Многокомпонентный смеситель

 

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для подготовки смесей в химическом производстве, производстве лекарств, продуктов питания и в тепловых двигателях. Смеситель состоит из центробежной форсунки с камерой закручивания, в которую выходят тангенциальные каналы подачи хотя бы одного компонента. Дополнительно в центральной зоне камеры закручивания расположены каналы подвода остальных компонентов и направлены в зону выхода тангенциальных каналов в камеру закручивания. Изобретение позволяет повысить надежность работы. 8 ил.

Предлагаемое решение относится к смесительным устройствам для различных отраслей промышленности и может применяться для приготовления горючих смесей в тепловых двигателях, либо смесей в химическом производстве, производстве продуктов питания или медицинских препаратах.

Известны смесители на основе центробежных форсунок с внешним смешением (1. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. /Под общей редакцией В.М.Кудрявцева. М., Высшая школа, 1967, с. 240, а также 2. Теория ракетных двигателей. В.Е.Алемасов и др. М.: Машиностроение. 1989, с. 211-215, 221-222), где одна форсунка находится внутри другой. При этом у внутренней форсунки наружный диаметр кромки сопла меньше радиуса газового вихря внешней форсунки, а конусы распыла компонентов топлива рассчитываются и подбираются таким образом, чтобы их перемешивание было за пределами кромок сопел форсунок. Недостатком подобных устройств является наличие дополнительного объема зоны перемешивания за пределами форсунки, что усложняет организацию качественного перемешивания, требует увеличения габаритно-массовых характеристик смесителя в целом и снижает динамику процесса смешения с момента подачи компонентов.

Известны смесители на основе центробежных форсунок с внутренним смешением (см. 1. с.240-241 и 2. с.221), где подача компонентов из внутренней форсунки осуществляется во внутреннюю зону сопла внешней форсунки.

Недостатком устройства является неполное смешение в зоне форсунки, т.е. основной процесс смещения происходит за пределами форсунки.

Наиболее близким является устройство по патенту США N 2602290, кл. 60-39.46, 1947 г. , где подача компонентов осуществляется в периферийной зоне камеры закручивания, каналы подвода тангенциально наклонены к поперечному сечению камеры закручивания. Недостатком данного устройства является его высокая чувствительность к изменению давлений на входе в форсунку, т.к. при этом изменяется разность скоростей входа компонентов в камеру закручивания центробежной форсунки, являющейся одновременно камерой смешения, что, в свою очередь, приводит к резкому изменению соотношения компонентов смеси и, как следствие, резкому ухудшению качества и стабильности рабочей смеси. Кроме того, подача компонентов в известном устройстве не исключает возможности забора одного компонента в предфорсуночную полость другого компонента, что, в свою очередь, полностью нарушает процесс смешения, а в случае использования самовоспламеняющихся компонентов приводит к разрушению устройства, особенно на переходных режимах включения и выключения устройства.

Целью данного изобретения является повышение надежности и запасов работоспособности, а также улучшение эксплуатационных характеристик известного устройства.

Указанная цель достигается тем, что в известном смесителе, состоящем из центробежной форсунки с камерой закручивания, тангенциальных каналов подвода по меньшей мере одного компонента и соплом, дополнительно в центральной зоне камеры закручивания выполнено устройство подачи остальных компонентов в периферийную зону камеры закручивания.

Кроме того, устройство подачи остальных компонентов в периферийную зону камеры закручивания может быть расположено в выступе центральной ее зоны в виде центробежной, щелевой или струйных форсунок.

Предлагаемое решение поясняется чертежами. На фиг. 1 приведен смеситель с подачей компонентов в камеру закручивания из устройства в центробежной ее зоне, выполненного в виде каналов, направленных от центра к периферии камеры закручивания.

На фиг. 2 приведен смеситель с подачей компонентов в камеру закручивания из устройства в центральной ее зоне, выполненного в виде центробежной форсунки.

На фиг. 3 приведен смеситель с подачей компонентов в камеру закручивания из устройства в центральной ее зоне, выполненного в виде щелевой форсунки.

На фиг. 4 приведен смеситель с подачей компонентов в камеру закручивания из устройства, выполненного в виде выступа в центральной зоне камеры закручивания с радиальными каналами.

На фиг. 5 приведен смеситель с подачей компонентов в камеру закручивания из устройства, выполненного в виде выступа в центральной зоне камеры закручивания с центробежной форсункой.

На фиг. 6 приведен смеситель с подачей компонентов в камеру закручивания из устройства, выполненного в виде выступа в центральной зоне камеры закручивания со щелевой форсункой и радиальным расположением щели.

На фиг. 7 для примера приведен смеситель с подачей компонентов в камеру закручивания из многокомпонентного устройства в центральной ее зоне.

На фиг. 8 приведен разрез камеры закручивания.

Во всех устройствах, приведенных на фиг. 1 - 7, один из компонентов подается по тангенциальным каналам в периферийную зону камеры закручивания. Смесители отличаются исполнением устройств подачи компонента (или компонентов), расположенных в центральной зоне камеры закручивания.

Многокомпонентный смеситель состоит из центробежной форсунки 1, сопла центробежной форсунки 2, камеры закручивания 3 с периферийной 4 и центральной 5 зонами, каналов подачи 6 компонента I, каналов подачи 7 компонента II, магистрали подвода 8 компонента II магистрали подвода 9 и устройства подачи 10 компонента II.

На фиг. 2, 3, 4, 5, 6 приведены различные примерные схемы подачи компонента II из центральной зоны 5 камеры закручивания 3.

На фиг. 2 устройство подачи компонента II выполнено в виде центробежной форсунки 11.

На фиг. 3 устройство подачи компонента II выполнено в виде щелевой форсунки 12.

На фиг. 4 устройство подачи компонента состоит из выступа 13 и радиальных каналов 14, направленных в камеру закручивания 3.

На фиг. 5 устройство подачи компонента II состоит из выступающей кромки сопла 15 центробежной форсунки 16.

На фиг. 6 устройство подачи компонента II состоит из выступа 17, в котором расположена щелевая форсунка 18.

Устройство подачи компонента II может состоять из любой другой форсунки, расположенной в центральной зоне камеры закручивания 3, в том числе и нескольких (фиг. 7, фиг. 8) форсунок 19 для подачи различных компонентов III, IV и др. через магистрали подвода 20.

Многокомпонентный смеситель работает следующим образом: компонент I из магистрали подвода 8 через тангенциальные каналы подачи 6 поступает в периферийную зону 4 камеры закручивания 3 центробежной форсунки 1.

Компонент II из магистрали подвода 2 по каналам подачи 7 через устройство подачи 10, расположенное в центральной зоне 5, подается в периферийную зону 4 камеры закручивания. При этом под действием тангенциальной составляющей скорости компонента I происходит закручивание компонента II, а под действием радиальной составляющей скорости компонента I происходит гашение радиальной составляющей скорости компонента II. При этом за счет значительной разницы скоростей компонентов I и II происходит интенсивное их перемешивание с дальнейшим совместным движением и истечением через сопло 2 центробежной форсунки - с образованием суммарного конуса распыла перемешиваемых компонентов I и II.

Подача компонента II в периферийную зону 4 камеры закручивания 3 может быть осуществлена, например, центробежной форсункой 11 (фиг. 2), щелевой 12 (фиг. 3) или любой другой распложенной в центральной зоне камеры закручивания 3.

С целью более качественного управления направлением потока компонента II в необходимую зону камеры закручивания, для повышения качества смешения в зависимости от конструктивных факторов устройства и свойств смешиваемых компонентов в центральной зоне камеры закручивания устройство подачи компонента II может быть выступ 13 (фиг. 4). При этом за счет изменения положения выходной кромки каналов подачи 14 либо положения самих каналов компонент II может подаваться в нужную зону камеры закручивания.

Подача компонента II через выступ из центральной зоны камеры закручивания 3 может быть осуществлена также с помощью щелевой форсунки 18 (фиг. 6), центробежной 16 (фиг. 5) либо любой другой форсунки.

Для повышения живучести и надежности работы смесителя выходные кромки устройства подачи компонента II в камеру закручивания должны быть расположены внутри зоны газового вихря смешиваемых компонентов, т.е. внутри зоны, ограниченной радиусом r_в. Выполнение этого условия практически исключает возможность попадания компонента 1 в магистраль подвода компонента II, особенно на переходных режимах, т.е. при включении и выключении смесителя. Для исключения попадания компонента II в магистраль подвода компонента I при включении смесителя подача компонента 1 должна осуществляться с некоторым опережением по отношению к компоненту II, а при выключении смесителя первой должна прекращаться подача компонента II.

С целью изготовления многокомпонентных (более 2-х компонентов) смесей смеситель может быть выполнен с подводом нескольких компонентов к устройству подачи, расположенному в центральной зоне камеры закручивания. При этом компоненты III, IV и т.д. через магистрали подвода 20 и каналы подачи 19 (фиг. 7, 8) подаются в камеру закручивания. В остальном устройство и работа многокомпонентного смесителя аналогична вышеизложенной.

Формула изобретения

Многокомпонентный смеситель, состоящий из центробежной форсунки с камерой закручивания, соплом и тангенциальными каналами подвода в камеру закручивания по меньшей мере одного из компонентов, отличающийся тем, что каналы подвода остальных компонентов расположены в центральной зоне камеры закручивания и направлены в зону выхода тангенциальных каналов в камеру закручивания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8