Распылитель

Полезная модель относится к технике распыления жидкости и может быть использована в противопожарной технике, в сельском хозяйстве.
»
Известна «Вихревая форсунка Кочетова(см. Патент России №2669831,В05В1/34,В05В1/26, опубл.16.10.2018).Вихревая форсунка содержит корпус с камерой завихрения, сопло, диффузорную выходную камеру, при этом турбулентный завихритель потока жидкости содержит два наклонных к оси сопла ввода в виде цилиндрических отверстий, расположенных в торцевой поверхности сопла .Форсунка обеспечивает формирование широкого,  но неравномерного по радиусу за счёт осевого затенения потока капель факела распыла, при этом форсунка отличается сложным устройством.
Известно техническое решение распылителя, выполненное согласно описанию к патенту на полезную модель «Распылитель на встречных потоках» (см. патент на полезную модель №113337, F23D 11/24. опубл.10.02.2012).
Распылитель на встречных потоках содержит компрессор, блок управления. баллон первого вещества, баллон второго вещества, распылительную головку, при этом оси каналов подачи потоков капель или частиц распылительной головки находятся на одной линии, обеспечивая встречное движение потоков, а выходное сопло распылительной головки расположено под углом 90° к входящим потокам.
Распылитель позволяет снизить величину капель или размер твёрдых частиц при дроблении вещества при очень простом своём устройстве. Однако применение данного технического решения ограничено из-за необходимости организации предварительного высокоскоростного потока капель или частиц в подающих каналах, увеличивающих потери на трение о стенки каналов   в целях противопожарного распыления жидкости вследствие необходимости подачи в распылительную головку потоков веществ в газовой компоненте, без чего размер капель в распылительной головке не может быть снижен. Применение же сжатого воздуха приводит к удорожанию устройства.
Наиболее близким техническим решением для целей противопожарного распыления жидкости является распылитель жидкости, (см. патент на полезную модель №141663, B05 B 1/14,опубл.10.06.2014), содержащий полый корпус в форме цилиндра, снабженный патрубком подвода жидкости и не менее пары выходных сопел, сформированных на одной образующей корпуса в аксиальных каналах, выполненных в стенке  корпуса и сообщающихся с его внутренней полостью с помощью кольцевых канавок, обеспечивающих встречное движение потоков жидкости в каналах.
Известное техническое решение позволяет увеличить площадь орошения в противопожарных целях без увеличения расхода жидкости, т. е. сохранить от пожара объекты больших геометрических размеров и сложных форм, с меньшим расходом распыляемой жидкости.
Недостатком технического решения является сложность изготовления распылителя, недостаточная равномерность и интенсивность распыления жидкости в пространстве.
Технической задачей создания предлагаемого технического решения и её техническим результатом является создание капельного потока осесимметричной конфигурации и оптимального размера без необходимости углового ориентирования, чем достигается повышение размера защищаемой площади без увеличения затрат.
Указанный технический результат достигается тем, что распылитель жидкости, содержащий полый цилиндрический корпус с соосными каналами, снабженный патрубком подвода жидкости,  обеспечивающими встречное движение жидкости в каналах, выходное сопло, имеет отличие, а именно, при диаметре каналов, равном d , общая длина каналов равна 2÷3d, а входное отверстие выходного сопла образовано пересечением внутренних поверхностей каналов и образующей сопло  поверхностью, имеющей форму конического диффузора, ориентированного поперек каналов, с углом раскрытия  диффузора α равном 60±3º, при этом геометрические размеры каналов и сопла связаны соотношением:
где α – угол раскрытия диффузора; d-диаметр каналов; D – диаметр выходного сечения диффузора; H – расстояние от выходного сечения диффузора до оси соосных каналов.
На фигуре изображен распылитель в продольном разрезе.
Распылитель жидкости содержит полый цилиндрический корпус 1, снабженный патрубком подвода жидкости 2, подающим жидкость в корпус 1, каналы 3, выполненные в корпусе 1. Каналы 3 выполнены цилиндрическими одинакового поперечного сечения, соосными друг другу, при этом жидкость, текущая в каналах, направлена встречно. Диаметр каналов равен d.  Распылитель содержит сопло 4 в виде конического диффузора, образованного отверстием в корпусе 1, ориентированного поперек каналов 3. Входное отверстие сопла 4 (кривая четвёртого порядка, образующаяся за счёт пересечения поверхностей второго порядка) образовано пересечением внутренних поверхностей каналов 3 и поверхностью конического диффузора. Угол между осью симметрии соосных цилиндрических каналов 3 и осью симметрии конической поверхности, образующей сопло 4, составляет 90º (с учетом технологической погрешности ± 30’). Угол при вершине конуса, образующего диффузор, составляет 60 ± 2º. Суммарная длина соосных цилиндрических каналов 3 равна 2÷3 d. Диаметр выходного сечения диффузора равен D. Расстояние от выходного сечения диффузора до оси соосных каналов 3 равно H.
Геометрические размеры каналов 3 и диффузора 4 связаны между собой соотношением
(с отклонением не более 3%),
где α – угол раскрытия диффузора (угол при вершине конуса, образующего диффузор) равен 60±3º, D – диаметр выходного сечения диффузора, H – расстояние от выходного сечения диффузора до оси соосных каналов 3.
Угол раскрытия диффузора распылителя 60±3º обеспечивает возникновение кавитации.
Данное соотношение и угол раскрытия диффузора 4 были найдены по результатам экспериментального исследования более 20 экземпляров распылителей различных размеров при давлении подачи в диапазоне 0,2…2 МПа и расходе 0,6 кг/с.  При отступлении от указанного соотношения размеров распылителя либо угла диффузора более чем на 5%, образуется на выходе либо плоский факел распыления, либо струйный поток капель с углом раскрытия 7÷10 градусов, который на 99% состоит из капель меньших 1 мм, а среднеарифметический диаметр превышает 130 мкм.
10
Работа распылителя жидкости осуществляется следующим образом: по соосным каналам 3 жидкость под давлением 0,4 МПа подается в виде двух встречных потоков, которые соударяются в области входного отверстия сопла 4. При взаимодействии встречных потоков, истекающих через входное отверстие, происходит вихреобразование, сопровождающееся кавитацией жидкости (воды) в потоке. В процессе истечения жидкости через сопло 4 в результате кавитации формируется газокапельный поток осесимметричного факела со среднеарифметическим размером капель d =60…120 мкм и углом раскрытия ~ 60 градусов.
Выходной диаметр D сопла 4 должен быть в 5÷7 раз больше диаметра соосных каналов 3. При ´большем увеличении выходного диаметра D бесполезно расходуется энергия на трение о поверхности, при ´меньшем значении D ухудшаются условия для развития кавитации в расширяющемся канале, что влияет на дисперсность распыла жидкости. Длина соосных каналов 3 в корпусе 1 распылителя находится в пределах величины 2÷3 d каналов. При меньших значениях потоки в них не образуют встречного течения, при больших значениях увеличиваются потери на трение о стенках.