Результат интеллектуальной деятельности: ФОРСУНКА СТРУЙНО-ВИХРЕВАЯ С ЭЖЕКТИРУЮЩИМ ФАКЕЛОМ

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве устройства для диспергирования жидкостей в насадочных колонах, камерах орошения, в брызгальных бассейнах и тому подобных тепломассообменных агрегатах. Наиболее эффективно использование предлагаемой форсунки в скрубберах, градирнях и других контактных аппаратах эжекционного типа.

Наиболее близкой по своим техническим решениям является струйно-вихревая форсунка, представленная в патенте RU, №2486965 01.04.2011 - прототип. Форсунка состоит из распределительной камеры, насадки и завихрителя. Распределительная камера и насадка образуют корпус форсунки, внутри которого расположен завихритель. Распределительная камера имеет резьбовой хвостовик, а насадка - выходное отверстие в виде сопла Вентури. Завихритель со стороны распределительной камеры имеет расходящиеся от оси к периферии желоба полуцилиндрической формы. С другого конца, в теле завихрителя выполнена внутренняя полость в виде тела вращения сложной конфигурации с глухим цилиндрическим отверстием по оси. Полость соединена с желобами плавно изогнутыми каналами. Параболическая поверхность полости и конфузорная часть сопла насадки имеют полусферические выступы.

Данная форсунка имеет следующие недостатки.

Корпус распределительной камеры имеет цилиндрическую форму и поэтому при выходе потока из резьбового хвостовика создается зона внезапного расширения, в которой возникают хаотические завихрения потока, являющиеся причиной гидравлических потерь.

Стремительное вращение вихря во внутренней полости завихрителя приводит к значительному падению давления в объеме глухого отверстия. Вследствие возникновения вакуума под выходным отверстием насадки в потоке создается кавитационное облако, которое является еще более существенным гидравлическим сопротивлением.

При ориентации форсунки вверх некоторая часть потока вследствие пленочного эффекта стекает по наружной поверхности форсунки вниз.

Таким образом, наличие указанных гидродинамических сопротивлений существенно снижает расход жидкости через форсунку, одновременно, понижая коэффициент эжекции, а стекающая по поверхности пленка приводит к объемным потерям жидкости, которая в зимний период образует наледи.

Задачами данного изобретения являются: увеличение расхода жидкости через форсунку, повышение эжектирующей способности факела и устранение объемных потерь жидкости.

Для решения этих задач предложена струйно-вихревая форсунка, конструкция которой представлена на фиг. 1-4. На фиг. 1 - общий вид форсунки в сборе. На фиг. 2 - разрез по фиг. 1. На фиг. 3 - разрез по фиг. 2. На фиг. 4 - разрез по фиг. 1.

Форсунка включает в себя три основные детали: распределительную камеру с резьбовым хвостовиком 1, насадку 2 и завихритель 3. Все три детали формуют из полимерных материалов. Распределительная камера 1 и насадка 2, собранные с помощью резьбового соединения, образуют корпус форсунки, внутри которого установлен завихритель 3. Резьбовые соединения снабжены уплотнительными кольцами 4.

Распределительная камера имеет форму усеченного конуса, расширяющегося в сторону движения потока. На внутренней поверхности конуса выполнены полые, аксиально расположенные клиновидные выступы 5.

Насадка имеет сопловое отверстие конфузорной формы 6. В горловине отверстие переходит в диффузорный раструб 7 значительно большего диаметра. На боковой поверхности соплового отверстия по окружности расположены малые полусферические выступы 8.

Завихритель состоит из конического кока 9, распределительной шайбы 10 и полусферического обтекателя 11. В теле кока выполнены пазы, повторяющие форму клиновидных выступов на внутренней поверхности конуса распределительной камеры. Распределительная шайба имеет на периферийной части сквозные проемы 12 трапециевидной формы, расположенные между пазами кока. Проемы ограждены дуговыми перегородками 13, образуя внутри вихревую камеру. Проемы соединены с вихревой камерой каналами криволинейной формы 14, сориентированными тангенциально. Ниже криволинейных каналов изнутри к дуговым перегородкам примыкает тороидальная канавка, плавно переходящая в полусферический обтекатель с коническим углублением на вершине 15. Ниже углубления также по окружности расположен еще один ряд малых полусферических выступов 8. Для снижения гидродинамических сопротивлений место сопряжения боковой стенки проема и дна канала выполнено в форме галтели переменного радиуса.

Форсунка работает следующим образом. Поток жидкости, поступающий в корпус форсунки через хвостовик, в объеме распределительной камеры 1 омывает конический кок 9 и проходит через проемы 12 и криволинейные каналы 14 в вихревую камеру. Тангенциальная ориентация каналов создает в объеме камеры стремительно вращающийся вихрь, центруемый по оси коническим углублением 15 на вершине полусферического обтекателя 11. Вихревое движение потока внутри форсунки обеспечивает его вращение и после выхода в свободное пространство. Наличие полусферических выступов 8 на поверхностях соплового отверстия 6 и полусферического обтекателя 11 порождает во вращающемся потоке множество шнуровидных локальных вихрей. Такой характер движения потока определяет мелкодисперсную структуру факела в виде полого конуса, состоящего из множества закрученных струй.

Увеличенный диаметр и угол раскрытия диффузорного раструба 7 насадки 2 подобран так, что факел не касается его боковой поверхности, т.е. между ними обеспечен гарантированный зазор. Через этот зазор происходит постоянный подсос воздуха в зону минимального сечения в горловине соплового отверстия, где наблюдается максимальное разряжение в потоке.

Представленное изобретение обеспечивает следующие технические результаты.

Коническая форма распределительной камеры, расширяющейся от резьбового хвостовика, предотвращает процесс вихреобразования на входе в форсунку.

Отсутствие глухого отверстия на оси завихрителя и наличие полусферического обтекателя, заполняющего объем в центральной части вихревой камеры, предотвращают образование кавитационного облака в потоке.

Указанные конструктивные изменения приводят к существенному снижению гидродинамического сопротивления проточной части форсунки, а значит, при прочих равных условиях, к увеличению расхода жидкости.

Одновременно, увеличение расхода определяет пропорциональное повышение скорости движение потока, а следовательно, и величину коэффициента эжекции.

Наличие гарантированного зазора между боковой поверхностью конического раструба, примыкающего к выходному отверстию насадки, и факелом диспергированной жидкости, а также постоянный подсос воздуха к горловине соплового отверстия полностью предотвращают образование стекающей водяной пленки на внешней поверхности форсунки.