МЕЛКОДИСПЕРСНЫЙ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УВЛАЖНИТЕЛЬ

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности, к технике полива мелкодисперсным и капельным дождеванием, и может быть использована при увлажнении и искусственном орошении сельскохозяйственных культур.
Известны способ и устройство водовоздушного распыления жидкости путем направленного воздействия на объем жидкости газом под давлением, газ перед воздействием на жидкость пропускают через сопло в направлении подачи жидкости [Патент RU 2011426, C1 В05В 1/08 Способ импульсного распыления жидкости и устройство для его осуществления /Иголкин А.И., Томаев В.К., Павлов B.C., Козлов В.И. №5062952/05, Заявл. 24.09.1992, Опубл. 30.04.1994]. В устройстве разделенные запорным клапаном камера для сжатого газа и емкость для жидкости с выпускным отверстием, в процессе работы сообщаются через сопло.
Недостатком данного технического решения является сложность его конструкции, заключающаяся в наличии гидропневмодинамического устройства с компрессором и прерывателем воздушного потока, необходимых для подачи порций сжатого воздуха в воду для образования мелкодисперсной струи, его невысокая эксплуатационная надежность при работе с небольшими объемами жидкой фазы и невысоких давлениях подачи газовой фазы.
Известна вихревая форсунка, содержащая корпус со шнеком, выполненным сплошным, содержащим направляющие на внешней поверхности и распылительный диск, расположенным соосно в нижней части корпуса, и расположенный в верхней части корпуса штуцер с цилиндрическим отверстием для подвода жидкости, соединенным с диффузором, осесимметричным корпусу и штуцеру, шнек запрессован в корпус с образованием конической камеры, расположенной над шнеком соосно диффузору и соединенной с ним последовательно [Патент RU 2570441, В05В 1/34 Вихревая форсунка кочетова /Кочетов О.С. №2014138366/05, Заявл. 23.09.2014, Опубл. 10.12.2015, Бюл. №34]. Распыление потока жидкости происходит при ее подаче по цилиндрическому отверстию в диффузор, а из него в коническую камеру, из которой под давлением она поступает во внешнюю винтовую полость шнека для турбулизации, а на выходе из форсунки вращающийся факел взаимодействует с распылительным диском. Устройство позволяет осуществлять распыление воды и растворов.
Недостатком его является сложность конструкции, низкая эксплуатационная надежность в производственных условиях сельскохозяйственного орошения, отсутствие технических решений для использования энергии воздушной фазы для повышения степени распыления жидкости, а также регулирования размеров капель искусственного дождя.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является известное устройство форсунки для пылеподавления, содержащее корпус, канал для подачи газа, расположенное с ним на одной оси сопло и полость с входным и выходным каналами для жидкости. На корпусе форсунки выполнена наружная резьба, предназначенная для закручивания регулировочной гайки с внутренним уступом и кольцевым резиновым уплотнением. [Патент RU 2446021, В05В 7/12 Форсунка для пылеподавления/Пашкевич М.А., Смирнов Ю.Д., Иванов А.В., Добрынин О.С, Бульбашов А.А. №201034137/05, Заявл. 13.08.2010, Опубл. 27.03.2012, Бюл. №9]. При работе устройства жидкость под давлением по каналу через радиальную выточку и кольцевую щель поступает в смесительную камеру, куда одновременно подается сжатый воздух. В смесительной камере жидкость подвергается распылению, а затем образовавшаяся водовоздушная смесь направляется в диффузор. Эффективность работы устройства по диспергированию жидкой фазы обеспечивается положением сопла относительно штуцера для подачи жидкости.
Недостатком известного устройства при получении искусственного дождя является необходимость для его функционирования подачи исходных рабочих фаз для смешивания воздуха и жидкости при высоких давлениях, низкая эксплуатационная надежность при обычном дождевании широкого спектра сельскохозяйственных культур в производственных условиях, повышенные требования к качеству исходной жидкой фазы.
Данные недостатки обусловлены конструктивными особенностями устройства, в котором осуществляется использование воздуха в качестве основной активной фазы, что подается последовательно в камеру смешивания и диффузор через сопло центрального осевого канала, необходимостью поддерживания давления воздуха при заданном значении, а жидкость в камеру смешивания и диффузор поступает через радиальную выточку и регулируемую от 0,5 мм кольцевую щель.
Поэтому целью предлагаемой полезной модели является расширение технологических возможностей мелкодисперсного пневмогидравлического увлажнителя по качеству распыления оросительной воды, сокращает расход влаги на суммарное водопотребление, а также обеспечивает оперативное регулирование размеров капель искусственного дождя, повышение эксплуатационной надежности и сокращение энергозатрат.
Для решения поставленных задач, предложен мелкодисперсный пневмогидравлический увлажнитель, содержащий корпус, канал для подачи воздуха, канал для подачи жидкости, полость для жидкости, резьбу на корпусе, регулировочную гайку, кольцевую щель, камеру смешивания, сопло, согласно предлагаемой полезной модели в корпусе пневмогидравлического увлажнителя каналы выполнены крестообразно, вдоль оси корпуса выполнен центральный канал, соединенный с противоположных концов с каналами штуцера для подачи воды и штуцера для подачи воздуха через полости, а посредине центрального канала размещена камера смешения, соединенная с разгрузочным каналом, проходящим вдоль оси перпендикулярно центральному каналу, при этом части центрального канала, контактирующие с камерой смешения, имеют конусообразные сужения, в которых созданы регулируемые, за счет дроссельных устройств, состоящих из винта со штоком и конусообразным наконечником, причем кольцевые щели для встречной подачи воды и подачи воздуха и разгрузочный канал корпуса с одного торца снабжены выходным соплом с входным конусом со стороны камеры смещения и заходным цилиндрическим сужением, переходящим в канал с двухзаходным винтобразным углублением и выходным конусом, при этом камера смешения снабжена диспергатором из мелкоячеистой сетки цилиндрической формы, диаметром меньшим диаметра разгрузочного канала с отверстиями напротив кольцевых щелей подачи воды и воздуха и направленного торцом зонтикообразной формы во входной конус выходного сопла, при этом положение диспергатора и объем камеры смешения регулируют, а наконечник дроссельного устройства подачи воды снабжен направителем.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в корпусе заявляемого мелкодисперсного пневмогидравлического увлажнителя расположен центральный канал, соединенный с противоположных концов с каналами штуцера для подачи воды и штуцера для подачи воздуха через полости, а посредине центрального канала размещена камера смешения, соединенная с разгрузочным каналом, проходящим вдоль оси перпендикулярно центральному каналу, при этом части центрального канала, контактирующие с камерой смешения, имеют конусообразные сужения, в которых созданы регулируемые, за счет дроссельных устройств, состоящих из винта со штоком и конусообразным наконечником, причем кольцевые щели для встречной подачи воды и подачи воздуха в камеру смешения, которая снабжена диспергатором из мелкоячеистой сетки цилиндрической формы, диаметром меньшим диаметра разгрузочного канала с отверстиями напротив кольцевых щелей подачи воды и воздуха и направленного торцом зонтикообразной формы во входной конус выходного сопла, при этом положение диспергатора и объем камеры смешения регулируют, а наконечник дроссельного устройства подачи воды снабжен направителем.
Первичное перемешивание водо-воздушной смеси осуществлено в диспергаторе, камера которого ограждена мелкоячеистой сеткой, что способствует исключению «мертвых зон» камеры смешения, повышению использования кинетической энергии потоков и создает условия для повышения однородности дисперсности процесса распыления воды.
На следующем этапе смесь воды и воздуха направляется в разгрузочный канал корпуса, который с одного торца снабжен выходным соплом с входным конусом со стороны камеры смещения и заходным цилиндрическим сужением, переходящим в канал с двухзаходным винтобразным углублением и выходным конусом.
Известные конструкции дождевателей для мелкодисперсного увлажнения, включающие конусообразные кольцевые зазоры, решают или другие технические задачи или требуют для фукционирования избыточного давления воздуха, тогда как в заявляемом техническом решении процесс мелкодисперсного распыления воды регулируют подачей водной и воздушной фаз, объемом камеры смешения, положением камеры диспергатора и выходного сопла.
Таким образом заявляемый мелкодисперсный пневмогидравлический увлажнитель соответствует критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом, где приведено схематическое изображение мелкодисперсного пневмогидравлического увлажнителя: на фиг. 1 - вид сбоку. Мелкодисперсный пневмогидравлический увлажнитель содержит корпус 1 с крестообразно выполненными каналами. Вдоль оси 2 корпуса выполнен центральный канал, соединенный с противоположных концов с каналом подачи воды 3 штуцера 4 через камеру 5 и каналом подачи воздуха 6 штуцера 7 через камеру 8. Посредине центрального канала размещена камера смешения 9, соединенная с разгрузочным каналом, проходящим вдоль оси 10 перпендикулярно центральному каналу. Части центрального канала, контактирующие с камерой смешения, имеют конусообразные сужения, в которых созданы регулируемые кольцевые щели для подачи воды 11 и подачи воздуха 12. Щель подачи воды регулируют по резьбе 13 дроссельным устройством, состоящим из винта 14 со штоком 15 и конусообразным наконечником 16 с направителем 17. Положение дроссельного винта регулирования подачи воды фиксируют контргайкой 18. Щель подачи воздуха регулируется по резьбе 19 дроссельным устройством, состоящим из винта 20 со штоком 21 и конусообразным наконечником 22. Положение дроссельного винта регулирования подачи воздуха фиксируют контргайкой 23.
Разгрузочный канал корпуса с одного торца снабжен выходным соплом 24, включающим входной конус 25, заходное цилиндрическое сужение 26, переходящее в канал 27 с двухзаходным винтовым углублением 28 и выходным конусом 29. По резьбе 30 выходное сопло ввинчивают в корпус и фиксируют контргайкой 31. На противоположной стороне выходному соплу разгрузочного канала по резьбе 32 в корпус ввинчена гайка 33, в отверстии которой по резьбе 34 установлен регулировочный винт 35 с контргайкой 36 положения диспергатора 37, выполненного из мелкоячеистой сетки цилиндрической формы диаметром, меньшим диаметра разгрузочного канала, с отверстиями 38 и 39 напротив кольцевых щелей подачи воды и воздуха и направленного торцом зонтикообразной формы 40 во входной конус выходного сопла.
Мелкодисперсный пневмогидравлический увлажнитель работает следующим образом. Поток воды под давлением поступает по каналу 3 штуцера 4, ввинченного в корпус 1 в полость 5. Из полости вода поступает вдоль штока 15 в кольцеобразную щель 11, образованную между конусообразным наконечником 16 и конусообразным сужением канала на его входе в камеру смешения 9.Поток воды в конусообразной кольцевой щели приобретает трубчатую пленочную форму, которая взаимодействует с направителем 17 и формирует полый веер в виде конусообразной воронки, который направляется через отверстие 38 в диспергатор 37 камеры смешения 9. Толщину пленки воды устанавливают по резьбе 13 дроссельным устройством, состоящим из винта 14 со штоком 15 и конусообразным наконечником 16 с направителем 17 и фиксируют контрагайкой 18. Поток воздуха поступает аналогично по каналу 6 штуцера 7 в полость 8 откуда поступает вдоль штока 21 в кольцеобразную щель 12, образованную между конусообразным наконечником 22 и конусообразным сужением канала на входе в камеру смешения. Кольцевую щель 12 подачи воздуха регулируют по резьбе 19 дроссельным устройством состоящим из винта 20 со штоком 19 и конусообразным наконечником 22, положение дроссельного винта регулирования подачи воздуха фиксируют контрагайкой 23. Из кольцевой щели воздух направляется через отверстие 39 в диспергатор 37 камеры смешения 9 и распределяясь по вееру потока воды движущемуся навстречу разрушает его в диспергаторе 37. Образованная водо-воздушная смесь поджимается к торцу зонтикообразной формы 38 диспергатора 37 и направляется сначала во входной конус 25, переходящий в заходное цилиндрическое сужение 26 выходного сопла 24, ускоряется и попадает в канал 27 с двухзаходным винтовым по спирали углублением 28, где частично завихряется и поступает в выходной конус, дополнительно диспергируясь при перепаде давления. Функцию дефлектора выполняет окружающая среда - воздух - по принципу струйных аппаратов.
Положение диспергатора регулируют винтом 35 с фиксацией положения контрагайкой 36. Расстояние от выходной части 40 диспергатора 37 до входного конуса 25 выходного сопла 24 и объем камеры смешения 9 регулируют ввинчиванием выходного сопла 24 по резьбе 30 и фиксацией положения контрагайкой 31.
При нагнетании воды и воздуха под давлением степень регулирования распыления жидкости осуществлена при изменении величины конусообразных кольцевых зазоров для подачи воды 11 и подачи воздуха 12 соосно каналу центральной оси 2, диспергаторе 37, камере смешения 9 и выходном сопле 24. Повышение однородности смешивания водо-воздушной смеси осуществлено также за счет регулирования положения диспергатора 37, выполненного из мелкоячеистой сетки в камере смешения 9 и выходного сопла 24, содержащего входной конус 25, заходное цилиндрическое сужение 26, канал с двухзаходным винтообразным углублением 28 и выходной конус 29.
При распылении воды использование винтообразного спирального завихрителя в канале выходного сопла незначительно увеличивает гидравлическое сопротивление устройства, длина образующегося жидкостно-воздушного факела увеличена с уменьшением поверхностного натяжения и вязкости жидкости. С увеличением поверхностного натяжения и вязкости возрастает диаметр образующихся при распаде струй капель.
Макетный образец предлагаемого мелкодисперсного пневмогидравлического увлажнителя испытан проведенными в почвенном канале и в полевых условиях экспериментального хозяйства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского» пгт Аграрное Симферопольского района. Подтверждено устойчивое получение искусственного дождя при распылении воды, установлена принципиальная возможность регулирования дисперсностью распыляемой жидкой фазы и применения устройства для мелкодисперсного увлажнения и орошения сельскохозяйственных культур.
вд
вз
вд
вз
В макетном образце мелкодисперсного пневмогидравлического увлажнителя детали конструкции унифицированы. Длина корпуса по центральной оси - 104 мм, ширина корпуса по оси разгрузочного канала 52 мм, диаметры каналов штуцеров подачи воды и воздуха в полости 4 мм, расстояние между осями каналов - 66 мм, диаметры кольцевых тотверстий канала подачи воды d и подачи воздуха d соотносятся по формуле: d/d=1,5
Конусность отверстий центральных каналов 40°, конусность наконечников в пределах 37°-40°. Резьба регулировочного винта дроссельного устройства - М10, резьба в разгрузочном канале - М20, диаметр направителя для воды - 3 мм, в канале выходного сопла нарезаны винтообразные двухзаходные углубления 0,6 мм по спирали имеющие шаг витков 4,9 мм.
Использование полезной модели расширяет технологические возможности мелкодисперсного пневмогидравлического увлажнителя по качеству распыления оросительной воды, сокращает расход влаги на суммарное водопотребление, а также обеспечивает оперативное регулирование размеров капель искусственного дождя, повышение эксплуатационной надежности и сокращение энергозатрат.
Совокупность существенных признаков полезной модели позволяет достигнуть технический результат, о чем свидетельствует существующая следующая причинно-следственная связь. Выполнение в корпусе заявляемого мелкодисперсного пневмогидравлического увлажнителя центрального канала, соединенного с противоположных концов с каналами штуцера для подачи воды и штуцера для подачи воздуха через полости, а посредине центрального канала размещение камеры смешения, соединенной с разгрузочным каналом, проходящим вдоль оси перпендикулярно центральному каналу, при этом части центрального канала, контактирующие с камерой смешения имеют конусообразные сужения, в которых созданы регулируемые, за счет дроссельных устройств, состоящих из винта со штоком и конусообразным наконечником, кольцевые щели для встречной подачи воды и подачи воздуха в камеру смешения, которая снабжена диспергатором из мелкоячеистой сетки цилиндрической формы, диаметром меньшим диаметра разгрузочного канала с отверстиями напротив кольцевых щелей подачи воды и воздуха и направленного торцом зонтикообразной формы во входной конус выходного сопла, при этом положение диспергатора и объем камеры смешения регулируют, а наконечник дроссельного устройства подачи воды снабжен направителем.
В целом, указанные отличительные признаки и свойства мелкодисперсного пневмогидравлического увлажнителя расширяют технологические возможности процесса орошения при сокращении энергозатрат с повышением относительной влажности воздуха, снижением температуры листовой поверхности, защищают растения от атмосферной засухи, способствуют активизации фотосинтеза и повышению урожайности сельскохозяйственных культур.