<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Tuyères de pulvérisation de liquides.
L'invention se rapporte à des tuyères de pulvérisation, pré- férablement pour combustibles liquides, et elle a pour but d'éta- blir une tuyère de ce genre qui fonctionne de manière à produire une bonne pulvérisation pour une gamme étendue de débits de liquide.
Dans la technique de la combustion, appliquée par exemple aux turbines à gaz tant pour les moteurs à réaction destinés à la propulsion des avions que pour les moteurs servant à la propulsion des automotrices de chemin de fer et des navires, le fonctionnement sur une gamme étendue a été sérieusement entravé par un manque d'uni- formité du débit d'une tuyère à combustible déterminée sur la gamme de fonctionnement désirée. En général les tuyères à combustible étaient du type à injection solide où un tourbillon est produit dans une chambre de tourbillonnement et où le fluide sort d'un
<Desc/Clms Page number 3>
orifice sous forme d'une mince feuillle conique, pour se briser ultérieurement en gouttelettes très fines.
Différentes variantes de cette tuyère type ont été employées, ces variantes comprenant une combinaison de grandes et de petites chambres de tourbillon- nement et leurs éléments de tourbillonnement correspondants, des rainures de tourbillonnementde surface variable commandées par la pression du fluide et des tuyères à flux de retour dans lesquelles une partie seulement du fluide qui pénètre dans la chambre de tourbillonnement quitte 1.'orifice. Chacune de ces variantes possè- de ses applications propres et cependant aucune d'elles ne con- vient particulièrement aux bas régimes ou à une gamme de débit extrêmement étendue.
Bien que la tuyère ordinaire donne de bons résultats à hau- te pression, du fait qu'elle est limitée seulement par la pro- priété que sa décharge varie suivant la racine carrée de la diffé- rence des pressions, elle est limitée aux faibles pressions par la faible vitesse d'écoulement dans la chambre de tourbillonnement, qui a pour résultat d'imprimer au jet sortant de l'orifice une inertie insuffisante pour vaincre l'effet de la tension super- ficielle tendant à maintenir le liquide sous forme d'une bulle.
D'autre part, les tuyères ordinaires de pulvérisation à air sont plus efficaces lorsque l'inertie du jet de combustible est faible\ Bien que les tuyères du type à pulvérisation à air soient efficaces pour des débits descendant jusqu'à zéro, elles ont une limite supérieurede fonctionnement, car lorsque le débit de combustible augmente, l'inertie du jet de combustible devient finalement trop élevée pour que l'air puisse assurer une bonne pulvérisation.
L'invention (pour objet une tuyère où un liquide,, tel qu'un combustible liquide, animé d'un mouvement de tourbillonnement est envoyé à travers un orifice, tandis'qu'un agent gazeux, tel que de l'air, est amené pour être déchargé d'un orifice annulaire situé immédiatement en aval de l'orifice de liquide et est de
<Desc/Clms Page number 4>
préférence dirigé radialement vers l'intérieur et en aval par rapport à l'axe de ce dernier, de telle sorte que l'agent gazeux est déchargé comme un jet annulaire autour du jet qui sort de l'orifice à liquide et provoque la pulvérisation du liquide aux faibles débits de ce dernier et favorise la formation d'une feuil- le conique uniforme aux débits plus élevés.
De préférence, l'agent gazeux, tel que l'air, amené à l'orifice annulaire, est également animé d'un mouvement de tourbil- lonnement qui lui est communiqué pour que l'agent gazeux sortant par l'orifice annulaire tende àdécrire une nappe'ayant la forme d'un hyperboloïde de révolution immédiatement au-delà de l'orifice, cette nappe d'agent gazeux entourant la nappe adjacente de liquide sortant de 1?orifice à liquide, de telle sorte que comme les nappes de liquide et d'agent gazeux sont à proximité immédiate l'une de l'autre, elles sont soumises à un mélange intime et le liquide est ainsi atomisé finement et uniformément.
L'invention permet d'obtenir ainsi une tuyère qui combine les bons éléments de chacun des deux types de tuyères dans la gamme où le type considéré est le plus efficace. Dans la tuyère per- fectionnée, on obtient une pulvérisation complète.dans toute la gamme de fonctionnement allant jusqu'à un débit nul. Dans la . tuyère on-emploie deux fluides- l'air et le combustible- tous deux sous pression, et la construction est telle que le combus- tible liquide est soumis à une pulvérisation sous pression par tourbillonnement et une pulvérisation par l'air, la pulvérisation par,tourbillonnement étant efficace, lorsque la pression est suffisamment élevée, et la pulvérisation par l'air assurant la pulvérisation du combustible aux basses pressions et augmentant la pulvérisation à toutes les pressions.
L'invention ressortira mieux de la description donnée ci-dessous'de plusieurs formes d'exécution préférées, représentées à titre d'exemples sur les dessins annexés.
Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale de l'une des formes d'exécution du nouveau pulvérisateur;
<Desc/Clms Page number 5>
Fig. 2 est une vue de détail en coupe suivant la ligne II-II de la Fig. 1;
Fig. 3 est une coupe à grande échelle plus détaillée ;
Fig. 4 est une vue schématique montrant à titre comparatif le fonctionnement du nouveau pulvérisateur et du pulverisateur usuel dans différentes conditions; et
Fig. 5 est une vue semblable à la Fig. 1, mais montrant une autre forme d'exécution du pulvérisateur.
Le dessin montre un pulvérisateur 6 pourvu d'un passage 7 d'admission du liquide, par exemple un combustible liquide, qui doit être déchargé pa.r un orifice , et d'un passage 9pour l'ad- mission d'un agent gazeux, tel que l'air, à un orifice annulaire 10, en un courant dirigé radialement vers l'intérieur par rapport à l'axe de l'orifice 8. Comme l'orifice annulaire 10 pour l'agent gazeux est situé immédiatement en aval de l'orifice 8 pour le liquide, l'agent gazeux se décharge en un courant annulaire au- tour du jet liquide et en contact intime avec ce dernier, pour effectuer la pulvérisation du liquide ou la seconder, ainsi qu'il sera exposé plus complètement ci-dessous.
Comme le montre la Fig. 1, la construction du pulvérisa- teur comprend un corps 11 pourvu de l'orifice à combustible 0 et un chapeau 12 coopérant avec ce corps pour former l'orifice d'air annulaire 10. Llne pièce 14 comporte une chambre d'admission 15 pour le combustible liquide amené par le passage '1 et une chambre d'admission 16 pour l'air amené par le passage 9. Le corps 14 presente un alésage 17 qui s'ouvre dans la chambre d'admission
15 du liquide et est situé dans le prolongement axial de l'orifice
8 avec lequel communique son extrémité conoldale 18.
Un noyau 19 est disposé dans l'alésage et présente une partie 20, en forme de disque ou de bride, coopérant avec l'extrémité conoldale de l'alésage pour former une chambre dé tourbillonnement conoldale
21 dont le sommet s'ouvre dans l'orifice 8.
<Desc/Clms Page number 6>
Le liquide par exemple du combustible liquide, est amené à l'alésage 17 et circule à travers les passages inclinés 22 de manière à pénétrer en tourbillonnant dans la chambre de tourbil- lonnement 21. En circulant le long de la paroi convergente de la chambre de tourbillonnement vers l'orifice, l'action giratoire tend augmenter la vitesse de tourbillonnement dans le liquide qui se rapproche de l'orifice et y pénètre. De préférence, les passages inclinés ou hélicoïdaux 22 sont pourvus de rainures découpées dans la périphérie de la partie en forme de bride ou de disque 20 et couvercles par la paroi de l'alésage. En d'autres termes, les éléments hélicoïdaux 23, qui délimitent les rainures, ressemblent à des filets de vis carrés ou trapézoïdaux, comme c'est représenté plus en détail sur la Fig. 3.
En amont du disque ou de la bride 20, le noyau 19 présente une partie cylindrique 24 coopérant avec l'alésage pour former un passage annulaire 25 amenant le liquide aux extrémités d'entrée des passages hélicoïdaux 22. De préférence, l'extrémité arrière du no/yau présente une partie polygonale 26 dont les angles s'appliquent contre l'inté- rieur de l'alésage, la partie polygonale coopérant avec le disque ou la bride pour maintenir le noyau dans l'axe de l'alésage comme c'est indiqué sur la Fig. 2. De préférence, le noyau est maintenu en place axialement dans l'alésage au moyen d'un ressort 27 s'ap- puyant contre son extrémité arrière.
Le chapeau 12 coopère aussi avec le corps pour former une chambre annulaire complètement dégagée 28, une chambre annu- laire 29 et un passage conique annulaire 30 aboutissant à l'orifice annulaire 10. Comme c'est représenté, le chapeau 18 est vissé en 13 au corps 11, et une rondelle 13a limite la position du chapeau lorsqu?on.le visse, de manière à donner au passage conique 80 une largeur convena/ble. Le corps est pourvu d'un ou de plusieurs passages 31 pour conduire l'air de la chambre d'admission 16 dans la chambre dégagée 28. La cavité intérieure du chapeau présente une partie cylindrique 32 qui entoure la chambre annulaire 29
<Desc/Clms Page number 7>
et à. l'intérieur de laquelle est situé le rebord 33 du corps.
Des passages inclinés 34 sont ménagés dans ce rebord pour commu- niquer un mouvement de tourbillonnement à l'air allant de la chambre 28 dans la chambre 29.
Les divisions des courants dirigés obliquement ou hélicoï- dalement sortant des pa,ssages se réunissent ou se stabilisent dans la chambre annulaire 29 pour former un courant unique d'air en tourbillonnement pénétrant dans le passage conique 30, où par suite du rayon de tourbillonnement progressivement décroissant du flux, l'effet de tourbillonnement augmente par l'action giratoire.
Les passages inclinés 34 impriment une inertie angulaire à l'air à l'intérieur du passage d'air en avant de l"orifice d'air 10 de telle sorte que l'air qui sort de l'orifice annulaire tend à se développer suivant une nappe ayant la forme d'un hyperboloïde de révolution, immédiatement au-delà de l'orifice. Cette nappe d'air enveloppe la nappe de liquide qui sort de l'orifice 8 et est adjacente à cette nappe liquide.
Les nappes d'air et de combus- tible étant ainsi immédiatement adjacentes se mélangent intimement, entre elles, et comme l'air est généralement animé d'une vitesse plus grande que les particules liquides, il contribue notablement à la formation d'une mince nappe de liquide qui persiste sur une très courte distance au-delà de l'orifice à liquide avant que ne se produise la pulvérisation complète.
Le tourbillonnement du liquide peut sefaire dans le sens contraire de celui de l'air, mais de préférence ils sont de même sens comme c'est représenté de manière à assurer la transmis- sion la plus efficace du mouvement angulaire de l'air au combus- tible.
Sur la Fig. 5,- la disposition est à peu près la même que sur les Figs. 1, 2 et 3,sauf que le dispositif qui imprime un mouvement de tourbillonnement à l'air est supprimé. Dans cette forme d'exécution de l'invention, le chapeau 12a coopère avec le corps pour former une chambre complètement libre 28a qui s'ouvre
<Desc/Clms Page number 8>
dans le passage conique annulaire 30a aboutissant à .l'orifice annulaire--'.10. '
Pour de faibles débitde combustibles, le combustible qui
S'échappe en un fin brouillard par l'orifice dé tourbillonnement pulvérisateur central 8, est entraîné par le courant d'air sortant de l'orifice annulaire 10 pour former un mince jet pulvérisé.
Comme la pression du combustible augmente et qu'il se forme une nappe conique divergente de combustible à l'orifice de tourbillonnement, le jet d'air annulaire qui s'échappe continue à favoriser la pulvérisation. Lorsqu'il s'agit de grands débits, de combustible, comme le jet d'air est annulaire, il ne rompt pas la nappe conique de combustible qui s'est établie, mais il favorise la formation d'une nappe conique uniforme, l'air prenant part à la réaction de la combustion.
De ce qui précède il ressort que la tuyère perfectionnée comporte deux systèmes de fluide, ayant chacune un mouvement de tourbillonnement de son fluide. Le liquide qui quitte l'orifice 8 et l'agent gazeux qui sort de l'orifice annulaire 10 forment chacun une nappe qui constitue en substance un hyperbolol- de de révolution. Si l'orifice d'air ou d'agent gazeux est établi concentriquement à 1 orifice de combustible ou de liquide et immé- diatement en aval de ce denier, les deux nappes de fluide sont maintenues en contact intime avec l'air ou l'agent gazeux si- tué à l'extérieur.
La plus grande vitesse de l'agent gazeux et la grande composante angulaire qui en résulte à l'orifice de so- tie de l'agent gazeux, maintiennent la nappe liquide ouverte en tout temps, même, lorsque la rotation imprimée au liquide par l'élément de tourbïllonnement du liquideestInsuffisante à elle seule pour vaincre la tension superficielle du liquide et empêcher l'affaissement de cette nappe liquide à l'état de bulle. Pour tous faibles débits de liquide supérieurs au débit minim@m d'air ou d'agent gazeux, le jet remplit un cône solide, où la densité du liquide est plus élevée près de l'extérieur. Des débits plus
<Desc/Clms Page number 9>
élevés d'agent gazeux donnent lieu à une densité plus uniforme du liquide dans chaque section transversale, ainsi qu'à une pul- vérisation plus fine et un angle de conicité plus faible.
Lorsque la décharge du liquide se fait à des débits élevés, le jet devient plus creux et se rapproche du jet de lat@yère de pul- vérisation à simple tourbillonnement de liquide, et bien que le jet annulaire d'agent gazeux ne serve pas à rompre la nappe liquide conique pour des débits de liquide aussi élevés, il favorise néan- moins la formation d'une nappe conique uniforme et si le liquide est un combustible et l'agent gazeux de l'air, cet air prend part à la réaction de la combustion.
L'action coopérante des orifices de liquide et d'agent gazeux ressort des vues schématiques de la Fig. 4 qui sont établies d'après des photographies prises lors des essais comparatifs du pulvérisateur perfectionné désigné par A et d'un atomiseur ordi- naire à tourbillonnement du liquide désigné par B.
Les pressions employées sont consignées dans le tableau ci-dessous:
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
<tb> Essai <SEP> n <SEP> Pulvérisateur <SEP> Pression <SEP> du.liquide <SEP> Pression <SEP> de <SEP> l'a@@
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> , <SEP> kg/cm <SEP> kg/cm2
<tb>
EMI10.2
--------------------------------------------------------------------
EMI10.3
<tb> 1 <SEP> A <SEP> 0,14 <SEP> 0,28
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0,14
<tb>
EMI10.4
---------------------------------------------------------------------
EMI10.5
<tb> 2 <SEP> A <SEP> 0,21 <SEP> 0,28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0,21
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> A <SEP> 0,28 <SEP> 0,28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0,
28
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ---------------------------------------------------------------------
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> A <SEP> 0,35 <SEP> 0,28
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0,35
<tb>
EMI10.6
------------------------------------------------------------------
EMI10.7
<tb> 5 <SEP> A <SEP> 0,42 <SEP> 0,28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0,42
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> A <SEP> 0,49 <SEP> 0,28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0,49
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> A <SEP> 0,56 <SEP> 0,28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0,56
<tb>
<tb>
<tb> ---------------------------------------------------------------------
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> A <SEP> 0,63 <SEP> 0,28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0,63
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> A <SEP> 0,84 <SEP> 0,
28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0,84
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> A <SEP> 1,4 <SEP> 0,32
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 1,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> A <SEP> 7 <SEP> 0,39
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 7 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> A <SEP> 14 <SEP> 0,53
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 14
<tb>
EMI10.8
-----------------------------------------------------------------
Ces essais montrent que le nouveau pulvérisateur est ef- ficace pour des pressions et des débits de liquide très faibles.
Par exemple les essais 1 à 9, inclus, indiquent une bonne pulvéri- sation pour des pressions du liquide de 0,14 à 0,84 kg/cm2 tandis que si on emploie le type ordinaire de pulvérisateur, pour des
<Desc/Clms Page number 11>
basses pressions où la force dynamique est insuffisante pour vain- cre la tension superficielle, le liquide se décharge sous forme de bulles et la production des bulles persiste avec rupture de ces dernières en particules de grosses dimensions.
Le type ordinaire ne commence à devenir efficace qu'à des pressions supérieures à 1,4 kg/cm et, même lorsqu'il est efficace, le jet peut se rayer ou manquer d'uniformité. Dans le pulvérisateur perfectionné, non seulement l'agent gazeux amené par l'orifice annulaire inter- vient efficacement pour produire la pulvérisation du liquide ame- né à des pressions trop basses pour la pulvérisation par tourbillon- nement du liquide, mais il agit encore efficacement pour augmenter la pulvérisation produite par l'action pulvérisante du toubillonne- ment de liquide,, l'agent gazeux tendant à former un jet plus uniè forme et plus finement divisé et à briser ou pulvériser toutes irrégularités ou raies. De même, les essais 10, 11, et 12 Montrent l'action de concentration et de condensation de la nappe d'air.
Les essais, par exemple les essais 1 à 9, inclus, montrent que la plus grande vitesse de la nappe de l'agent gazeux à l'extérieur de la nappe liquide et formée par l'orifice annulaire d'agent gazeux concentrique aux orifices de liquide conjointement avec le grande composante angulaire qui en résulte à l'orifice de l'agent gazeux, maintiennent la nappe liquide ouverte en tout temps, même lorsque la rotation transmise au liquide par l'élément de tourbillonnement du liquide est insuffisante à elle-seule pour surmonter la tension superficielle du liquide et empêcher l'affais- sement de la nappe liquide sous forme de bulle.
Pour tous faibles débits de liquide supérieurs au débit minimum de l'agent gazeux, le jet remplit l'espace d'un cône plein d'un liquide de densité plus grande vers l'extérieur. Des débits plus élevés rendent la densité du liquide plus uniforme dans chaque section transversale et donnent lieu à une pulvérisation plus fine et à un angle de conicité plus faible.
Lorsque la décharge du
<Desc/Clms Page number 12>
liquide se fait à un débit élevé, le jet devient plus creux et se rapproche du jet du pulvérisateur ordinaire. Alors que le pul- vérisat perfectionné dont l'admission de l'agent gazeux a été coupée fonctionne aussi bien que le pulvérisateur ordinaire lors- que la décharge de liquide se fait à un débit élevé, il permet déjà d'obtenir une décharge plus fine et plus régulière pour tous les débits de liquide lorsqu'on n'admet qu'une très faible arrivée de l'agent gazeux. Un débit élevé de l'agent gazeux et un débit élevé de liquide donnent lieu à un jet plein à section centrale conique de densité légèrement plus élevée que la densité moyenne du liquide.
Comme le jet de l'agent gazeux est annulaire, il ne brise pas la nappe liquide établie, mais favorise plutôt la formation d'une nappe uniforme en réduisant en minimum les raies produites par des irrégularités dans 1-'orifice,de liquide.
Bien que l'invention soit, dans son'aspect'le plus large, applicable à la pulvérisation de liquides d'une façon'générale ou ' à la fine subdivision de l'agent liquide nansonmélange avec l'agent gazeux, elle est particulièrement utile dans le domaine de la com- bustion en vue d'assurer la pulvérisation de combustible liquide pour une grande gamme de débits. Pour cette raison, bien que la description qui précède se rapporte plus particulièrement à la pul- vérisation de combustible liquide pour la combustion, il doit être entendu que les principes mentionnés peuvent être appliqués utile- ment à d'autres cas.
EMI12.1
R E V E N D I C A T I O N S
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
<Desc / Clms Page number 2>
Liquid spray nozzles.
The invention relates to spray nozzles, preferably for liquid fuels, and it is an object of the invention to provide such a nozzle which operates to produce good spray for a wide range of liquid flow rates. .
In combustion technology, applied for example to gas turbines both for jet engines intended for the propulsion of airplanes and for engines used for the propulsion of railroad cars and ships, the operation over a wide range was seriously hampered by a lack of uniformity of flow from a fuel nozzle determined over the desired operating range. In general the fuel nozzles were of the solid injection type where a vortex is produced in a vortex chamber and the fluid exits a
<Desc / Clms Page number 3>
orifice in the form of a thin conical sheet, to subsequently break up into very fine droplets.
Different variations of this typical nozzle have been employed, these variations comprising a combination of large and small swirl chambers and their corresponding swirl elements, swirl grooves of variable area controlled by the pressure of the fluid, and flow nozzles. return in which only a portion of the fluid which enters the swirl chamber leaves the orifice. Each of these variants has its own applications and yet none of them is particularly suitable for low speeds or an extremely wide range of flow rates.
Although the ordinary nozzle works well at high pressure, because it is limited only by the property that its discharge varies with the square root of the difference in pressures, it is limited to low pressures. by the low flow velocity in the swirl chamber, which results in imparting to the jet exiting the orifice insufficient inertia to overcome the effect of surface tension tending to maintain the liquid in the form of a bubble.
On the other hand, ordinary air spray nozzles are more efficient when the inertia of the fuel jet is low. Although air spray type nozzles are efficient for flow rates down to zero, they have upper limit of operation, because when the fuel flow increases, the inertia of the fuel jet finally becomes too high for the air to be able to ensure good atomization.
The invention (for a nozzle where a liquid, such as a liquid fuel, driven by a swirling motion is sent through an orifice, while a gaseous agent, such as air, is supplied to be discharged from an annular port located immediately downstream of the liquid port and is
<Desc / Clms Page number 4>
preferably directed radially inward and downstream with respect to the axis of the latter, so that the gaseous agent is discharged as an annular jet around the jet which exits the liquid orifice and causes the atomization of the liquid at low flow rates of the latter and promotes the formation of a uniform conical sheet at higher flow rates.
Preferably, the gaseous agent, such as air, supplied to the annular orifice, is also given a swirling movement which is imparted to it so that the gaseous agent exiting through the annular orifice tends to describe a sheet having the shape of a hyperboloid of revolution immediately beyond the orifice, that sheet of gaseous agent surrounding the adjacent sheet of liquid exiting the liquid orifice, such that as the sheets of liquid and gaseous agent are in close proximity to each other, they are subjected to intimate mixing and the liquid is thus atomized finely and uniformly.
The invention thus makes it possible to obtain a nozzle which combines the correct elements of each of the two types of nozzles in the range where the type considered is the most efficient. In the improved nozzle, complete spraying is achieved over the entire operating range down to zero flow. In the . The nozzle employs two fluids - air and fuel - both under pressure, and the construction is such that the liquid fuel is subjected to vortex pressurized spray and air spray, , swirling being effective when the pressure is high enough, and the air atomizing spraying the fuel at low pressures and increasing the spraying at all pressures.
The invention will emerge more clearly from the description given below of several preferred embodiments, shown by way of example in the accompanying drawings.
Fig. 1 is a view in longitudinal section of one of the embodiments of the new sprayer;
<Desc / Clms Page number 5>
Fig. 2 is a detailed sectional view taken on line II-II of FIG. 1;
Fig. 3 is a more detailed, large-scale section;
Fig. 4 is a schematic view showing for comparison the operation of the new sprayer and the usual sprayer under different conditions; and
Fig. 5 is a view similar to FIG. 1, but showing another embodiment of the sprayer.
The drawing shows a sprayer 6 provided with a passage 7 for the admission of liquid, for example a liquid fuel, which is to be discharged through an orifice, and with a passage 9 for the admission of a gaseous agent. , such as air, to an annular orifice 10, in a flow directed radially inwardly with respect to the axis of the orifice 8. As the annular orifice 10 for the gaseous agent is located immediately downstream from the orifice 8 for the liquid, the gaseous agent is discharged in an annular current around the liquid jet and in intimate contact with the latter, to effect the atomization of the liquid or to assist it, as will be explained more completely below.
As shown in Fig. 1, the construction of the sprayer comprises a body 11 provided with the fuel port 0 and a cap 12 cooperating with this body to form the annular air port 10. The part 14 has an inlet chamber 15 for the liquid fuel supplied through the passage '1 and an intake chamber 16 for the air supplied through the passage 9. The body 14 has a bore 17 which opens into the intake chamber
15 liquid and is located in the axial extension of the orifice
8 with which communicates its conoldale end 18.
A core 19 is disposed in the bore and has a portion 20, in the form of a disc or a flange, cooperating with the conoldal end of the bore to form a conoldal swirl chamber
21, the top of which opens into orifice 8.
<Desc / Clms Page number 6>
The liquid, for example liquid fuel, is supplied to the bore 17 and circulates through the inclined passages 22 so as to enter by swirling into the swirl chamber 21. By circulating along the converging wall of the swirl chamber. swirling towards the orifice, the gyratory action tends to increase the speed of swirling in the liquid which approaches the orifice and enters it. Preferably, the inclined or helical passages 22 are provided with grooves cut into the periphery of the flange or disc-shaped portion 20 and covers by the wall of the bore. In other words, the helical elements 23, which delimit the grooves, look like square or trapezoidal screw threads, as shown in more detail in FIG. 3.
Upstream of the disc or of the flange 20, the core 19 has a cylindrical part 24 cooperating with the bore to form an annular passage 25 bringing the liquid to the inlet ends of the helical passages 22. Preferably, the rear end of the no / yau has a polygonal part 26, the angles of which are applied against the interior of the bore, the polygonal part cooperating with the disc or the flange to keep the core in the axis of the bore like c ' is shown in Fig. 2. Preferably, the core is held in place axially in the bore by means of a spring 27 resting against its rear end.
The cap 12 also cooperates with the body to form a completely clear annular chamber 28, an annular chamber 29 and an annular conical passage 30 terminating in the annular orifice 10. As shown, the cap 18 is screwed on at 13. body 11, and a washer 13a limits the position of the cap when screwed on, so as to give the conical passage 80 a suitable width. The body is provided with one or more passages 31 for conducting air from the intake chamber 16 into the open chamber 28. The interior cavity of the cap has a cylindrical portion 32 which surrounds the annular chamber 29.
<Desc / Clms Page number 7>
and to. the interior of which is located the rim 33 of the body.
Inclined passages 34 are formed in this rim to impart a swirling motion to the air going from chamber 28 to chamber 29.
The divisions of the obliquely or helically directed streams exiting the passes meet or stabilize in the annular chamber 29 to form a single swirling air stream entering the conical passage 30, where as a result of the swirl radius gradually decreasing the flow, the swirling effect increases by the gyratory action.
The inclined passages 34 impart angular inertia to the air within the air passage in front of the air orifice 10 so that the air exiting the annular orifice tends to expand following. a sheet having the shape of a hyperboloid of revolution, immediately beyond the orifice This sheet of air envelops the sheet of liquid which leaves the orifice 8 and is adjacent to this sheet of liquid.
The layers of air and fuel being thus immediately adjacent, mix intimately with each other, and since the air is generally driven at a greater velocity than the liquid particles, it contributes significantly to the formation of a thin slick of liquid that persists for a very short distance beyond the liquid port before complete spraying occurs.
The vortex of the liquid can be done in the opposite direction to that of the air, but preferably they are in the same direction as shown in order to ensure the most efficient transmission of the angular movement of the air to the combustion chamber. - tible.
In Fig. 5, - the arrangement is approximately the same as in Figs. 1, 2 and 3, except that the device which imparts a swirling movement in the air is deleted. In this embodiment of the invention, the cap 12a cooperates with the body to form a completely free chamber 28a which opens
<Desc / Clms Page number 8>
in the annular conical passage 30a terminating in the annular orifice - '. 10. '
For low fuel flow rates, the fuel that
Escapes in a fine mist through the central spray swirl port 8, is entrained by the air stream exiting the annular orifice 10 to form a thin spray jet.
As fuel pressure increases and a diverging conical web of fuel forms at the swirl port, the escaping annular air stream continues to promote atomization. When it comes to large flows, fuel, as the air jet is annular, it does not break the conical web of fuel that has established, but it promotes the formation of a uniform conical web, the air taking part in the combustion reaction.
From the foregoing it emerges that the improved nozzle comprises two fluid systems, each having a swirling movement of its fluid. The liquid which leaves the orifice 8 and the gaseous agent which leaves the annular orifice 10 each form a sheet which constitutes in substance a hyperboloid of revolution. If the air or gaseous agent orifice is established concentrically with the fuel or liquid orifice and immediately downstream of this denier, the two layers of fluid are kept in intimate contact with the air or the liquid. gaseous agent located outside.
The greater velocity of the gaseous agent and the large angular component which results from it at the outlet of the gaseous agent, keep the liquid sheet open at all times, even when the rotation imparted to the liquid by the The swirling element of the liquid is insufficient on its own to overcome the surface tension of the liquid and prevent the collapse of this liquid sheet to a bubble state. For all low liquid flow rates greater than the minimum flow rate of air or gaseous agent, the jet fills a solid cone, where the density of the liquid is higher near the outside. More flows
<Desc / Clms Page number 9>
High levels of gaseous agent result in a more uniform density of the liquid in each cross section, as well as a finer spray and a lower taper angle.
When the liquid is discharged at high flow rates, the jet becomes more hollow and approximates the jet of the single swirling liquid spray nozzle, and although the annular jet of gaseous agent is not used to breaking the conical liquid sheet for such high liquid flow rates, it nevertheless favors the formation of a uniform conical sheet and if the liquid is a fuel and the gaseous agent of air, this air takes part in the reaction of combustion.
The cooperating action of the liquid and gaseous agent orifices is apparent from the schematic views of FIG. 4 which are based on photographs taken during comparative tests of the improved sprayer designated A and an ordinary liquid vortex atomizer designated B.
The pressures used are listed in the table below:
<Desc / Clms Page number 10>
EMI10.1
<tb> Test <SEP> n <SEP> Sprayer <SEP> Pressure <SEP> of.liquid <SEP> Pressure <SEP> of <SEP> a @@
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>, <SEP> kg / cm <SEP> kg / cm2
<tb>
EMI10.2
-------------------------------------------------- ------------------
EMI10.3
<tb> 1 <SEP> A <SEP> 0.14 <SEP> 0.28
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0.14
<tb>
EMI10.4
-------------------------------------------------- -------------------
EMI10.5
<tb> 2 <SEP> A <SEP> 0.21 <SEP> 0.28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0.21
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> A <SEP> 0.28 <SEP> 0.28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0,
28
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ----------------------------------------------- ----------------------
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> A <SEP> 0.35 <SEP> 0.28
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0.35
<tb>
EMI10.6
-------------------------------------------------- ----------------
EMI10.7
<tb> 5 <SEP> A <SEP> 0.42 <SEP> 0.28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0.42
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> A <SEP> 0.49 <SEP> 0.28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0.49
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> A <SEP> 0.56 <SEP> 0.28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0.56
<tb>
<tb>
<tb> ----------------------------------------------- ----------------------
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> A <SEP> 0.63 <SEP> 0.28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0.63
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> A <SEP> 0.84 <SEP> 0,
28
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 0.84
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> A <SEP> 1.4 <SEP> 0.32
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 1.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> A <SEP> 7 <SEP> 0.39
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 7 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> A <SEP> 14 <SEP> 0.53
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 14
<tb>
EMI10.8
-------------------------------------------------- ---------------
These tests show that the new sprayer is effective at very low liquid pressures and flow rates.
For example, tests 1 to 9, inclusive, indicate good spraying for liquid pressures of 0.14 to 0.84 kg / cm2 whereas if the ordinary type of sprayer is used, for
<Desc / Clms Page number 11>
At low pressures where the dynamic force is insufficient to overcome the surface tension, the liquid is discharged in the form of bubbles and the production of bubbles persists with the latter breaking up into large particles.
The ordinary type only begins to become effective at pressures above 1.4 kg / cm3 and, even when effective, the spray can scratch or lack uniformity. In the improved sprayer, not only is the gaseous agent supplied through the annular orifice effectively involved in producing the spray of the liquid at pressures too low for the vortex spraying of the liquid, but it still works effectively. to increase the spray produced by the spraying action of the swirling liquid, the gaseous agent tending to form a smoother and more finely divided jet and to break up or spray any irregularities or streaks. Likewise, tests 10, 11, and 12 show the action of concentration and condensation of the air layer.
The tests, for example tests 1 to 9, inclusive, show that the greater velocity of the sheet of the gaseous agent outside the liquid sheet and formed by the annular orifice of gaseous agent concentric with the orifices of liquid together with the resulting large angular component at the orifice of the gaseous agent, keep the liquid sheet open at all times, even when the rotation imparted to the liquid by the liquid swirling element is insufficient on its own to overcome the surface tension of the liquid and prevent the collapse of the liquid sheet into a bubble.
For all low liquid flow rates greater than the minimum flow rate of the gaseous agent, the jet fills the space of a cone full of a liquid of greater density towards the outside. Higher flow rates make the density of the liquid more uniform in each cross section and result in a finer spray and a lower taper angle.
When the discharge of the
<Desc / Clms Page number 12>
liquid is made at a high flow rate, the jet becomes hollow and approaches the jet of the ordinary sprayer. While the improved spray with which the gaseous agent inlet has been shut off works as well as the ordinary sprayer when discharging liquid at a high rate, it already achieves a finer discharge. and more regular for all liquid flow rates when only a very small inflow of the gaseous agent is admitted. A high flow rate of the gaseous agent and a high flow rate of liquid results in a solid jet with a conical center section of density slightly higher than the average density of the liquid.
Since the jet of the gaseous agent is annular, it does not break the established liquid web, but rather promotes the formation of a uniform web by minimizing the lines produced by irregularities in the orifice of liquid.
Although the invention is, in its broadest aspect, applicable to the spraying of liquids in a general manner or to the fine subdivision of the liquid agent not mixed with the gaseous agent, it is particularly useful. in the field of combustion in order to ensure the atomization of liquid fuel for a wide range of flow rates. For this reason, although the foregoing description relates more particularly to the spraying of liquid fuel for combustion, it should be understood that the principles mentioned can usefully be applied to other cases.
EMI12.1
R E V E N D I C A T I O N S