АКУСТИЧЕСКАЯ ВИХРЕВАЯ ФОРСУНКА
ACOUSTIC VORTEX NOZZLE

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей и растворов и может применяться в двигателестроении, химической и пищевой промышленности.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является форсунка по патенту РФ №2509262, F02C 7/24, содержащая корпус с камерой, в которую запрессован шнек, причем в днище корпуса выполнено дроссельное отверстие, а в верхней части размещен штуцер с цилиндрическим отверстием, диффузором и прокладкой (прототип).
Недостатком известной форсунки является то, что она не обеспечивает высокой степени распыла.
Технический результат - повышение эффективности распыления жидкости.
Это достигается тем, что в акустической вихревой форсунке, содержащей корпус и элементы для подвода жидкости и воздуха, корпус состоит из двух соосных связанных между собой цилиндрических втулок: втулки большего диаметра и втулки меньшего диаметра, при этом внутри втулки меньшего диаметра, соосно ей, расположен шнек, жестко связанный с ее внутренней поверхностью, причем внешняя поверхность шнека представляет собой винтовую канавку, образующую с внутренней поверхностью втулки меньшего диаметра винтовую внешнюю полость, а внутри шнека выполнено отверстие с винтовой нарезкой, соединенное с трубкой для подвода жидкости под давлением, а во втулке большего диаметра, соосно ей, расположена фасонная втулка, внутренняя поверхность которой образована конической и цилиндрической поверхностями, и которая жестко закреплена во втулке большего диаметра через герметизирующую прокладку, имеющую, по крайней мере, одно дроссельное отверстие, и образующую с торцевой поверхностью шнека и внутренней поверхностью втулки меньшего диаметра цилиндрическую камеру, которая посредством канала соединена с источником сжатого воздуха, а в цилиндрической полости фасонной втулки расположен свободный конец трубки для подвода жидкости, размещенный в коаксиальном упругом кольце, которое с герметизирующей прокладкой образует коническую резонансную камеру, при этом дроссельное отверстие выполняет функцию горловины резонатора «Гельмгольца», к торцевой части втулки меньшего диаметра корпуса прикреплен диффузор, на срезе которого установлен рассекатель потока жидкости, выполненный в виде перфорированного кольца, соосного с диффузором.
На чертеже изображен общий вид форсунки для распыливания жидкостей.
Акустическая вихревая форсунка состоит из корпуса, состоящего из двух соосных связанных между собой цилиндрических втулок: втулки 5 большего диаметра и втулки 4 меньшего диаметра. Внутри втулки 4 меньшего диаметра, соосно ей, расположен шнек 1, жестко связанный с ее внутренней поверхностью, например запрессованный в нее. Внешняя поверхность шнека 1 представляет собой винтовую канавку с правой (или левой) нарезкой. При этом между внутренней поверхностью втулки 4 меньшего диаметра и внешней поверхностью шнека 1 образована винтовая внешняя полость 3. Внутри шнека 1 выполнено отверстие 2 с левой (или правой) винтовой нарезкой, соединенное с трубкой 9 для подвода жидкости под давлением.
При этом направление винтовой нарезки отверстия 2, выполненного внутри шнека 1, может быть противоположно направлению внешней винтовой канавки шнека.
Во втулке 5 большего диаметра, соосно ей, расположена фасонная втулка 7, внутренняя поверхность которой образована конической и цилиндрической поверхностями, и которая жестко закреплена во втулке 5 большего диаметра, например посредством резьбового соединения, через герметизирующую прокладку 6, имеющую, по крайней мере, одно дроссельное отверстие 14, и образующую с торцевой поверхностью шнека 1 и внутренней поверхностью втулки 4 меньшего диаметра цилиндрическую камеру 10, которая посредством канала 12 соединена с источником сжатого воздуха, например от компрессора (на чертеже не показано).
В цилиндрической полости фасонной втулки 7 расположен свободный конец трубки 9 для подвода жидкости, размещенный в коаксиальном упругом кольце 8, которое с герметизирующей прокладкой 6 образует коническую резонансную камеру 13, при этом дроссельное отверстие 14 выполняет функцию горловины резонатора «Гельмгольца». В торцевой поверхности фасонной втулки 7 выполнены глухие отверстия 11 под ключ.
К торцевой части втулки 4 меньшего диаметра корпуса прикреплен диффузор 15, на срезе которого установлен рассекатель 16 потока жидкости, выполненный в виде перфорированного кольца, соосного с диффузором 16.
Возможен вариант, когда к торцевой части втулки 4 меньшего диаметра корпуса, соосно и осесимметрично диффузору 15, прикреплен дополнительный рассекатель 17, выполненный в виде перфорированной цилиндрической обечайки, расположенной внутри диффузора между торцевыми поверхностями втулки 4 и перфорированного кольца 16, соосного с диффузором.
Возможен вариант, когда к торцевой части перфорированного кольца 16, соосного с диффузором 15, соосно и осесимметрично диффузору прикреплен дополнительный рассекатель 18, выполненный в виде перфорированной конической обечайки, основанием конуса которой является перфорированное кольцо 16, а вершина конуса лежит на оси корпуса форсунки.
Акустическая вихревая форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом.
Жидкость подается по цилиндрическому отверстию трубки 9 в отверстие 2 с винтовой нарезкой, образуя внутренний вращающийся поток жидкости, а подача сжатого воздуха осуществляется через канал в 12 цилиндрическую камеру 10, а из нее - в винтовую внешнюю полость 3, образуя внешний вращающийся поток воздуха.
На выходе из форсунки встречаются два вращающихся потока, причем один поток, внутренний - жидкости, совершает вращение в сторону, противоположную внешнему потоку воздуха. При взаимодействии вращающихся потоков на выходе из форсунки происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет их соударения в попутных или противоположно вращающихся потоках жидкости и воздуха (внешнего и внутреннего). При этом суммарный мелкодисперсный вращающийся поток на выходе может иметь направление вращения, которое определяется гидравлическим сопротивлением соответственно внешней или внутренней винтовых полостей, а может быть стационарным, в случае противоположного направления вращения потоков, и равенства их приведенных массовых скоростей. При этом коническая резонансная камера 13 с горловиной 14 резонатора «Гельмгольца» усиливает эффект дробления капель жидкости за счет наложения акустических колебаний, резонансная частота которых определяется размерами резонансной камеры 13 и горловины 14 резонатора «Гельмгольца», а также давлением воздуха, поступающего в резонансную камеру 13.
Шнек 1 форсунки может быть выполнен из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира. При среднем давлении жидкости, подаваемой через цилиндрическое отверстие в трубке 9 под давлением 6…9 МПа, обеспечивается распыление от 400 до 1000 кг/ч жидкости. Форсунка проста в изготовлении и обслуживании.