способ импульсного селективно-рециркуляционного распыления жидкости и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ импульсного селективно-рециркуляционного распыления жидкости, заключающийся в том, что распыление осуществляют путем подачи жидкости под давлением нагнетания через распыливающее устройство, отличающийся тем, что процесс распыления осуществляют импульсами и дополняют импульсным процессом отбора из факела распыления его фрагментов, из которых улавливают частицы распыленной жидкости, образующие в аккумулированном виде жидкость, которую отправляют на повторное распыление, причем импульсный процесс распыления синхронизируют с импульсным процессом отбора из факела распыления его фрагментов.

2. Устройство для импульсного селективно-рециркуляционного распыления жидкости, содержащее емкость с распыляемой жидкостью, сообщающуюся через устройство импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания с распыляющим соплом, отличающееся тем, что установлен синхронизатор работы устройства импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания с работой распределителя потока, расположенного и выполненного с возможностью импульсного переключения факела распыления в приемник для сбора частиц, причем приемник для сбора частиц сообщается с емкостью с распыляемой жидкостью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам для распыления жидкости в технологических процессах, требующих получения факела распыления, однородного по скорости и размерам частиц распыленной жидкости, в частности в топочных устройствах, в двигателях внутреннего сгорания, в распылительных устройствах для нанесения различного рода покрытий, в пищевой промышленности, в химической промышленности.

Наиболее близким по технической сущности для способа является способ гидравлического распыливания (прототип), описанный в книге Пажи Д.Г., Галустов B.C. Основы техники распыливания жидкостей. - М.: Химия, 1984, на стр.10. Способ состоит в том, что распыление осуществляют путем подачи жидкости под давлением нагнетания через распыляющее устройство. Основным энергетическим фактором, приводящим к распаду жидкости на капли, является давление нагнетания. Проходя через распыливающее устройство, жидкостный поток, во-первых, приобретает довольно высокую скорость и, во-вторых, преобразуется в форму, способствующую быстрому и эффективному распаду (струя, пленка, крупные частицы, в зависимости от принадлежности распылителя к тому или иному классу). Недостатком способа является неоднородность факела распыления по размерам и скорости частиц распыленной жидкости. Эта неоднородность факела распыления вызвана различными причинами, одна их которых состоит в том, что под действием сил аэродинамического сопротивления мелкие частицы распыленной жидкости тормозятся сильнее, чем более крупные частицы. В частности, этот недостаток проявляется в дизельных двигателях, где мелкие частицы топлива испаряются в зоне распылителя форсунки, что ухудшает использование воздуха в объеме камеры сгорания, для крупных капель процесс сгорания затягивается и наблюдается повышенное выделение сажи (Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. / Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1992, с.314-315).

Наиболее близким по технической сущности для устройства является устройство для распыления жидкости (прототип), описанное в книге Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1992, на стр.309 рис.72. Устройство содержит емкость с распыляемой жидкостью, сообщающуюся через устройство импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания с распыляющим соплом. Недостатком этого устройства является неоднородность факела распыления по скорости и размерам частиц распыленной жидкости. Эта неоднородность факела распыления вызвана различными причинами, одна их которых состоит в том, что под действием сил аэродинамического сопротивления мелкие частицы распыленной жидкости тормозятся сильнее, чем более крупные частицы.

Настоящим изобретением решается задача уменьшения неоднородности факела распыления по скорости и размерам частиц распыленной жидкости путем импульсного распыления, дополняемого отбором (селекцией) из факела частиц распыленной жидкости, образующих в аккумулированном виде жидкость, которую отправляют на повторное распыление (рециркуляция). Технический результат состоит в получении факела распыления, более однородного по скорости и размерам частиц распыленной жидкости за счет удаления из факела распыления тех его фрагментов, которые содержат быстро летящие крупные или медленно летящие мелкие частицы распыленной жидкости, в зависимости от варианта применения способа или назначения устройства.

Согласно изобретению технический результат для способа достигается тем, что распыление осуществляют путем подачи жидкости под давлением нагнетания через распиливающее устройство, процесс распыления осуществляют импульсами и дополняют импульсным процессом отбора из факела распыления его фрагментов, из которых улавливают частицы распыленной жидкости, образующие в аккумулированном виде жидкость, которую отправляют на повторное распыление, причем импульсный процесс распыления синхронизируют с импульсным процессом отбора из факела распыления его фрагментов.

Общим признаком с известным способом по прототипу является:

- распыливание осуществляют путем подачи жидкости под давлением нагнетания через распыливающее устройство.

Новыми признаками, отличающими предлагаемый способ от прототипа, являются:

- процесс распыления осуществляют импульсами;

- дополняют процессом импульсного отбора из факела распыления его фрагментов, из которых улавливают частицы распыленной жидкости, образующие в аккумулированном виде жидкость, которую отправляют на повторное распыление;

- импульсный процесс распыления синхронизируют с импульсным процессом отбора из факела распыления его фрагментов.

Согласно изобретению технический результат для устройства достигается за счет того, что в устройстве, содержащем емкость с распыляемой жидкостью, сообщающуюся через устройство импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания с распыляющим соплом, установлен синхронизатор работы устройства импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания с работой распределителя потока, расположенного и выполненного с возможностью импульсного переключения факела распыления в приемник для сбора частиц, причем приемник для сбора частиц сообщается с емкостью с распыляемой жидкостью.

Общими признаками с известным устройством по прототипу являются:

- емкость с распыляемой жидкостью, сообщающаяся через устройство импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания с распыляющим соплом.

Новыми признаками, отличающими устройство от прототипа, являются:

- синхронизатор работы устройства импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания с работой распределителя потока, расположенного и выполненного с возможностью импульсного переключения факела распыления в приемник для сбора частиц, причем приемник для сбора частиц сообщается с емкостью с распыляемой жидкостью.

На фиг.1 приведен общий вид устройства для импульсного селективно-рециркуляционного распыления жидкости.

На фиг.2 приведена иллюстрация различия в скорости движения крупных и мелких частиц распыленной жидкости.

Способ осуществляют следующим образом. Из емкости с распыляемой жидкостью с помощью насоса импульсами подают жидкость под давлением нагнетания через распыливающее сопло. Поток жидкости проходит через распыливающее сопло, приобретая высокую скорость, и в форме струи истекает из сопла. Струя жидкости, истекающая из сопла, распадается на частицы разных размеров, формируя факел распыления. Импульсная подача жидкости под давлением нагнетания приводит к импульсному процессу распыления, при котором факел распыления появляется, существует в течение некоторого времени и исчезает. Под действием первоначального импульса движения струи жидкости, распадающейся на частицы, и сил аэродинамического сопротивления мелкие частицы распыленной жидкости тормозятся сильнее, чем более крупные частицы, что приводит к неравномерному распределению частиц распыленной жидкости в факеле. Для переднего фронта факела характерны быстрые крупные частицы жидкости, для заднего фронта - медленные мелкие частицы. Импульсами отбирают фрагменты факела распыления, содержащие быстрые крупные или медленные мелкие частицы, и направляют их в приемник для сбора частиц, где происходит сбор частиц, образующих в аккумулированном виде жидкость, которую отправляют на повторное распыление. Для отбора заданных фрагментов факела распыления импульсный процесс распыления синхронизируют с импульсным процессом отбора из факела распыления его фрагментов. Оставшийся факел распыления характеризуется большей однородностью по скорости и размерам частиц распыленной жидкости.

Устройство состоит из емкости с распыляемой жидкостью 1, сообщающейся с помощью трубопровода 2 через устройство импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания 3 с распыляющим соплом 4. На некотором расстоянии от распыляющего сопла 4 установлен распределитель потока 5, расположенный и выполненный с возможностью импульсного переключения факела распыления в приемник для сбора частиц 6. Приемник для сбора частиц 6 сообщается с помощью трубопровода 7 с емкостью с распыляемой жидкостью 1. Установлен синхронизатор 8, согласующий работу устройства импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания 3 с работой распределителя потока 5.

Устройство работает следующим образом. Жидкость из емкости 1 поступает по трубопроводу 2 в устройство импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания 3, далее жидкость импульсами поступает в распыляющее сопло 4. Жидкость истекает из сопла 4 в виде струи, распадающейся на частицы разных размеров, формируя факел распыления. Импульсная подача жидкости под давлением нагнетания приводит к импульсному процессу распыления, при котором факел распыления появляется, существует в течение некоторого времени и исчезает. Под действием первоначального импульса движения струи жидкости, распадающейся на частицы, и сил аэродинамического сопротивления мелкие частицы распыленной жидкости тормозятся сильнее, чем более крупные частицы, что приводит к неравномерному распределению частиц распыленной жидкости в факеле, это проиллюстрировано на фиг.2. В факеле распыления для переднего фронта характерны более крупные быстрые частицы, а мелкие медленные для заднего фронта факела. Распределитель потока 5 импульсно переключает факел распыления в приемник для сбора частиц 6, что приводит к удалению из факела распыления его фрагментов (передний фронт или задний фронт сформированного импульса факела). Оставшийся факел распыления характеризуется большей однородностью по скорости и размерам частиц распыленной жидкости. Частицы распыленной жидкости, собранные из направленного в приемник для сбора частиц 6 фрагментов факела распыления, в аккумулированном виде образуют жидкость, которая самотеком стекает по трубопроводу 7 в емкость с распыляемой жидкостью 1. Синхронизатор 8 работы устройства импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания 3 с работой распределителя потока 5 обеспечивает условия для удаления из факела распыления заданных фрагментов.

Устройство импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания 3 выполнено в виде плунжерного насоса. Возможны другие варианты исполнения устройства импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания 3, необходимо и достаточно, чтобы реализовывалась именно функция импульсами подавать жидкость под давлением нагнетания. Это приводит к импульсному процессу распыления жидкости, при котором факел распыления появляется, существует в течение некоторого времени и исчезает, что в сочетании с другими признаками позволяет достигнуть технического результата.

Распределитель потока 5, расположенный и выполненный с возможностью импульсного переключения факела распыления в приемник для сбора частиц 6, выполнен в виде лопатки отсекателя, закрепленной на валу. В процессе вращения лопатка отсекателя импульсно перекрывает факел распыления, направляя факел распыления в приемник для сбора частиц 6. Расположение распределителя потока 5 предопределяется геометрическими размерами факела распыления. Возможны другие варианты исполнения устройства распределителя потока 5, необходимо и достаточно, чтобы реализовывалась именно функция импульсно переключать факел распыления в приемник для сбора частиц 6. Это приводит к отбору из факела распыления его фрагментов, что в сочетании с другими признаками позволяет достигнуть технического результата.

Приемник для сбора частиц 6 выполнен в виде кожуха в форме боковых поверхностей двух одинаковых усеченных конусов, соединенных большими основаниями. Возможны другие варианты исполнения устройства 6, необходимо и достаточно, чтобы реализовывалась именно функция собирать частицы распыленной жидкости из направляемых в приемник фрагментов факела. Это приводит к сбору из фрагментов факела частиц жидкости, которые в аккумулированном виде образуют жидкость, которую отправляют на повторное распыление.

Синхронизатор 8, согласующий работу устройства импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания 3 с работой распределителя потока 5, выполнен в виде шестеренчатой передачи, связывающей вал вращения распределителя потока 5 с кривошипно-шатунным механизмом, связанным с толкателем плунжерного насоса. Возможны другие варианты исполнения синхронизатора 8, необходимо и достаточно, чтобы реализовывалась именно функция синхронизировать работу устройства импульсной подачи жидкости под давлением нагнетания 3 с работой распределителя потока 5, для создания условий отбора заданных фрагментов факела распыления.