АКУСТИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ РАСПЫЛИВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ
KOCHETOV'S ACOUSTIC NOZZLE FOR LIQUIDS ATOMIZATION

Изобретение относится к средствам распиливания 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 патенту РФ №2342597, содержащая корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, выполненных в виде концентрических кольцевых щелей, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, кольцо с конической поверхностью, связанное с корпусом, и распылитель, служащий для образования жидкостной пленки, перекрывающей выход из генератора, и закрепленный в корпусе посредством полого стержня со шнековым завихрителем на конце и буртиком для размещения кольцевой площадки, на которую вытекает жидкость из распылителя (прототип).
Недостатком известной акустической форсунки является то, что она не обеспечивает высокой степени распыла.
Технический результат - повышение эффективности распыливания жидкостей.
Это достигается тем, что в акустической форсунке для распыливания жидкостей, содержащей корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, и трубки для подвода распиливающего агента и жидкости, корпус выполнен в виде стакана с днищем, с размещенным внутри корпуса генератором акустических колебаний в виде полого стержня с клиновой щелью и соплом, при этом жидкость поступает к кольцевому зазору, выполненному между внешней поверхностью резонатора и внутренней поверхностью сопла, причем канал для подвода жидкости расположен тангенциально к внутренней поверхности стакана и выполнен в форме прямоугольной щели, при этом воздух подается через штуцер в корпусе и отверстию резонатора, а затем поступает по крайней мере в одну клиновую щель, расположенную под углом по отношению к оси резонатора, причем величина угла находится в оптимальном интервале величин: 30÷60°, а в кольцевом зазоре между внутренней поверхностью стакана и внешней поверхностью резонатора размещено винтовое направляющее устройство, способствующее созданию вихревого потока жидкости, поступающей по каналу.
На чертеже изображен общий вид акустической форсунки для распыливания жидкостей.
Акустическая форсунка для распыливания жидкостей содержит корпус 12, выполненный в виде стакана с днищем 13, с размещенным внутри корпуса генератором акустических колебаний в виде полого стержня 5 с клиновой щелью 6 и соплом 1. Жидкость поступает к кольцевому зазору, выполненному между внешней поверхностью резонатора 5 и внутренней поверхностью сопла 1, а затем в кольцевой зазор 2 между внутренней поверхностью корпуса 12 и внешней поверхностью стакана 15. После чего по каналу 16, выполненному в боковой стенке стакана 15, установленного соосно корпусу 12, жидкость поступает в кольцевой зазор между внутренней поверхностью стакана 15 и внешней поверхностью резонатора 5, причем канал 16 расположен тангенциально к внутренней поверхности стакана 15 и выполнен в форме прямоугольной щели.
Воздух подается через штуцер 7, расположенный соосно корпусу 12 форсунки по трубке 3 с отверстием 8, к отверстию 10, выполненному в клапане 9, соосно штуцеру 7 и отверстию 4 резонатора 5, а затем поступает по крайней мере в одну клиновую щель 6. Клиновая щель 6 расположена под углом по отношению к оси резонатора 5, причем величина угла находится в оптимальном интервале величин: 30÷60°. Клапан 9 взаимодействует с седлом 11, выполненным заодно целое с резонатором 5, и опирающимся на упругую прокладку 14, расположенную между торцевыми поверхностями стакана 15 и седла 11. В кольцевом зазоре между внутренней поверхностью стакана 15 и внешней поверхностью резонатора 5 размещено винтовое направляющее устройство 17, способствующее созданию вихревого потока жидкости, поступающей по каналу 16.
Для работы форсунки в оптимальном режиме предусмотрены следующие соотношения ее параметров:
2
2
отношение расстояния h от внешней поверхности днища 13 корпуса 12 до нижнего торца клапана 9 к расстоянию h от внешней поверхности днища 13 корпуса 12 до точки пересечения осей внутреннего отверстия 4 резонатора 5 с клиновой щелью 6, лежит в оптимальном интервале величин: h/h=6÷10;
2
1
2
1
отношение расстояния h от внешней поверхности днища 13 корпуса 12 до нижнего торца клапана 9 к расстоянию h от внешней поверхности днища 13 корпуса 12 до оси канала 16 подвода жидкости, лежит в оптимальном интервале величин: h/h=1,5÷3;
4
4
отношение диаметра d внутреннего отверстия 4 резонатора 5 к диаметру d внутренней поверхности корпуса 12 лежит в оптимальном интервале величин: d/d=0,1÷0,3;
1
1
отношение диаметра d внутреннего отверстия 4 резонатора 5 к диаметру d внешней поверхности резонатора 5 лежит в оптимальном интервале величин: d/d=0,3÷0,7;
2
1
2
1
отношение диаметра d сопла 1 к диаметру d внешней поверхности резонатора 5 лежит в оптимальном интервале величин: d/d=1,3÷1,7;
2
1
2
1
отношение диаметра d сопла 1 к расстоянию h от внешней поверхности днища 13 корпуса 12 до оси канала 16 подвода жидкости лежит в оптимальном интервале величин: d/h=3,5÷4,5;
отношение диаметра d внутреннего отверстия 4 резонатора 5 к расстоянию h от внешней поверхности днища 13 корпуса 12 до точки пересечения осей внутреннего отверстия 4 резонатора 5 с клиновой щелью 6 лежит в оптимальном интервале величин: d/h=0,3÷0,7.
Возможен вариант, когда к нижней части корпуса 12 форсунки соосно прикреплен внешний диффузор 18 распылителя, а к поверхности стержневого газоструйного излучателя прикреплен внутренний перфорированный диффузор 19 таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси газоструйного излучателя.
Акустическая форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом.
Распыливающий агент, например воздух, подается по отверстию 8 трубки 3, затем отверстию 10, выполненному в клапане 9, и отверстию 4 резонатора 5, после чего поступает по крайней мере в одну клиновую щель 6. Жидкость по каналу 16, выполненному в боковой стенке стакана 15, поступает в кольцевой зазор между внутренней поверхностью стакана 15 и внешней поверхностью резонатора 5. В результате прохождения резонатора 5 распыливающим агентом (например, воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распиливающего агента способствуют более тонкому распыливанию раствора, подаваемого в кольцевой зазор, при этом, ударяясь, создает звуковые колебания, воздействующие на струю жидкости. Указанная форсунка обеспечивает хорошее качество распыления при малых расходах воздуха. 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.