способ распыления жидкостей и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ распыления жидкостей, включающий создание давления в свободном объеме герметичной емкости, подачу жидкости к распылителю, отличающийся тем, что давление в емкости повышают до 0,4-0,5 МПа путем нагревания жидкости, а распыление жидкого раствора достигают в выходном сечении насадка открытием запорного клапана на сифонной трубке вследствие разности давлений в емкости и в атмосфере, в которую впрыскивается раствор.

2. Устройство для распыления жидкостей, включающее емкость с крышкой для хранения жидкого раствора, сифонную трубку с запорным клапаном и распылителем, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит нагревательный элемент и насадок длиной 0,05-0,1 м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области физики, а именно к технике распыления жидкостей, и может быть использовано при опрыскивании сельскохозяйственных культур (деревьев, виноградников и т.д.).

Известен способ распыления жидкостей (Гудымов Э.А. и др. патент №2050203, бюл. №35, 20.12.1995 г., стр. 162). В данном способе поток жидкости разделяют на два и сталкивают их друг с другом, направляя при этом встречно в виде закрученных в противоположных направлениях тонких конусообразных пленок. Вращаясь с большой радиальной составляющей скорости, оформленные таким образом встречные потоки жидкости при столкновении имеют большой удар, что приводит к образованию облака мелкодисперсного распыла.

Этот способ распыления жидкости осуществляют при помощи устройства, представляющего собой две соосно установленные камеры с днищами и обращенными друг к другу выходными участками, подвод жидкости к которым осуществляют тангенциально.

Недостатком является то, что конусообразные пленки жидкости формируются с участием конусных сопел, которыми оформлены выходные участки камер. Трение жидкости о сопло уменьшает радиальную составляющую скорости получаемой пленки жидкости и в итоге снижает дисперсность распыла. Кроме того, подача жидкости ко второй камере предусмотрена через проходящий сквозь сопло первой камеры патрубок, что вызывает необходимость увеличения размеров сопел камер, снижает потенциальные возможности создания высоких выходных скоростей при малом давлении подаваемой жидкости и, таким образом, снижает область применения устройства.

Известно техническое решение (Патент США №5180103), согласно которому поток жидкости разделяют на несколько, оформляют их в виде тонких пленок жидкости, организованных в пространстве таким образом, что каждая из них пересекается с соседними несколько раз. При этом достигают полного дробления тонких пленок жидкости на отдельные капли примерно равного размера и их равномерного распределения в заданном пространстве.

Недостатком данного изобретения является образование плоских первоначальных, стабильных низкоэнергетичных пленок жидкости, которые при неоднократном сталкивании распадаются на отдельные капли, но не распыляются с образованием мелкодисперсного облака распыла. Кроме того, данное техническое решение предусматривает применение сложной конструкции с форсунками особой сложности, вследствие чего оно не может быть использовано для опрыскивания деревьев, виноградников и т.д.

Из известных способов распыления жидкостей и устройств для их осуществления наиболее близким по технической сущности является способ и устройство для их осуществления, описанные (А.А.РОДЭ. “К расчету газовых огнегасительных установок” см. кн. “Пожарная техника”. - М.: Стройиздат, 1964, с 19-44.)

Сущность изобретения, описанного в прототипе, заключается в том, что с помощью специального устройства (например, компрессора) герметичную емкость на 80-85% по объему заполняют жидкостью с низкой температурой испарения, в свободном объеме над жидкостью повышают давление до значения достаточного для вытеснения ее по сифонной трубке к соплам-распылителям, которые после открытия запорного устройства (клапана) обеспечивают формирование на выходе распыленного мелкодисперсного аэрозоля.

Недостатками известного способа распыления жидкости и устройства для его осуществления является непостоянство давления в объеме герметичной емкости и трубопроводе до сопел-распылителей в процессе расходования жидкости, что снижает эффективность и качество распыления жидкости соплами-распылителями, особенно при использовании жидких растворов и сложность конструкции устройства.

Задача предлагаемого изобретения осуществление распыления постоянного объема подаваемого раствора жидкости и создания предназначенного для этого устройства, конструктивное решение которого позволило бы формировать однородное мелкодисперсное облако распыла.

Технический результат в повышении эффективности и качества распыления, а также упрощение конструкции устройства для его осуществления.

1. Сущность способа распыления жидкостей и устройства для его осуществления в том, что давление в емкости с раствором жидкости повышают до 0,4-0,5 МПа путем нагревания жидкости (любым известным способом), а распыл осуществляют на выходе из насадка открытием запорного клапана на сифонной трубке за счет разности давлений в емкости и в атмосфере, в которую впрыскивается раствор жидкости, при этом устройство для осуществления способа включает емкость с крышкой для хранения жидкого раствора, сифонную трубку с запорным клапаном и распылителем, насадок длиной 0,05-0,1 метра любой формы и нагревательный элемент.

Для реализации способа распыления жидкостей используют устройство, схема которого изображена на чертеже.

Устройство содержит емкость с корпусом (1) для хранения жидкости, в нижней части которого приварено полое днище, крышку (2), прикрепленную к корпусу емкости, для заправки жидкостью, г-образную сифонную трубку (3), проходящую внутри емкости (1), сваренную с корпусом, на которой установлен клапан (4) с насадком (5) цилиндрической формы длиной 0,05-0,1 метра для распыления жидкости, нагревательный элемент (6), установленный в нижней части емкости и проходящий через полое днище, монометр (7) для контроля за давлением емкости, установленный в верхней части емкости рядом с крышкой, и ручку (8) для переноса установки к месту опрыскивания, прикрепленную к боковой стенке корпуса емкости.

Конкретный пример выполнения. После заправки емкости (1) на 80-85% по объему раствором жидкости для опрыскивания и закрытия крышки, включают нагревательный элемент (6) (нагрев можно производить и с внешней стороны, используя горючее вещество в твердом, жидком и газообразном состоянии), а по манометру (7) осуществляется контроль за давлением в емкости. При достижении давления 0,4-0,5 МПа нагревательный элемент отключается и устройство переносится к месту опрыскивания, открывается запорный клапан (3) на сифонной трубке (4) и содержимое емкости выбрасывается через насадок (5) в виде распыленного мелкодисперсного аэрозоля.

Для повышения качества и эффективности распыление жидкости производится через цилиндрический насадок длиной 0,05-0,1 метра и, поскольку давление в емкости остается постоянным до полного вытеснения раствора жидкости, то на выходе из насадка вследствие разности давлений в емкости с жидким раствором и в атмосфере резко увеличивается удельный объем нагретой жидкости и формируется достаточной длины устойчивое облако мелкодисперсного аэрозоля.

Для обоснования в предлагаемом изобретении диапазона давлений 0,4-0,5 МПА в герметичной емкости и длины цилиндрического насадка для распыления жидкости в пределах 0,05-0,1 метра был проведен ряд опытов.

Опыты проводились при давлениях в емкости 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 и 1,0 МПА с насадками цилиндрической формы длиной 0,03; 0,05; 0,07; 0,1; 0,15 метра. По каждой из указанных величин проводилось по три опыта, результаты которых усреднялись и анализировались. В качестве герметичной емкости использовалась емкость объемом 24 л, в которую при проведении каждого опыта заливали 20 л жидкости (воды). Результаты экспериментального исследования приведены в таблице.

Анализ результатов, приведенных в таблице, позволил установить

- Дальность струи и ее температура по длине струи (измерения по ее оси) зависят от давления в емкости и длины насадка. Так при давлениях в емкости 0,2; 0,3; 0,1 МПа и длинах насадков 0,05; 0,07 и 0,1 метра температура в центре струи на расстоянии 1,5 м изменяется на 5С, а при давлениях 0,4-0,5 МПа при тех же длинах насадков - на 2С.

- В диапазоне давлений 0,4-0,5 МПа, указанных в предлагаемом изобретении, для большего давления необходимо использовать длинный насадок (например, 0,1 м), при меньшем - более короткий (0,05 м). При этих условиях форма распыла и температура по длине струи не изменяются. Так, при давлениях 0,4-0,5 МПа и длинах насадков соответственно 0,03 и 0,1 метра, температура в центре струи на расстоянии 1,5 м от выходного сечения насадка составила 72 и 44С соответственно. Объясняется это тем, что после открытия клапана нагретая до температуры насыщения при данном давлении жидкость впрыскивается в среду с пониженным (атмосферным) давлением. На выходе из клапана, как и в емкости, жидкость стремиться к равновесному состоянию и интенсивно испаряется (т.к. вскипает при пониженном давлении). Так как скорость истечения большая, то не вся жидкость испаряется, а испарившаяся жидкость, соприкасаясь со стенками насадка, конденсируется и снова увлекается струей. Если при этом насадок длинный, то площадь поверхности соприкосновения увеличивается, что приводит к росту жидкой фазы струи и увеличению длины струи и температуры по длине струи, отмеченное выше подтверждается экспериментами для давлений 0,2 и 0,3 МПа. При увеличении давления до 0,1 МПа резко увеличивается паровая фаза и температура даже на расстоянии 3,5 метра от выходного сечения насадка составила: при длине насадка 0,05 м - 46С; при длине насадка 0,07 м - 48С и при длине 0,15 м - 50С.

- Оптимальной формой насадка является цилиндрическая, т.к. при этом на выходе формируется симметричная и равномерно распределенная поверхность в виде параболы. Испытание других форм насадков (квадратная, треугольная и эллиптическая) показали, что на выходе формируется двухфазная среда также параболического типа, как и в случае цилиндрической, однако наблюдается большая несимметричность и неравномерность распределения фаз по длине струи.

Формирующаяся на выходе из насадка струя распыленной жидкости позволяет эффективно и качественно опрыскивать цветы, деревья, виноградники и др. с расстояния не менее 1-1,5 метра от объекта опрыскивания.

Предлагаемое изобретение имеет преимущество по сравнению с аналогичными изобретениями, а именно

- простота конструкции;

- быстрота и многократность использования;

- экономичность;

- удобство в эксплуатации.