Турбулізаційний розпилювач

Турбулизационный распылитель, содержащий корпус смесителя с камерой смешения, входная часть которой соединена с входным патрубком подачи жидкости, имеющим конфузорный выход, соединенный с цилиндрическим выходным переходником, газовый коллектор с входным патрубком подачи газа и с кольцевой коллекторной полостью, охватывающей корпус смесителя и соединенной с камерой смешения радиально-нзклониыми каналами, цилиндрический выходной канал, соединенный с выходной частью камеры смешения, выходной диффузор, соединенный с выходной частью цилиндрического выходного канала, выходную сопловую головку с выходными щелевыми соплами, соединенную с выходным диффузором, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что на внутренних поверхностях входных патрубков подачи жидкости и газа выполнены бугорки шероховатости, камера смещения выполнена в виде диффузора, входные части радиально-наклонных каналов выполнены в виде конфузоров, радиально-наклонные каналы выполнены в виде угловых сверхзвуковых сопл Лаваля, в радиальных частях которых выполнены спиральные выступы, на внутренней поверхности выходного цилиндрического канала выполнен кольцевой выступ, в выходной сопловой головке выполнен кольцевой зубчатый выступ, при этом высота бугорков шероховатости выбрана от 1 мм до 2 мм, угол сужения конфузоров патрубка и радиально-наклонных каналов выбран от 140 до 160°, высота спиральных выступов выбрана от 0,7 мм до 1 мм, высота кольцевого выступа выбрана от 0,2 до 0,4 внутреннего радиуса цилиндрического канала, а угол наклона к оси его передней грани выбран от 20° до 30°, высота кольцевого зубчатого выступа выбрана от 0,5 до 0,6 внутреннего радиуса сопловой головки, а угол наклона к оси внутренней грани зубьев выбран от 35° до 40°. Изобретение относится к распылительной технике и может быть использовано для тонкого монодисперсного диспергирования вязких жидкостей, растворов, суспензий в химической, пищевой, химико-фармацевтической, топливно-энергетической, строительных материалов, горно-обогатительной и других отраслях промышленности и сельского хозяйства в виде распылителей, форсунок, горелок, а также в качестве смесителя жидкостей и газов. Известен распылитель (форсунка), реализующий способ газодинамического распыле ния жидкости (воды) с предварительным ее С 12519 газонасыщением. Форсунка содержит полый корпус с коаксиально установленной во входной части корпуса переходной втулкой с конфузорным входом и входным патрубком подачи жидкости (воды), насадок с отверстия- 5 ми для подачи воздуха, охватывающий втулку, и образующий с наружной поверхностью переходной втулки коллекторную полость, ряды наклонно-тангенциальных каналов в стенке переходной втулки для подачи воздуха 10 из коллекторной полости в полость корпуса, цилиндрическую втулку корпуса с вкладышем, имеющим осевой и тангенциальные каналы, и вставкой с конфузорно-цилиндричсским выходным соплом, камеру смешения, 15 образованную цилиндрической втулкой, вкладышем и вставкой (авт. св. СССР № 1260029, кл. В 05 В 1/34, 1984 г.). Недостатками форсунки являются грубое полидисперсное распыливание воды в 20 результате недостаточного возмущающего воздействия воздуха ча поток воды и неполного перемешивания воздуха с водой из-за недостаточной кинетической энергии струй воздухт, а также неравномерность радиаль- 25 ной плотности факела распыла вследствие радиальной неравномерности скорости закручивания водовоздушного потока. Изоестен также распылитель, содержащий концентрически расположенные осе- 30 вой цилиндрический канал подачи жидкости и кольцевой канал подачи газа, цилиндрическую камеру смещения жидкости и газа с наклонными каналами подачи газа, соединяющими кольцевой канал с камерой сме- 35 щения, диффузорный переходник от камеры смешения к сопловой головке, на которой расположено несколько выходных сопл (патент США № 5129583, кл. В О В 7/04, Ь 1992 г.). 40 Недостатками этого распылителя являются недостаточнотонкое диспергирование жидкости в результате недостаточного возмущающего действия газа на поток жидкости и неполного перемешивания газа с 45 жидкостью из-за недостаточной кинетической энергии струй газа; неравномерности радиальной и окружной плотности факела распыла из-за наличия нескольких выходных сопл, а также возможность засорения 50 распылителя более плотными фракциями жидкости вследствие отсутствия сквозного осевого канала от камеры смешения до среза выходного сопла, Известен также распылитель, выбран- 55 ный в качестве прототипа, как наиболее близкий по своему техническому решению, выполненный в виде эвольвентиого сопла, которое содержит входной патрубок, в котором последовательно по направлению дви жения жидкости расположены входное ком фузорное сопло, наклонные щелевые кана лы, проходящие через боковые стенки патрубка, вкладыш, состоящий из конфузорз, цилиндрической камеры смешения, выходного диффузора; выходное сопло с камерой закручивания (авт. св. СССР № 730373, кл. В 05 В 7/10, 1978 г.). Недостатками конструкции прототипа являются низкая степень тонкости и однородности диспергирования жидкости, связанная с недостаточным возмущающим и диспергирующим действием эжектируемого газа на поток жидкости и неполным перемешиванием газа с жидкостью вследствие недостаточной кинетической энергии струй газа; наличие в факеле распыла пленочных и струйных структур и неравномерностей окружной и радиальной плотностей из-за радиальной неравномерности скорости закручивания и неравномерной окружной плотности газожидкостного потока. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении эффективности технологических процессов, основанных на тонком и однородном по размеру дисперсных частиц распылении различных технологических вязких жидкостей, например, повышение тонкости и однородности порошковых продуктов, получаемых при распылении суспензий в химической и пищевой промышленности, повышении качестоа красочных покрытий и экономии краски при распылении краски в машиностроении и строительстве, повышении полноты сгорания топлива, его экономии и уменьшении экологически вредных выбросов при распылении и сжигании топлива в топливо-энергетической промышленности. Основной технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, состоит в значительном повышении тонкости и однородности распыления различных технологических вязких жидкостей с образованием факела распыла равномерной плотности и с полым отсутствием струйных и пленочных структур. В отдельных случаях использования изобретения в качестве смесителя или горелки технический результат состоит в достижении полного турбулентного перемешивания газа с жидкостью, жидкости с жидкостью, газа с газом или топлива с воздухом и получении турбулентного типа сгорания топлива. Технический результат изобретения основан на глубокой искусственной турбулизации потоков жидкости и газа, их полном турбулентном (вихревом) перемешивании в условиях высокой кинетической энергии струй газа и значительного ускорения турбу 12519 лентного диффундирования газа в жидкости, глубокой турбулизации внутри распылителя газожидкостной смеси с образованием в ней активно взаимодействующих микровихрей газа и жидкости, создающих тонко и 5 однородно диспергированную с равномерной плотностью туманообразную структуру факела распыла. Получаемый технический результат достигается наличием следующих существен- 10 ных признаков изобретения; 1} бугорков шероховатости высотой 1-2 мм на внутренней поверхности входных патрубков жидкости и газа для предварительной турбулизации этих потоков; 15 2} турбулизирующих и ускоряющих потоки жидкости и газа соответственно конфузора выхода патрубка подачи жидкости и конфузоров входов в радиально-наклонные каналы, соединяющие кольцевую полость 20 коллектора газа с камерой смешения, с углами сужения 140-160°; 3) камеры смешения газа и жидкости диффузорной формы для глубокой турбулизации потока жидкости, образования коль- 25 цевой вакуумной зоны на выходе диффузора с целью достижения сверхзвуковых скоростей газовыми потоками и повышения их кинетической энергии, глубокой турбулизации процесса смешения жидкости и газа и обра- 30 зования турбулизированной и тонко диспергированной газожидкостной смеси; 4) радиально-нэклонных каналов, имеющих форму угловых сверхзвуковых сопл Лаваля со спиральными турбулизирующими 35 выступами высокой 0,7-1 мм в их радиальной части для турбулизации, ускорения до сверхзвуковой скорости и повышений кинетической энергии потоков газа; 5) кольцевого турбулизирующего высту- 40 па в цилиндрическом выходном канале, высотой 0,2-0,4 величины внутреннего радиуса цилиндра с углом наклона передней грани выступа относительно оси 20-30° для полной турбулизации газожидкостного по- 45 тока с образованием микромасштабных вихрей газа и жидкости; 6) кольцевой турбулизирующий зубчатый выступ в выходной сопловой головке, высотой 0,5-0,6 величины внутреннего ра- 50 диуса сопловой головки с углом наклона внутренней грани зубьев относительно оси 35-40° для обеспечения однородной плотности факела распыла. Все перечисленные существенные при- 55 знаки изобретения необходимы и достаточны для всех случаев, использования изобретения, на который распространяется объем правовой охраны, за исключением случая использования изобретения в качестве сме сителя, при котором кольцевой зубчатый выступ сопловой головки может быть заменен выходным патрубком смеси. Техническая сущность и принцип действия предложенного турбулизационного распылителя поясняются чертежом на котором: фиг.1 - продольный разрез турбулизационного распылителя; фиг.2 - сечение по А-А входного патрубка на фиг.1; фиг.З - разрез по Б-Б выходной сопловой головки на фиг.1. Турбулизационный распылитель состоит из цилиндрического входного патрубка подачи жидкости 1, расположенного на оси распылителя, цилиндрического патрубка подачи газа 2 в газовый коллектор 3, охватывающий корпус смесителя, и образующий с его наружной поверхностью кольцевую коллекторную полость, смесителя потоков жидкости и газа 4, цилиндрического выходного канала 5, выходного диффузора 6 и выходной сопловой головки 7 с выходными щелевыми соплами 8. На внутренней поверхности входного патрубка подачи жидкости 9 хаотично расположены бугорки шероховатости 10 высотой 1-2 мм для предварительной турбулизации пограничного слоя потока жидкости, что ускоряет процесс более глубокой турбулизации потока в последующих частях распылителя, Патрубок 1 заканчивается конфузором 11 с углом сужения во= 140-160°, что обеспечивает образование в потоке жидкости существенных неоднородностей в виде скачков уплотнения. Выход конфузора 11 выполнен о виде цилиндрического переходника 12, площадь поперечного сечения которого определяет производительность распылителя по жидкости. Переходник 12 соединен с камерой смешения потоков жидкости и газа 13, располож е н н о й в к о р п у с е смесителя 4, и выполненной в виде диффузора, который обеспечивает турбулизацию всего объема потока жидкости и создание кольцевой вакуумной зоны на выходе диффузора между его поверхностью и потоком жидкости вследствие отрыва турбулизированного потока от стенки диффузора. Выходная часть диффузорной камеры смешения 13 соединена радиально-наклонными каналами 14 с кольцевой полостью газового коллектора 3, которая через патрубок подачи газа 2 соединена с источником газа Радиально-наклонные каналы 14 выполнены в виде угловых сверхзвуковых сопл Лаваля, обеспечивающих ускорение проходящих через них потоков газа до сверхзвуковой скорости и получающих, таким образом, значительную концентрацию кипе 12519 гической энергии. Входные части радиальнонаклонных каналов 14 выполнены в виде конфузоров 15 суглом сужения 00= 140-160°, что обеспечивает образование в потоках газа существенных неоднородностей в виде скачков уплотнения. В радиальной части 16 каналов 14 выполнены спиральные выступы 17 высотой 0,7-1 мм для турбулизации и закручивания потоков газа, проходящих через каналы. На внутренней поверхности патрубка подачи газа 9 хаотично расположены бугорки шероховатости 18 для предварительной турбулизации пограничного слоя потока газа. Суммарная величина площадей поперечного сечения радиальных частей 16 каналов определяет расход газа распылителем. Выход диффузорной камеры смешения 13 соединен с цилиндрическим выходным каналом 5. на внутренней поверхности которого расположен кольцевой выступ 19 высотой hi равной 0,2-0,4 величины внутреннего радиуса цилиндра гт и с углом наклона передней грани выступа относительно оси в = 20-30°, который обеспечивает глубокую турбулизацию всего объема газожидкостной смеси, образовавшейся в камере смешения 13, на уровне микромасштабных турбулизационных вихрей. К выходу цилиндрического канала 5 подсоединен выходной диффузор 6, угол расширения которого определяет необходимую величину корневого угла факела распыла. К диффузору 6 подсоединена выходная сопловая головка 7 с кольцевым зубчатым выступом 20 высотой hT3 равной 0,5-0,6 величины внутреннего радиуса гтз сопловой головки и с углом наклона внутренней грани зубьен относительно оси 02 = 35-40°, который обеспечивает турбулизацией газожидкостного потока его однородность по плотности. Впадины между зубьями 20 образуют выходные щелевые сопла 8 распылителя. Турбулизационный распылитель работает следующим образом. Жидкость и газ подаются через соответствующие входные патрубки 1 и 2, где пограничные слои потоков предварительно турбулизуются бугорками шероховатостей 10 и 18, что обеспечивает более глубокую турбулизацию всего объема этих потоков в последующих частях распылителя. При выходе из патрубков потоки жидкости и газа взаимодействуют соответственно с конфузорами 11 и 15, углы сужения которых обеспечивают возникновение в потоках существенных неоднородностей в виде скачков уплотнения, Поток предварительно турбулизировэнной жидкости, войдя в диффузорную камеру 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 8 смешения 13, глубоко турбулизируется во всем объеме с отрывом пограничного слоя от стенки диффузора 13, что обеспечивает образование в районе выходных сечений угловых сопл Лавэля 14 кольцевой вакуумной зоны. Поток предварительно турбулизированного газа, взаимодействуя с входными конфузорами 15угловыхсопл Лаваля, приобретает существенную неоднородность в виде скачков уплотнения, дополнительно турбулизируется и завихряется спиральными выступами 17 в радиальной части 15 каналов 14, ускоряется до сверхзвуковой скорости в расширяющихся частях сопл Лаваля в результате существенного перелада давления источника газа и кольцевой вакуумной зоны о районе выходных сечений сопл Лаваля и, приобретая повышенную кинетическую энергию, турбулентность и неоднородность, активно воздействует на турбулизированный и неоднородный поток жидкости. Глубокая турбулизация всего объема потоков жидкости и газа, их существенная неоднородность в процессе взаимодействия потоков значительно углубляют и ускоряют процессы диспергирования жидкости и диффузии в жидкости газа, что обеспечивает их полное перемешивание и создание единого турбулизирооанного газожидкостного потока. Турбулизированный газожидкостный поток, проходя через цилиндрический выходной канал 5, взаимодействует с кольцевым т у р б у л и з и р у ю щ и м в ы с т у п о м 19 дополнительно турбулизируется с образованием микромасштабных вихрей размером порядка 10' мм в результате чего значительно усиливаются процессы перемешивания и диспергирования и поток приобретает однородную тонкодисперсную туманообразную структуру. Пройдя через выходной диффузор 6, обеспечивающий необходимую величину корневогоуглз факела распыла, туманообразный газожидкостный поток дополнительно турбулизируется зубьями 20 выходной сопловой головки и через щелевые сопла 8 выходит из распылителя в виде монодисперсного тонкодиспергированного факела распыла туманообразной структуры с полным отсутствием струйных и пленочных структур с равномерной окружной и радиальной плотностью. Возможность осуществления данного изобретения дополнительно подтверждается тем, что в научно-производственном предприятии "Инфратех" в полном г.оответствии с вышеописанной конструкцией был изготовлен опытный и промышленный обра 12519 10 зец турбулизационного распылителя, кото- возможность самоочищения осевого рые прошли стендовые и производственные канала распылителя в результате экстреиспытания по распыливанию различных вязмального характера турбулентных процеских жидкостей с максимальной относительсов, в простоте конфигурации канала, что ной вязкостью 130 (по вискозиметру В3~4) и снижает требования к качеству фильтровапоказали, что турбулизационный распылиния жидкой фазы; тель обеспечивает их тонкое диспергирование, однородность дробления жидкости, - технологическая простота изготовлеобразует факел распыла туманообразной ния и возможность замены изношенныхэлеструктуры с полным отсутствием струйных и 10 ментов, смену турбулизирующих элементов пленочных структур, с равномерной окружразличного вида и возможность изменения ной и радиальной плотностью. габаритов распылителя, основанное на том, что распылитель состоит из отдельных элеК дополнительным преимуществам ментов, скрепленных резьбовыми соединепредлагаемой конструкции турбулизационного распылителя относятся: 15 ниями. 12519 /З ОЬг.2 Упорядник Замовлення 4069 Техред М.Моргентал Фиг.3 Коректор м Куль Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53. Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101