УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ С ОБРАЗОВАНИЕМ ГАЗОКАПЕЛЬНОЙ СТРУИ С ВЫСОКОЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ
THE DEVICE FOR SPRAYING FLUIDS IN THE GAS MEDIUM BY MEANS OF FORMATION OF GAS-DROPLET JETS OF HIGH KINETIC ENERGY

Изобретение относится к технике распыления жидкостей в газовой среде, предпочтительно в воздухе, и может быть использовано для распыления значительного количества жидкости за короткий промежуток времени с образованием газокапельной струи с высокой кинетической энергией, в частности, для целей пожаротушения.
Из предшествующего уровня техники известно устройство для получения газокапельной струи, содержащее выпускное газожидкостное сопло, соединенное с камерой смешения газа и жидкости таким образом, что выходное отверстие камеры смешения совпадает с входным отверстием выпускного газожидкостного сопла, а камера смешения соединена магистралями с емкостями для жидкости и сжатого газа, при этом выходная оконечность газовой магистрали выполнена в виде газодинамического сопла, и газовая магистраль расположена коаксиально внутри жидкостной магистрали, а выходное отверстие жидкостной магистрали образует входное отверстие камеры смешения, расположенное соосно выходному отверстию камеры и газожидкостному соплу, а клапан с малым динамическим сопротивлением установлен между входным и выходным отверстиями камеры смешения и обеспечивает одновременное открытие/закрытие как жидкостной, так и газовой магистрали RU 2283152 С2, А62С 31/00, 27.03.2006.
Также известно устройство для получения газокапельной струи с высокой кинетической энергией, отличающееся от предыдущего (RU 2283152 С2) тем, что выходное отверстие конфузора газожидкостного сопла соединяется с входным отверстием диффузора газожидкостного сопла цилиндрической трубкой, коаксиальной соплу, с диаметром, равным критическому диаметру сопла, а на выходе газодинамического сопла коаксиально ему расположен излучатель Гартмана RU 2317837 С1, А62С 35/02, 27.02.2008.
Также известны реактивные сопла, называемые утопленными, в которых входной конфузор сопла вдвинут (утоплен) в камеру двигателя, что позволяет улучшить его компоновку, а также повысить эффективность сопла RU 2117176 C1, F02K 9/00, 10.08.1998.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении эффективности, экономичности и удобства использования устройства для получения газокапельной струи с высокой кинетической энергией.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для получения газокапельной струи содержит камеру смешения газа и жидкости, соединенную магистралями с емкостями для жидкости и сжатого газа и, по меньшей мере, одно газожидкостное сопло, образованное входным конфузором, цилиндрическим участком и выходным диффузором, соединенное с камерой смешения, при этом конфузор утоплен внутрь камеры смешения, а диффузор выполнен перемещаемым для его вывода из газокапельной струи.
Газожидкостное сопло предпочтительно выполнено с возможностью его осевого перемещения относительно камеры смешения, при этом происходит перемещение утопленного конфузора внутри камеры смешения.
Перемещение утопленного конфузора внутри камеры смешения предпочтительно ограничено глубиной L не менее 0,5 и не более 1,5 критических диаметров D газожидкостного сопла.
Перемещение диффузора происходит предпочтительно в осевом направлении по наружной поверхности цилиндрического участка газожидкостного сопла.
Перемещение диффузора может происходить путем поворота относительно оси сопла на угол, обеспечивающий вывод диффузора из газокапельной струи.
Достигаемый технический результат заключается в уменьшении расхода газа и увеличении степени дисперсности капель жидкости в газокапельной струе при сохранении ее кинетической энергии, а также обеспечении быстрой регулировки угла распыления и массового расхода устройства.
Изобретение поясняется рисунками, которые не охватывают и не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая серийного устройства.
На фиг.1 - устройство с диффузором, введенным в газокапельную струю.
На фиг.2 - устройство с диффузором, выведенным из газокапельной струи.
На фиг.3 приведена фотография устройства с компактной узконаправленной газокапельной струей.
На фиг.4 приведена фотография устройства с углом распыления газокапельной струи 30°.
Устройство для получения газокапельной струи содержит камеру смешения газа и жидкости 1, соединенную магистралями с емкостями для жидкости и сжатого газа (условно не показаны), и, по меньшей мере, одно газожидкостное сопло, образованное входным конфузором 2, цилиндрическим участком 3 и выходным диффузором 4, соединенное с камерой смешения 1, при этом конфузор 2 утоплен внутрь камеры смешения 1, а диффузор 4 выполнен перемещаемым для его вывода из газокапельной струи 5.
Газожидкостное сопло выполнено с возможностью его осевого перемещения относительно камеры смешения, при этом происходит перемещение утопленного конфузора внутри камеры смешения.
Перемещение утопленного конфузора внутри камеры смешения ограничено глубиной L предпочтительно не менее 0,5 и не более 1,5 критических диаметров D газожидкостного сопла.
Перемещение диффузора происходит предпочтительно в осевом направлении по наружной поверхности цилиндрического участка газожидкостного сопла.
Перемещение диффузора может происходить путем поворота относительно оси сопла на угол, обеспечивающий вывод диффузора из газокапельной струи.
Предлагаемое устройство для распыления жидкости в газовой среде реализовано в серийной установке пожаротушения. На фиг.3 и фиг.4 приведены фотографии устройства с газокапельной струей: компактной узконаправленной (фиг.3) и с углом распыления 30° (фиг.4).
Работа устройства осуществляется следующим образом. Распыляемая жидкость и газ под давлением поступают в камеру смешения 1, где жидкость диспергируется и смешивается с газом, образуя газокапельный поток, который, проходя последовательно утопленный в камеру смешения конфузор 2, цилиндрический участок 3 и выходной диффузор 4 газожидкостного сопла, ускоряется и дополнительно диспергируется, образуя на выходе из диффузора компактную узконаправленную газокапельную струю 5 с высокой кинетической энергией (фиг.1, 3). Осевое перемещение утопленного конфузора 2 внутри камеры смешения 1 позволяет регулировать дисперсность струи и массовый расход устройства (таблица). Вывод диффузора 4 из газокапельной струи путем его осевого перемещения по наружной поверхности цилиндрического участка газожидкостного сопла позволяет увеличить угол распыления струи 5, сохраняя при этом ее высокую кинетическую энергию (фиг.2, 4, таблица).
Результаты сравнительных испытаний устройств приведены в таблице.
В столбце 1 «№» указан номер устройства.
В столбце 2 «Характеристика» приводится характеристика устройства по наличию заявляемых признаков.
В столбце 3 «Скорость» указана скорость газокапельной струи на выходе из газожидкостного сопла.
В столбце 4 «Расход воды» указан расход воды.
В столбце 5 «Расход воздуха» указан расход воздуха.
В столбце 6 «Дисперсность» указан средний размер капель воды на выходе из газожидкостного сопла.
В столбце 7 «Угол» указан угол распыления газокапельной струи на выходе из газожидкостного сопла.
Остальные характеристики испытываемых устройств идентичны друг другу.
Таблица
№
Характеристика
Скорость, м/с
Расход воды, г/с
Расход воздуха, г/с
Дисперсность, мкм
Угол, градус
2
3
4
5
6
7
1
Устройство по RU 2317837
80
340
11
100
-
2
Устройство по №1 с конфузором, утопленным на L=D
85
332
9
95
-
3
Устройство по №1 с конфузором, утопленным на L=0,5D
81
361
10
100
-
4
Устройство по №1 с конфузором, утопленным на L=1,5D
81
324
9
100
-
5
Устройство по №2 с диффузором, выведенным из газокапельной струи
83
337
9
90
30
Как было показано, предложенное изобретение обеспечивает повышение эффективности, экономичности и удобства использования устройства для получения газокапельной струи с высокой кинетической энергией в результате: уменьшения расхода газа и увеличения степени дисперсности капель жидкости в газокапельной струе при сохранении ее кинетической энергии, а также обеспечения быстрой регулировки угла распыления и массового расхода устройства.