CS273214B1 - Nozzle for liquids atomization - Google Patents

Description

(57) Tr-yska pro rozprašování tekutin vysokofrekvenční kmitající tlakovou oblastí je opatřena rezonanční komůrkou (7), do které jsou zaústěny přívodní kanálky (3, 5) pro přívod tekutin, přičemž výstupní podélné osy výstupních ústí (4,6) přívodních- kanálků (3,5) spolu svírají úhel (v rozmezí 60° až 180°).

273 214 (11) (13) B1 (51) Int. Cl.⁵

B 01 P'5/02

CS 273 214- B1

Vynález se týká trysky pro velmi jemné rozprašování tekutin, popřípadě pro směšování kapalin a plynů, opatřené nejméně dvěma výstupními otvory pro výstup rozprašované tekutiny, napojenými na přívodní kanálky, jejichž osy se vzájemně protínají.

Směšování a rozprašování tekutin je složitý děj, při kterém dochází k vzájemné výměně hybností částic zúčastněných tekutin a k interakci jejich tlaků a setrvačných sil. Důležitou roli zde hraje velikost tlakové a kinetické energie zúčastněných tekutin a stupeň využití těchto energií.

Při paralelním uspořádání přívodních kanálků se pro směšování a rozprašování tekutin využívá převážně jejich tlakové energie. Při výtoku stlačené tekutiny, například plynu nebo páry, dochází k její expanzi, a tím ke vzájemnému směšování nebo rozprášení, takže se využívá převážně tlakové energie a vlastností turbulentní mezné vrstvy na styčných plochách obou paprsků, kinetická energie se využívá málo.

Proto se u většiny dosud známých trysek používá takových uspořádání přívodních kanálků, aby se vystupující paprsky tekutiny vzájemně protínaly, a tím se více využívala kinetická energie částic obou paprsků. Dosud známé trysky tohoto typu jsou obvykle opatřeny středním kanálkem kruhového průřezu, kterým je zpravidla přiváděna tekutina s větší hustotou, zejména kapalina, například topný olej, nafta, voda, barva a podobně, a kolem něj vystupuje druhý paprsek z kruhové štěrbiny, navazující na přívodní kanálek s komole kuželovými stěnami. Nevýhodou tohoto řešení je potřeba značné energie na rozbití jádra středového paprsku s kruhovým průřezem.

Pro snížení spotřeby energie a jemnější rozprášení tekutin jsou používány také trysky, u kterých jednotlivé paprsky tekutin vystupují z podlouhlých štěrbinových výstupních otvorů, umístěných těsně vedle sebe, přičemž osy paprsku spolu svírají úhel 0° až 4-5°. Tyto štěrbinové přímé trysky mají dobrou účinnost, ale pro některé druhy tekutin a pro určitý stupeň rozprášení nejsou výhodné.

Další skupinu známých trysek představují tak zvané ultrazvukové trysky, opatřené prstencovou rezonanční komorou, do které se přivádí plynná látka nadzvukovou rychlostí; plynná látka se přivádí středovým válcovým kanálkem, na jehož výstupu je usměrňovači těleso s drážkou poloanuloidového tvaru, kterou je proud plynu směrován do prstencové rezonanční komory, do které je také přiváděna vnějším přívodním kanálkem s prstencovým průřezem druhá tekutina, zejména topný olej. Drážkou usměrňovaeího tělesa je proud plynu obracen o téměř 180° do prstencové rezonanční komory. V komoře se přemění celkový tlak plynu na statický tlak; jakmile překročí statický tlak hodnotu tlaku plynu, vyprázdní se rezonanční komora a cyklus se znovu opakuje, přičemž toto periodické vyprazdňování vyvolává kmity a počet vyprázdnění komory za časovou jednotku udává frekvenci zvukového pole.

Jiná známá tryska tohoto druhu je opatřena středovým kanálkem prstencového průřezu pro přívod plynné látky, před jehož ústím je umístěno rezonanční těleso s prstencovou drážkou půlkruhového průřezu, ve které se prstencový paprsek plynu usměrní do téměř opačného směru, ve kterém se střetává s proudem topného oleje, vystupujícím z prstencové štěrbiny, uspořádané kolem středového prstencového kanálku. Při střetu plynu s kapalinou dochází k podobným jevům jako v rezonanční komoře a k ultrazvukovému vlnění, které vyvolá atomizaci kapaliny na velmi jemné částice.

Další známá tryska tohoto druhu, řešená pro použití ve funkci hořáku pro spalování různých paliv včetně směsí kapalných a pevných paliv, popřípadě kalů. a odpadních látek z chemického průmyslu, je opatřena středovým válcovým přívodním kanálkem pro přívod paliva, kolem jehož ústí je uspořádána rezonanční komora prstencového tvaru. Rezonanční komora je vytvořena v oblasti ústí vnějšího přívodního kanálku pro přívod plynu, který je v blízkosti ústí zúžen, aby se dosáhlo urychlení plynu na nadzvukovou rychlost. Na konci vnější stěny vnějšího kanálku je vytvořena usměrcs 273 214 B1 novací příruba, obracející proud plynu ke středu do prstencové rezonanční komory s prstencovým štěrbinovým výstupem, ve které vznikají popisované kmity, přenášející se do proudu kapalného paliva.

Nevýhodou všech těchto ultrazvukových trysek je při jejich dobré účinnosti a dostatečné jemnosti rozprášení obtížná výroba tvarových rotačních tvarů jednotlivých součástí, obtížné čištění' a údržba. U těchto známých trysek vznikají vysokofrekvenční tlaková pole, spojená se vznikem ultrazvukových tlakových vln v širokém rozsahu frekvencí. Konstrukce těchto dosud známých ultrazvukových trysek však neumožňuje zesílení určitých frekvencí, které jsou pro atomizaci daných látek při stanovených tlacích optimální.

Základní nevýhodou těchto známých ultrazvukových trysek je skutečnost, že plyn, který je zdrojem ultrazvukových kmitů, je přiváděn do rezonanční komůrky, zatímco rozprašovaná kapalina je přiváděna mimo prostor rezonanční komůrky, i když do její bezprostřední blízkosti. Ultrazvukové tlakové pole se šíří prostorem do okolí a rozprašuje kapalinu, která je do tohoto prostoru přiváděna, takže stupeň využití energie ultrazvukového pole na rozprášení kapaliny je menší, protože intenzita ultrazvukového pole klesá se čtvercem vzdálenosti. V praxi vzniká často požadavek na možnost volby interakční oblasti, aby se mohla upravovat délka plamene spalovaného paliva, jeho tvar a podobně, což je u známých trysek tohoto druhu obtížné.

Nedostatky těchto dosud známých trysek jsou odstraněny tryskou podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že přívodní kanálky trysky jsou svými výstupními ústími vyústěny přímo do rezonanční komůrky a výstupní podélné osy ústí sousedních přívodních kanálků spolu svírají úhel v rozmezí od 60° do 180°. Podle výhodného provedení yynálezu mají přívodní kanálky výstupní ústí ve formě přímočarých štěrbin, uspořádaných rovnoběžně vedle sebe.

·· Podle dalšího výhodného provedení vynálezu je rezonanční komůrka rozšířena do rezonančních dutin, navazujících přímo na prostor rezonanční komůrky. Před rezonanční komůrkou je v jiném provedení připojen k tělesu trysky usměrňovači nástavec s tvarovanou vnitřní plochou, rozšiřující se plynule směrem od rezonanční komůrky a od osy usměrňovacího nástavce; před rezonanční komůrkou a v odstupu od .ní je popřípadě ještě umístěno nárazové tělísko pro rozrážení proudu rozprášené tekutiny.

Při zvětšujícím se úhlu, který spolu svírají střetávající se paprsky tekutiny, dochází postupně ke vzniku kvalitativně nového děje, který má podstatný vliv na kvalitu směšování a na spotřebu rozprašovaného plynu nebo páry. Při hodnotách tohoto úhlu blízkých 90° dochází k intenzivní výměně hybností částic zúčastněných tekutin a ke vzniku vysokofrekvenčních kmitajících tlakových oblastí, ve kterých vznikají ultrazvukové jevy se širokým rozsahem frekvencí, přičemž vhodnou volbou směrů protínajících se paprsků, velikosti a tvaru rezonanční komůrky a podobně je možno z těchto frekvencí zesílit ty frekvence, které mají na atomizaci použitých druhů tekutin největší účinek. Zesílení zvolených frekvencí je možno dosáhnout také rezonančními dutinami, navazujícími na rezonanční komůrku. Atomizační účinnost trysky podle vynálezu se ještě výrazně zvyšuje usměrňovacím nástavcem a nárazovým tělískem, umístěným ve vystupujícím proudu tekutiny.

Tryskou podle vynálezu se tak dosahuje velmi dobrého rozprášení kapaliny paprskem plynu nebo promíchání různých tekutin při velmi malé spotřebě rozprašovací látky, přičemž je možno dosáhnout dobrých výsledků pro širokou škálu různých plynů a tekutin. Trysku podle vynálezu je možno využít zejména pro rozprašování tekutých paliv, vody a jiných kapalin.

Příklady provedení trysky podle vynálezu jsou zobrazeny na připojených výkresech, kde na obr. 1 je podélný řez prvním provedením trysky, jejíž postranní

CS 273 214- B1 přívodní kanálky svírají se středním kanálkem úhel menší než 90°, na obr. 2 je podélný řez alternativním provedením trysky, jejíž přívodní kanálky spolu svírají úhel 90°, na obr. 3 je podélný řez tryskou, jejíž postranní kanálky pro plyn svírají se středním kanálkem úhel větší než 90° a která je opatřena nástavcem, na obr. 4 je podélný řez tryskou, opatřenou nárazovým tělískem, a na obr. 5 je podélný řez tryskou s jiným tvarem rezonanční komůrky a s rezonančními dutinami.

Tryska podle vynálezu, určená pro rozprašování kapaliny proudy plynu, sestává v příkladném provedení ze dvou dílů 1., 2, přiložených na sebe podél střední dělicí roviny a vzájemně rozebratelně spojených. Středový kanálek 3. pro přívod kapaliny má svou podélnou osu ve středové dělicí rovině, jeho podélný profil je tvarován a jeho výstupní ústí 4 má tvar podélné přímé štěrbiny. Po obou stranách středového přívodního kanálku 3 jsou v obou dílech 2 trysky vytvořeny postranní přívodní kanálky 5, pro přívod plynu, které jsou ve své délce také tvarované a zužují se do postranních výstupních ústí 6 ve tvaru podlouhlé štěrbiny, jejichž podélné osy jsou rovnoběžně s osou středového výstupního ústí 4 a která jsou uspořádána v bezprostřední blízkosti tohoto středového výstupního ústí 4 středového přívodního kanálku 3.

Všechny přívodní kanálky 3., 5 jsou vyústěny do rezonanční komůrky 7 na čele trysky, tvořené tvarovanými koncovými plochami obou dílů 1_, 2 trysky.

Postranní přívodní kanálky 5 svírají v oblasti svých ústí £ s osou středového přívodního kanálku 3 v prvním příkladu provedení úhel 80°, ve druhém příkladném provedení úhel 90° a ve třetím příkladném provedení úhel 110°.

Při střetu proudu kapaliny, vystupující z výstupního ústí 4 středového přívodního kanálku 3, s proudy plynu, vystupujícími z postranních výstupních ústí 6 postranních přívodních kanálků 5 v úhlu cC , blízkém 90°, dochází k intenzivní výměně hybností mezi proudem kapaliny a proudy plynu a ke vzniku vysokofrekvenční kmitající oblasti v rezonanční komůrce 7, ve které dochází k ultrazvukovým jevům. Aby se ze širokého spektra frekvencí zesílily právě ty frekvenční rozsahy, které mají největší vliv na dokonalé rozprašování kapaliny, je možno trysku naladit rozšířením rezonanční komůrky 7 do rezonančních dutin 8.

Další úpravu rozprašovacích charakteristik je možno uskutečnit opatřením trysky usměrňovacím nástavcem 9, umístěným před rezonanční komůrku 7.» jehož tvarovaná vnitřní stěna se plynule rozšiřuje od rezonanční komůrky 7 směrem ke konci usměrňovacího nástavce 9 a směrem od jeho osy.

Zvýšení účinnosti rozprašování je možno dosáhnout také nárazovým tělískem 10, které je umístěno v odstupu před rezonanční komůrkou 7 ve směru osy středového přívodního kanálku £ a které dále rozptyluje rozprášené částice kapaliny.

Tryska může mít i jiný počet přívodních kanálků, než je zobrazeno v příkladech provedení, může být opatřena také jen dvěma přívodními kanálky, jejichž výstupní oblasti tak spolu svírají úhel 180° nebo menší, popřípadě větší.

Tryska podle vynálezu může mít také rotační tvary součástí, to znamená, že středový přívodní kanálek může mít kruhové ústí, obklopené prstencovým ústím přívodního kanálku pro plyn, popřípadě může být opatřena jen jediným přívodním kanálkem s prstencovým ústím, ze kterého vystupuje kuželový protínající se paprsek tekutiny.

Claims (5)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Tryska pro rozprašování tekutin, opatřená přívodními kanálky pro přívod tekutin, napojenými na jedné straně na zdroj tekutin a ukončenými na druhé straně výstupními ústími, a obsahující rezonanční komůrku, vyznačující se tím, že přívodní kanálky (3, 5) jsou svými výstupními ústími (4, 6) vyústěny přímo do rezonanční komůrky (7) a výstupní podélné osy výstupních ústí (4, 6) sousedních přívodních kanálků (3, 5) spolu svírají úhel (o4) v rozsahu od 60° do 180°.
2. 2. -Tryska podle bodu 1, vyznačující se tím, že přívodní kanálky (3, 5) mají výstupní ústí (4, 6) ve formě přímočarých štěrbin, uspořádaných rovnoběžně vedle sebe.
3. 3. Tryska podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že rezonanční komůrka (7) je rozšířena do rezonančních dutin (8), navazujících přímo na prostor rezonanční komůrky (7).
4. 4. Tryska podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že před rezonanční komůrkou (7) je k tělesu trysky připojen usměrňovači nástavec (9) s tvarovanou vnitřní plochou, rozbíhající se plynule od rezonanční komůrky (7) a od osy usměrňovacího nástavce (9).
5. 5. Tryska podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že před rezonanční komůrkou (7) a v odstupu od ní je upevněno nárazové tělísko (10) pro rozrážení proudu rozprášené tekutiny.