Форсунка вихревая для торкретирования

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в технологии набрызга строительных смесей при возведении различных железобетонных конструкций, устройстве сложных рельефных поверхностей, требующих нанесения строительных смесей, гидроизоляции конструктивных элементов, ремонте и усилении бетонных и железобетонных конструкций и изделий.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели (прототипом) является патент: Форсунка струйно-вихревая: пат. №PCT/RU20 12/000252 Международная патентная классификация В05В 1/34 (2006.01).
Содержащий распределительную камеру с хвостовиком, насадку с выходным отверстием и завихритель с желобами, на наружной поверхности расходящимися от оси к периферии, а затем плавно изгибающимися и переходящими в суживающиеся каналы, сообщающиеся с внутренней полостью сложной конфигурации, верхняя часть которой цилиндрическая, средняя часть имеет форму выпуклой параболической поверхности, переходящей в глухое цилиндрическое отверстие, отличается от ближайшего аналога тем, что суживающиеся каналы сориентированы по касательной к внутренней полости завихрителя, а выходное отверстие насадки имеет форму сопла Вентури, причем на конфузорной части сопла и выпуклой параболической части внутренней полости завихрителя расположены выступы полусферической формы. В конструкции форсунки струйно-вихревой ориентация суживающихся каналов по касательной к внутренней полости завихрителя, выполнение выходного отверстия насадки в форме сопла Вентури и снабжение конфузорной части сопла и выпуклой параболической части внутренней полости завихрителя выступами полусферической формы. Эта форсунка имеет недостатки: - завихрение потока осуществляется без оптимизации геометрической формы форсунки по фактору наименьшего сопротивления; - форма каналов имеет цилиндрические участки а так же сопло Вентури, которое для условий набрызга строительных смесей играет отрицательную роль при нанесении, так как вносит дополнительное сопротивление основному потоку, нарушает его целостность снижая радиальную составляющую, что увеличивает величину отскока от наносимой поверхности, увеличивая отход материала.
Задачей настоящей полезной модели является создание вихревой форсунки с оптимизацией геометрических параметров для создания минимального механического сопротивления при максимальном закручивании подаваемого цементно-песчаного раствора обеспечивающим минимальный отскок материала от обрабатываемой поверхности.
В результате - уменьшение отскока распыляемых строительных смесей от поверхности нанесения. Поставленная задача решена согласно настоящей полезной модели тем, что в форсунке вихревой для торкретирования, содержащей каналы, которые сориентированы по касательной к внутренней полости завихрителя, отличающиеся тем, что корпус выполнен из двух конических частей с винтовыми каналами, внутри которого расположен сердечник, прилегающий к входной части корпуса, при этом на его поверхности расположены встречные каналы, образующие единый цилиндрический канал, выполненный в виде логарифмической спирали. Основные геометрические размеры вихревой форсунки для создания минимального физического сопротивления строительным смесям оптимизированы с помощью применения уравнений Навье Стокса.
На фиг. 1 представлен разрез вихревой форсунки.
Устройство работает следующим образом. Строительная смесь в растворе поступает в вихревую форсунку для торкретирования Фиг 1. Во входной конус 1 с установленным в нем сердечником 3, при этом основной поток разделяется на 4, далее каждый поток закручивается по спирали имеющей форму «логарифмической спирали» и на выходе из конуса 1 происходит объединение потоков, причем каждый из 4 выходов имеет расширение, обеспечивающее согласно расчетов математической модели оптимальный переход во внутреннюю камеру выходного конуса 2 и далее закрученная масса поступает в конический разбрызгиватель 4, в котором осуществляется набор скорости закрученной массы в прямолинейном направлении для обеспечения оптимального соотношения прямолинейного и радиального движения обеспечивающего минимальный отскок материала. Корпус выполнен из двух конических частей с винтовыми каналами, внутри которого расположен сердечник, прилегающий к входной конической части, при этом на его поверхности расположены встречные каналы, образующие единый цилиндрический канал, выполненный в виде логарифмической спирали. С помощью математической модели, основанной на уравнениях Навье Стокса, проведена оптимизация основных геометрических размеров форсунки, что позволяет обеспечить минимальное физическое сопротивление пропускаемому потоку. Промышленная применимость.
Математическое моделирование потока строительной смеси позволило определить соотношение вращательного и поступательного движения оптимально для минимального внутреннего сопротивления и минимально для отскока при механическом торкретировании.
Пример
На Фиг 1 представлен внешний вид форсунки вихревой для торкретирования, соответственно корпус, состоящий из входного конуса 1 и внутренней камеры выходной части 2 и сердечник 3 изготовленный на 3d принтере, так же изготовлен крепеж форсунки в виде подковы 5, который обеспечивает прочность и герметичность соединения и конический наконечник - разбрызгиватель 4, который подбирается в зависимости от объемной массы набрызгиваемой смеси и различается соответственно размером выходного отверстия, так же изготавливается на 3d принтере. Для апробирования работы форсунки применялась стандартная строительная смесь по ГОСТу 25192-82 по прочности на сжатие В25. Сухая смесь с помощью компрессора подается к камере форсунки с давлением 6 бар, туда же подается вода давлением 4 бар. Полученная смесь поступает в вихревую камеру форсунки и далее разделяется на 4 потока. Внутри каждого потока в соответствии с геометрией форсунки, при которой раствор поступает тангенциально и закручивается внутри каждого канала, что обеспечивает лучшую пропускную способность для раствора, так же каналы закручиваются в спираль подобную логарифмической спирали, что создает внутри форсунки вихрь для раствора, который в связи с этим получает кроме поступательного движения - радиальное. Данная закрутка позволяет получить дополнительный вектор движения, помимо поступательного и соответственно уменьшить силу отскока от подготовленной поверхности для нанесения материала при торкретировании. Для получения максимального эффекта от закручивания массы и создания минимального сопротивления внутри форсунки и соответственно обеспечения максимальной скорости прохождения цементного раствора перед изготовлением форсунки было произведено математическое моделирование ее основных геометрических размеров. Для этого были использованы дифференциальные уравнения Навье Стокса.
Выбранная конструкция прошла промышленную апробацию при изготовлении фасадных модулей и показала убедительные результаты, которые заключались в ее эффективности, т е существенно снизился отскок от торкретируемой поверхности (более чем в 5 раз), улучшилось прохождение массы через вихревую форсунку, случаев засорения не было установлено, а так же уменьшение степени отскока позволило увеличить скорость подачи раствора, что увеличило плотность получаемых изделий и повысило соответственно их конечную прочность.