ФОРСУНКА С ЗАВИХРИТЕЛЕМ ДВОЙНОЙ КРУТКИ ПОТОКА
ATOMIZER WITH SWIRLER FOR DOUBLE FLOW VORTEX

Изобретение относится к технике распыления жидкости и может быть использовано в противопожарной технике, в сельском хозяйстве, в устройствах химической технологии и в теплоэнергетике.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является форсунка по патенту RU №2501586, A62C 31/02, (прототип), содержащая полый корпус с соплом и центральным сердечником.
Использование мелкодисперсного распылителя описанной конструкции позволяет получить равномерный по объему поток капель мелкодисперсного распыла в диапазоне диаметров капель от 30 до 150 мкм при давлении подачи воды не более 1 МПа. Однако распылитель такой конструкции не позволяет достичь заданного распределения потоков мелкодисперсных капель на поверхности орошения требуемой площади без увеличения расхода жидкости. Это связано с тем, что потоки капель, генерируемые большей частью отверстий, ориентированы в горизонтальном направлении и имеют на выходе из форсунки симметричное распределение относительно горизонтальной плоскости.
Технический результат - повышение эффективности мелкодисперсного распыливания жидкости.
Это достигается тем, что в жидкостной форсунке, содержащей полый корпус с соплом и центральным сердечником, корпус выполнен с каналом для подвода жидкости и имеет соосную, жестко связанную с корпусом втулку с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с центральным сердечником, установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, и состоящим из цилиндрической части с закрепленным соосно в ее нижней части завихрителем, выполненным в виде цилиндра с центральным дроссельным отверстием, на внешней поверхности которого выполнена, по крайней мере, двухзаходная винтовая нарезка, а в центральном дроссельном отверстии закреплен элемент вторичной крутки потока, выполненный в виде цилиндрической винтовой пружины, расположенной заподлицо относительно верхнего торца завихрителя и выступающей за его нижний торец на величину, не превышающую диаметр центрального дроссельного отверстия, к нижней цилиндрической части втулки сопла, с закрепленным соосно с ней завихрителем и элементом вторичной крутки потока, выступающим за нижний торец завихрителя, прикреплен рассекатель потока, выполненный в виде сетчатого диффузора, большее основание усеченного конуса которого выступает за элемент вторичной крутки потока.
На чертеже представлена конструктивная схема форсунки.
Форсунка с завихрителем двойной крутки потока содержит цилиндрический полый корпус 1 с каналом 3 для подвода жидкости и соосную, жестко связанную с корпусом втулку 2 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 4, верхняя цилиндрическая ступень 6 которой соединена посредством резьбового соединения с центральным сердечником, установленным с кольцевым зазором 9 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 4, и состоящим из цилиндрической части 7 с закрепленным соосно с ней в нижней части завихрителем 10, выполненным в виде цилиндра с центральным дроссельным отверстием 11, на внешней поверхности которого выполнена, по крайней мере, двухзаходная винтовая нарезка 12, при этом возможны варианты как левой, так и правой винтовых поверхностей на цилиндре завихрителя 10.
Кольцевой зазор 9 соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами 5, выполненными в двухступенчатой втулке 4, соединяющими его с кольцевой полостью 8, образованной внутренней поверхностью втулки 2 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 6, причем кольцевая полость 8 связана с каналом 3 корпуса 1 для подвода жидкости.
В центральном дроссельном отверстии 11 закреплен элемент вторичной крутки потока, выполненный в виде цилиндрической винтовой пружины 13, расположенной заподлицо относительно верхнего торца завихрителя 10 и выступающей за его нижний торец на величину, не превышающую диаметр центрального дроссельного отверстия 11.
К нижней цилиндрической части 7 втулки 4 сопла, с закрепленным соосно с ней завихрителем 10 и элементом 13 вторичной крутки потока, выступающим за нижний торец завихрителя, прикреплен рассекатель потока, выполненный в виде сетчатого диффузора 14, большее основание усеченного конуса которого выступает за элемент 13 вторичной крутки потока.
Возможен вариант, когда к рассекателю потока, выполненному в виде сетчатого диффузора 14, большее основание усеченного конуса которого выступает за элемент 13 вторичной крутки потока, прикреплен дополнительный рассекатель 15 в виде сетчатого конуса, вершина которого направлена в сторону от элемента 13 вторичной крутки потока, а основание соединено с выходным сечением диффузора 14.
Работа форсунки с завихрителем двойной крутки потока осуществляется следующим образом.
Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 1 и затем поступает по двум направлениям: первое - в кольцевую полость 8 через радиальные каналы 5 в кольцевой зазор 9 между соплом и центральным сердечником. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется на внешней цилиндрической поверхности сердечника с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности. Разгон жидкости в нижней части этой поверхности сопровождается понижением в ней статического давления и в результате этого парообразованием и выделением растворимых газов. Это явление дополнительно подготавливает жидкость к дроблению на мелкие капли. При достижении жидкостного потока встречных закрученных потоков, истекающих из завихрителя 10 и элемента вторичной крутки потока, выполненного в виде цилиндрической винтовой пружины 13, происходит многократное дробление пленки с образованием мелкодисперсной фазы.
Выполнение элемента вторичной крутки потока, выполненного в виде цилиндрической винтовой пружины 13, выступающей за нижний торец завихрителя 10 на величину, не превышающую диаметр центрального дроссельного отверстия 11, позволяет организовать турбулентный режим истечения из этого элемента вторичной крутки потока.
Второе направление, по которому поступает жидкость - через канал 3 для подвода жидкости, затем в полость центрального сердечника, а затем в завихритель 10, расположенный в нижней части цилиндрической части 7 сердечника, из которого жидкость истекает вихревым закрученным потоком, при этом происходит многократное дробление капельных потоков жидкости, истекающих из завихрителя 10 и кольцевого зазора 9.
Наличие газовых включений в жидкости дополнительно возмущает ее поверхность, что приводит к волнообразованию и объемному дроблению жидкостной пленки. Потери механической энергии при внешнем разгоне (по внешней конической поверхности) уменьшаются по сравнению с таким же разгоном в закрытом канале.
Форсунка может использоваться в различных отраслях техники, где требуется создать распыленные потоки жидкости как в замкнутом, так и в открытом пространстве. Жидкостная форсунка может применяться, например, в стационарных системах пожаротушения спринклерного типа, а также в двигательном машиностроении - для распыления топлива. Кроме того, форсунка может использоваться в различных технологических процессах, в которых требуется обеспечить высокую эффективность тепломассообменных процессов при распылении жидкостей.