Відцентрово-струминна форсунка
Номер патенту: 65888
Опубліковано: 15.04.2004
Автори: Чорний Зіновій Денисович, Єфімчук Борис Павлович, Шелухін Володимир Васильович, Желтова Ольга Павлівна
Формула / Реферат
1. Відцентрово-струминна форсунка, що містить корпус з конусною частиною і сопловим отвором і циліндричний вкладиш із гвинтовими каналами й осьовим отвором, яка відрізняється тим, що вона виконана розбірною і містить корпус, циліндричний вкладиш з внутрішнім конусним отвором та мембрану, які виконані окремо і закріплені в спільній касеті, що дає можливість швидко заміняти окремі складові частин (мембрани та вставки).
2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що розміри пристрою по діаметру і довжині, а також місце розташування завихрювача, діаметри отворів і каналів, кути вибирають шляхом пропорційного гармонійного розподілу у відповідності з правилами І чи II "золотого перерізу".
3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що співвісні канали в сопловій частині і вкладиші, а також гвинтові канали у вкладиші виконані у вигляді сіток отворів у вершинах вписаного в їх окружності правильного п'ятикутника або у вузлових точках пентаграми чи логарифмічної "золотої спіралі" і підбираються надалі по виду і кількості в залежності від поставленої техпроцесом задачі розпилення газу чи рідини, у тому числі за вибраною формою чи фігурою розпилу.
4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що матеріал, з якого виконана форсунка, міняють в залежності від розпилюваної рідини.
Текст
Винахід відноситься до області розпилювання рідин і може бути використаний в різних областях науки, техніки і народного господарства, зокрема, в енергетичних, хімічних, харчових виробництвах, у сільському господарстві, у ракетній, авіаційній техніці, де використовуються розпилювальні пристрої в процесах, що протікають зі зміною фазового стану (конденсації, випарювання, охолодження, абсорбції, десорбції, хемосорбції, пилевловлення, висушування й ін.). Відомі струминні, відцентрові і відцентрово-струминні форсунки (див., наприклад, Пажи Д.Г., Галустов В.С., Распылители жидкости. -М.: Химия, 1979, 216с.), що знайшли саме широке застосування в різному технологічному устаткуванні. При цьому відзначено, що на одержувані параметри факела рідини, що розпорошується, чи газу в значній мірі, а іноді і визначальним чином впливає, в першу чергу, конструкція розпилювача, що у свою чергу приводить до того, що форсунка практично може не відповідати запланованому технологічному процесу. Задача вибору раціональної конструкції апарата - надзвичайно складна і проводиться як шляхом розрахунку, ви ходячи, як правило, з експериментальних даних, так і моделювання. Цим самим визначаються оптимальні для даного техпроцесу параметри сформованого на виході із соплового каналу факелу одно- чи двофазового газорідинного потоку. Утворення найбільш сприятливого для проведення техпроцесу факелу у вигляді заповненого конуса з можливим регулюванням розподілу щільності зрошення дають відцентрово-струминні форсунки, як найбільш універсальні. Однак недоліком цих форсунок є відсутність впевненості в оптимальності обраного варіанту розпилювання, надзвичайно тривалий і коштовний процес додаткового експериментального доведення конструктивних даних основних вузлів розпилювального пристрою після розрахунку і виготовлення під даний технологічний процес і складність у виготовленні цього пристрою. Найбільш близьким по технологічній сутності, досягаємому результату і конструктивному виконанню до запропонованого пристрою є відцентрово-струминна форсунка з циліндричним вкладишем, що містить власне корпус із сопловим отвором і вкладиш з центральним, виконаним співвісно соплу, осьовим каналом і гвинтовими каналами на бічній поверхні (див. Д.Г. Пажи, B.C. Галустов. Основы техники распыливания жидкостей. -М.: Химия, 1984. -с.107). У той же час недоліком даного пристрою залишається: 1) непрограмованість в одержанні оптимальності факелу розпилу; 2) експериментальний вибір основних параметрів конструкції вкладишу; 3) необхідність у надзвичайній точності виготовлення, особливо корпуса, а також: соплового отвору і конусної частини, що складно виконати. В основу конструкції відцентрово-струминної форсунки, що заявляється, покладений принцип розрахунку і вибору всіх розмірів, виходячи з правил так називаємого "золотого перерізу". Адже ще И. Кеплер говорив, що "геометрія володіє двома скарбами: одне з них - це теорема Піфагора, а інше - розподіл відрізка в середньому і крайньому (золотому) відношенні". І це (інше) - працює на практиці. Крім відомих усім принципів формоутворення у природі, а саме: золотих пропорцій у листорозташуванні, у ритмічності функціональних структур, у золотих пропорціях організмів тварин і людини, у золотій пропорції у виготовлених інстр ументах і таке інше, - відомі експериментальні підтвердження оптимального функціонування систем, якщо їхнє розташування якось зав'язане з золотими пропорціями. Так, денатурація й осадження гомогената - суспензії хлоропластів і інших елементів кліток у звичайній воді йдуть швидше в тих судинах, що розташовані в місцях, що відповідають вершинам вписаного в коло правильного п'ятикутника (И.С. Радюк. Что стоит за золотым сечением //Химия к жизнь, 1988, №7, с.66-67). Крім згаданого п'ятикутника, можлива побудова також пентаграми, золотого трикутника, золотого прямокутника, логарифмічної золотої спіралі і виконання II золотого перетину (див. Ф.В. Ковалев. Золотое сечение в живописи: Учебн. пособие. -Киев: Вища школа -Главное изд-во, 1989. 143с.). Виходячи з вищевикладеного, поставлена задача отримання оптимальних варіантів факелу розпилювальної рідини без експериментального підбора й уточнення геометричних даних конструкції відцентрово-струминної форсунки (недоліки 1 і 2 прототипу) може бути вирішена вибором пропорційного гармонійного розподілу всі х розмірів форсунки по діаметру і довжині, як циліндричного корпуса, так і циліндричного вкладиша з одного боку, так і місця розташування останнього в цьому корпусі. Поряд з цим розташування осьових каналів циліндричного вкладишу може бути виконане як у вузлах пентаграми, так і в вузлах логарифмічної золотої спіралі, а гвинтові канавки - у вершинах вписаного в коло по діаметру вкладиша золотого п'ятикутника. Якщо загальні розміри вибираються як ряд величин золотої пропорції, виражених арифметично (100, 62, 38, 24, 14, 10...), то діаметри отворів - як зменшені вдвічі (50, 31, 19, 12, 7, 5, 3...) відповідно до таблиці 1, запозиченої у Ф.В. Ковальова (див. вище). У зв'язку з можливістю, що з'явилася, вибрати величину низхідного ряду золотої пропорції І-го чи ІІ-го, зменшилися вимоги до точності виготовлення деталей (недолік №3 прототипу). Поставлена задача вирішується тим, що відцентрово-струминна форсунка містить корпус з конусною частиною і сопловим отвором і циліндричний вкладиш із гвинтовими каналами й осьовим отвором, згідно з винаходом, вона виконана розбірною і містить корпус, циліндричний вкладиш з внутрішнім конусним отвором та мембрану, які виконані окремо і закріплені в спільній касеті, що дає можливість швидко заміняти окремі складові частин (мембрани та вставки). Таблиця 1 Ряд І-й 100 60 40 20 ІІ-й 100 62 38 24 14 10 ІІІ-й 100 61,8 38,2 23,6 14,5 9,0 5,5 ІV-й 100 61,803 38,196 23,606 14,589 9,017 5,572 3,5 2,0 1,5 3,444 2,128 1,315 0,813 0,502 0,311 Крім того, додатково до вищевикладеного у винаході, що заявляється, пропонується корпус форсунки виконати розбірним, що складається з трьох незалежних деталей: циліндра, корпусу, мембрани, а складання форсунки зробити в загальній обоймі, як приєднувальному пристрої технологічного устаткування до мережі подачі рідини чи повітря. Таке виконання не тільки спрощує процес складання форсунки але і процес її перебудови на інший режим роботи чи по іншому призначенню заміною не форсунки в цілому, а тільки мембрани, вставного конусу чи циліндричного вкладиша. Крім випливаючої з цього економії, це різко підвищує також універсальність розробленої конструкції відцентрово-струминної форсунки. Таким чином, сукупність зазначених вище ознак - принципу золотих пропорцій при конструюванні і методу виготовлення і складання - забезпечує досягнення обговореного у задачі технічного результату - необхідного факелу зрошення з достатнім розподілом щільності зрошення, далекобійності струменя, кута його конусності і витрати рідини через сопловий отвір. Технічна сутність і принцип дії запропонованого пристрою пояснюється кресленням, на якому зображена конструкція відцентрово-струминної форсунки, зібраної; закріпленої в спеціальній обоймі приведена на малюнку, який додається. Пристрій містить спеціальну обойму 1, мембрану 2, конус 3, універсальний корпус 4, циліндричний вкладиш 5 і гвинти 6, що кріплять вкладиш та прижим 7. Форсунка складається, як показано на кресленні із спеціальної обойми 1, в якій збираються деталі, причому, для необхідного центрування і забезпечення співвісності в корпусі 4 робиться канавка, в яку вкладається мембрана 2 за допомогою накидної гайки обойми 1. Конус 3, що створює разом із вкладишем 5 камеру змішування осьового і закрученого потоків, підтискується вкладишем 5, а сам вкладиш фіксується в необхідному положенні декількома гвинтами 6, наприклад, трьома в колі через 120° кожний (на малюнку дані розміри, як одного з варіантів форсунки для рідинно-парової водяної суміші при охолодженні реактора). Для фіксації гвинтами 6 вкладиша 5 в обоймі 1 пророблені подовжні прорізи (на кресленні не показані). Вкладиш 5 може бути універсальним, де гвинтові канавки виконані у вершинах правильного золотого п'ятикутника, вписаного в зовнішній діаметр вкладишу 5, а осьові отвори (крім центрального) - у вузлах золотої пентаграми, вписаної в той же діаметр. При необхідності настроювання на інший режим роботи центральний отвір чи отвори, розташовані у вузлах пентаграми, можуть бути перекриті. Вкладиш 5 може бути виконаним також з розташуванням отворів по логарифмічній золотій спіралі. При перекритті всіх співвісних отворів у вкладиші 5 ми одержуємо цілком відцентровий варіант форсунки. Аналогічним чином перебудову роботи форсунки можна виконати шляхом зміни кута конусності камери змішування за рахунок вибору конусу 3, відповідно з кутами 48°,25° чи 21°, а також заміною разом з конусами 3 відповідно на мембрану з одним центральним отвором. Можливий також і інший варіант сполучення мембран 2 і конусів 3. При одержанні і виборі ланцюжків розмірів запропонованої конструкції форсунки використовувався II ряд гармонійного розподілу (див. табл.1), а також розподіл (зокрема з вибору місця установки завихрювача вкладишу і - відповідно - розміру камери змішування) по так називаємому "другому золотому перерізу" (див. болгарський журнал «Отечество», стаття Цветана Цекова-Карандаша, 1983, №10), тобто по співвідношенню розмірів 44:56. Великий вплив на оптимальну роботу запропонованої форсунки буде робити вибір матеріалу, з якого вона виготовляється. Нами знайдений зв'язок між матеріалом тіла форсунки (крім обойми) і рідиною, що розпорошується, чи газом, що можна пояснити більш близьким співвідношенням теплопровідностей відповідної (що розпорошується) рідини і металу. Таким чином, при розпилюванні води і водорозчинних емульсій і їх парафазних станів бажано як такий матеріал застосовувати латунь, при розпилюванні різних олій - нержавіючі сталі. У цьому випадку стійкість роботи форсунки підвищується вдвічі, тому що збільшується коефіцієнт заповнення соплового каналу. Форсунка працює в такий спосіб. Рідина, що розпилюється, надходить у вхідний канал 1 прижиму 7, як показано стрілкою на малюнку. Далі через об'єм II і вкладиш 5 рідина розподіляється на два потоки, що надходять через гвинтові канали вкладишу 5 і його співвісні канали відповідно в конусну камеру змішання III. Взаємодія одного закрученого потоку, що ви ходить з гвинтови х каналів, і іншого осьового потоку зі співвісних отворів формує знову загальний потік у сопловому отворі IV, за межами якого ми й одержуємо необхідний факел розпилення рідини. Для збільшення площі зрошення і досягнення більшого кута розпилу замість мембрани з одним сопловим отвором можна використовувати мембрану зі спеціально виконаною за правилами золотого перерізу (І й II) сіткою отворів, що знаходяться, наприклад, у вузлах пентаграми чи спіралі. При необхідності, сітку отворів можна виконати фігурною, одержавши при цьому необхідну форму зрошення рідиною, що розпилюється.
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюCentrifugal spray injector
Автори англійськоюYefimchuk Borys Pavlovych, Chornyi Zinovii Denysovych
Назва патенту російськоюЦентробежно-струйная форсунка
Автори російськоюЕфимчук Борис Павлович, Черний Зиновий Денисович
МПК / Мітки
МПК: B05B 13/06, B05B 17/04, B05B 9/04
Мітки: форсунка, відцентрово-струминна
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/3-65888-vidcentrovo-struminna-forsunka.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Відцентрово-струминна форсунка</a>
Попередній патент: Профілактична міофібрильна устілка з пружним еластичним буферним горбиком
Наступний патент: Спосіб хірургічного лікування опіків очей
Випадковий патент: Спосіб реконструкції вікна з дерев'яною рамою