пневмоакустический распылитель жидкости

Формула изобретения

1. Пневмоакустический распылитель жидкости, содержащий цилиндрический корпус, имеющий центральное отверстие; центральный стержень, установленный в центральном отверстии и имеющий часть, выступающую из цилиндрического корпуса, и впускной газовый канал; указанный цилиндрический корпус имеет впускной канал для жидкости, жидкостную кольцевую камеру, связанную с указанным впускным каналом для жидкости, жидкостное сопло, связанное с жидкостной кольцевой камерой, и газовое сопло, охватывающее центральный стержень; при этом на выступающей части центрального стержня установлен резонатор, рабочая поверхность которого обращена к газовому соплу, указанные газовое сопло и жидкостное сопло выполнены соосными, жидкостное сопло находится дальше по радиусу от центральной осевой линии цилиндрического корпуса, а газовое сопло выполнено коническим, сходящимся, отличающийся тем, что цилиндрический корпус содержит газовую камеру, расположенную непосредственно перед газовым соплом и прилегающую к поверхности центрального стержня, в указанном центральном стержне выполнены проходные газовые каналы, связывающие впускной газовый канал, который выполнен глухим, с газовой камерой, впускной канал для жидкости расположен на периферии торца цилиндрического корпуса и проходит в осевом направлении, жидкостное сопло выполнено в виде проходных жидкостных каналов в цилиндрическом корпусе, связанных с жидкостной кольцевой камерой, ориентированных с возможностью направления струй жидкости в зону распыления, где жидкость подвергается воздействию ударных волн, при этом угол наклона внутренних стенок газового сопла, отсчитываемый от вертикальной оси, составляет 50 - 80.

2. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что диаметр d_к газовой камеры, диаметр d_s центрального стержня и диаметр d_n газового сопла связаны соотношением

(d²_k - d²_s)/(d²_n - d²_s)=5-30.

3. Распылитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что проходные жидкостные каналы равномерно распределены по окружности жидкостной кольцевой камеры.

4. Распылитель по любому одному из пп.1-3, отличающийся тем, что проходные газовые каналы равномерно распределены по окружности центрального стержня.

5. Распылитель по любому одному из пп.1-4, отличающийся тем, что цилиндрический корпус снабжен обечайкой, охватывающей указанный корпус, а жидкостная кольцевая камера и проходные жидкостные каналы образованы пазами в цилиндрическом корпусе, ограниченными внутренней поверхностью обечайки.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к устройствам общего назначения, предназначенным для распыления жидкостей и, в частности, может быть использовано в текстильной промышленности для поддержания заданной влажности в помещениях, в медицине и в сельском хозяйстве для получения аэрозолей, в противопожарной технике для образования огнетушащих водных составов, а также в металлургии для быстрого охлаждения нагретых поверхностей.

Из уровня техники известен пневмоакустический распылитель жидкости, в котором в качестве источника интенсивных акустических колебаний использован стержневой газоструйный генератор (патент США № 3667679, НПК 239/102, опубликован в 1972 г). В этом распылителе жидкость подается через кольцевое сопло, расположенное снаружи газового сопла.

Еще один аналогичный пневмоакустический распылитель жидкости раскрыт в патенте США № 3070313, НПК 239/102, опубликованном в 1962 г. В этом распылителе жидкость подается через систему отверстий, расположенных вне зоны генерации, удаленных, например, на длину волны акустических колебаний, создаваемых газоструйным генератором.

Общим недостатком указанных пневмоакустических распылителей жидкости является недостаточная эффективность дробления жидкости.

Исследования ближнего поля генератора, выполненные заявителем, показали, что уровень звука существенно изменяется при удалении от зоны генерации, и поэтому для эффективного дробления жидкости следует располагать жидкостное сопло в непосредственной близости от зоны возникновения ударных волн.

Кроме того, известны пневмоакустические распылители жидкости, в которых жидкость подводится в зону генерации через отверстия в центральном стержне генератора (патенты США №№ 3638859, НПК 239/102, опубликован в 1972 г. и 4386738, НПК 239/102, опубликован в 1983 г). В этих распылителях деформация сверхзвукового потока существенно снижает интенсивность возникающих ударных волн, что также приводит к снижению акустического воздействия на распыляемую жидкость.

Во всех рассмотренных распылителях с целью увеличения расхода газа использованы слабо сходящиеся конические или профилированные газовые сопла с коэффициентом расхода около 1. Однако таким путем не удается повысить акустическую мощность источника колебаний. В результате проведенных заявителем экспериментальных исследований было установлено, что интенсивность колебаний в газоструйном генераторе зависит oт неустойчивости исходной струи. Наибольшую неустойчивость можно получить при определенной эпюре скоростей с точкой перегиба.

Аналогом, наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков (прототипом), является ппевмоакустический распылитель жидкости, раскрытый в патенте США № 4408719, НПК 239/101, опубликованном в 1983 г. Известный пневмоакустический распылитель жидкости содержит: цилиндрический корпус, имеющий центральное отверстие; центральный стержень, установленный в центральном отверстии и имеющий часть, выступающую из цилиндрического корпуса, и впускной газовый канал; указанный цилиндрический корпус имеет впускной канал для жидкости, жидкостную кольцевую камеру, связанную с указанным впускным каналом для жидкости, жидкостное сопло, связанное с жидкостной кольцевой камерой, и газовое сопло, охватывающее центральный стержень и связанное с впускным газовым каналом; при этом на выступающей части центрального стержня установлен резонатор, рабочая поверхность которого обращена к газовому соплу, указанные газовое сопло и жидкостное сопло выполнены соосными, жидкостное сопло находится дальше по радиусу от центральной осевой линии цилиндрического корпуса, а газовое сопло выполнено коническим, сходящимся.

В известном пневмоакустическом распылителе жидкости проекция внутреннего конуса газового сопла оканчивается на центральном стержне на 1/3 части расстояния между газовым соплом и резонатором при отсчете от среза резонатора. Из области техники, к которой относится настоящее изобретение, известно, что уверенную генерацию колебаний в стержневых конструкциях можно получить при нахождении резонатора от газового сопла на расстоянии, примерно втрое большем, чем толщина кольцевой струи па срезе газового сопла. При этом вычисленный угол сходимости газового сопла в известном пневмоакустическом распылителе жидкости составляет 25-30, вследствие чего эффективность распылителя оказывается низкой.

Поэтому основная техническая задача настоящего изобретения заключается в повышении эффективности пневмоакустического распылителя жидкости, при этом таким путем, что выигрыш в коэффициенте полезного действия происходит как за счет снижения коэффициента расхода газового сопла, так и вследствие появления продольных компонент скорости на его срезе, что способствует повышению интенсивности возникающих колебаний.

Решение указанной технической задачи обеспечивается тем, что в известном пневмоакустическом распылителе жидкости, содержащем цилиндрический корпус, имеющий центральное отверстие; центральный стержень, установленный в центральном отверстии и имеющий часть, выступающую из цилиндрического корпуса, и впускной газовый капал; при этом указанный цилиндрический корпус имеет впускной канал для жидкости, жидкостную кольцевую камеру, связанную с указанным впускным каналом для жидкости, жидкостное сопло, связанное с жидкостной кольцевой камерой, и газовое сопло, охватывающее центральный стержень; на выступающей части центрального стержня установлен резонатор, рабочая поверхность которого обращена к газовому соплу, указанные газовое сопло и жидкостное сопло выполнены соосными, жидкостное сопло находится дальше по радиусу от центральной осевой линии цилиндрического корпуса, а газовое сопло выполнено коническим, сходящимся, имеются следующие отличия: цилиндрический корпус дополнительно содержит газовую камеру, расположенную непосредственно перед газовым соплом и прилегающую к поверхности центрального стержня, в указанном центральном стержне выполнены проходные газовые каналы, связывающие впускной газовый канал, который выполнен глухим, с газовой камерой, впускной канал для жидкости расположен на периферии торца цилиндрического корпуса и проходит в осевом направлении, жидкостное сопло выполнено в виде проходных жидкостных каналов в цилиндрическом корпусе, связанных с жидкостной кольцевой камерой, ориентированных с возможностью направления струй жидкости в зону распыления, где жидкость подвергается воздействию ударных волн, при этом угол наклона внутренних стенок газового сопла, отсчитываемый от вертикальной оси, составляет от 50 до 80.

Дополнительные задачи и преимущества изобретения можно более полно понять из нижеследующего подробного описания, сделанного со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 - разрез пневмоакустического распылителя жидкости согласно основному варианту осуществления изобретения; и

фиг.2 - разрез пневмоакустического распылителя жидкости согласно еще одному варианту осуществления изобретения.

Как показано на фиг.1, пневмоакустический распылитель жидкости содержит цилиндрический корпус 1, имеющий центральное отверстие 2, центральный стержень 3, установленный в центральном отверстии 2 и имеющий часть 4, выступающую из цилиндрического корпуса 1, и впускной газовый канал 5. Указанный цилиндрический корпус 1 имеет впускной канал 6 для жидкости, жидкостную кольцевую камеру 7, связанную с указанным впускным каналом 6 для жидкости, жидкостное сопло 8, связанное с жидкостной кольцевой камерой 7, и газовое сопло 9, охватывающее центральный стержень 3. На выступающей части 4 центрального стержня 3 установлен резонатор 10, рабочая поверхность которого обращена к газовому соплу 9, указанные газовое сопло 9 и жидкостное сопло 8 выполнены соосными, жидкостное сопло 8 находится дальше по радиусу от центральной осевой линии А-А цилиндрического корпуса 1, а газовое сопло 9 выполнено коническим, сходящимся. Цилиндрический корпус 1 содержит газовую камеру 11, расположенную непосредственно перед газовым соплом 9 и прилегающую к поверхности центрального стержня 3. В указанном центральном стержне 3 выполнены проходные газовые каналы 12, связывающие впускной газовый канал 5, который выполнен глухим, с газовой камерой 11. Впускной канал 6 для жидкости расположен на периферии торца цилиндрического корпуса 1 и проходит в осевом направлении. Жидкостное сопло 8 выполнено в виде проходных жидкостных каналов в цилиндрическом корпусе 1, связанных с жидкостной кольцевой камерой 7, ориентированных с возможностью направления струй жидкости в зону 13 распыления, где жидкость подвергается воздействию ударных волн. Угол наклона внутренних стенок газового сопла 9, отсчитываемый от вертикальной оси, составляет от 50 до 80.

Диаметр d_k газовой камеры 11, диаметр d_s центрального стержня 3 и диаметр d_n газового сопла 9 связаны соотношением

(d²_k-d²_s)/(d²_n-d²_s)=5-30

Предпочтительно, чтобы проходные жидкостные каналы 8 были равномерно распределены по окружности жидкостной кольцевой камеры 7.

Предпочтительно, чтобы проходные газовые каналы 12 были равномерно распределены по окружности центрального стержня 3.

На фиг.2 показан еще один вариант осуществления пневмоакустического распылителя жидкости. Этот пневмоакустический распылитель жидкости отличается от представленного на фиг.1 только наличием обечайки 14. Можно считать, что в варианте осуществления, показанном на фиг.1, корпус 1 и обечайка 14 выполнены за одно целое. Однако раздельное выполнение корпуса 1 и обечайки 14 позволяет упростить конструкцию пневмоакустического распылителя жидкости, что является дополнительной технической задачей настоящего изобретения. В этом случае обечайка 14 охватывает цилиндрический корпус 1, а жидкостная кольцевая камера 7 и проходные жидкостные каналы 12 образованы пазами в цилиндрическом корпусе 1, ограниченными внутренней поверхностью обечайки 14.

Работа пневмоакустического распылителя жидкости происходит следующим образом. Газ при сверхкритическом давлении подают через глухой впускной газовый канал 5 в центральном стержне 3 и проходные газовые каналы 12 в промежуточную газовую камеру 11, имеющую диаметр, обеспечивающий коэффициент поджатия сопла от 5 до 30. Газовое сопло 9, выполненное в корпусе 1 распылителя жидкости и имеющее угол сходимости по отношению к оси распылителя от 50 до 80, формирует выходящую струю с числом Маха на срезе, равным 1, при этом эпюра скоростей имеет поперечные составляющие, обеспечивающие неустойчивость струи на срезе газового сопла 9. После расширения струи и появления в ней сверхзвуковых зон и системы скачков уплотнения струя тормозится полым резонатором 10, находящимся на выступающей части 4 центрального стержня 4. Резонатор 10 периодически наполняется, а затем опорожняется, заставляя двигаться систему косых скачков в струе, в результате чего поверхность струи пульсирует, создавая в зоне 13 периодические ударные волны, выражающиеся в окружающем пространстве в акустические. Распыляемая жидкость из жидкостной кольцевой камеры 7, необходимой для равномерного распределения жидкости по периметру, поступает через проходные жидкостные каналы 12 в зону 13 распыления, где распадается под совместным действием акустических колебаний и высокоскоростного газового потока, вытекающего из резонатора 10.

Испытания пневмоакустического распылителя жидкости согласно изобретению показали, что благодаря использованию отличительных признаков коэффициент полезного действия повысился с 18 до 26%, а интенсивность ударных волн в зоне распыления возросла на 4 дБ. Снабжение корпуса обечайкой и выполнение жидкостной кольцевой камеры и проходных жидкостных каналов в виде пазов в цилиндрическом корпусе, ограниченных внутренней поверхностью обечайки, повышает надежность пневмоакустического распылителя жидкости.