CS198492B1 - Rozprašovací zařízení - Google Patents

Description

Vynález ee týká rozpraěovaoího zařízení, které se uplatní v tepelné technice a v průmyslových odvětvíoh, kde ee vyžaduje dokonalé rozprašování anebovytváření eměsi nejrůznějších materiálů, například u topenišť, vchemickém průmyslu a podobně.

Je známo rozprašovací zařízení, viz například britský patent č. 1 210 699, které je opatře no válcovou vířivou komorou še souosou válcovou tryskou propojenous komorou, jejíž délka je značně vštší, než její průměr. Na výstupu trysky je malá faseta. Vířivou komorou a tryskou prochází v uvedeném pořadí trubka, určená k přívodu rozprašovaného materiálu. Výstupní část trubky je opatřena otvory, které ee mohou malézat pouze uvnitř zmíněné fasety, zatím 00 Vnější čelní plooha výstupní čáeti trubky je upravena v jedné rovině e tryskou.

Do válcové vířivé komory ee tangenciálně k jejímu povrehu přivádí rozprašovací plyn, který ee tím uvádí do otáčivého pohybu. Během svého pohybu podél oey přístroje proudí rozpraěovaoí plyn do trysky a odtud do okolního prostoru uvedeného přístroje. Při přeohodu rozprašovacího plynu z vířivé komory do trysky náhle se zvětšuje stupeň Jeho otáčení, a to působením značného zúžení trysky vůči průměru vířivé komory. Dosáhne takovou velikost, že ee y trysce vyvolávají akustické kmity. Při zavádění rozprašovaného materiálu do fasety vnější čelní ploohy trysky způsobují tyto kmity, jeho jemnější rozprášení a pak dále, při výstupu šměei z trysky kvalitativnější vytváření směsi.

i

U provedení přístroje e určitými vnějšími rozměry a při určitýoh průchozích množstvích

198 492

188492 rozprašovaefho plyntt4 fedyž velikost~konstrukčních rozměrů přístroje Je zvolena b optimálními poměry, se věak dosáhne maximálnf výkon vysílaných zvukových kmitů, který u přístroje, o kterém je řeč, nemůže být vytvořen vy ěěí, pro zvláštnost-dynamických jevů Uplynů, která v něm probíhají. Tím, že vnějěí koneo trubky je v jedné řadě s vnějěí Selní plochou trysky, se mimo to mění poměry proudění plynu v prstencové mezeře trysky, oož vede k dodatečným ztrátám rozprašovaného materiálu, přičemž energie potřebná k dopřednámu pohybu působí ve směru prstencová mezery a zmenšuje velikost energie zvukových kmitů, vyvolanýoh v trysce.

Účelem předloženého vynálezu je odstranění zmíněných nedostatků. Úkolem vynálezu je vytvořit takovou konstrukoi rozprašovacího přístroje, která by umožnila značně zvýšit výkon vyvolávanýoh zvukových kmitů u rozpraěovaoího plynu.

Tato úloha je řešena tím, že rozprašovací přístroj opatřený válcovou vířivou komorou, která způéobuje zvukové kmitáni, má trysku ke zvětšování stupně otáčení a trubku, která koaxiálně probíhá komorou a tryskou do rozpraěovaoího pásma rozprašovaného materiálu jí přiváděného, podle vynálezu má druhou komoru, která představuje resonátor zvukových kmitání, která odpovídají zvukovým kmitáním rotujícího* rozprašovaoího proudu plynu a která napojuje vstupním otvorem na čelní ploohu trysky, zatím oo výstupní část trubky podstatně vyčnívá z trysky a vstupním otvorem vyčnívá do uvedená druhá komory, ve která se rozprašuje přivedený materiál.

Toto konstrukční provedení rozprašovacího přístroje umožňuje značně zvýšit výkon vytvářených zvukových kmitání u proudu plynu rozprašovače.

Je účelná druhou komorou vytvořit ve tvaru akustického resonátoru *£/4.

Tím se vytvoří optimální podmínky pro zesílení akustiokáho kmitání odpovídajíoí harmonické.

Tato druhá komora se vytvoří ve tvaru váloe, jehož průměr je několikanásobně větší, než průměr trysky.

Toto poskytuje možnost, hydrodynamická a akustické charakteristiky druhá komory a trysky, ve kterýoh se vytváří zvuková kmitání, navzájem uvést do souladu.

Délku druhé komory je třeba vytvořit stejnou nebo větší, než je její průměr.

Toto umožňuje maximální soustředění zvukové energie v jednom směru a zároveň dosažení jejího maximálního zesílení.

Při tom se výstupní část trubky opatří průchozími otvory anebo rozprašovacím tlakovým hrdlem.

Toto přispívá ks kvalitnějšímu rozprašování materiálu odváděného z trubky a ke kvalitnějšímu vytváření směsi.

V následujícím bude předložený vynález blíže vysvětlen pomocí konkrétního příkladu provedení pomooí připojeného vyobrazení, kde představují:

Obr. 1 : Sohematioká znázornění podélného řezu rozprašovacím přístrojem podle vynálezu,

Obr. 2 : Ve schematickém znázornění příčný řez vířivou komorou v konkrétní obměně provede3

198 492 ní vynálezu, e tangenciálním přiváděním rozprašovacího plynu podle vynálezu,

Obr. 3 < Ve schematickém znázornění část druhé komory společně s výstupní částí trubky probíhající koaxiálně vířivou komorou a tryskou, v případě že výstupní část trubky je opatřena rozprašovacím tlakovým hrdlem podle vynálezu.

Rozprašovací přístroj podle vynálezu má válcovou vířivou komoru £ (obr. 1), k otáčení rozprašovacím proudem plynu a trysku £, ve které se jeho stupeň otáčení zvětšuje, což vede k vytváření akustických kmitání. Na trysku £ se napojuje druhá komora £, ve které se zesilují zvuková kmitání získaná v trysce £.

Soustředně k vířivé komoře 1, trysce £ a druhé komoře £ je umístěna trubka na přivádění rozprašovaného materiálu na místo jeho zavádění do druhé komory £.

Za účelem vytváření optimálních podmínek pro otáčení rozprašovacího proudu plynu je vnitřní plocha £ vířivé komory £ vytvořena válcovitě. Podle dalších podmínek kladených na zařízení, může být tvar vnitřní ploohy £ vířivé komory £ vytvořen také jinak. Vířivá komora £ je s tryskou 2 ve spojení pomooí otvoru £. Je žádoucí, přechodová místa od vířivé komory £ k trysce £ zakulatit, za účelem zmenšení hydrodynamických ztrát. Přechod od válcové vnitřní plochy £ vířivé komory 1 k trysce £ může též být proveden křivočaře, rovněž za účelem zmenšení hydrodynamických ztrát a zlepšení hydrodynamických poměrů při proudění otáčeného rozprašovacího proudu plynu. Tryska £ má čelní plochu £.

Vnitřní plocha 8 trysky 2 je provedena válcově souosé s vířivou komorou £. Délka L·^ trysky £ se provede v poměru asi 0,7 až 5,0 násobné výšky L_g vířivé komory £. S těmito rozměry se dosáhne optimální akustické spřažení mezi objemy vířivé komory £ a trysky £.

S touto délkou trysky £ se mimo to vytvoří stacionárně zatočený rozprašovací proud plynu, což přispívá k vytvoření stacionárních zvukových kmitání. Průměr P₂ trysky £ se volí v přísném poměru k průměrům Dj vířivé komory 1 a D^ tangenciálního vstupního hrdla £, jestliže tangenciální zavádění rozprašovacího plynu k válcové vnitřní ploše £ se provádí tangenciálním hrdlem 9 (obr. 2). Tento poměr se označuje za geometrickou charakteristiku rozprašovacího přístroje, která je rozměrovou veličinou a je vyjádřena matematickou závis^loetí R . r_ft ^rb² kde znamenají:

A geometrickou charakteristiku rozprašovacího přístroje

B poloměr vířivé komory £, přičemž D, r poloměr trysky 2, přičemž r rb poloměr průřezu tangenciálního vstupního hrdla 9, D přičemž r, 3 .

Velikost geometrické charakteristiky A rozprašovacího přístroje se volí dosažením jeho neJpřísnivějších provozních podmínek. Pokusně bylo zjištěno, že Je zapotřebí u zařízení asi 27 až 32 velká geometrioká charakteristika A při vytváření zvukového kmitání s frekvencí asi 3,0 až 6,0 kHz pro dosažení jeho nejvyššího výkonu.

Vnitřní plocha 10 druhé komory £ Je rovněž vytvořena válcovitě, za účelem dosažení její optimální hydrodynamioké charakteristiky. V uvedeném vyobrazení na obr. 1 je zadní povrch 11 druhé komory £ proveden parabolicky. Může však také být proveden ve tvaru roviny nebo kužele. Druhá komora £ má vetupní otvor ££.

Za použití reeonančního principu druhá komora £ slouží k zesilování zvukových kmitání vytvářených v trysce £. Druhá komora £ proto představuje resonátor. Napojením jejího vstupního otvoru 12 na čelní ploohu £ trysky £ se způsobí náhlé zesílení zvukovýoh kmitání asi o 25 až 30 %. To se stává působením resonance vlastní frekvence objemu druhé komory £ a frekvence harmonické zvukovýoh kmitání vycházejících z trysky £. V táto souvislosti Jsou ’ rozměry druhé komory £ voleny podle podmínky zesilování konkrétní harmonické zvukových kmitání vycházejících z trysky £. Druhá komora £ je tedy třetí akustický objem po vířivé komoře £ a trysce £. Při urči.tém prosažení rozprašovacího plynu a stále stejných geometrických rozměrů přístroje se určí základní frekvence vycházejících akustických kmitání. Podle toho tako se přesně určí rozměry druhé komory £. Délka druhé komory £ akustiokého resonétoru se vypočítá ze známého vzorce :

f = ^a , kde znamená :

4L₃ f resonanční frekvenci zvukových kmitání a rychlost zvuku ve vystupujícím otáčejícím se proudu rozprašovacího plynu

Ii^ délku druhé komory £, která představuje resonanční komoru zvukových kmitání.

Průměr P₄ druhé komory £ se volí podle podmínky velikoeti otvoru na výstupu z trysky £, jakož i na osové rychlosti otáčejícího ee proudu plynu, t.j. na jeho prosazení. Při malýoh úhlech proudového otevření je průměr D^ druhé komory £ menší, při velkých je větší.

Maximální zesílení zvukovýoh kmitání druhé komory £ nastane tehdy, když poměr průměru P₄ druhé komory £ k průměru Dg trysky £ je asi 1,2 « 4,5.

Protože druhá komora £ představuje akustioký resonátor, musí splňovat všechny ty požadavky, které jsou kladeny na akustický resonátor. Tak například její délka L^ může být dělitelná čtvríovou délkou vlny zvukovýoh kmitání otáčejícího se proudu rozpraěovaoího plynu, t.j. druhá komora £ může představovat A, /4 resonátor. Mimo to musí vyhovovat následující podmínoe: Její dálka musí být rovná nebo větší, než průměr D^. Vstupní část trubky £ je pomocí otvoru 13 ve spojení s rourou 14. která do ní přivádí rozprašovaný materiál.

Povroh 15 trubky £ je po oelá déloe vytvořen válcovitě. Trubka £ pomocí pouzdra 16. které slouží k soustřednému umístění trubky £ uvnitř vířivá komory £, trysky £ a druhé komory £, je spojena s rourou 14. Dále na vnější ploše 17 pouzdra 16 jsou vytvořeny šroubovité drážky 18 k přivádění rozprašovacího plynu z roury 19 do vířivá komory £ na vnější ploše pouzdra 1Ž. čímž se za účelem tangenciálního zavedení rozpraěovaoího plynu do vířivé komory £ tento uvede do otáčení.

198 492

Výstupní část trubky 4 je na vnější čelní straně uzavřena trubkovým uzávěrem 20. který ve znázorněném příkladu provedení zařízení je vytvořen kuželovité. Trubkový uzávěr 20 má otvory 21 k vyvádění rozprašovaného materiálu. Na válcové ploše 15 výstupní části trubky 4 jsou rovněž umístěny průchozí otvory 22 k vyvádění rozprašované látky, které mohou být uspořádány ve více řadách. Mimo výtokových otvorů 21 a 22 výstupní část trubky 4 může být opatřena rozprašovacím tlakovým hrdlem 23. jak znázorňuje obr. 3, které má výstupní kužel 24 s úhlem otevření asi 20 až 160° a šroubovitou vložku 25 k otáčení rozprašovaným materiálem. Při změně vzdálenosti mezi osou otvorů 22 a výstupním průřezem druhé komory £ se mění jakost rozprašování, jakož i provozní bezpečnost přístroje a spolehlivost tvorby směsi. Nejlepší provoz celého rozprašovaoího přístroje je, když vnější průměr D^ trubky 4 je 0,30 až 0,85 násobkem vnitřního průměru Dg trysky £.

Rozprašovaný materiál proudí ve směru šipky A do roury 14. která má dostatečně velký průměr Dg, který je zapotřebí ke zmenšení jejího hydrodynamického odporu. Z roury 14 přichází rozprašovaný materiál otvorem 13 do trubky 4, kterou se pohybuje k výstupním otvorům 21 a 22. a těmi ve tvaru tenkých paprsků se dostává do druhé komory £. Při vytékání rozprašovaného materiálu z otvorů 21 a 22 se tento předem zdrohní v proudu rozprašovaoího plynu jako výsledek rozepnutí se tohoto proudu při jeho pohybu do prostoru druhé komory £. Rozprašovací plyn se přivádí do roury 19 ve směru šipky B, která má dostatečně velký průměr D_?, který je zapotřebí ke zmenšení hydrodynamických ztrát. Z roury 19 přichází rozprašovací plyn do závitových drážek £8, kde přichází do otáčivého pohybu a pak je přiváděn tangenciálně do vířivé komory 1. Ve vířivé komoře 1 se stabilisuje stav proudění otáčejícího se proudu rozprašovacího plynu. Z vířivé komory 1 přichází otáčející se proud rozprašovacího plynu do trysky 2, kde se silně zvětšuje rychlost jeho otáčivého nohybu. Dosahuje takové velikosti, že v trysce 2 vznikají akustická kmitání. K tomu dochází střídavým účinkem otáčejícího se proudu rozprašovaoího plynu opouštějícího trysku 2 a zpětného proudu vstupujícího do trysky £ z okolního media, t.j. vytvářením silného oodtlaku na výstupu z trysky 2. Budiž poznamenáno, že podtlak, i když v daleko nepatrné velikosti, vzniká již ve vířivé komoře 1. Z trysky 2 přichází akusticky vytvořený proud rozprašovaoího plynu do druhé komory £, jehož vlastní frekvence souhlasí se zvukovou frekvencí otáčejícího se proudu rozprašovacího plynu, V této komoře se proud rozprašovacího plynu obrací a přitlačuje se na její vnitřní plochu, přičemž při svém pohybu kolem osy druhé komory £ a podél této osy se dotýká tohoto povrchu. Vytvoření takovýchto plynově dynamických jevů umožňuje zesílit zvuková kmitání rotujícího proudu *

rozprašovaoího plynu výskytem následujících účinků. Nejprve zesilování ve druhé komoře £ nastává vlivem vyskytující se resonance mezi akustickými kmitáními vyskytujícího se proudu rozprašovaoího plynu a vlastní frekvencí druhé komory £. Dále ve druhé komoře £ vznikající reflexní a překrývací podmínky zvukových vln poskytují možnost, je zesilovat a mimo to koncentrovat v určitém směru. Nepřihlížeje k tomu, spolupůsobení otáčejícího se proudu rozprašovacího plynu opouštějícího druhou komoru £ s proudem media vstupujícím do druhé komory £, obklopujícího rozprašovací přístroj, má vliv na zesílení zvukového kmitání.

Uvnitř druhé komory £ se otáčející proud rozprašovacího plynu s v ní zesílenými akustio kými kmitáními působí na paprsky rozprašovaného materiálu, které vytékají z otvorů 21 a 22

198 492 výstupní části trubky 2» ^a rozprašuje je. Rozprašující účinek se ještš zesiluje proto, protože rotující a akusticky vzbuzený proud rozprašovacího plynu působí na paprsky rozprašovaného materiálu v tom okamžiku, když již spolu nesouvisejí, ale představují proud jednotlivých částeček, t.j. v tomto případě jsou dále rozmělňovány. K tomu přispívají geometrioké rozměry druhé komory J, která umožňují vytvoření dostatečné vzdálenosti k předběžnému zdrobnění paprsků při jejich pohybu od otvorů 22 k povrchu 10 druhá komory 2· Vlivem určité a postačující vzdálenosti L^ mezi paprsky vytékajícími z otvorů gl a 22 a výstupním průřezem druhá komory 2 ^se vytvoří podmínka pro kvalitativní předběžná vytvoření směsi s velkou dispsrsností částeček a s jejioh rovnoměrným rozdělením v průřezu paprsku. Právě toto je zapotřebí při použití rozprašovacího přístroje podle vynálezu v těch technologických přístrojích, kde musí být prováděno kvalitativní dispergování a vytváření směsi.

Právě kvalitativní dispergování a vytváření směsi je například zapotřebí při spalování paliv v hořákových zařízeníoh. Proto rozprašovaoí přístroj podle vynálezu může nalézt použití u různých druhů hořákových zařízení, především při spalování tekutých nebo plynných druhů paliv.

U takovýchto konstrukcí je palivo a oxydační prostředek přiváděn do spalovací komory ve formě předem zpracovaná směsi. Předběžné smíchávání je jeden z nejúčinnějších postupů k intensifikaci spalovaoího prooesu.

Předložený rozprašovaoí přístroj podle vynálezu má tu výhodu, že podál osy přístroje konoentrovaná zvuková energie poskytuje možnost, nepřihlížeje ke kvalitativnímu vytváření směsi, vytvářet paprsek směsi vystupující z přístroje tvarově potřebný.

Mimo to proudění sekundárního vzduchu, které obklopoje rozprašovací přístroj zvenčí, přispívá k účinnému spalování, tím že vytváří potřebné směsi pro dokonalé spalování paliva a poskytuje přídavnou spalovací oblast.

Vedle tohoto účinku, proudění sekundárního vzduchu navío ochlazuje podle vynálezu provedený rozprašovaoí přístroj, oož umožňuje jeho použití za vysokoteplotních a agresivních podmínek topenišť, například chemických zařízení.

Claims (4)

1. Rozprašovaoí zařízení, obsahující válcovou vířivou komoru, v níž začíná otáčení proudu rozprašovacího plynu, která vede ke vzniku zvukovýoh kmitů, trysku ke zvětšení stupně otáčení a trubku, procházející soustředně komorou a tryskou do rozprašovaoího pásma rozprašovaného materiálu přiváděného trubkou, vyznačená tím, že má druhou komoru (3), představujíoí resonátor zvukovýoh kmitů, odpovídajících otáčejícímu se proudu rozprašovaoího plynu,, se vrupním otvorem (12), shodným s výstupním otvorem z trysky (2), v níž je umístěna konoová část trubky (4).

2. Rozprašovaoí zařízení podle hodu 1, vyznačená tím, že druhá komora (3) má tvar váloe, jehož průměr (D^) je 1,2 až 5 násobek průměru (Dg) trysky (2).

198 492

3. Rozprašovací zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že délka druhé komory (3) Je 1,2 až 5 násobek jejího průměru.

4. Rozprašovací zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že koncové část trubky (4) má průchozí otvory (21, 22).