RU2258568C1 - Liquid sprayer - Google Patents
Liquid sprayer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2258568C1 RU2258568C1 RU2004111765/12A RU2004111765A RU2258568C1 RU 2258568 C1 RU2258568 C1 RU 2258568C1 RU 2004111765/12 A RU2004111765/12 A RU 2004111765/12A RU 2004111765 A RU2004111765 A RU 2004111765A RU 2258568 C1 RU2258568 C1 RU 2258568C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- channel
- plate
- diameter
- cylindrical
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
- B05B1/12—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means capable of producing different kinds of discharge, e.g. either jet or spray
Landscapes
- Nozzles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике распыления жидкости и может быть использовано в системах пожаротушения, сантехническом оборудовании, устройствах сжигания жидкого топлива, поливочных агрегатах и т.д.The invention relates to techniques for spraying liquid and can be used in fire extinguishing systems, plumbing equipment, devices for burning liquid fuel, watering units, etc.
Известны различные типы распылителей жидкости. Так, например, из патента RU 2036381 С1 известно устройство для распыления жидкости, содержащее сопло, вставку с центральным сужающимся отверстием конической формы, соосным выходному расширяющемуся участку канала сопла (RU 2036381 С1, МПК F 23 D 11/34, В 05 В 17/06, дата публикации 27.05.1995). В состав устройства также входит средство перемещения вставки в осевом направлении относительно выходного участка канала сопла. Вставка установлена в камере цилиндрической формы, соосной каналу сопла.Various types of liquid atomizers are known. So, for example, from the patent RU 2036381 C1 there is known a device for spraying a liquid containing a nozzle, an insert with a central tapering hole of a conical shape, coaxial with the expanding section of the nozzle channel (RU 2036381 C1, IPC F 23 D 11/34, 05 V 17 / 06, publication date 05/27/1995). The device also includes means for moving the insert in the axial direction relative to the output section of the nozzle channel. The insert is mounted in a cylindrical chamber coaxial with the nozzle channel.
В цилиндрической камере устройства между выходной торцевой частью вставки и торцевой частью выходного канала сопла образована кольцевая резонирующая полость, в которой происходит преобразование постоянного давления жидкости в переменное. При перемещении вставки происходит изменение объема кольцевой резонирующей полости и, как следствие этого, изменение частоты колебаний давления жидкости. В результате осуществляется генерация пульсирующей струи жидкости, вследствие чего обеспечивается эффективное распыление жидкости и образование мелкодисперсного газокапельного потока. Дополнительное воздействие на распыляемую струю жидкости осуществляется посредством генерации вокруг основного потока кольцевого ряда струй малого диаметра, которые создаются посредством подачи части потока жидкости из канала сопла через дополнительные сопловые насадки.In the cylindrical chamber of the device between the output end part of the insert and the end part of the output channel of the nozzle, an annular resonant cavity is formed in which the constant pressure of the liquid is transformed into variable. When moving the insert there is a change in the volume of the annular resonating cavity and, as a consequence of this, a change in the frequency of oscillations of the fluid pressure. As a result, a pulsating liquid stream is generated, as a result of which effective atomization of the liquid and the formation of a finely dispersed gas-droplet flow are ensured. An additional effect on the sprayed liquid stream is carried out by generating around the main stream an annular row of small diameter jets, which are created by supplying part of the liquid stream from the nozzle channel through additional nozzle nozzles.
При использовании известного технического решения достигается повышение эффективности распыления потока жидкости при снижении энергетических затрат. Однако в известном устройстве происходит снижение кинетической энергии струи из-за подсоса воздуха из окружающей среды в зазор между поверхностью канала сопла и истекающей струей жидкости, а затем в резонирующую полость. Кроме того, следует отметить, что резонансные явления, используемые в однофазном потоке, обладают меньшей эффективностью с точки зрения получения распыленных потоков жидкости по сравнению с кавитационными явлениями.When using the known technical solution, an increase in the efficiency of spraying the fluid flow is achieved while reducing energy costs. However, in the known device there is a decrease in the kinetic energy of the jet due to the suction of air from the environment into the gap between the surface of the nozzle channel and the outflowing liquid stream, and then into the resonating cavity. In addition, it should be noted that the resonance phenomena used in a single-phase flow are less effective from the point of view of obtaining atomized fluid flows in comparison with cavitation phenomena.
Вследствие этого известное устройство не обеспечивает требуемый диапазон изменения дисперсности распыления жидкости: от дальнобойных крупнодисперсных фракций до тонкодисперсного газокапельного потока средней дальности подачи.As a result of this, the known device does not provide the required range of variation in dispersion of the liquid atomization: from long-range coarse fractions to a finely dispersed gas-droplet stream of medium delivery distance.
Из патента US 4013228 (МПК-2 В 05 В 1/30, дата публикации 22.03.1977) известно устройство для распыления жидкости, содержащее сопло, канал которого включает цилиндрический участок. Распылитель содержит камеру, установленную на выходе из цилиндрического участка сопла. На торцевой конической стенке камеры установлено дополнительное сопло с выходным цилиндрическим каналом. Перемещение торцевой стенки камеры с выходным каналом в осевом направлении осуществляется посредством перемещения корпуса, установленного коаксиально основному соплу устройства. Между внутренней поверхностью корпуса с конической стенкой и внешней поверхностью корпуса сопла образованы продольные каналы, через которые обеспечивается подсос воздуха из окружающего пространства в полость камеры между срезом выходного цилиндрического участка сопла и конической стенкой с выходным цилиндрическим отверстием.From patent US 4013228 (IPC-2 V 05 1/30, publication date 03/22/1977) known device for spraying a liquid containing a nozzle, the channel of which includes a cylindrical section. The sprayer contains a chamber mounted at the outlet of the cylindrical portion of the nozzle. An additional nozzle with an output cylindrical channel is installed on the end conical wall of the chamber. The axial movement of the end wall of the chamber with the output channel is carried out by moving the housing mounted coaxially with the main nozzle of the device. Between the inner surface of the housing with a conical wall and the outer surface of the nozzle body, longitudinal channels are formed through which air is sucked from the surrounding space into the chamber cavity between the cut of the outlet cylindrical section of the nozzle and the conical wall with the outlet cylindrical hole.
Изменение характеристик распыленной струи, которая генерируется на выходе из выходного цилиндрического канала, достигается за счет перемещения корпуса с конической стенкой в осевом направлении. В различных положениях корпуса расширяющаяся часть струи на выходе из цилиндрического канала сопла соударяется либо с внутренней конической поверхностью камеры (при наибольшем удалении от среза канала сопла), либо с внутренней поверхностью цилиндрического канала, выполненного в конической стенке корпуса (при наименьшем расстоянии от среза канала сопла).The change in the characteristics of the sprayed jet, which is generated at the outlet of the output cylindrical channel, is achieved by moving the housing with a conical wall in the axial direction. In different positions of the housing, the expanding part of the jet at the exit from the cylindrical channel of the nozzle collides either with the inner conical surface of the chamber (at the greatest distance from the cut of the nozzle channel) or with the inner surface of the cylindrical channel made in the conical wall of the housing (at the smallest distance from the cut of the nozzle channel )
Описанное выше устройство обеспечивает генерацию распыленных струй жидкости с заданными характеристиками в требуемом диапазоне параметров. Однако при использовании устройства происходит снижение кинетической энергии струи за счет потерь, связанных с подсосом воздуха из окружающей среды через продольные каналы (проточки). Кроме этого, известное устройство не позволяет регулировать дисперсность генерируемого распыленного потока в заданном диапазоне.The device described above provides the generation of atomized jets of liquid with predetermined characteristics in the required range of parameters. However, when using the device, there is a decrease in the kinetic energy of the jet due to losses associated with the suction of air from the environment through longitudinal channels (grooves). In addition, the known device does not allow you to adjust the dispersion of the generated atomized stream in a given range.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является распылитель жидкости, описанный в патенте US 4779803 (МПК В 05 В 1/26; В 05 В 1/34, дата публикации 25.10.1988). Распылитель содержит сопло, канал которого включает выходной цилиндрической участок, пластину с отверстием, соосным выходному цилиндрическому участку канала сопла и средство перемещения пластины в осевом направлении относительно выходной торцевой поверхности сопла. Средство перемещения пластины в виде стоек (перегородок), расположенных на определенном расстоянии друг от друга в азимутальном направлении. Стойки крепления пластины фиксируются на внешней поверхности сопла с возможностью совместного перемещения с пластиной в осевом направлении относительно среза сопла.The closest analogue of the claimed invention is the liquid atomizer described in US patent 4779803 (IPC 05 V 1/26; 05 V 1/34, publication date 10/25/1988). The sprayer contains a nozzle, the channel of which includes an output cylindrical section, a plate with a hole coaxial with the output cylindrical section of the nozzle channel and means for moving the plate in the axial direction relative to the output end surface of the nozzle. The means of moving the plate in the form of racks (partitions) located at a certain distance from each other in the azimuthal direction. The plate mounting racks are fixed on the outer surface of the nozzle with the possibility of joint movement with the plate in the axial direction relative to the nozzle exit.
Диаметр отверстия, выполненного в пластине, превышает диаметр выходного цилиндрического участка канала сопла, по меньшей мере, в десять раз. Размер отверстия в пластине выбирается в зависимости от размера поперечного сечения струи жидкости, истекающей из цилиндрического канала сопла, на заданном расстоянии от среза канала сопла. В положении пластины, максимально приближенном к срезу канала сопла, генерируемая струя жидкости свободно истекает через отверстие пластины, не контактируя с кромками пластины. В положении пластины, максимально удаленном от выходной торцевой поверхности сопла, происходит распыление потока жидкости в виде мелкодисперсной фракции за счет захвата потока воздуха, подсасываемого из окружающего пространства через зазоры, образованные стойками пластины. Распыление потока жидкости, предварительно смешенного с воздухом на участке между срезом сопла и пластиной, и образование мелкодисперсного газокапельного потока происходит при обтекании кромок отверстия пластины.The diameter of the hole made in the plate exceeds the diameter of the outlet cylindrical section of the nozzle channel by at least ten times. The size of the hole in the plate is selected depending on the size of the cross section of the jet of fluid flowing from the cylindrical channel of the nozzle at a predetermined distance from the cut of the nozzle channel. In the position of the plate, as close as possible to the cut of the nozzle channel, the generated liquid stream freely flows through the hole of the plate, without contacting the edges of the plate. In the position of the plate, as far as possible from the output end surface of the nozzle, the liquid stream is sprayed in the form of a finely divided fraction by capturing the air stream that is sucked from the surrounding space through the gaps formed by the plate posts. Spraying a fluid stream pre-mixed with air in the area between the nozzle exit and the plate, and the formation of a finely dispersed gas-droplet stream occurs when flowing around the edges of the plate opening.
Максимально удаленное положение пластины обеспечивает поступление потоков воздуха в струю непосредственно после ее выхода из канала сопла и способствует турбулизации потока в направлении, перпендикулярном оси симметрии сопла. В результате указанных процессов увеличивается интенсивность столкновений частиц распыляемой жидкости и происходит смешение жидкости с воздушной массой, что способствует дроблению струи жидкости на мелкие капли.The most remote position of the plate ensures that air flows into the stream immediately after it leaves the nozzle channel and contributes to the turbulence of the stream in the direction perpendicular to the axis of symmetry of the nozzle. As a result of these processes, the intensity of collisions of particles of the sprayed liquid increases and the liquid mixes with the air mass, which contributes to the fragmentation of the liquid jet into small droplets.
Следует отметить, что при использовании рассматриваемого аналога эффективное распыление жидкости достигается за счет предварительного смешения потока жидкости с воздухом, поступающим из окружающей среды. Однако такой процесс распыления жидкости сопряжен с существенными потерями кинетической энергии струи жидкости. В результате протекания такого рода процессов происходит или снижение скорости распыленного потока жидкости, или увеличение затрат энергии на генерацию мелкодисперсных газокапельных потоков.It should be noted that when using the considered analogue, effective atomization of the liquid is achieved due to preliminary mixing of the liquid flow with air coming from the environment. However, such a process of spraying a liquid is associated with significant losses of the kinetic energy of the liquid jet. As a result of such processes, there is either a decrease in the velocity of the atomized liquid flow, or an increase in the energy expenditure for the generation of finely dispersed gas-droplet flows.
Задачей настоящего изобретения является создание распылителя жидкости, позволяющего генерировать при минимальных затратах энергии мелкодисперсные газокапельные потоки с различными углами конусности факела распыленного потока жидкости потоки при условии высокой интенсивности и равномерности распыленного потока. При этом ставится задача обеспечить возможность регулирования структуры распыленного потока и переход от нераспыленной струи жидкости к распыленному мелкодисперсному потоку с максимальным углом раскрытия. Решение указанных технических задач требуется для ряда практических областей применения распылителя. В частности, это необходимо при тушении очагов возгорании различных классов, когда требуется эффективно доставить огнетушащий состав в очаг, удаленный на достаточно большое расстояние, а также в случае, если необходимо производить дотушивание непогашенных областей очага направленным мелкодисперсным потоком воды с небольших расстояний.The objective of the present invention is to provide a liquid atomizer, which allows generating at a minimum energy cost finely dispersed gas-droplet streams with different angles of cone of the torch of the atomized liquid stream streams under the condition of high intensity and uniformity of the sprayed stream. In this case, the task is to provide the ability to control the structure of the sprayed stream and the transition from an unsprayed liquid stream to a sprayed fine stream with a maximum opening angle. The solution of these technical problems is required for a number of practical areas of application of the sprayer. In particular, this is necessary when extinguishing fires of various classes, when it is necessary to efficiently deliver the extinguishing agent to a fire site that is far enough away, as well as if it is necessary to extinguish the outstanding areas of the fire with a directed fine stream of water from small distances.
Решение перечисленных технических задач связано с достижением технического результата, заключающегося в снижении затрат энергии на генерацию регулируемого как по структуре, так и по форме потока жидкости.The solution of these technical problems is associated with the achievement of a technical result, which consists in reducing energy costs for the generation of a fluid flow regulated both in structure and in shape.
Данный технический результат достигается при использовании распылителя жидкости, содержащего сопло, канал которого включает выходной цилиндрической участок, пластину с отверстием, соосным выходному цилиндрическому участку канала сопла, и средство перемещения пластины в осевом направлении относительно выходной торцевой поверхности сопла. Согласно настоящему изобретению средство перемещения пластины выполнено в виде корпуса цилиндрической формы, установленного соосно соплу. Внутренний диаметр корпуса превышает диаметр выходного цилиндрического участка канала сопла. При этом одна торцевая часть корпуса соединена с соплом с помощью, по меньшей мере, одного уплотнительного элемента, обеспечивающего герметичное соединение корпуса и сопла при перемещении корпуса относительно сопла в осевом направлении, а на противоположной торцевой части корпуса закреплена пластина, образующая торцевую стенку корпуса. Диаметр D отверстия, выполненного в пластине, выбран из условия: d≤D≤1,3 d, где d - диаметр выходного цилиндрического участка канала сопла.This technical result is achieved by using a liquid atomizer containing a nozzle, the channel of which includes an output cylindrical section, a plate with an opening coaxial with the output cylindrical section of the nozzle channel, and means for moving the plate in the axial direction relative to the output end surface of the nozzle. According to the present invention, the means for moving the plate is made in the form of a cylindrical body mounted coaxially with the nozzle. The inner diameter of the housing exceeds the diameter of the outlet cylindrical portion of the nozzle channel. In this case, one end part of the casing is connected to the nozzle using at least one sealing element, which provides a tight connection between the casing and the nozzle when moving the casing relative to the nozzle in the axial direction, and a plate forming the end wall of the casing is fixed on the opposite end part of the casing. The diameter D of the hole made in the plate is selected from the condition: d≤D≤1,3 d, where d is the diameter of the outlet cylindrical section of the nozzle channel.
Указанная выше совокупность существенных признаков изобретения позволяет создать условия, при которых происходит запирание отверстия, выполненного в пластине, струей жидкости, истекающей из сопла, в результате чего прекращается подсос воздуха из окружающего пространства в камеру (полость корпуса) и, вследствие этого, осуществляется кавитационное вскипание жидкости в области отверстия пластины.The above set of essential features of the invention allows you to create the conditions under which the opening of the hole made in the plate is blocked by a stream of liquid flowing out of the nozzle, as a result of which air suction from the surrounding space to the chamber (housing cavity) is stopped and, as a result, cavitation boiling occurs fluid in the area of the plate opening.
Таким образом, при использовании заявленного изобретения процесс преобразования струи жидкости в мелкодисперсный газокапельный поток обеспечивается за счет кавитационных процессов, которые обладают наибольшей энергетической эффективностью по сравнению с другими традиционно используемыми процессами распыления жидкости. Необходимо отметить, что технический результат, связанный с указанным выше эффектом, проявляется во всем диапазоне давлений жидкости от 0,50 до 5 МПа, практически используемом для создания распыленных потоков жидкости.Thus, when using the claimed invention, the process of converting a liquid jet into a finely dispersed gas-droplet flow is ensured by cavitation processes that have the greatest energy efficiency compared to other conventionally used liquid spraying processes. It should be noted that the technical result associated with the above effect is manifested in the entire range of fluid pressures from 0.50 to 5 MPa, which is practically used to create atomized fluid flows.
Эффект запирания струей жидкости выходного отверстия пластины, размер которого выбирается из условия согласно формуле изобретения, обусловлен возможностью перемещения корпуса с пластиной в осевом направлении относительно среза сопла. При этом в зависимости от давления жидкости на входе в сопло может варьироваться и максимальное расстояние от выходной торцевой поверхности сопла до пластины.The effect of locking by the liquid jet the outlet of the plate, the size of which is selected from the conditions according to the claims, is due to the possibility of moving the housing with the plate in the axial direction relative to the nozzle exit. Moreover, depending on the pressure of the liquid at the inlet to the nozzle, the maximum distance from the outlet end surface of the nozzle to the plate may also vary.
В предпочтительном варианте выполнения конструкции распылителя, когда максимальное расстояние от выходной торцевой поверхности сопла до пластины, которое обеспечивается при осевом перемещении корпуса, не превышает 5d, диаметр D отверстия, выполненного в пластине, выбирается из условия: d≤D≤1,1 d.In a preferred embodiment of the atomizer design, when the maximum distance from the outlet end surface of the nozzle to the plate, which is ensured by axial movement of the housing, does not exceed 5d, the diameter D of the hole made in the plate is selected from the condition: d≤D≤1,1 d.
Длина выходного цилиндрического участка канала сопла предпочтительно выбирается в диапазоне от 1 до 5 d. Данный диапазон обусловлен, с одной стороны, формированием узконаправленной струи жидкости и, с другой стороны, минимальными гидравлическими потерями в канале сопла.The length of the outlet cylindrical section of the nozzle channel is preferably selected in the range from 1 to 5 d. This range is caused, on the one hand, by the formation of a narrowly directed liquid stream and, on the other hand, by minimal hydraulic losses in the nozzle channel.
Для снижения гидравлических потерь на входе в сопло, которые связаны с сужением канала сопла, сопло выполняется с входным сужающимся коническим участком конической или коноидальной формы. Данный входной участок соединяется с входом выходного цилиндрического участка.To reduce hydraulic losses at the inlet to the nozzle, which are associated with a narrowing of the nozzle channel, the nozzle is made with the inlet tapered conical section of a conical or conoidal shape. This input section is connected to the input of the output cylindrical section.
С целью дальнейшего снижения гидравлических потерь распылитель может содержать цилиндрическую камеру, сообщенную с входом в сопло и установленную соосно каналу сопла. Длина такой цилиндрической камеры составляет от 5 до 20 диаметров входного отверстия канала сопла, а ее диаметр равен диаметру входного отверстия канала сопла.In order to further reduce hydraulic losses, the atomizer may include a cylindrical chamber in communication with the entrance to the nozzle and mounted coaxially with the nozzle channel. The length of such a cylindrical chamber is from 5 to 20 diameters of the inlet of the nozzle channel, and its diameter is equal to the diameter of the inlet of the nozzle channel.
Целесообразно также, чтобы толщина пластины у кромок отверстия не превышала 3d. В этом случае снижаются гидравлические потери, а эффект кавитационного распыления струи жидкости проявляется в большей степени.It is also advisable that the thickness of the plate at the edges of the hole does not exceed 3d. In this case, hydraulic losses are reduced, and the effect of cavitation spraying of a liquid jet is manifested to a greater extent.
Далее патентуемое изобретение поясняется примером конкретного выполнения распылителя жидкости и прилагаемым чертежом, на котором изображен продольный разрез распылителя жидкости в положении генерирования распыленной струи жидкости. Пунктирными линиями на чертеже показано положение корпуса распылителя при генерировании нераспыленной струи. Стрелками на чертеже показано направление перемещения корпуса распылителя в положение, в котором пластина (торцевая стенка корпуса) с отверстием контактирует с торцевой поверхностью сопла.The patented invention is further illustrated by an example of a specific embodiment of a liquid atomizer and the accompanying drawing, which shows a longitudinal section of a liquid atomizer in the position of generating a sprayed liquid stream. The dashed lines in the drawing show the position of the atomizer body when generating an atomized jet. The arrows in the drawing show the direction of movement of the atomizer body to the position in which the plate (end wall of the body) contacts the hole with the end surface of the nozzle.
Изображенный на чертеже распылитель жидкости содержит сопло 1, канал которого включает выходной цилиндрической участок 2 и входной сужающийся конический участок 3. Угол при вершине конуса, образующего поверхность конического участка 3, составляет 30°. Оптимальные значения угла конусности сужающегося участка сопла выбираются в диапазоне от 10° до 50°, для которого характерны минимальные гидравлические потери потока жидкости.The liquid atomizer shown in the drawing contains a nozzle 1, the channel of which includes an outlet cylindrical section 2 and an inlet tapering conical section 3. The angle at the apex of the cone forming the surface of the conical section 3 is 30 °. The optimal values of the taper angle of the tapering section of the nozzle are selected in the range from 10 ° to 50 °, which is characterized by minimal hydraulic losses of the fluid flow.
Длина цилиндрического участка 2 канала сопла 1 в рассматриваемом примере реализации составляет 2d=10 мм, где d=5 мм - диаметр выходного цилиндрического участка канала сопла. Длина участка 2 канала сопла 1 выбрана согласно предпочтительно используемому условию, в соответствии с которым длина выходного цилиндрического участка канала сопла составляет от 1 до 5 d.The length of the cylindrical section 2 of the channel of the nozzle 1 in this example implementation is 2d = 10 mm, where d = 5 mm is the diameter of the output cylindrical section of the channel of the nozzle. The length of section 2 of the channel of the nozzle 1 is selected according to the preferred condition used, according to which the length of the output cylindrical section of the channel of the nozzle is from 1 to 5 d.
Распылитель включает в свой состав также корпус 4, установленный коаксиально соплу 1. Корпус 4 выполнен с возможностью осевого перемещения относительно выходной торцевой поверхности сопла 1. Между корпусом 4, в области его торцевой части, и соплом 1 установлен кольцевой уплотнительный элемент 5, обеспечивающий герметичное соединение корпуса 4 и сопла 1 при перемещении корпуса 4 относительно сопла 1.The sprayer also includes a casing 4 mounted coaxially to the nozzle 1. The casing 4 is axially movable relative to the outlet end surface of the nozzle 1. An annular sealing element 5 is installed between the casing 4, in the region of its end part, and the nozzle 1, providing a tight connection the housing 4 and the nozzle 1 when moving the housing 4 relative to the nozzle 1.
На противоположной торцевой части корпуса 4 установлена пластина с выходным отверстием 6, соосным выходному цилиндрическому участку 2 канала сопла 1. Пластина образует торцевую стенку 7 корпуса 4, который в целом выполняет функцию средства перемещения пластины.On the opposite end part of the casing 4, a plate is installed with an outlet 6, coaxial to the output cylindrical section 2 of the channel of the nozzle 1. The plate forms the end wall 7 of the casing 4, which generally acts as a means of moving the plate.
Диаметр D отверстия, выполненного в торцевой стенке 7 корпуса, составляет D=1,1 d, где d - диаметр выходного цилиндрического участка 2 канала сопла, т.е. согласно условию d≤D≤1,3 d. Толщина торцевой стенки 7 у кромок отверстия 6 не превышает 3d и составляет в рассматриваемом примере 1,2 мм.The diameter D of the hole made in the end wall 7 of the casing is D = 1.1 d, where d is the diameter of the outlet cylindrical section 2 of the nozzle channel, i.e. according to the condition d≤D≤1,3 d. The thickness of the end wall 7 at the edges of the hole 6 does not exceed 3d and is 1.2 mm in the considered example.
Ограничение перемещения торцевой стенки 7 корпуса 4 относительно торцевой поверхности 8 сопла 1 осуществляется с помощью ограничителя перемещения, выполненного в виде упора 9, который установлен в продольной проточке 10 корпуса 4. Максимальное расстояние S от торцевой поверхности 8 сопла 1 до внутренней поверхности торцевой стенки 7 корпуса 4 составляет 4d, что соответствует оптимальному размеру полости 11 корпуса 4. При этом внутренний диаметр корпуса 4 превышает диаметр d выходного цилиндрического участка 2 канала сопла.The movement of the end wall 7 of the housing 4 relative to the end surface 8 of the nozzle 1 is limited by the movement limiter made in the form of a stop 9, which is installed in the longitudinal groove 10 of the housing 4. The maximum distance S from the end surface 8 of the nozzle 1 to the inner surface of the end wall 7 of the housing 4 is 4d, which corresponds to the optimal size of the cavity 11 of the housing 4. In this case, the inner diameter of the housing 4 exceeds the diameter d of the outlet cylindrical section 2 of the nozzle channel.
Поскольку диаметр d в рассматриваемом примере реализации изобретения составляет 5 мм, размеры корпуса распылителя равны соответственно: D=5,5 мм, S=10 мм.Since the diameter d in this example implementation of the invention is 5 mm, the dimensions of the atomizer body are respectively equal: D = 5.5 mm, S = 10 mm.
С входом конического участка 3 канала сопла 1 сообщена цилиндрическая камера 12, которая расположена соосно каналу сопла 1. Диаметр Dk цилиндрической камеры 12 равен диаметру входного отверстия конического участка 3. Длина Lk цилиндрической камеры 12 составляет 10DK в соответствии с диапазоном оптимальных значений Lk: 5Dк≤Lк≤20Dк.A cylindrical chamber 12, which is coaxial with the nozzle channel 1, is connected to the entrance of the conical section 3 of the nozzle channel 1. The diameter Dk of the cylindrical chamber 12 is equal to the diameter of the inlet of the conical section 3. The length Lk of the cylindrical chamber 12 is 10D K in accordance with the optimal value range Lk: 5D to ≤L to ≤20D to .
Распылитель жидкости работает следующим образом.The liquid atomizer operates as follows.
Распылитель жидкости подключается к трубопроводу подачи воды с рабочим давлением от 0,5 до 1 МПа. При открытии клапана подачи, установленного в трубопроводе (на чертеже не показан), вода поступает в цилиндрическую камеру 12 распылителя, выполняющую функцию успокоителя потока жидкости. В камере 12 происходит выравнивание скорости потока вдоль его поперечного сечения. Затем жидкость разгоняется в коническом участке 3 канала сопла 1 и поступает в выходной цилиндрический участок 2 канала сопла, в котором осуществляется формирование струи жидкости, истекающей в полость 11 корпуса 4.The liquid spray is connected to the water supply pipe with a working pressure of 0.5 to 1 MPa. When you open the supply valve installed in the pipeline (not shown in the drawing), water enters the cylindrical chamber 12 of the atomizer, which serves as a fluid flow damper. In the chamber 12, the flow velocity is aligned along its cross section. Then the liquid accelerates in the conical section 3 of the channel of the nozzle 1 and enters the outlet cylindrical section 2 of the channel of the nozzle, in which the formation of a jet of liquid flowing out into the cavity 11 of the housing 4.
В положении корпуса 4, при котором осуществляется генерация мелкодисперсного потока жидкости, торцевая стенка 7 удалена от торцевой поверхности 8 сопла 1. Корпус 4 перемещают в осевом направлении до пересечения расширяющейся струей жидкости, истекающей из выходного отверстия цилиндрического участка 2, внутренней поверхности отверстия 6 торцевой стенки 7. В процессе перемещения корпуса 4 между выходной торцевой поверхностью 8 сопла 1 и обращенной к нему поверхностью торцевой стенки 7 вокруг струи жидкости образуется кольцевая полость 11, ограниченная стенками корпуса 4. За счет эжектирующего действия генерируемой струи жидкости в полости 11 возникает разрежение. В результате данного явления происходит подсос воздуха в полость 11 из окружающей среды через зазор, образованный между расширяющейся струей жидкости и внутренней поверхностью отверстия 6 в торцевой стенке 7.In the position of the housing 4, at which the fine liquid flow is generated, the end wall 7 is removed from the end surface 8 of the nozzle 1. The housing 4 is moved in the axial direction until the intersecting expanding jet of fluid flowing from the outlet of the cylindrical section 2, the inner surface of the hole 6 of the end wall 7. In the process of moving the housing 4 between the output end surface 8 of the nozzle 1 and the surface of the end wall 7 facing it, an annular cavity 11 is formed around the liquid stream, og nychennaya walls of the housing 4. Due to the ejecting action of the generated jet of liquid in the cavity 11 there is a vacuum. As a result of this phenomenon, air is sucked into the cavity 11 from the environment through a gap formed between the expanding jet of liquid and the inner surface of the hole 6 in the end wall 7.
Соединение сопла 1 с корпусом 4 в процессе перемещения последнего герметизируется с помощью кольцевого уплотнительного элемента 5.The connection of the nozzle 1 with the housing 4 in the process of moving the latter is sealed with an annular sealing element 5.
В момент перекрытия расширяющейся струей жидкости отверстия 6 поступление воздуха в полость 11 прекращается, после чего происходит полное запирание отверстия 6 струей жидкости. В результате в полости 11 резко падает статическое давление и, как следствие этого, происходит кавитационное вскипание жидкости в области отверстия 6. Данное явление приводит к дроблению сплошной струи жидкости на мелкие капли жидкости и к последующему формированию мелкодисперсного газокапельного потока.At the time of overlapping the expanding liquid stream of the hole 6, the flow of air into the cavity 11 stops, after which the hole 6 is completely blocked by the liquid stream. As a result, the static pressure drops sharply in the cavity 11 and, as a result, cavitation boiling of liquid occurs in the region of the hole 6. This phenomenon leads to the crushing of a continuous stream of liquid into small drops of liquid and to the subsequent formation of a finely dispersed gas-droplet stream.
Минимальные гидравлические потери при течении потока распыляемой жидкости через выходное отверстие 6, выполненное в торцевой стенке 7 корпуса 4, обеспечиваются, если толщина торцевой стенки у кромок отверстия 6 и, следовательно, длина канала выходного отверстия 6 не превышает 3d.Minimum hydraulic losses during the flow of the sprayed liquid through the outlet 6, made in the end wall 7 of the housing 4, are provided if the thickness of the end wall at the edges of the hole 6 and, therefore, the length of the channel of the outlet 6 does not exceed 3d.
Существенным условием для возникновения эффекта запирания отверстия пластины потоком жидкости в рабочем диапазоне давлений жидкости является условие, ограничивающее диаметр D отверстия 6, выполненного в торцевой стенке 7 камеры, в зависимости от величины диаметра d выходного цилиндрического участка 2 канала сопла 1: d≤D≤1,3d.An essential condition for the effect of locking a plate hole by a fluid flow in the working range of liquid pressures is a condition that limits the diameter D of the hole 6 made in the end wall 7 of the chamber, depending on the diameter d of the outlet cylindrical section 2 of the nozzle channel 1: d≤D≤1 , 3d.
Как показали экспериментальные исследования, в случае если диаметр D отверстия 6 превышает 1,3d, эффект запирания выходного отверстия не проявляется для рабочего диапазона давлений жидкости, поскольку воздух из окружающего пространства может свободно проникать в полость 11 через не полностью перекрытое сечением струи жидкости отверстие 6. Это связано с тем, что гравитационные силы отклоняют струю жидкости от оси симметрии отверстия 6, и струя жидкости попадает на поверхность торцевой стенки 7 корпуса 4.As experimental studies have shown, if the diameter D of the hole 6 exceeds 1.3 d, the effect of locking the outlet is not manifested for the working range of liquid pressures, since air from the surrounding space can freely penetrate the cavity 11 through the hole 6, which is not completely blocked by the section of the liquid stream. This is due to the fact that gravitational forces deflect the liquid stream from the axis of symmetry of the hole 6, and the liquid stream enters the surface of the end wall 7 of the housing 4.
При отсутствии указанного эффекта запирания выходного отверстия не происходит кавитационное вскипание жидкости в области отверстия 6, и, следовательно, не создаются условия для эффективного образования мелкодисперсного потока жидкости. Распыление жидкости в данном случае может осуществляться лишь при свободном истечении струи жидкости в окружающее пространство. Однако такой процесс распыления жидкости происходит при максимальных затратах энергии за счет действия сил трения.In the absence of the indicated effect of locking the outlet, cavitation boiling of the liquid in the region of the hole 6 does not occur, and, therefore, conditions are not created for the effective formation of a finely divided liquid stream. In this case, the liquid can be sprayed only with a free flow of a liquid stream into the surrounding space. However, such a process of spraying liquid occurs at maximum energy costs due to the action of friction forces.
Следует также отметить, что при увеличении диаметра D более 1,3 d требуется существенное увеличение рабочего давления жидкости и увеличение длины полости корпуса 4, В этом случае соответственно увеличивается объем полости корпуса, что препятствует созданию требуемого уровня вакуума в полости. При отсутствии требуемого уровня вакуума эффект кавитационного вскипания жидкости в области выходного отверстия практически не наблюдается. Вследствие этого энергетические затраты на распыление струи жидкости не могут быть существенно снижены.It should also be noted that with an increase in the diameter D of more than 1.3 d, a substantial increase in the working pressure of the liquid and an increase in the length of the cavity of the housing 4 are required. In this case, the volume of the cavity of the housing accordingly increases, which prevents the creation of the required level of vacuum in the cavity. In the absence of the required vacuum level, the effect of cavitation boiling of liquid in the area of the outlet is practically not observed. As a result of this, the energy costs of spraying a liquid jet cannot be substantially reduced.
В другом случае, если диаметр D выходного отверстия меньше диаметра d цилиндрического канала сопла, то эффект кавитационного вскипания жидкости в области выходного отверстия также не наблюдается по следующим причинам.In another case, if the diameter D of the outlet is less than the diameter d of the cylindrical channel of the nozzle, then the effect of cavitation boiling of liquid in the region of the outlet is also not observed for the following reasons.
Поскольку сечение струи жидкости превышает диаметр выходного отверстия D торцевой стенки корпуса 4, в начальный момент истечения жидкости через выходное отверстие цилиндрического участка 2 канала сопла 1 происходит полное запирание выходного отверстия 6 струей жидкости. В этом случае вследствие отсутствия эжекции воздуха из окружающего пространства будет происходить отражение струи жидкости от торцевой стенки 7, вытеснение воздуха из полости 11 и последующее ее заполнение жидкостью. Таким образом, полость 11 будет выполнять функцию бустерной емкости, из которой осуществляется струйное истечение жидкости. При этом потери кинетической энергии струи жидкости резко возрастут, а эффективность распыла струи жидкости снизится.Since the cross section of the liquid jet exceeds the diameter of the outlet D of the end wall of the housing 4, at the initial moment of the fluid flow through the outlet of the cylindrical section 2 of the channel of the nozzle 1, the outlet 6 is completely blocked by the liquid jet. In this case, due to the lack of air ejection from the surrounding space, a reflection of the liquid stream from the end wall 7 will occur, air will be displaced from the cavity 11 and then filled with liquid. Thus, the cavity 11 will fulfill the function of a booster tank, from which the fluid flows out. In this case, the loss of kinetic energy of the liquid jet will increase sharply, and the efficiency of atomization of the liquid jet will decrease.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что наиболее оптимальным, с точки зрения габаритов конструкции распылителя жидкости, является условие выбора диаметра D отверстия 6: d≤D≤1,1 d. Соблюдение данного условия при максимальном расстоянии S от выходной торцевой поверхности 8 сопла 1 до внутренней поверхности торцевой стенки 7 не более 5d позволяет получить наилучшие результаты по энергетической эффективности распыления струи жидкости.The experimental studies showed that the most optimal, from the point of view of the dimensions of the design of the liquid atomizer, is the condition for choosing the diameter D of the hole 6: d≤D≤1,1 d. Observance of this condition at a maximum distance S from the output end surface 8 of the nozzle 1 to the inner surface of the end wall 7 of not more than 5d allows to obtain the best results in energy efficiency of spraying a liquid jet.
Наибольшая динамическая устойчивость струи жидкости достигается в рассматриваемом примере реализации изобретения при использовании канала сопла с выходным цилиндрическим участком 2, протяженность которого составляет от d до 5d. При меньшей длине цилиндрического участка 2 ускорение потока жидкости происходит не по всему проходному сечению канала сопла. Это связано с отрывом струи от стенок канала, что приводит к снижению коэффициента расхода сопла. При большей длине цилиндрического участка 2 увеличиваются потери кинетической энергии за счет действия сил трения о стенки канала сопла. Вследствие этого уменьшается скорость истечения жидкости из выходного отверстия канала сопла.The greatest dynamic stability of the liquid jet is achieved in the considered example of the invention when using the nozzle channel with the output cylindrical section 2, the length of which is from d to 5d. With a shorter length of the cylindrical section 2, the acceleration of the fluid flow does not occur over the entire passage section of the nozzle channel. This is due to the separation of the jet from the walls of the channel, which leads to a decrease in the nozzle flow coefficient. With a larger length of the cylindrical section 2, kinetic energy losses increase due to the action of friction forces on the walls of the nozzle channel. As a result, the rate of fluid outflow from the outlet of the nozzle channel decreases.
Наибольшая дальнобойность струи жидкости и, соответственно, наибольшая кинетическая энергия струи обеспечивается при выполнении канала сопла с входным сужающимся участком 3 конической или коноидальной формы. Такая форма входного участка канала сопла приближена по форме к линиям течения жидкости.The greatest range of the liquid stream and, accordingly, the highest kinetic energy of the stream is ensured when the nozzle channel is made with an inlet tapering section 3 of a conical or conoidal shape. This shape of the inlet portion of the nozzle channel is close in shape to the fluid flow lines.
В рассматриваемом примере реализации изобретения угол при вершине конуса, образующего поверхность канала входного участка, выбран в диапазоне от 10° до 50°. В указанном диапазоне углов конусности обеспечивается максимальная дальнобойность генерируемого газокапельного потока.In this example implementation of the invention, the angle at the apex of the cone forming the channel surface of the inlet section is selected in the range from 10 ° to 50 °. In the specified range of taper angles, the maximum range of the generated gas-droplet flow is ensured.
В результате проведенных экспериментов было установлено, что при использовании распылителя жидкости, выполненного согласно настоящему изобретению, осуществляется генерация компактного и мелкораспыленного капельного потока с равномерной интенсивностью и дисперсностью по сечению потока при минимальных затратах энергии.As a result of the experiments, it was found that when using a liquid atomizer made according to the present invention, a compact and finely atomized droplet stream is generated with uniform intensity and dispersion over the flow cross section with minimal energy consumption.
Изобретение может использоваться в системах пожаротушения, в частности, в составе ранцевых и переносных установок пожаротушения. Кроме того, изобретение может использоваться в составе технологического оборудования различного назначения, а также для увлажнения окружающей среды и распыления дезинфицирующих веществ и инсектицидов.The invention can be used in fire extinguishing systems, in particular, as part of backpack and portable fire extinguishing installations. In addition, the invention can be used as part of technological equipment for various purposes, as well as for moisturizing the environment and spraying disinfectants and insecticides.
Claims (7)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004111765/12A RU2258568C1 (en) | 2004-04-20 | 2004-04-20 | Liquid sprayer |
| PCT/RU2005/000196 WO2005102536A1 (en) | 2004-04-20 | 2005-04-18 | Liquid atomizer |
| TW94112266A TWI252131B (en) | 2004-04-20 | 2005-04-18 | Liquid atomizer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004111765/12A RU2258568C1 (en) | 2004-04-20 | 2004-04-20 | Liquid sprayer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2258568C1 true RU2258568C1 (en) | 2005-08-20 |
Family
ID=34967430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004111765/12A RU2258568C1 (en) | 2004-04-20 | 2004-04-20 | Liquid sprayer |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2258568C1 (en) |
| TW (1) | TWI252131B (en) |
| WO (1) | WO2005102536A1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI20055592L (en) * | 2005-11-04 | 2007-05-05 | Marioff Corp Oy | Spray head |
| MX2013010611A (en) * | 2011-03-15 | 2013-10-01 | Coatings Foreign Ip Co Llc | Spray device and nozzle for a spray device. |
| TWI584880B (en) * | 2012-10-31 | 2017-06-01 | Chui-Ying Lin | Atomization device |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE553014C (en) * | 1929-03-07 | 1932-06-20 | Miroslav Grunta | Jet pipe |
| FR747379A (en) * | 1931-12-14 | 1933-06-15 | Lance mouthpiece for full jet and watering | |
| FR768244A (en) * | 1934-02-07 | 1934-08-02 | New watering lance | |
| GB475751A (en) * | 1936-07-25 | 1937-11-25 | John Berchmans Blake | Improvements in nozzles for hose pipes |
| US3275248A (en) * | 1964-08-07 | 1966-09-27 | Spraying Systems Co | Modified full cone nozzle |
| US3791584A (en) * | 1972-08-25 | 1974-02-12 | Rain Jet Corp | Shower head |
| US4013228A (en) | 1974-11-14 | 1977-03-22 | Chemtrust Industries Corporation | Foam generating sprayer apparatus |
| US4779803A (en) | 1986-08-11 | 1988-10-25 | Calmar, Inc. | Manually actuated liquid sprayer |
| RU2036381C1 (en) | 1992-04-13 | 1995-05-27 | Николай Яковлевич Кириленко | Injector |
-
2004
- 2004-04-20 RU RU2004111765/12A patent/RU2258568C1/en active
-
2005
- 2005-04-18 WO PCT/RU2005/000196 patent/WO2005102536A1/en active Application Filing
- 2005-04-18 TW TW94112266A patent/TWI252131B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW200637657A (en) | 2006-11-01 |
| WO2005102536A1 (en) | 2005-11-03 |
| TWI252131B (en) | 2006-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2184619C1 (en) | Liquid sprayer (versions) | |
| RU2329873C2 (en) | Liquid sprayer | |
| KR101244237B1 (en) | High velocity low pressure emitter | |
| CN106163672B (en) | Improved swozzle assembly with high efficiency mechanical break-up for producing uniform small droplet spray | |
| RU2481159C1 (en) | Fluid sprayer | |
| RU2647104C2 (en) | Finely divided liquid sprayer | |
| RU2646675C2 (en) | Finely divided liquid sprayer | |
| RU2615256C1 (en) | Fine-dispersed liquid sprayer | |
| RU2254155C1 (en) | Portable fire-extinguishing device and liquid atomizer | |
| US11865555B2 (en) | Low drift flat fan spray nozzle | |
| RU2272679C2 (en) | Nozzle for liquid spraying | |
| RU2258568C1 (en) | Liquid sprayer | |
| RU2371257C1 (en) | Ultrasonic sprayer of liquid | |
| US5295628A (en) | Discharge nozzle for media | |
| RU2258567C1 (en) | Liquid sprayer | |
| RU2265467C1 (en) | Fire extinguisher | |
| RU2577653C1 (en) | Kochetov centrifugal vortex burner | |
| RU2252080C1 (en) | Method and device for two-phase gas-and-droplet jet forming | |
| RU2346756C1 (en) | Compressed air atomiser | |
| RU2264833C1 (en) | Liquid sprayer and fire-extinguisher | |
| EP3398659A1 (en) | Method of producing a fire extinguishant and spray duct for the implementation thereof | |
| RU2551733C1 (en) | Kochetov's fluid fine sprayer | |
| RU2646721C1 (en) | Fluid sprayer | |
| RU2648188C1 (en) | Finely divided liquid sprayer | |
| RU2655601C1 (en) | Pneumatic fluid sprayer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20141216 |