РАСПЫЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТИ

Область техники
Полезная модель относится к противопожарной технике и предназначена для тушения пожаров с использованием тонкораспыленной воды на трансформаторных подстанциях и других объектах, где находятся люди и ценное оборудование, а также в сельском хозяйстве для полива и обработки полей жидкими составами, в устройствах химической технологии и теплоэнергетике.
Уровень техники
2
Известно устройство распыления жидкости (патент RU 2111033), которое содержит полый цилиндрический корпус, на внешней поверхности которого размещены, по меньшей мере, два ряда форсунок, образованных проточкой с коническими поверхностями и каналами, выполненными в корпусе параллельно оси симметрии цилиндра корпуса и сообщенными с внутренней полостью корпуса кольцевыми цилиндрическими коллекторами, боковая поверхность которых частично пересекает конические поверхности проточки, и патрубок подвода жидкости. Описанное устройство создает тонкораспыленный поток капель диаметром 60-150 мкм. Недостатком такого устройства является малая орошаемая распылителем площадь до 20 м (в форме круга), в связи с чем для защиты объектов больших геометрических размеров и сложных форм (например, силовой маслонаполненного трансформатора) требуется большее количестве таких распылителей. В результате неоправдано увеличивается расход распыляемой жидкости для достижения необходимой интенсивности орошения по всей площади объекта.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является распылитель, содержащий полый корпус в форме цилиндра, снабженный патрубком подвода жидкости и форсунками, сформированными в аксиальных каналах, выполненных в стенке корпуса и сообщенных с его внутренней полостью (патент RU 2150336). Этот распылитель выбран в качестве прототипа.
В прототипе патрубок подвода жидкости размещен в одном торце цилиндрического корпуса, а форсунки размещены в шахматном порядке на боковой поверхности корпуса и, кроме того, на его другом торце.
Использование распылителя-прототипа позволяет получить равномерный тонкораспыленный поток капель с диаметром капель от 30 до 150 мкм при давлении подачи воды не более 1 МПа на относительно небольшой площади, при увеличении которой растет размер наиболее удаленных (дальнобойных) капель и увеличивается расход жидкости. Это вынуждает использовать более энерго- и металлоемкие устройства для подвода жидкости к патрубку устройства.
Сущность полезной модели
Технический результат заявляемой полезной модели - увеличение площади орошения без увеличения расхода жидкости. Это позволяет обеспечить защиту объектов больших геометрических размеров и сложных форм (например, силового маслонаполненного трансформатора) с меньшим расходом распыляемой жидкости.
Предметом полезной модели является распылитель жидкости, содержащий полый корпус в форме цилиндра, снабженный патрубком подвода жидкости и парой форсунок, сформированных в аксиальных каналах, выполненных в стенке корпуса и сообщенных с его внутренней полостью, при этом, в отличие от прототипа, форсунки сформированы на одной образующей цилиндрического корпуса, расстояние между форсунками в 8÷40 раз превышает ширину аксиального канала, а патрубок подвода жидкости размещен между форсунками на боковой поверхности корпуса с противоположной стороны.
Это позволяет получить указанный выше технический результат.
Полезная модель имеет развития, направленные на дальнейшее увеличение орошаемой площади распыления без увеличения расхода жидкости, которые состоят в том, что:
- аксиальные каналы сообщены с внутренней полостью корпуса кольцевыми канавками, ширина которых равна 0,5÷4,5 ширины аксиального канала;
- корпус снабжен дополнительной парой форсунок, сформированных на его образующей, сдвинутой на угол не более 30°;
- патрубок подвода жидкости размещен симметрично по отношению к форсункам.
Осуществление полезной модели с учетом ее развитий
Осуществление полезной модели поясняет чертеж, на котором изображен распылитель в продольном разрезе. На фигуре показаны полый цилиндрический корпус 1, две форсунки 2, сформированные в аксиальных каналах 3 путем проточки стенки корпуса 1. Каналы 3 выполнены в стенке корпуса 1 и сообщены с внутренней полостью корпуса 1 кольцевыми канавками 4. Патрубок 5 подвода жидкости размещен между форсунками 2 на боковой поверхности корпуса 1 с диаметрально противоположной по отношению к форсункам 2 стороны.
Форсунки 2 сформированы одной образующей цилиндрического корпуса 1 так, что расстояние между форсунками 2 в 8÷40 раз превышает ширину канала 3. Ширина кольцевых канавок 4 составляет 0,5÷4,5 ширины канала 3.
На другой образующей цилиндрического корпуса, сдвинутой на угол не более 30° относительно образующей цилиндра, на которой расположены форсунки 2, может быть сформирована дополнительная пара форсунок (не показанная на фигуре).
Распылитель работает следующим образом.
Рабочая жидкость, например вода, подается в полость корпуса 1 через патрубок 5 под давлением 0,3÷4,0 МПа.
Через кольцевые канавки 4 в каналы 3 и к выходным отверстиям форсунок 2 устремляются встречные потоки жидкости. После столкновения этих потоков в каналах 3 они истекают из распылителя через форсунки 2. При этом происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелен от разных форсунок 2.
При взаимодействии с окружающей атмосферой жидкость, истекающая из каждой форсунки 2, дробится на мелкие капли.
Благодаря тому, что расстояние L между форсунками 2, лежит в пределах 8÷40 диаметров канала 3, окружающий воздух засасывается в зазор между потоками, генерируемыми форсунками 2, размещенными по разные стороны патрубка 5. При этом в зазоре образуются парные противонаправленные вихри эжектируемого газа, которые усиливают интенсивность взаимодействия потоков за счет их турбулизации и столкновений, вызывающих вторичное дробление капель. В результате образуется тонкораспыленный равномерно распределенный поток капель, орошающий большую площадь без увеличения расхода жидкости.
Уменьшение расстояния L меньше 8 диаметров каналов 3 приводит к коагуляции и укрупнению распыляемых капель за счет снижения количества подсасываемого истекающими струями жидкости окружающего воздуха. При этом неоправданно увеличивается расход распыляемой жидкости.
Увеличение расстояния L свыше 40 диаметров каналов 3 приводит к снижению взаимодействия потоков капель, генерируемых отдельными форсунками 2, к отсутствию парных вихрей воздуха эжектируемого жидкостными потоками и вторичного дробления капель при их столкновении в газожидкостном потоке и, как следствие, к появлению не орошенных областей на защищаемой площади.
Размещение патрубка 5 подвода жидкости между форсунками 2 обеспечивает одинаковые условия подвода жидкости к форсункам и, тем самым, способствует равномерности орошения защищаемого объекта, необходимой для минимизации расхода жидкости. Симметричное расположение патрубка 5 между форсунками 2, является оптимальным в этом смысле.
Наилучшие условия подвода рабочей жидкости к каналам 3 распылителя достигаются при ширине кольцевых канавок 4, равной 0,5÷1,5 ширины канала 3. При меньшей ширине канавок 4 жидкость в каналы 3 будет поступать с большим гидравлическом сопротивлением, и, следовательно, с большими потерями энергии, что приведет к снижению скорости потока на выходе из форсунок 2, и, как следствие, к меньшей дальнобойности. При ширине канавок 4, превышающей ширину канала 3 более чем в 1,5 раза, неоправданно увеличиваются геометрические размеры распылителя, его вес и количество материалов для его изготовления.
При аналогичном формировании дополнительной пары форсунок (со своими каналами 3) на другой образующей цилиндрического корпуса 1, сдвинутой на угол не более 30° относительно первой, орошаемая площадь дополнительно увеличится (при заданном расходе жидкости) за счет столкновения и вторичного дробления капель, вылетающих из форсунок 2 и из сдвинутой дополнительной пары форсунок. При сдвиге более 30° взаимодействие потоков ослабляется и не обеспечивает вторичного дробления сталкивающихся капель жидкости.
2
3
2
3
2
2
Были проведены сравнительные испытания распылителей жидкости, изготовленных по патенту RU 2150336 и согласно настоящей полезной модели. На защищаемой площади 27,3 м в форме круга оба испытываемых распылителя обеспечивали интенсивность орошения 0,025 дм/мс. При проведении испытаний задавалась требуемая интенсивность орошения 0,06 дм/м с и защищаемая площадь в форме прямоугольника размерами 6 м × 8 м=48 м.
Для обеспечения такой защиты с полным перекрытием защищаемой поверхности оказалось необходимым использовать 8 распылителей по патенту RU 150336 или только один заявляемый распылитель (выполненный с учетом развитий данной полезной модели).
Результаты испытаний приведены в таблице. Как видно из таблицы, в случае использования распылителя по настоящей полезной модели расход воды уменьшился более чем в два раза за счет обеспечения равномерного орошения всей площади с заданной интенсивностью без образования областей избыточной интенсивности, неизбежных при использовании распылителей, выполненных по конструкции прототипа.
Таблица
№
Тип распылителя
Потребное количество распылителей
Давление подачи, МПа
Суммарный расход воды дм<sup>3</sup>/м<sup>2</sup>с
Максимальная интенсивность орошения с дм<sup>3</sup>/м<sup>2</sup>с
Диаметр капель, мкм
1
по патенту RU 2150336 C1
8
0,8
6,55
0,135
50-100
2
По настоящей полезной модели
1
0,8
3,05
0,06
50-100