11 и кольцевой проточкой 7.

Одновременно по центральному патрубку 4 к жидкостному соплу 5 подаетс  распыливаема  жидкость. Под воздействием основного воздушного потока стру  жидкости раст гиваетс  в

пленку, подсасыва сь к выходной кромке сопла 8, выполненной по радиусу, где за счет комбинированного воздействи  воздушного потока и акустической энергии дробитс  на капли с образованием факела.

Акустические колебани  на выходе из сопла 8 генерируютс  только при наличии развитого обратного течени , возникающего за счет разрежени , создаваемого основным воздушным потоком

Развитой обратный ток в воздушном сопле форсунок возникает, когда отношение -7/ 0,5. В свою очередь, жидкостное сопло 5 не оказывает вли ни  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 0,5 обратный ток уничтожаетс , генераци  колебаний исчезает и форсунка превращаетс  в обычную вихревую пневматическую .

Выполнение выходной кромки цилиндра 9 радиусом R (0,2-0,25)-dgц позвол ет потоку под воздействием обратного течени , плавно обтека  кромки, прижиматьс  к торцу сопла 8. Така  аэродинамика обусловлена тем, что выполнение выходного участка сопла 8 По радиусу плавно увеличивает площадь истечени  основного потока . В результате уменьшаетс  величина средней осевой составл ющей скорости потока, что ведет к увеличению угла крутки на выходе из сопла 8. Большее значение радиуса относитс  к меньшему диаметру цилиндрической части сопла 8, имеющему большую осевую составл ющкю скорости, меньшее - к большему значению диаметра цилиндрической части сопла 8. Увеличение радиуса R выходной кромки выше указанного диапазона, хот  и обеспечивает хорошее раскрытие факела, нецелесообразно , так как при этом увеличиваетс  площадь контакта газожидкостной фазы с поверхностью сопла 8, что приводит к падению ее скорости и ухудшает дисперсность распыла. Вследствие этого и наружный диаметр выходного торца цилиндра 9 сопла 8 нецелесообразно выполн ть большим (1,4-1,-5)dj . С увеличением этого отношени  растет поверхность контакта газожидкостной фазы с соплом 8, что ведет к ухудшению качеств а распылени 

0

5

0

5

Регулировка факела распыленной жидкости осуществл етс  путем перемещени  насадка 11 вдоль оси форсунки . Положение насадка 11 фиксируетс  контргайкой 12, Перемещение насадка 11 позвол ет в широком диапазоне регулировать угол раскрыти  факела распыленной жидкости. Когда торец насадка 11 находитс  на уровне торца газовоздушного сопла 8, факел полностью раскрыт (угол раскрыти  180°). В этом случае газожидкостна  смесь, обте.ка  выходные кромки цилиндра 9 сопла В, измен ет свое направление на 96 и распыл етс . Под действием обратного тока факел прижимаетс  к торцовьм кромкам насадка 11. Полость, образованна  проточкой 7 на наружной поверхности сопла 8 и цилиндрическим насадком 11, усиливает основные колебани , генерируемые на. выходе fi3 сопла 8, а кроме того, уменьшает поверхность контакта факела с поверхностью форсунки, что позвол ет повысить качество распьшени . При выдвижении насадка 11 уменьшаетс  зона подсоса воздуха к соплу 8 из окружающей среды, в результате чего уменьшаетс  угол факела распыленной жидкости и при I p/dр 0,3 он составл ет пор дка 60 (1 р - длина насадка; d - диаметр насадка). Дисперс ность распьша при этом не измен етс . Это обусловлено тем, что при вьщвиже- нии насадка 11 в указанном диапазоне некоторое количество жидкости попадает на его внутреннюю поверхность и распыл етс  в нее. Распыление жидкости с поверхности насадка 11 должно ухудшить качество распылени . Однако при перемещении насадка 11 измен етс  объем резонатора, что ведет к изменению параметров акустического пол , 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 увеличиваетс  значительно от 143 до 150 дБ, т.е. почти в 1,5 раза. Таким образом, ухудшение качества распылени  за счет вьщвижени  насадка 11 компенсируетс  увеличением интенсивности ко- 5 лебаний. Выдвижение насадка 11 вьш1е отношени  1p/dр 0,3 нецелесообразно , так- как угол факела распыленной жидкости при этом измен етс  незначи0

5

0

0

ухудшаетс . Начинает уменьшатьс  и интенсивность колебаний, что обусловлено потерей энергии газожидкостного потока в результате его трени  о внутреннюю поверхность насадка 11.

Аналогичное вли ние на генерацию колебаний и регулировку габаритов факела оказывает отношение . Оптимальное значение этого отношени  находитс  в диапазоне d /d. 1,4-3. Нижний предел этого отношени  соответствует случаю, когда внутренний диаметр насадка 11 равен наружному диаметру выходного торца цилиндра 9 сопла 8, т.е. d , (1 ,4-1 ,5)d „ „. С

и, ц ., вд

увеличением этого отношени  увеличиваетс  поверхность факела, на котору воздух, подсасываемый в обратный ток оказывает давление. Так как количество воздуха, подсасываемого в сопло 8 при неизменных геометрических и технологических параметрах форсунки посто нно и не зависит от размеров насадка 11, то с увеличением диаметра последнего уменьшаетс  давление на факел. Таким образом, существует критическое значение этого отношени , при котором факел еш;е будет прилсат к торцойым кромкам насадка 11. Сверх этого отношени  факел, особенно при малых значени х отношени  Ip/dp, не будет, прижиматьс  к кромкам насадка 11 и регулировка габаритов факела распыленной жидкости будет невозможн

При отсутствии скруглени  выходной кромки цилиндра 9 сопла 8 факел распыленной жидкости регулируетс  только до избыточного давлени  100 КПа. С увеличением давлени  воздуха выше 100 кПа факел срываетс  с кромок насадка 11 и не регулируетс ., С увеличением радиуса R скруглени  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) xdg факел устойчиво раскрыт и хорошо регулируетс  перемещением насадка 11 при избыточном давлении воздуха вплоть до 600 кПа и вьш1е. Увеличение радиуса выше оптимального значени  нецелесообразно, так как при этом ухудшаетс  дисперсность распьша.

Отношение оказывает су- ш,ественное вли ние на аэродинамику С увеличением отношени 

сопла. d,../d.

растет площадь периферий-ной

10

51691 .

зоны, что ведет к уменьшению величины средней абсолютной скорости на выходе из сопла и облегчает регулировку габаритов факела. Оптимальное значение находитс  в диапазоне 0,5-0,7. При избыточном давлении 200-300 кПа в этом диапазоне абсолютна  скорость воздушного потока на выходе из сопла имеет величину пор дка 140-190 м/с. При этом интенсивность акустических колебаний составл ет 145-150 дБ. Дальнейшее увеличение отношени  dg /dк нецелесообразно, так как это ведет к значительному уменьшению скорости на выходе из сопла 8, что ухудшает качество распылени  .

Отношение ,, оказывает вли - о. и,

ние на аэродинамику, если оно больше 0,5. При этом уничтожаетс  циркул ционное течение внутри сопла,,в значительной степени гаситс  крутка, увеличиваетс  осева  составл юща  ско- 21- рости и факел распыленной жидкости при всех остальных оптимальных соотношени х не регулируетс .

Отношение вли ет на качество распылени , особенно при

15

20

30

35

40

50

Ip/dp 0. В этом случае факел, обтека -скругленные кромки цилиндра 9, прижимаетс  к торцовой поверхности сопла 8 и насадка 11,

Отношение d„/d„ оказывает вли г D. Ц

ние на регулировку габаритов факела. Нижний предел этого отношени  имеет величину 1,4, т.е. внутренний диаметр цилиндрического насадка 11 равен наружному диаметру торцового участка цилиндра 9 сопла 8. С увеличением этого отношени  повьш1аетс  плавность регулировани  угла раскрыти  факела распыленной жидкости, однако при этом уменьшаетс  давление на факел потока воздуха, подсасываемого в соп ,ло 8, и при определенном (критическом ) значении отношени  d p/d факел не прижимаетс  к кромкам насадка 11 и его регулировка становитс  невозможной . Выполнение на наружной поверхности газовоздушного сопла 8 со стороны выходного торца кольцевой проточки 7 позвол ет с увеличением отношени  d p./d g уменьшить поверхность контакта газожидкостной фазы с поЬ5 верхностью сопла 8 и таким образом повысить, качество распылени . Кроме того., газожидкостньтй поток создает в кольцевой проточке 7 разрежение (при

1351 Ip/d 0), что облегчает его прижимание к торцовой поверхности насадка 1 1 . ,

Отношение Ip/dp оказывает вли ние на угол раскрыти  факела распыленной жидкости и дисперсность распыпа. При 1p/d р О факел полностью раскрыт (угол 180°). При выдвижении насадка

11 угол раскрыти  уменьшаетс  и при 0,3 составл ет 60 . Изменени  дисперсности распыла в этом диапазоне изменени  lp/d,p не наблюдаетс .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Пневмоакустическа  форсунка дл  растворов, содержаща  корпус с боковым патрубком дл  подвода газовоздушного распыливающего агента, ус- тановленный в корпусе с образованием кольцевой полости центральный патрубок дл  подачи раствора с цилиндрическим жидкостным соплом, размещенную в кольцевой полости корпуса газррас- пределительную шайбу, резонатор в виде кольцевой проточки и газовоздушное сопло с внутренней поверхностью.

   8

   0

   5

   o Ь

   выполненной в виде цилиндра, сопр женного с усеченным конусом, обращенным большим основанием к газораспределительной шайбе, отличаю- щ а   с   тем, что, с целью повышени  надежности регулировани  угла раскрыти  факела распыленной жидкости , выходна  кромка газовоздушного сопла выполнена с радиусным закруглением , при этом отношение внутреннего диаметра цилиндра газовоздушного сопла к диаметру большего основани  его усеченного конуса выбрано равным от 0,5 до 0,7, отношение диаметра жидкостного сопла к внутреннему диаметру цилиндра газовоздушного сопла выбрано меньшим 0,5, отношение длины резонатора к его наружному диаметру - не большим 0,3, а отношени  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, QT 1,4 до 1,5 и от 1,4 до 3 соответственно .

   Редактор А.Огар

   Составитель А.Чал-Борю Техред Л.Сердюкова

   Заказ 5521/9 Тираж 646 Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и .открытий 1J3035, Москва, Ж-35, Раушска  наб.,. д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

   Корректор Н.Король