Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для распыления жидкости

Изобретение относится к устройствам для воздействия на форму потока жидкости или других текучих веществ, вызывающих завихрение потока, например, для распыления жидкости при нанесении на поверхности слоя защитного реагента или ингибитора коррозии.

Известно устройство для распыления жидкости (патент RU № 2031737, МПК B05B 1/34, опубл. 27.03.1995, Бюл. № 9), содержащее цилиндрический корпус с соосной внутренней камерой и патрубком для подвода рабочей жидкости, многозаходный винтовой цилиндрический сердечник, размещенный в камере корпуса, и сопло с профильной внутренней выточкой и выходным отверстием, при этом сопло соединено с выходной частью корпуса посредством резьбового соединения, причем резьба винтового сердечника выполнена ленточной, а число ее заходов равно двум, при этом сопло размещено с упором его кромок в сердечник для поддержания сердечника в неподвижном положении относительно камеры, профиль внутренней выточки сопла выполнен в форме полусферы, а наружная поверхность сопла выполнена плоской.

Недостатками данного устройства являются узкая область применения из-за соосности патрубка подвода рабочей жидкости с соплом, что исключает распыление жидкости на стенки внутри труб и узких резервуаров, и наличие небольшого зазора (что для мелких капель критично) между камерой корпуса и винтовой поверхностью сердечника для установки и извлечения его из корпуса, что приводит к неравномерности зазоров по периметру сердечника после прижатия его соплом и, как следствие, к неравномерности капель в распыляемой рабочей жидкости через отверстие сопла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для распыления жидкости (патент RU № 2136392, МПК B05B 1/34, опубл. 10.09.1999, Бюл. № 25), содержащее корпус с внутренней камерой и патрубком для подвода рабочей жидкости, сердечник в виде завихрителя с многозаходной винтовой проточкой на наружной цилиндрической поверхности и сопло с центральным выходным отверстием, причем корпус выполнен в виде трубчатого элемента, сопло выполнено в виде устанавливаемого на корпус полого колпачка с отверстием на дне, соосным с внутренней полостью и выполненным в форме усеченного конуса с большим основанием, обращенным в сторону наружной поверхности колпачка, а сердечник, устанавливаемый со стороны торцевой поверхности корпуса, центрируется во внутренней полости колпачка, при этом его многозаходная винтовая проточка сообщается с внутренней камерой корпуса.

Недостатками данного устройства являются узкая область применения из-за обращения торца сердечника с винтовой проточкой к торцу корпуса, что осуществляет переход из камеры в винтовую проточку сердечника после изменения направления потока, а это не позволяет качественно распылять жидкости вязкостью более 75 мПа⋅с (вязкость машинного жидкого масла, например, веретенное масло МГ-22-А или т.п.), и неравномерность капель в распыляемой рабочей жидкости через отверстие сопла из-за подвижности в продольном направлении сердечника внутри сопла (необходимо для правильной сборки устройства с размещением сердечника относительно корпуса, например, при фиксации штифтом), что приводит к незначительному смещению сердечника относительно сопла, а это критично для мелких капель распыляемой жидкости, при этом трубчатый корпус, соосный соплу, имеет большие осевые размеры, что исключает распыление жидкости на стенки внутри труб и узких резервуаров.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции устройства для распыления жидкости, позволяющего распылять жидкости вязкостью до 140 мПа⋅с за счет исключения перехода между камерой и винтовыми выборками в виде ступеньки, расширить функциональные возможности за счет возможности распыления рабочей жидкости на стенки внутри труб и узких резервуарах, благодаря компактности, при этом обеспечивая стабильное качество распыления весь период работы за счет фиксации сердечника в сопле.

Техническая задача решается устройством для распыления жидкости, включающим корпус с внутренней камерой и перпендикулярным патрубком для подвода рабочей жидкости, сопло с центральным выходным отверстием, и вставляемый в сопло соосный сердечник в виде завихрителя с винтовой проточкой на наружной цилиндрической поверхности, причем отверстие сопла снабжено расширяющимся наружу усеченным конусом.

Новым является то, что сердечник вставляется и фиксируется в сопле на расстоянии 1/2 - 5/6 от длины сердечника, причем сопло вставляется в камеру корпуса, а патрубок сообщен с камерой сужающимся каналом, направляющим частично или полностью поток рабочей жидкости на выступающий из сопла конец сердечника.

Новым является то, что глубина винтовых проточек сердечника, их угол наклона и количество витков выполнены исходя из свойств рабочей жидкости и необходимого угла распыления.

Новым является то, что сердечники зафиксированы каждый в своем сопле, которое вставлено в корпус с возможностью замены.

На фиг. 1 изображено устройство с продольным разрезом.

На фиг. 2 изображено устройство в изометрии с продольным разрезом.

На фиг. 3 изображена фотография устройства при стендовых испытаниях.

Устройство для распыления жидкости включает корпус 1 (фиг. 1 и 2) с внутренней камерой 2 и перпендикулярным патрубком 3 для подвода рабочей жидкости, сопло 4 с центральным выходным отверстием 5, и вставляемый в сопло 4 соосный сердечник 6 в виде завихрителя с винтовой проточкой 7 на наружной цилиндрической поверхности, причем отверстие 5 сопла 4 снабжено расширяющимся наружу усеченным конусом 8. Сердечник 6 вставляется и фиксируется в сопле на расстоянии Н (фиг. 1) 1/2 - 5/6 от длины L сердечника 6. Сопло 4 (фиг. 1 и 2) вставляется в камеру 2 корпуса 4 при помощи резьбы 9, термического клея (не показан) или т.п. Патрубок 3 сообщен с камерой 2 сужающимся каналом 10, направляющим частично или полностью поток рабочей жидкости на выступающий из сопла 4 конец 11 сердечника 6 для раздробления крупных капель, находящихся в рабочей жидкости, увеличивая ее диспергирование.

При необходимости работы с несколькими рабочими жидкостями, имеющими различную вязкость (по 140 мПа⋅с – это вязкость отвердителя для эпоксидных покрытий, с более вязкими жидкостями устройство не испытывалось) и/или изменения угла распыления из отверстия 5 сопла 4 (определяется эмпирическим путем, исходя из качества нанесения рабочей жидкости на поверхность) изготавливают сердечник 6 с винтовыми проточками 7 различной конструкции. Например, чем более вязкая жидкость, тем более глубокими делают винтовые проточки 7 и/или многозаходную винтовую проточку 7 (увеличивая количество витков) для увеличения площади поперечного сечения и, как следствие снижения сопротивления потоку; чем больше угол наклона витков проточки 7 к оси сердечника 6, тем больше угол распыления из-за увеличения центробежной силы потока; чем меньше угол наклона витков проточки 7 к оси сердечника 6, тем меньше угол распыления, но увеличивается продольная (к камере 2 корпуса 1) скорость исходящего из отверстия 5, что позволяет работать на большем удалении; и т.п.. После изготовления сердечники 6 с винтовыми проточками 7 различной конструкции их фиксируют внутри соответствующего сопла 4 (прессовой посадкой, термоклеем или т.п.) на расстоянии Н (фиг. 1) = 1/2 L сердечника 6, сопло 4 вставляют в камеру 2 корпуса 1 и проводят стендовые испытания (фиг. 3) в закрытой камере (не показана), где при помощи фото- и видеофиксации исследуют угол распыления из отверстия 5 (фиг. 1 и 2) сопла 4. А на экране (не показан), установленном перпендикулярно оси камеры 2 со стороны сопла 4 определяют равномерность распределения струи, исходящей из отверстия 5 сопла 4, и величину капель в ней. При недостаточных показателях сопло 4 извлекают из камеры 2 по резьбе 9 или предварительно нагрев техническим феном (не показан) для размягчения термоклея сердечник 6 дополнительно впрессовывают в сопло 4 или вталкивают после разогрева термоклея феном. Испытания повторяют, как и меняют аналогичным способом расположение сердечника 6 в сопле 4 (но Н ≤ 5/6 L – см. фиг. 1) до упора или до достижения требуемых параметров струи выбранной рабочей жидкости, исходящей из отверстия 5 (фиг. 1 и 2) сопла 4. Таким же способом подготавливают сопла 4 с сердечниками 6 для каждой из рабочих жидкостей, применяемых для распыления устройством. После чего на сопле 4 делают маркировку (не показана) для обозначения для каких рабочих жидкостей каждое сопло 4 с соответствующим сердечником 6 предназначено.

Если расстояние Н (фиг. 1) выходит за пределы 1/2 L ≤ Н ≤ 5/6 L, то при длине конца 11 сердечника 6 менее 1/6 L не удалось добиться диспергирования рабочей жидкости до нужных параметров и нанесенный слой на обрабатываемые стенки был не равномерным, а при Н > 1/2 L был недостаточным угол распыления (15° и менее) при выходе из отверстия 5 сопла 4, несмотря на небольшие линейные размеры отверстия 5 и наличие наружной цилиндрической поверхности 8 сопла 4.

Небольшие габаритные размеры камеры 2 корпуса 1, расположенные под прямым углом к патрубку 3 для подвода рабочей жидкости позволяет его использовать для обработки поверхностей труб малого диаметра и небольших емкостей с маленькими входными отверстиями.

Конструктивные элементы, технологические соединения, не влияющие на работоспособность устройства, на фигурах 1-3 не показаны или показаны условно.

Устройство работает следующим образом.

Для нанесения однородной рабочей жидкости, например, ингибитора коррозии на внутреннюю поверхность (стенки) труб (не показаны), устройство в сборе (фиг. 1 и 2) вместе с соответствующим соплом 4 и сердечником 6 доставляют к месту работы. Корпус 1 при помощи патрубка 3 присоединяют (например, резьбой 12) к закрытому трубопроводу (не показан), подающему рабочую жидкость под необходимыми для работы делением и расходом. Корпус 1 вставляют в трубу, трубопровод открывают и подают рабочую жидкость через патрубок 3 и сужающийся канал 10 в камеру 2 корпуса 1. В сужающимся канале 10 скорость потока рабочей жидкости резко увеличивается по сравнению с патрубком 3 и взаимодействует с концом 11 (или с его частью) сердечника 6 для диспергирования. Из камеры 2 рабочая жидкость выдавливается поступающим потоком из канала 10 через винтовые проточки 7, в которых поток закручивается по направлению проточек 7, в сторону отверстия 5 сопла 4. Закрученный поток рабочей жидкости из отверстия 5 и благодаря усечённому конусу 8 вырывается «веерным потоком» на внутренние стенки трубы. При этом корпусу 1 при помощи патрубка 3 и трубопровода придают поступательное и вращательное движение для покрытия стенок трубы изнутри по всей длине.

Для нанесения двухкомпонентного покрытия, например, эпоксидной краски, состоящей из основного слоя и более вязкого отвердителя, на внутреннюю поверхность конденсатосборника (не показан), устройство в сборе (фиг. 1 и 2) вместе с соплом 4 и сердечником 6 для основного слоя и отдельно сопло 4 и сердечником 6 для отвердителя доставляют к месту работы. Корпус 1 при помощи патрубка 3 присоединяют (например, резьбой 12) к закрытому трубопроводу (не показан), подающему рабочую жидкость для основного слоя под необходимыми для работы делением и расходом. Корпус 1 вставляют в конденсатосборник, трубопровод открывают и подают рабочую жидкость через патрубок 3 и сужающийся канал 10 в камеру 2 корпуса 1. В сужающимся канале 10 скорость потока рабочей жидкости резко увеличивается по сравнению с патрубком 3 и взаимодействует с концом 11 (или с его частью) сердечника 6 для диспергирования. Из камеры 2 рабочая жидкость выдавливается поступающим потоком из канала 10 через винтовые проточки 7, в которых поток закручивается по направлению проточек 7, в сторону отверстия 5 сопла 4. Закрученный поток рабочей жидкости из отверстия 5 и благодаря усечённому конусу 8 вырывается «веерным потоком» на внутренние стенки конденсатосборника. При этом корпусу 1 при помощи патрубка 3 и трубопровода придают поступательное и вращательное движение для покрытия основным слоем всех стенок конденсатосборника. После чего корпус 1 при помощи трубопровода извлекают из конденсатосборника, отсоединяют от трубопровода, промывают растворителем, отсоединяют первое сопло 4 от корпуса 1 (например, при помощи резьбы 9), вставляют в корпус 1 и фиксируют сопло 4 с сердечником 6 для отвердителя. Корпус 1 при помощи патрубка 3 присоединяют (например, резьбой 12) к закрытому трубопроводу (не показан), подающему отвердитель под необходимыми для работы делением и расходом. Осуществляют покрытие основного слоя на стенках конденсатосборника так же, как и основным слоем. После чего оставляют эпоксидное покрытие до отверждения.

По завершению работ устройство промывают от рабочей жидкости и доставляют для ревизии сопла 4 с сердечником 6 в места проверки (например, слесарные мастерские, цех ремонта или т.п.). Остальные элементы конструкции устройства практически не изнашиваются.

Предлагаемое устройство для распыления жидкости позволяет распылять жидкости вязкостью до 140 мПа⋅с за счет исключения перехода между камерой и винтовыми выборками в виде ступеньки, расширить функциональные возможности за счет возможности распыления рабочей жидкости на стенки внутри труб и узких резервуарах, благодаря компактности, при этом обеспечивая стабильное качество распыления весь период работы за счет фиксации сердечника в сопле.