Результат интеллектуальной деятельности: ВИХРЕВАЯ ФОРСУНКА КОЧЕТОВА

Изобретение относится к технологии генерации газокапельных струй повышенной дальнобойности и может использоваться в противопожарной технике, в сельском хозяйстве при орошении земель и других отраслях, связанных с необходимостью создания дальнобойных газожидкостных струй.

Наиболее близким объектом заявленного является устройство для создания газокапельной струи по патенту РФ №21075541, которое содержит систему подачи жидкости и газа и газодинамическое сопло с камерой смешения жидкости и газа.

Недостаток известного устройства заключается в невозможности увеличения с помощью известных средств дальности полета газокапельной струи свыше 50 м, что необходимо, например, для тушения пожаров в многоэтажных зданиях и высотных сооружениях.

Технический результат - повышение эффективности образования газокапельной струи и расширения зоны ее подачи.

Это достигается тем, что в вихревой форсунке, содержащей системы подачи жидкости и газа и сопло, система подачи жидкости осуществляется по двум направлениям, включающим осевую подачу жидкости через подводящий патрубок и последовательно соединенные и соосные с ним конфузор и цилиндрическое сопло, а тангенциальная подача жидкости осуществляется через коаксиальный с цилиндрическим соплом корпус в виде цилиндро-конической гильзы, на цилиндрической части которой закреплена вихревая кольцевая камера с патрубком для подачи жидкости, при этом по краям кольцевой камеры выполнены два ряда подводящих жидкость тангенциальных каналов, при этом в каждом ряду имеется, по крайней мере, три тангенциальных канала, соединяющих кольцевую камеру с цилиндрической полостью корпуса, к которой соосно прикреплена круглая пластина, расположенная перпендикулярно оси вихревой кольцевой камеры и жестко соединенная с цилиндрической полостью корпуса в ее концевом сечении, а перпендикулярно круглой пластине прикреплено щелевое сопло, щелевое сопло выполнено комбинированным и состоящим из двух взаимно перпендикулярных прямоугольных параллелепипедов с дроссельными сквозными отверстиям прямоугольного сечения, соединенными с полостью корпуса, а соосно круглой пластине к ее периферийной части прикреплен рассекатель двухфазного потока, выполненный в виде перфорированной конической поверхности, охватывающей щелевое сопло с дроссельными сквозными отверстиями прямоугольного сечения, соединенными с полостью корпуса.

На фиг. 1 изображена вихревая форсунка, на фиг. 2 - вид А фиг. 1.

Вихревая форсунка (фиг. 1) содержит систему подачи жидкости по двум направлениям, включающую осевую подачу жидкости через подводящий патрубок 1 и последовательно соединенные и соосные с ним конфузор 3 и цилиндрическое сопло 4. Тангенциальная подача жидкости осуществляется через коаксиальный с цилиндрическим соплом 4 корпус 5 в виде цилиндрической гильзы, на цилиндрической части которой закреплена вихревая кольцевая камера 6 с патрубком 7 для подачи жидкости, при этом по краям кольцевой камеры 6 выполнены два ряда 8 и 9 подводящих жидкость тангенциальных каналов (на чертеже не показано), при этом в каждом ряду имеется, по крайней мере, три тангенциальных канала, соединяющих кольцевую камеру 6 с цилиндрической полостью 10 корпуса 5, к которой соосно прикреплена круглая пластина 11 (фиг. 2), расположенная перпендикулярно оси вихревой кольцевой камеры 6 и жестко соединенная с цилиндрической полостью 10 корпуса 5 в ее концевом сечении, а перпендикулярно круглой пластине 11 прикреплено щелевое сопло 12, которое выполнено комбинированным и состоит из двух взаимно перпендикулярных прямоугольных параллелепипедов 13 и 14 с дроссельными сквозными отверстиями прямоугольного сечения, соединенными с полостью корпуса 5. Соосно круглой пластине 11 к ее периферийной части прикреплен рассекатель 15 двухфазного потока, выполненный в виде перфорированной конической поверхности, охватывающей щелевое сопло 12 с дроссельными сквозными отверстиями прямоугольного сечения, соединенными с полостью корпуса 5.

Вихревая форсунка работает следующим образом.

Устройство перемещается в исходное положение с помощью транспортного средства (на чертеже не показано) и направляется в сторону объекта, к которому должна осуществляться подача газокапельной струи, посредством управляющего воздействия системы управления перемещением сопла (на чертеже не показано). Включается турбокомпрессорная установка, являющаяся частью системы подачи газа, и ускоренный воздушный поток из выходного устройства силовой установки направляется в ввод 2 подачи газа в камеру смешения 10, где происходит образование двухфазного потока.

Вихри жидкости впрыскиваются в камеру смешения 10 через размещенные в ней рядами 8 и 9 тангенциальные каналы, которые смешиваются с набегающим воздушным потоком, в результате чего образуется газокапельный поток. Максимальные значения давления воздуха на входе в сопло и относительной концентрации воды в двухфазном потоке выбираются из условия предельно плотной упаковки частиц воды в воздушном потоке: gP=5,7108 Па, где Р- давление газа на входе в сопло; g- относительная концентрация воды в двухфазном потоке. Для достижения необходимой (свыше 50 м) дальности полета газокапельной струи давление газа (воздуха) на входе в сопло должно превышать Р=5,5105 Па;

g=Gввод/Gвоз=4,9,

где Gввод=26 кг/с - массовый расход воды; Gвоз=5,3 кг/с - массовый расход воздуха; Тсм=298 К - температура двухфазного потока; L=1500 мм - длина корпуса 5 цилиндрической гильзы с соплом; D=50 мкм - средний диаметр капель воды в воздушном потоке.

Созданный в камере смешения 10 двухфазный поток при указанных выше параметрах разгоняется в щелевом комбинированном сопле 12 в двух взаимно перпендикулярных направлениях по дроссельным сквозным отверстиям прямоугольного сечения, выполненных прямоугольных параллелепипедах 13 и 14. Использование комбинированного сопла позволяет компактировать газокапельную струю при относительно однородном распределении капель воды по сечению струи и расширить зону подачи газокапельной струи.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что двухфазный поток, параметры которого выбираются согласно вышеуказанным условиям, разгоняется в газодинамическом корпусе до скорости, при которой дальность полета газокапельной струи составляет 65 м.

Возможен вариант, когда перфорация на перфорированной конической поверхности, расположенной напротив щелевого сопла 12 рассекателя 15 двухфазного потока, выполнена с более мелким шагом и диаметром отверстий, чем перфорация на перфорированной конической поверхности, расположенной вне щелевого сопла 12 (на чертеже не показано).

Предложенное изобретение может использоваться в различных отраслях техники, где требуется генерация дальнобойных газокапельных струй, дальность полета которых превышает 50 м. Наиболее эффективно использование изобретения в противопожарной технике, особенно при тушении пожаров в труднодоступных очагах и объектах, и в сельском хозяйстве при орошении земель.