RU2015740C1

RU2015740C1 - Atomizer

Info

Publication number: RU2015740C1
Authority: RU
Inventors: Р.Г. Адамов; И.Б. Дворкин; М.М. Рыхнин
Original assignee: Фирма "Мир Лтд."
Priority date: 1992-04-21
Filing date: 1992-04-21
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: made in atomizer body are mixing chamber and diverging tube coaxial with de Laval nozzle. Space with inlet and outlet channels for liquid is made in form of cylindrical resonating chamber. Axis of resonating chamber is square to axis of de Laval nozzle and ends are symmetrical to its axis. Part of side surface of cylindrical resonating chamber in zone of outlet liquid channel is formed by outer surface of de Laval nozzle. Inlet and outlet liquid channels are arranged tangentially to side surface of central resonating chamber in direction of liquid flow. Outlet liquid channel is arranged between outlet end of de Laval nozzle and mixing chamber, distance between end and chamber being equal to 2 5 mm. Ratio of diameter of central resonating chamber to its length is 0.5-1.2. Ratio of diameter of critical section of de Laval nozzle to diameter of mixing chamber is 0.1-0.4. EFFECT: enlarged operating capabilities. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для распыливания жидкости или лакокрасочных материалов и может быть использовано в металлургическом производстве для охлаждения изделий, а также в лакокрасочной промышленности для распыливания вязких лакокрасочных материалов. The invention relates to devices for spraying liquids or paints and varnishes and can be used in metallurgical production for cooling products, as well as in the paint industry for spraying viscous paints and varnishes.

В металлургическом производстве необходимо форсированное охлаждение изделий после прокатки или отливки на установках непрерывной разливки. In the metallurgical industry, forced cooling of products after rolling or casting in continuous casting plants is necessary.

В последнее время получил широкое применение как наиболее перспективный способ воздушного охлаждения, при котором вода распыляется скоростным воздушным потоком. При водовоздушном охлаждении вода и воздух подаются в зону охлаждения единым смешанным потоком. Recently, it has been widely used as the most promising method of air cooling, in which water is sprayed with a high-speed air stream. During water-air cooling, water and air are supplied to the cooling zone in a single mixed stream.

Для получения устойчивого истечения мелкодисперсной водовоздушной смеси с увеличением давления воды необходимо повышать давление воздуха, что приводит к существенному повышению энергозатрат. Степень дисперсности и однородность распыла обpазующихся капель определяют, в частности, теплообмен при охлаждении проката. Для получения высокодисперсной капли необходимы повышенные расходы энергоносителя, так как энергия воздушной струи тратится, как на измельчение капли, так и на ее эффективную доставку к зоне охлаждения. Это является существенным недостатком в широком использовании водовоздушного охлаждения проката. To obtain a stable outflow of a finely dispersed water-air mixture with increasing water pressure, it is necessary to increase the air pressure, which leads to a significant increase in energy consumption. The degree of dispersion and the uniformity of the spray of droplets formed determine, in particular, heat transfer during cooling of the rolling stock. To obtain a finely divided droplet, increased energy costs are necessary, since the energy of the air stream is spent both on grinding the droplet and on its effective delivery to the cooling zone. This is a significant drawback in the widespread use of water-air cooling.

Известна форсунка для распыления жидкости, обеспечивающая повышение эффективности распыления жидкости путем увеличения относительного расхода жидкости при высокой степени дисперсности жидкой фазы в струе. Known nozzle for spraying liquid, providing increased efficiency of spraying liquid by increasing the relative flow rate of the liquid with a high degree of dispersion of the liquid phase in the stream.

Известная форсунка снабжена установленной в центральном канале трубой, сечение выходного отверстия которой выполнено в виде звездочки, сопла Лаваля размещены симметрично между лучами звездочки, а оси их параллельны оси центральной трубы. The known nozzle is equipped with a pipe installed in the central channel, the outlet cross section of which is made in the form of an asterisk, Laval nozzles are placed symmetrically between the sprocket rays, and their axes are parallel to the axis of the central pipe.

Однако, такая конструкция сложна и громоздка и требует дополнительных энергозатрат. However, this design is complex and cumbersome and requires additional energy.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является форсунка, содержащая корпус, канал для подачи газа, расположенное с ним на одной оси сопло Лаваля и полость с входным и выходным каналами для жидкости. Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a nozzle containing a housing, a channel for supplying gas, a Laval nozzle located on the same axis and a cavity with liquid inlet and outlet channels.

В известной форсунке участок осевого канала подачи газа выполнен в виде сопла Лаваля с резьбовой нарезкой по всей длине критического сечения. In the known nozzle, the section of the axial gas supply channel is made in the form of a Laval nozzle with a threaded thread along the entire length of the critical section.

Сжатый газ, периферийный поток которого приобретает закрученное движение в резьбовой нарезке критического сечения, свободно истекая из сопла с большой скоростью, создает зону разрежения под выходными каналами для жидкости, увлекает в нее жидкость, вытягивает в кольцевую пленку и в тонкие нити, разрывая затем их на капли, т.е. известное устройство обеспечивает однородность распыла, однако при этом необходимы дополнительные энергозатраты на создание закрученного движения потока газа. Compressed gas, the peripheral flow of which acquires a swirling motion in a threaded cut of a critical section, freely flowing out of the nozzle at a high speed, creates a rarefaction zone under the liquid outlet channels, draws liquid into it, draws it into an annular film and into thin filaments, then breaking them into drops, i.e. the known device provides uniformity of spray, however, additional energy is required to create swirling gas flow.

В известной форсунке, при образовании капель из нити, размер капли зависит от сил внутреннего натяжения жидкости, т.е. разрыв капли наступает при толщине нити 200 мкм, что и задает размеры капель. In a known nozzle, when droplets are formed from a thread, the droplet size depends on the forces of the internal tension of the liquid, i.e. drop rupture occurs at a thread thickness of 200 μm, which sets the size of the droplets.

Кроме того, закрученная пленка жидкости на выходе приобретает дополнительный вектор скорости, расположенный по нормали к осевому вектору скорости за счет центробежных сил, что приводит к раскрытию факела и перераспределению капель в его периферийную зону и нарушению однородности распыла. In addition, the swirling liquid film at the outlet acquires an additional velocity vector located normal to the axial velocity vector due to centrifugal forces, which leads to the opening of the plume and the redistribution of droplets into its peripheral zone and the violation of spray uniformity.

Таким образом, технической задачей является повышение однородности распыла и степени дисперсности образующихся капель. Thus, the technical task is to increase the uniformity of the spray and the degree of dispersion of the formed droplets.

Поставленная задача достигается тем, что в форсунке, содержащей корпус, канал для подачи газа, расположенное с ним на одной оси сопло Лаваля и полость с входным и выходным каналами для жидкости, согласно изобретению в корпусе выполнены соосные соплу Лаваля камера смешения и диффузор, полость с каналами выполнена в виде цилиндрической резонаторной камеры, ось которой перпендикулярна оси сопла Лаваля, торцы расположены симметрично его оси, а часть ее боковой поверхности в области выходного канала для жидкости расположены касательно к боковой поверхности цилиндрической резонаторной камеры по ходу движения струи жидкости, а выходной канал для жидкости расположен между выходным торцем сопла Лаваля и камерой смешения, расстояние между которыми выбрано равным 2-5 мм. Отношение диаметра цилиндрической резонаторной камеры к ее длине выбрано равным 0,5-1,2. Отношение диаметра критического сечения сопла Лаваля к диаметру камеры смешения выбрано равным 0,1-0,4. The problem is achieved in that in the nozzle containing the housing, a channel for supplying gas, a Laval nozzle and a cavity located on the same axis with a liquid inlet and outlet channels, according to the invention, a mixing chamber and diffuser, a cavity with the channels are made in the form of a cylindrical resonator chamber, the axis of which is perpendicular to the axis of the Laval nozzle, the ends are located symmetrically to its axis, and part of its lateral surface in the region of the liquid outlet channel is located tangentially to the side second cylindrical surface of the resonator chamber during the movement of the jet of fluid, and fluid outlet channel located between the output end of the Laval nozzle and the mixing chamber, the distance between which is chosen to be 2-5 mm. The ratio of the diameter of the cylindrical resonator chamber to its length is chosen equal to 0.5-1.2. The ratio of the diameter of the critical section of the Laval nozzle to the diameter of the mixing chamber is chosen equal to 0.1-0.4.

Данное изобретение позволяет создать сверхкритическую скорость за счет перерасширения предварительной сжатой расширяющейся струи, при этом потенциальная энергия давления газа переходит в кинетическую энергию истечения из сопла Лаваля. This invention allows to create supercritical velocity due to over-expansion of the pre-compressed expanding jet, while the potential energy of the gas pressure passes into the kinetic energy of the outflow from the Laval nozzle.

Струя воздуха при истечении создает в цилиндрической резонаторной камере разрежение, которое обеспечивает подсос жидкости в цилиндрическую резонаторную камеру. При раскрытии истекающей струи воздуха, на входе в камеру смешения создается зона повышенного давления с колебательным контуром. Величина колебаний такого контура зависит от размеров цилиндрической камеры. При подсосе струей воздуха жидкости резонирующие колебания дробят пленку жидкости на капли, которые поступают в камеру смешения, где формируется смешанный поток воздуха и жидкости. The air stream during the expiration creates a vacuum in the cylindrical resonator chamber, which ensures the suction of liquid into the cylindrical resonator chamber. When the expiring air stream is opened, an increased pressure zone with an oscillatory circuit is created at the entrance to the mixing chamber. The magnitude of the oscillations of this circuit depends on the size of the cylindrical chamber. When a jet of liquid sucks in, the resonant vibrations break up the liquid film into droplets, which enter the mixing chamber, where a mixed stream of air and liquid is formed.

Сверхкритическая скорость и оптимальные отношения диаметра цилиндрической резонаторной камеры к ее длине и критического диаметра сопла Лаваля к диаметру камеры смешения позволяет подобрать оптимальный резонансный фон в цилиндрической резонаторной камере, который обеспечивает высокоэффективный процесс образования высокодисперсных капель. The supercritical velocity and the optimal ratio of the diameter of the cylindrical resonator chamber to its length and the critical diameter of the Laval nozzle to the diameter of the mixing chamber allows you to choose the optimal resonant background in the cylindrical resonator chamber, which provides a highly efficient process of the formation of finely dispersed drops.

Таким образом, в данной конструкции форсунки энергия тратится только на доставку капель, дробление пленки жидкости осуществляется за счет резонансного фона в цилиндрической резонаторной камере, т.е. специально организованные колебания интенсифицируют процесс распыливания капли и повышают степень ее дисперсности. Данная конструкция форсунки позволяет получить размер капли 5-15 мкм и равномерно орошаемую рабочую поверхность. Это способствует эффективному теплообмену при охлаждении рабочей поверхности испарение жидкости происходит практически со всей рабочей поверхности. Т.е. форсунка является оптимальной с точки зрения формирования и доставки капель на рабочую поверхность. Thus, in this nozzle design, energy is spent only on droplet delivery, the liquid film is crushed due to the resonance background in the cylindrical resonator chamber, i.e. specially organized vibrations intensify the process of atomization of the droplet and increase its degree of dispersion. This nozzle design allows you to get a drop size of 5-15 microns and a uniformly irrigated work surface. This contributes to efficient heat transfer during cooling of the working surface. Liquid evaporation occurs from almost the entire working surface. Those. the nozzle is optimal in terms of the formation and delivery of drops to the working surface.

На фиг. 1 изображена форсунка, поперечный разрез по оси сопла Лаваля; на фиг. 2 - форсунка, вид в плане. In FIG. 1 shows a nozzle, a transverse section along the axis of the Laval nozzle; in FIG. 2 - nozzle, plan view.

Форсунка содержит корпус 1, канал 2 для подачи газа и расположенное с ним на одной оси сопло 3 Лаваля, полость 4 с входным и выходным каналами 5 и 6 для жидкости. В корпусе выполнены соосные соплу 3 Лаваля камера 7 смешения и диффузор 8. Полость 4 с каналами 5 и 6 выполнена в виде цилиндрической резонаторной камеры, ось которой перпендикулярна оси сопла 3 Лаваля, торцы расположены симметрично его оси, а часть ее боковой поверхности в области выходного канала 6 для жидкости образована наружной поверхностью сопла 3 Лаваля, при этом входной и выходной каналы 5 и 6 для жидкости расположены касательно к боковой поверхности цилиндрической резонаторной камеры по ходу движения струи жидкости. The nozzle contains a housing 1, a channel 2 for supplying gas and a Laval nozzle 3 located on the same axis, a cavity 4 with inlet and outlet channels 5 and 6 for liquid. The mixing chamber 7 and the diffuser 8, coaxial to the Laval nozzle 3, are made in the casing. The cavity 4 with channels 5 and 6 is made in the form of a cylindrical resonator chamber, the axis of which is perpendicular to the axis of the Laval nozzle 3, the ends are located symmetrically to its axis, and part of its side surface is in the output region channel 6 for the liquid is formed by the outer surface of the Laval nozzle 3, while the input and output channels 5 and 6 for the liquid are located tangentially to the side surface of the cylindrical resonator chamber in the direction of the liquid stream.

Выходной канал 6 для жидкости расположен между выходным торцом сопла 3 Лаваля и камерой 7 смешения, расстояние h между которыми выбрано от 2 до 5 мм. The output channel 6 for the liquid is located between the output end of the Laval nozzle 3 and the mixing chamber 7, the distance h between which is selected from 2 to 5 mm.

Отношение диаметра D цилиндрической резонаторной камеры к ее длине L выбрано равным 0,5-1,2. The ratio of the diameter D of the cylindrical resonator chamber to its length L is chosen equal to 0.5-1.2.

Отношение диаметра d_кр критического сечения сопла 3 Лаваля к диаметру d камеры 7 смешения выбрано равным 0,1-0,4.The ratio of the diameter d _{cr of the} critical section of the Laval nozzle 3 to the diameter d of the mixing chamber 7 is chosen to be 0.1-0.4.

Форсунка работает следующим образом. Сжатый воздух подводится к соплу 3 Лаваля с давлением 2,0˙10⁵ Па. При истечении воздуха через сопло 3 Лаваля устанавливается сверхкритическая скорость потока. Струя воздуха создает в цилиндрической резонаторной камере (полость 4) разрежение, обеспечивающее подсос жидкости. При раскрытии истекающей струи воздуха, на входе в камеру 7 смешения создается зона повышенного давления с колебательным контуром, величина колебаний которого зависит от размеров цилиндрической резонаторной камеры. При подсосе струей воздуха жидкости резонирующие колебания дробят пленку и измельченные капли поступают в камеру 7 смешения, где формируется смешанный поток жидкости и воздуха. Через диффузор 8 смешанный поток попадает на рабочую поверхность.The nozzle works as follows. Compressed air is supplied to the Laval nozzle 3 with a pressure of 2.0 × 10 ⁵ Pa. When air flows through the Laval nozzle 3, a supercritical flow rate is established. A stream of air creates a vacuum in the cylindrical resonator chamber (cavity 4), which ensures fluid suction. When opening the flowing stream of air, at the entrance to the mixing chamber 7, a zone of increased pressure is created with an oscillating circuit, the magnitude of the oscillations of which depends on the size of the cylindrical resonator chamber. When a jet of liquid sucks in, the resonant vibrations break up the film and the crushed droplets enter the mixing chamber 7, where a mixed flow of liquid and air is formed. Through the diffuser 8, the mixed stream enters the working surface.

Claims

1. NOZZLE, comprising a housing, a gas supply channel, a Laval nozzle and a cavity with fluid inlet and outlet channels located on the same axis, characterized in that the mixing chamber and diffuser coaxial with the Laval nozzle are made in the housing, the cavity with channels is made in the form of a cylindrical resonator chamber, the axis of which is perpendicular to the axis of the Laval nozzle, the ends are located symmetrically to its axis, and part of its side surface in the region of the outlet channel for the liquid is formed by the outer surface of the Laval nozzle, while the input and audio channels for fluid arranged on the lateral surface of the cylindrical resonator chamber during the motion of the liquid jet and the output fluid conduit disposed between the output end of the Laval nozzle and the mixing chamber, the distance between which is 2 - 5 mm.

2. The nozzle according to claim 1, characterized in that the ratio of the diameter of the cylindrical resonator chamber to its length 5 is 1.2.

3. The nozzle according to claim 1, characterized in that the ratio of the diameter of the critical section of the Laval nozzle to the diameter of the mixing chamber is 0.1 - 0.4.