Форсунка для распыления жидкости в газовой среде

 

Изобретение относится к устройствам для распыления жидкости в потоке газа (воздуха) и может быть использовано при очистке газа, а также в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, в частности при тепловлажностной обработке воздуха в оросительных форсуночных камерах центральных кондиционеров для повышения степени диспергирования жидкости в газовой среде. Конструкция состоит из корпуса с цилиндрическим осевым каналом для жидкости, на выходе из которого установлена шайба-втулка с калиброванным отверстием. За втулкой соосно расположен эжекторный элемент в виде трубы Вентури, имеющий входную часть - конфузор, среднюю цилиндрическую часть - горловину и выходную часть - диффузор. Края диффузора имеют треугольные вырезы по периметру - обрамление. По периметру конфузора параллельно его оси расположены сквозные цилиндрические каналы. Снаружи диффузора установлен полый цилиндр - направляющий аппарат коаксиально его наружной поверхности. Конструктивно направляющий аппарат выполнен вместе с гайкой, с помощью которой обеспечивается сборка и крепление элементов форсунки. Диспергирование водного потока происходит за счет трех факторов: поступательного и вращательного движения воды, а также диспергирующего эффекта газовых струй, эжектируемые струей воды из газового потока. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для распыления жидкости в потоке газа (воздуха) и может быть использовано при очистке газа, а также в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, в частности при тепловлажностной обработке воздуха в оросительных форсуночных камерах центральных кондиционеров.

В настоящее время в оросительных камерах форсуночных (ОКФ) используются центробежные и струйные механические форсунки.

Известна конструкция прямоточной форсунки типа П-1 [1]. Она состоит из корпуса с цилиндрическим каналом, на выходе из которого устанавливается вставка в виде шайбы с калиброванным центральным отверстием. В канале дополнительно располагается винтовая вставка.

Форсунка работает следующим образом. Жидкость (вода) при давлении P ≅ 250 кПА, создаваемого при помощи насоса, проходит канал, обтекает винтовую вставку, приобретая при этом вращательное движение, и выбрасывается через калиброванное отверстие в движущийся поток. Как видно, дробление водного потока на капли, выходящего из отверстия форсунки, достигается за счет сообщения воде одновременно поступательного и вращательного движения.

Недостатками данной форсунки являются: 1. Возможность забивки (засорения) выходного отверстия механическими частицами, например, окалиной, ржавчиной и т.п. из-за малого диаметра выходного отверстия (⊘ = 2 - 3 мм).

2. Не высокая эффективность образования межфазной поверхности (суммарной поверхности капель).

В центробежных форсунках ввод жидкости осуществляется тангенциально корпусу, что создает крутящий момент, вращение жидкости внутри форсунки. Жидкость выходит из форсунки через калиброванное отверстие в поток газа в виде вращающейся струи [1].

Недостатком данной форсунки также является не высокая эффективность диспергирования жидкости в газе. Так, в ОКФ количество форсунок данного типа может достигать нескольких сотен штук (n = до 624 шт.) [2].

В технике по санитарной очистке воздуха для распыления жидкости в газовом потоке применяют трубу Вентури, например, в скоростных прямоточных распыливающих абсорберах [3].

В них через трубу Вентури направляют весь исходный газовый поток при помощи вентилятора (газодувки), создавая высокую скорость в горловине трубы (до 150 м/с). Жидкость (вода) вводится (впрыскивается) в трубу Вентури также принудительно при помощи насоса по различным схемам. Таким образом, труба Вентури в скоростных прямоточных абсорберах является основным конструктивным узлом аппарата.

Недостатками описанного узла абсорбера являются: большое гидравлическое сопротивление (P>1000 Па) [3], большие габариты (из-за необходимости ввода всего обрабатываемого воздуха), большая металлоемкость.

Указанные недостатки устраняются тем, что с целью повышения степени диспергирования жидкости в газовой среде и, соответственно, увеличения межфазной поверхности (поверхности тепломассообмена) в заявляемом изобретении диспергирование водного потока происходит за счет трех факторов: поступательного и вращательного движения воды, а также диспергирующего эффекта газовых струй, эжектируемые струей воды из газового потока. Данный эффект достигается тем, что за втулкой с калиброванным отверстием установлен эжекторный элемент в виде трубы Вентури с рядом цилиндрических сквозных каналов, находящихся по периметру конфузора и параллельно его оси, с направляющим аппаратом в виде полого цилиндра, расположенным коаксиально диффузору на всю его длину.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, приведенном на рисунке. Здесь представлен продольный разрез форсунки. Позиции на чертеже обозначают: 1 - корпус, 2 - шайба-втулка с калиброванным отверстием, 3 - эжекторный элемент (труба Вентури), 4 - гайка с направляющим аппаратом.

Устройство для распыления жидкости в газовой фазе - форсунка состоит из корпуса с цилиндрическим каналом 1, имеющего на выходе шайбу - втулку с калиброванным отверстием 2. За втулкой соосно расположен эжекторный элемент в виде трубы Вентури 3. Он состоит из входного сужающего участка - конфузора, средней цилиндрической части - горловины и выходной расширяющейся конической части - диффузора. Края диффузора имеют зубчатые, например, треугольные вырезы по периметру - обрамление. По периметру конфузора параллельно его оси расположены сквозные цилиндрические каналы. Снаружи диффузора установлен полый цилиндр - направляющий аппарат 4 коаксиально его наружной поверхности. Конструктивно направляющий аппарат выполнен вместе с гайкой, имеющей внутреннюю метрическую резьбу. Такую же резьбу имеет наружная поверхность корпуса на конце. С помощью гайки обеспечивается крепление шайбы 2, эжекторного элемента 3, направляющего аппарата 4 к корпусу форсунки 1. При этом образуется сквозной канал для газа, состоящий из кольцевого пространства между направляющим аппаратом и диффузором, а также из цилиндрических каналов конфузора. Герметичность сборки обеспечивается за счет гладкой поверхности указанных элементов форсунки и прижимного давления создаваемого гайкой. Элементы форсунки (шайба-втулка 2, эжекторный элемент 3, направляющий аппарат с гайкой 4) могут быть выполнены из пластмассы, например, фторопласта, винипласта, полиэтилена, капрона и т.п.

Устройство работает следующим образом. Вода за счет напора, создаваемого насосом, последовательно проходит канал корпуса 1, калиброванное отверстие шайбы 2 и поступает в эжекторный элемент - трубу Вентури 3. Сформировавшаяся водная струя, обладая высоким динамическим давлением, проходит начальный участок трубы Вентури - конфузор, средний участок - горловину и через расширяющуюся часть трубы - диффузор выбрасывается в воздушный поток (газовую среду) в виде диспергированных водяных струек. При этом в конфузоре создается разрежение за счет увлечения струей воды частиц газа. При наличии сквозных каналов, находящихся по периметру конфузора и имеющих выход наружу через кольцевой зазор между направляющим аппаратом и наружной поверхностью конфузора, происходит транспортирование частиц газа из воздушной среды, окружающей форсунку, в конфузор, т.е. наблюдает процесс эжекции газовой фазы водой.

Таким образом, при выходе водной струи из диффузора образуется встречный газовый поток, направленный против движения жидкости. При этом газовый поток способствует дополнительному диспергированию водяной струи на выходе ее из диффузора. Газовый поток может увлекать капли жидкости через кольцевой канал направляющего аппарата в конфузор. Наличие капелек жидкости в газе при входе в цилиндрические каналы конфузора способствует изменению гидравлического сопротивления отверстий. Поэтому расход газового потока в разных каналах конфузора в различные промежутки времени (доли секунды) будет неодинаковый. Переменный расход эжектируемого газа в каналах конфузора изменяет профиль (структуру) водной струи, придавая ей сложное и вращательное движение на выходе из диффузора. Дополнительное диспергирующее воздействие на водную струю оказывает треугольное обрамление на конце диффузора.

Как видно из приведенного выше, в формировании водной струи участвуют как конструктивные элементы форсунки, так и газовая фаза.

Применение форсунок данной конструкции в ОКФ центральные кондиционеров позволит интенсифицировать процессы тепловлажностной обработки воздуха (увлажнение, охлаждение, осушение). По принятой технологии [2] в ОКФ подается воздух, который движется в ней со скоростью до 3 м/с и распыление воды производится механическими форсунками путем впрыскивания водяных струй в воздушный поток.

Использование форсунок предлагаемой конструкции способствует образованию новых воздушных потоков (встречных течений: струя воды - струя воздуха) в газовой среде камеры, а это содействует турбулизации воздуха в камере в целом. Также увеличивается продолжительность контакта двух фаз: воздушной и водяной, т.к. контакт воды с воздухом происходит перед форсункой, в форсунке и после истечения струи в поток газа. Эффект диспергирования возрастает также за счет быстроменяющейся структуры (профиля) водяных струй, входящих в воздушный поток.

Таким образом, к достоинствам заявляемого изобретения, форсунки эжекционного типа, следует отнести: 1. Высокая эффективность образования межфазной поверхности, т.е. поверхности массообмена на границе вода-газ, за счет повышения степени диспергирования водной струи в газе.

2. Увеличение продолжительности контакта газовой и водяной фаз.

3. Создание большей турбулизации газовой фазы.

Применение форсунок данной конструкции, например, в ОКФ центральных кондиционеров позволит сократить число форсунок, а следовательно, габаритные размеры форсуночной камеры будут уменьшены.

Формула изобретения

1. Форсунка для распыления жидкости в газовой среде, содержащая корпус в виде цилиндрического канала, имеющего на выходе втулку с калиброванным отверстием для жидкости, отличающаяся тем, что за втулкой установлен эжекторный элемент в виде трубы Вентури с рядом цилиндрических сквозных каналов, находящихся по периметру конфузора и параллельно его оси, с направляющим аппаратом в виде полого цилиндра, расположенным коаксиально диффузору на всю его длину.

2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что края диффузора имеют зубчатое, например треугольное, обрамление.

РИСУНКИ

Рисунок 1