АКУСТИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА
ACOUSTIC NOZZLE

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей, растворов и может быть использовано в двигателестроении, химической, пищевой и легкой промышленности.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является акустический распылитель - форсунка по а.с. СССР №306270, F02C 7/24 от 04.01.70, содержащая корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, патрубков для подвода воздуха и жидкости (прототип).
Недостатком известной акустической форсунки является то, что она не обеспечивает высокой степени распыла.
Технический результат - повышение эффективности распыления.
c
ст
p
p
ст
p
ст
c
ст
c
ст
Это достигается тем, что в акустической форсунке, содержащей корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, патрубков для подвода воздуха и жидкости, генератор акустических колебаний выполнен в виде конического сопла, соосного с корпусом и имеющего кольцевое дроссельное отверстие с внешним диаметром d, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем диаметром d, и кольцевого объемного резонатора длиной h, образованного резонаторным стержнем и цилиндрической полостью с внешним диаметром d в крепежном элементе, при этом полость объемного резонатора отстоит от среза сопла на расстояние b, а патрубок для подачи воздуха расположен перпендикулярно оси корпуса и соединен с кольцевой полостью, образованной валиком и внутренней поверхностью корпуса, при этом на валике закреплена обойма с дроссельными отверстиями, соосными с кольцевым дроссельным отверстием, а также соосно закреплен резонаторный стержень, а распыляемая жидкость подается через патрубок, расположенный перпендикулярно оси корпуса в кольцевую полость, образованную кожухом и внешней поверхностью сопла, при этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом, а в другом торце, охватывающем коническое сопло, выполнены дроссельные отверстия, соосные с кольцевым дроссельным отверстием, при этом со стороны, противоположной объемному резонатору, предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка с сальником, которое установлено на свободном конце валика, а отношение длины h кольцевого объемного резонатора к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора до среза сопла лежит в оптимальном интервале величин h/b=0,7÷1,3; отношение внешнего диаметра d кольцевого объемного резонатора к диаметру d внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин d/d=1,2÷1,9; отношение диаметра d кольцевого дроссельного отверстия сопла к диаметру d внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин d/d=1,1÷1,7.
На чертеже изображен общий вид акустической форсунки для распыливания жидкостей.
c
ст
p
Акустическая форсунка содержит цилиндрический корпус 1 с размещенным внутри генератором звуковых колебаний ультразвукового частотного диапазона, выполненного в виде конического сопла 10, соосного с корпусом 1 и имеющего кольцевое дроссельное отверстие 11 с внешним диаметром d, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем 12 диаметром d, и кольцевого объемного резонатора 14 длиной h, образованного резонаторным стержнем 12 и цилиндрической полостью с внешним диаметром d в крепежном элементе 13, при этом полость объемного резонатора 14 отстоит от среза сопла 10 на расстояние b. Воздух под давлением подается через патрубок 3, расположенный перпендикулярно оси корпуса 1, в кольцевую полость 7, образованную валиком 4 и внутренней поверхностью корпуса 1. На валике 4 закреплена обойма 5 с дроссельными отверстиями 6, соосными с кольцевым дроссельным отверстием 11, а также соосно закреплен резонаторный стержень 12. Обойма 5 контактирует по скользящей посадке с цилиндрическим хвостовиком сопла 10. Распыляемая жидкость подается через патрубок 2, расположенный перпендикулярно оси корпуса 1, в кольцевую полость 15, образованную кожухом 8 и внешней поверхностью сопла 10, при этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом 1, а в другом торце, охватывающем коническое сопло 10, выполнены дроссельные отверстия 9, соосные с кольцевым дроссельным отверстием 11.
Для изменения степени распыла раствора в корпусе 1 со стороны, противоположной объемному резонатору 14, предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка 16 с сальником 17, которое установлено на свободном конце валика 4.
Для оптимальной работы форсунки должны соблюдаться следующие соотношения ее параметров.
Отношение длины h кольцевого объемного резонатора 14 к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора 14 до среза сопла 10 лежит в оптимальном интервале величин h/b=0,7÷1,3;
p
ст
p
ст
Отношение внешнего диаметра d кольцевого объемного резонатора 14 к диаметру d внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня 12 лежит в оптимальном интервале величин d/d=1,2÷1,9;
c
ст
c
ст
Отношение диаметра d кольцевого дроссельного отверстия 11 сопла к диаметру d внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня 12 лежит в оптимальном интервале величин d/d=1,1÷1,7.
К кожуху 8 форсунки, соосно прикреплен внешний диффузор 17, а к крепежному элементу 13 кольцевого объемного резонатора 14 с резонаторным стержнем 12 соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор 18 таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси кольцевого объемного резонатора 14.
Акустическая форсунка работает следующим образом.
c
Распыливающий агент, например воздух, подается по патрубку 3 в полость 7, затем через дроссельные отверстия 6 обоймы 5 в кольцевое дроссельное отверстие 11 с внешним диаметром d, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем 12, и затем встречает на своем пути кольцевой объемный резонатор 14. В результате прохождения резонатора 14 распыливающим агентом (например, воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию жидкости, подаваемой через патрубок 2 в полость 15, образованную кожухом 8 и внешней поверхностью сопла 10, откуда она попадает на дроссельные отверстия 9 в торце кожуха 8 и затем дробится под воздействием акустических колебаний воздуха на мелкие капли, в результате чего образуется факел распыленного раствора с воздухом, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности сопла 10. Опыты показали, что при давлении воздуха 100 кПа средний диаметр капель составляет 90 мкм, при увеличении давления воздуха примерно в 4 раза (до 400 кПа) средний диаметр капель уменьшается незначительно и составляет 87 мкм.