СТЕРЖНЕВОЙ ПНЕВМОАКУСТИЧЕСКИЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ

Полезная модель относится к устройствам для распыления жидкостей, использующим периодические ударные волны, создаваемые в недорасширенных газовых струях при их торможении резонансной камерой, и может быть использовано для создания в помещениях тумана с требуемой влажностью воздуха: в теплицах, ткацких цехах, при вакцинации животных, а также при создании газожидкостных пожаротушащих смесей.
При диспергировании жидкостей с помощью акустических колебаний высокой интенсивности, используются те или иные пневматические устройства, позволяющие получать в газе пульсации с большой амплитудой и высокой частотой, позволяющие преодолевать силы поверхностного натяжения жидкости.
Размер капель при таком способе распыления определяется длиной волн неустойчивости в жидкости, причем для достижения капель с диаметром в десятки микрон требуются частоты ультразвукового диапазона. Подобные частоты при высокой амплитуде колебаний могут быть получены с помощью пневмоакустических распылителей стержневого типа.
Так как в стержневых излучателях, применяемых в пневмоакустических распылителях и использующих кольцевые струи, частота генерации обратно пропорциональна ее толщине на выходе из сопла, производительность устройства невелика. Это объясняется тем, что при выбранной толщине струи увеличение ее диаметра для повышения расхода газа (когда периметр излучающей поверхности становится больше длины волны акустических колебаний), в струе кроме основной моды, соответствующей четвертьволновому резонансу, появляются дополнительные круговые моды. Последние приводят к понижению интенсивности ударных волн и влияют на устойчивость генерации при изменении рабочего давления.
В связи с этим большинство пневмоакустических распылителей со стержневыми генераторами могут надежно работать при сравнительно малых производительностях (пат. США №3070313, пат. США №3667679, пат. США №3157369, пат. США №4408719) или не позволяют получать капли с медианным диаметром менее 60 мкм (пат. РФ №2232647).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является известный стержневой пневмоакустический распылитель, содержащий цилиндрический корпус, имеющий центральное отверстие с впускным газовым каналом, центральный стержень, установленный в центральном отверстии и имеющий часть, выступающую из цилиндрического корпуса, имеющего впускной канал для жидкости, жидкостную кольцевую камеру, связанную с впускным каналом для жидкости, жидкостное сопло, связанное с жидкостной кольцевой камерой, газовое сопло, охватывающее центральный стержень, кольцевую резонаторную камеру, установленную на выступающей части центрального стержня, рабочая поверхность которой обращена к газовому соплу, причем газовое сопло и жидкостное сопло выполнены соосными, жидкостное сопло находится дальше по радиусу от центральной осевой линии цилиндрического корпуса, обечайку охватывающую цилиндрический корпус, при этом жидкостная кольцевая камера и жидкостное сопло образованы пазами в цилиндрическом корпусе, ограниченными внутренней поверхностью обечайки, при этом впускное газовое сопло выполнено цилиндрическим, центральный стержень профилированным, причем расположенная внутри сопла часть имеет коническую форму с углом расхождения 45-80°, часть за срезом сопла имеет цилиндрическую форму, место схождения цилиндрической и конической частей стержня расположено на срезе сопла, а впускной канал для жидкости выполнен в виде штуцера, установленного на внешней поверхности обечайки и соединенного с жидкостной кольцевой камерой. (Патент РФ №2467807, МПК В05B 17/04, 19.05.2011 г.).
Недостаток прототипа состоит в том, что при повышении частоты путем утоньшения кольцевой струи из-за увеличения производительности появляется круговая неустойчивость, влияющая на получение капель менее 50 мкм, а также в недостаточной надежности работы распылителя при нестабильности рабочего давления.
Техническим результатом полезной модели является создание пневмоакустического стержневого распылителя, позволяющего в промышленных условиях, где поддержание рабочего давления с высокой точностью затруднительно, обеспечить распыление жидкости при повышенной производительности с получением капель до 40 мкм.
Технический результат достигается за счет того, что в стержневом пневмоакустическом распылителе, содержащем цилиндрический корпус, имеющий центральное отверстие и центральный стержень, установленный в центральном отверстии и имеющий часть, выступающую из цилиндрического корпуса, и впускной газовый канал, причем цилиндрический корпус имеет впускной канал для жидкости, жидкостную кольцевую камеру, связанную с впускным каналом для жидкости, жидкостное сопло, связанное с жидкостной кольцевой камерой, и газовое сопло, охватывающее центральный стержень, при этом на выступающей части центрального стержня установлена резонаторная камера, рабочая поверхность которой обращена к газовому соплу, газовое сопло и жидкостное сопло выполнены соосными, жидкостное сопло находится дальше по радиусу от центральной осевой линии цилиндрического корпуса, газовое сопло выполнено цилиндрическим, а центральный стержень профилированным, причем расположенная внутри сопла часть центрального стержня имеет коническую форму с углом расхождения 45-80°, а за срезом сопла - цилиндрическую, а место схождения цилиндрической и конической частей стержня расположено на срезе сопла, на расположенной внутри резонаторной камеры части центрального стержня выполнены продольные каналы, образующие секции резонаторной камеры в виде системы изолированных друг от друга лепестков.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлены продольный разрез и поперечное сечение устройства в зоне нахождения зоны генерации (между соплом и резонаторной камерой). Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с центральным отверстием 2, цилиндрическое газовое сопло 3, центральный стержень 4, имеющий впускной канал 5, через который и проходные каналы 6 газ поступает в сопло 3, корпус резонаторной камеры 7, образующий с пазами 8 центрального стержня 4 систему изолированных друг от друга лепестков суммарного резонатора, обечайку 9, охватывающую корпус 1, имеющую впускной штуцер 10 для подвода жидкости, распределительную кольцевую камеру 11, жидкостный канал 12 и кольцевое жидкостное сопло 13. Индексом σ обозначена глубина пазов, а индексом h обозначена высота резонатора.
Стержневой пневмоакустический распылитель работает следующим образом. Газ через впускной канал 5 и проходные каналы 6 поступает в сопло 3, создавая на срезе кольцевую струю с числом Маха, равным единице. Появляющаяся при этом в недорасширенной струе бочкообразная структура тормозится резонаторной камерой 7, имеющей систему продольных изолированных друг от друга пазов 8, перед которыми возникает прямой скачок уплотнения, за которым образуется дозвуковая зона, где и происходит генерация колебаний, нарастающих до ударных волн. Вытекающая из кольцевого сопла 13 жидкость дробится под воздействием ударных волн и высокоскоростного газового потока. Так как воздействие происходит в отдельных независимых каналах 8 обобщенной резонаторной камеры 7, то добротность последней несколько снижается и уменьшается зависимость амплитуды колебаний от давления газа, подаваемого на распылитель. Таким образом, использование в распылителе лепестковой резонаторной камеры создает возможность устойчивой работы устройства при высокой дисперсности получаемых капель в достаточно высоком диапазоне рабочих давлений. При этом глубина пазов выбирается из соотношения σ/h=1,5÷2,1, а ширина каналов не должна превышать половины длины волны на рабочей частоте.
Проверка работы полезной модели при давлениях 0,25-0,35 МПа при работе на частотах 29-31 кГц показала возможность получения медианного диаметра капель в пределах 35-43 мкм. Тогда как для аналогичного распылителя (прототипа) с кольцевым резонатором медианный диаметр капель лежал в районе 55 мкм.