устройство для распыления жидкости в газовой среде с образованием газокапельной струи с высокой кинетической энергией

Формула изобретения

Устройство для распыления жидкости в газовой среде с образованием газокапельной струи с высокой кинетической энергией, содержащее выпускное газожидкостное сопло, соединенное с камерой смешения газа и жидкости таким образом, что выходное отверстие камеры смешения совпадает с входным отверстием выпускного газожидкостного сопла, а камера смешения соединена магистралями с емкостями для жидкости и сжатого газа, а выходная оконечность газовой магистрали выполнена в виде газодинамического сопла, и газовая магистраль расположена коаксиально внутри жидкостной магистрали, выходное отверстие жидкостной магистрали образует входное отверстие камеры смешения, расположенное соосно выходному отверстию камеры и газожидкостному соплу, а клапан с малым динамическим сопротивлением установлен между входным и выходным отверстиями камеры смешения и обеспечивает одновременное открытие/закрытие как жидкостной, так и газовой магистрали, отличающееся тем, что выходное отверстие конфузора газожидкостного сопла соединяется с входным отверстием диффузора газожидкостного сопла цилиндрической трубкой, коаксиальной соплу, с диаметром, равным критическому диаметру сопла, а на выходе газодинамического сопла, коаксиально ему, расположен излучатель Гартмана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике распыления жидкостей в газовой среде, предпочтительно в воздухе, и может быть использовано для распыления значительного количества жидкости за короткий промежуток времени с образованием газокапельной струи с высокой кинетической энергией, в частности для целей пожаротушения.

Задачей изобретения является повышение эффективности действия и экономичности устройства для получения газокапельной струи по заявке на изобретение РФ 2004130334/12 (МПК А62С 31/02, опубликована 27.03.2006), содержащего выпускное газожидкостное сопло, соединенное с камерой смешения газа и жидкости таким образом, что выходное отверстие камеры смешения совпадает с входным отверстием выпускного газожидкостного сопла, а камера смешения соединена магистралями с емкостями для жидкости и сжатого газа, при этом выходная оконечность газовой магистрали выполнена в виде газодинамического сопла, и газовая магистраль расположена коаксиально внутри жидкостной магистрали, а выходное отверстие жидкостной магистрали образует входное отверстие камеры смешения, расположенное соосно выходному отверстию камеры и газожидкостному соплу, а клапан с малым динамическим сопротивлением установлен между входным и выходным отверстиями камеры смешения и обеспечивает одновременное открытие/закрытие как жидкостной, так и газовой магистрали.

Однако указанное устройство имеет следующие недостатки.

1. Недостаточная скорость капель жидкости в газокапельной струе при выходе ее из газожидкостного сопла из-за малого времени контакта капель жидкости с газовой составляющей струи.

2. Большой расход газа и низкая степень дисперсности капель жидкости в газокапельной струе из за недостаточно полной передачи кинетической энергии газа распыляемой жидкости.

Повысить время контакта капель жидкости с газовой составляющей струи технически возможно путем увеличения длины критического участка выходного газожидкостного сопла; также известен способ генерации интенсивных ультразвуковых волн путем преобразования кинетической энергии сверхзвуковой газовой струи в акустические колебания - так называемый излучатель Гартмана (Борисов Ю.А. Газоструйные излучатели звука гартмановского типа // Источники мощного ультразвука. М.: Наука, 1967. - С.7-110), который позволяет с минимальными потерями передать энергию газа диспергируемой жидкости.

Задачей изобретения является повышение эффективности действия и экономичности устройства для получения газокапельной струи по заявке на изобретение РФ 2004130334/12 (МПК А62С 31/02, опубликована 27.03.2006) в результате наличия коаксиально расположенной цилиндрической трубки, соединяющей выходное отверстие конфузора газожидкостного сопла с входным отверстием диффузора газожидкостного сопла при диаметре трубки, равном критическому диаметру сопла; излучателя Гартмана, расположенного на выходе газодинамического сопла коаксиально ему.

Задача достигается тем, что устройство для получения газокапельной струи, содержащее выпускное газожидкостное сопло, соединенное с камерой смешения газа и жидкости таким образом, что выходное отверстие камеры смешения совпадает с входным отверстием выпускного газожидкостного сопла, а камера смешения соединена магистралями с емкостями для жидкости и сжатого газа, а выходная оконечность газовой магистрали выполнена в виде газодинамического сопла, и газовая магистраль расположена коаксиально внутри жидкостной магистрали, выходное отверстие жидкостной магистрали образует входное отверстие камеры смешения, расположенное соосно выходному отверстию камеры и газожидкостному соплу, а клапан с малым динамическим сопротивлением установлен между входным и выходным отверстиями камеры смешения и обеспечивает одновременное открытие/закрытие как жидкостной, так и газовой магистрали, отличающееся тем, что выходное отверстие конфузора газожидкостного сопла соединяется с входным отверстием диффузора газожидкостного сопла цилиндрической трубкой коаксиальной соплу, с диаметром, равным критическому диаметру сопла, а на выходе газодинамического сопла коаксиально ему расположен излучатель Гартмана.

Сущность заявляемого устройства поясняется Фиг.1.

Основные составные части устройства: газожидкостное выпускное сопло (1); камера (2) для смешения газа и жидкости; газодинамическое сопло (3) для разгона потока газа до сверхзвуковой скорости; газовая магистраль (4) для подачи газа под давлением к газодинамическому соплу; жидкостная магистраль (5) для подачи жидкости в камеру смешения; рукоять (6) для удержания устройства; пусковая скоба (7) для приведения устройства в действие; клапан (8) для одновременного открытия/закрытия как жидкостной, так и газовой магистрали; пружина (9) для возврата клапана в исходное положение; излучатель Гартмана (10) для генерирования ультразвука; конфузор (11), трубка (12), соединяющая конфузор и диффузор (13) газожидкостного выпускного сопла для получения газокапельной струи с высокой кинетической энергией.

Описание работы устройства (см. Фиг.2).

После заполнения газовой (4) и жидкостной магистралей (5) от источника сжатого газа и жидкости нажимается пусковая скоба (7) которая, сжимая пружину (9), отодвигает клапан (8), который одновременно открывает газовую и жидкостную магистрали, выходные отверстия которых являются входными отверстиями камеры смешения (2) и расположены соосно выпускному газожидкостному соплу (1); сжатый газ, проходя через газодинамическое сопло (3), образует сверхзвуковой поток, который согласно изобретению, взаимодействуя с излучателем Гартмана (10), эффективно диспергирует жидкость, поступающую коаксиально с газом в камеру смешения как за счет скорости газового потока, так и за счет генерируемых излучателем ультразвуковых волн, образующаяся в результате смешения газового потока с потоком жидкости, газокапельная струя дополнительно разгоняется, проходя последовательно конфузор (11), трубку (12) и диффузор (13) выпускного газожидкостного сопла (1), образуя газокапельный поток с высокой кинетической энергией, который направляется в нужном направлении при помощи рукояти (6), при отпускании пусковой скобы клапан одновременно закрывает жидкостную и газовую магистрали, и работа устройства прекращается.

Предлагаемое устройство для распыления жидкости в газовой среде реализовано в серийной установке пожаротушения.

Результаты сравнительных испытаний устройств приведены в таблице.

В столбце 1 "№" указан номер устройства.

В столбце 2 "Характеристика" приводится характеристика устройства по наличию заявляемых признаков.

В столбце 3 "Скорость" указана скорость газокапельного потока на выходе из газожидкостного сопла.

В столбце 4 "Расход воды" указан расход воды.

В столбце 5 "Расход воздуха" указан расход сжатого воздуха.

В столбце 6 "Дисперсность" указан средний размер капель жидкости на выходе из газожидкостного сопла.

Остальные характеристики испытываемых устройств идентичны друг другу.

Таблица
№	Характеристика	Скорость, м/с	Расход воды, г/с	Расход воздуха, г/с	Дисперсность, мкм
1	2	3	4	5	6
1	Прототип (изобретение №2004130334)	65	345	13	120
2	Устройство по №1 с трубкой между конфузором и диффузором	75	338	12,5	115
3	Устройство по №2, снабженное излучателем Гартмана	80	340	11	100

Как было показано, предложенное изобретение обеспечивает повышение эффективности действия устройства распыления жидкости в газовой среде в результате увеличения скорости капель распыляемой жидкости в газокапельной струе при увеличении времени взаимодействия капель с газовой составляющей струи; повышения степени дисперсности капель жидкости в газокапельной струе из-за дополнительного диспергирования жидкости ультразвуком, генерируемым излучателем Гартмана.

Предложенное изобретение обеспечивает уменьшение расхода газа при работе устройства при сохранении требуемой скорости и дисперсности газокапельного потока в результате более полной передачи кинетической энергии газа каплям распыляемой жидкости.