CS273214B1

CS273214B1 - Nozzle for liquids atomization

Info

Publication number: CS273214B1
Application number: CS50488A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Kara; Miroslav Ing Rybin; Svatopluk Prof Ing Csc Valenta
Original assignee: Kara Jan; Rybin Miroslav; Valenta Svatopluk
Priority date: 1988-01-27
Filing date: 1988-01-27
Publication date: 1991-03-12
Also published as: CS50488A1

Abstract

Nozzle for pulverising of liquids by means of a high-frequency vibrating zone is equipped with a resonance chamber (7), to which inlet channels (3, 5) are mouthed for feeding of liquids. The outlet longitudinal axes of outlet mouths (4, 6) of the inlet channels (3, 5) form an angle of 60 to 180 degrees.<IMAGE>

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°).(57) The fluid spraying high-frequency oscillating pressure zone is provided with a resonance chamber (7) into which the inlet channels (3, 5) of the fluid inlets are connected, the outlet longitudinal axes of the outlet inlets (4,6) of the inlet channels (3.5) form an angle with each other (in the range of 60 ° to 180 °).

273 214 (11) (13) B1 (51) Int. Cl.⁵ 273 214 (11) B1 (51) Int. Cl. ⁵

B 01 P'5/02B 01 P'5 / 02

CS 273 214- B1CS 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.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a nozzle for very fine atomization of fluids or for mixing of liquids and gases, provided with at least two outlet openings for the outlet of atomized fluid connected to inlet ducts whose axes intersect one another.

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.Mixing and atomization of fluids is a complex process in which the momentum of particles of the involved fluids is exchanged and their pressures and inertia forces interact. The magnitude of the pressure and kinetic energy of the fluids involved and the degree of utilization of these energies play an important role here.

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.When the supply channels are arranged in parallel, their pressure energy is mainly used for mixing and atomizing the fluids. When the compressed fluid, such as gas or steam, flows, it expands, mixing or atomizing with each other, so that the pressure energy and the turbulent boundary layer properties at the junction surfaces of the two beams are mainly used, and the kinetic energy is low.

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.Therefore, in most of the prior art nozzles, feed channel arrangements are used so that the projecting fluid jets intersect with each other, thereby making greater use of the kinetic energy of the particles of the two jets. Prior art nozzles of this type are usually provided with a central channel of circular cross-section through which a higher density fluid, in particular a liquid such as fuel oil, diesel, water, paint and the like, is generally supplied, and a second jet extends from the circular slot. channel with truncated cone walls. The disadvantage of this solution is the need for considerable energy to break the core of the central beam with a circular cross-section.

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.Nozzles are also used to reduce energy consumption and finer atomization of fluids, wherein the individual fluid jets protrude from the elongated slotted orifices located adjacent to each other, the axes of the beam being at an angle of 0 ° to 4-5 °. These slot nozzles have good efficiency, but are not preferred for some types of fluids and for some degree of atomization.

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.Another group of known nozzles are the so-called ultrasonic nozzles having an annular resonance chamber to which the gaseous substance is supplied at supersonic speed; the gaseous substance is fed through a central cylindrical channel, at the outlet of which is a rectifier body with a groove of a semi-annular shape, through which the gas flow is directed to an annular resonance chamber, to which also a second fluid, in particular fuel oil. Through the groove of the baffle body, the gas flow is turned almost 180 ° into the annular resonance chamber. In the chamber the total gas pressure is converted to a static pressure; as soon as the static pressure exceeds the gas pressure value, the resonant chamber is emptied and the cycle is repeated, this periodic emptying induces oscillations and the number of times the chamber is emptied per unit of time indicates the frequency of the sound field.

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.Another known nozzle of this type is provided with a central channel of an annular cross-section for the supply of gaseous material, upstream of which a resonant body with an annular groove of semicircular cross-section is placed in which the annular gas jet is directed in almost the opposite direction to collide with extending from the annular slot arranged around the central annular channel. When gas and liquid collide, similar phenomena occur as in the resonance chamber and ultrasonic waves cause atomization of the liquid into very fine particles.

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.Another known nozzle of this kind designed for use as a burner for the combustion of various fuels, including mixtures of liquid and solid fuels or sludge. and waste materials from the chemical industry, it is provided with a central cylindrical fuel supply channel around which a ring-shaped resonance chamber is arranged. The resonance chamber is formed in the region of the orifice of the outer gas inlet duct, which is narrowed near the orifice to accelerate the gas to supersonic speed. At the end of the outer wall of the outer channel, a directional flange 273 214 B1 is formed, reversing the flow of gas to the center into an annular resonant chamber with an annular slot outlet, in which the described oscillations are generated, transferring to the liquid fuel stream.

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.The disadvantage of all these ultrasonic nozzles is the difficulty of producing the rotating shapes of the individual parts, difficult to clean and maintain, with their good efficiency and sufficient spray fineness. These known nozzles create high-frequency pressure fields associated with the generation of ultrasonic pressure waves over a wide frequency range. However, the design of these prior art ultrasonic nozzles does not allow the amplification of certain frequencies that are optimal for atomizing the substances at specified pressures.

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.The basic disadvantage of these known ultrasonic nozzles is that the gas that is the source of the ultrasonic vibrations is fed into the resonant chamber, while the atomized liquid is fed outside the resonant chamber, albeit in its immediate vicinity. The ultrasonic pressure field extends through space into the environment and atomises the liquid that is fed into the space so that the energy utilization rate of the ultrasonic field to atomize the liquid is less because the intensity of the ultrasonic field decreases with a square of distance. In practice, there is often a requirement for the choice of an interaction region in order to adjust the flame length of the combusted fuel, its shape and the like, which is difficult with known nozzles of this kind.

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.The drawbacks of these prior art nozzles are eliminated by the nozzle according to the invention, which consists in that the nozzle inlet ducts are directly connected to the resonance chamber with their outlet orifices and the outlet longitudinal axis of the orifices of adjacent inlet ducts form an angle between 60 ° and 180 °. According to a preferred embodiment of the invention, the inlet ducts have an outlet orifice in the form of rectilinear slots arranged parallel to each other.

·· 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.According to a further preferred embodiment of the invention, the resonant chamber is extended into resonant cavities directly adjacent to the resonant chamber space. In front of the resonance chamber, in another embodiment, a rectifying extension with a shaped inner surface extends continuously from the resonance chamber and from the axis of the rectifying extension to the nozzle body; optionally, an impact body is disposed in front of the resonance chamber and at a distance therebetween to impinge the flow of atomized fluid.

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.As the angle between the fluid jets colliding with each other increases, a qualitatively new process gradually develops, which has a significant effect on the mixing quality and the consumption of the gas or steam to be sprayed. At this angle close to 90 °, the momentum of the particles of the fluids in question is intensively exchanged, producing high-frequency oscillating pressure regions, in which ultrasonic phenomena with a wide range of frequencies arise, with appropriate selection of intersecting beam directions, of these frequencies to amplify those frequencies that have the greatest effect on the atomization of the types of fluids used. The amplification of the selected frequencies can also be achieved by resonant cavities following the resonant chamber. The atomization efficiency of the nozzle according to the invention is greatly enhanced by a baffle and an impactor positioned in the exiting fluid stream.

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.The nozzle according to the invention thus achieves very good atomization of the liquid by means of a gas jet or mixing of different fluids with very low consumption of the atomizing agent, while achieving good results for a wide range of different gases and fluids. The nozzle according to the invention can be used in particular for spraying liquid fuels, water and other liquids.

Příklady provedení trysky podle vynálezu jsou zobrazeny na připojených výkresech, kde na obr. 1 je podélný řez prvním provedením trysky, jejíž postranníDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT OF THE Nozzle According to the invention, FIG.

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.CS 273 214-B1 the inlet ducts form an angle of less than 90 ° with the central duct; FIG. 2 is a longitudinal section through an alternative embodiment of a nozzle whose inlet ducts form an angle of 90 ° together; Fig. 4 is a longitudinal section through a nozzle provided with an impactor; and Fig. 5 is a longitudinal section through a nozzle having a different shape of the resonant chamber and resonant cavities.

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.The nozzle according to the invention for spraying liquid with gas jets consists, in an exemplary embodiment, of two parts 1, 2 placed on top of each other along a central separation plane and releasably connected to each other. The central fluid supply channel 3 has its longitudinal axis in the central dividing plane, its longitudinal profile is shaped and its outlet orifice 4 has the shape of a longitudinal straight slot. On both sides of the central inlet duct 3, lateral inlet ducts 5 are provided in both nozzle parts 2, for gas supply, which are also shaped along their length and tapers into lateral outlet openings 6 in the form of an elongate slot whose longitudinal axes are parallel to the axis a central outlet orifice 4 and which are arranged in the immediate vicinity of the central outlet orifice 4 of the central supply channel 3.

Všechny přívodní kanálky 3., 5 jsou vyústěny do rezonanční komůrky 7 na čele trysky, tvořené tvarovanými koncovými plochami obou dílů 1_, 2 trysky.All inlet ducts 3,5 extend into a resonance chamber 7 at the nozzle face formed by the shaped end faces of both nozzle parts 1, 2.

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°.The side feed channels 5 form an angle of 80 ° in the area of their mouths 6 with the axis of the central feed channel 3 in the first embodiment, in the second embodiment 90 ° and in the third embodiment 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.When the fluid stream exiting the outlet port 4 of the central inlet duct 3 collides with the gas streams exiting the lateral outlet portions 6 of the lateral inlet ducts 5 at an angle cC of close to 90 °, there is an intense exchange of momentum between the liquid stream and the gas streams. the formation of a high-frequency oscillating region in the resonance chamber 7 in which ultrasonic phenomena occur. In order to amplify from a wide range of frequencies just those frequency ranges which have the greatest effect on perfect atomization of the liquid, the nozzle can be tuned by expanding the resonance chamber 7 into the resonance cavities 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.Further adjustment of the spray characteristics can be accomplished by providing a nozzle with a baffle 9 positioned in front of the resonance chamber 7. The shaped inner wall of the baffle extends continuously from the resonance chamber 7 towards the end of the baffle 9 and away from its axis.

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.An increase in the spraying efficiency can also be achieved by an impactor 10 which is spaced in front of the resonance chamber 7 in the direction of the axis of the central supply channel 8 and which further disperses the atomised liquid particles.

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.The nozzle may also have a different number of feed channels than shown in the examples, but may also be provided with only two feed channels, the exit regions of which thus form an angle of 180 ° or less, or greater, with respect to one another.

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.The nozzle according to the invention may also have rotationally shaped parts, i.e. the central inlet duct may have a circular orifice surrounded by an annular mouth of the gas inlet duct, or may be provided with a single inlet duct with an annular mouth from which a conical intersecting fluid jet protrudes. .

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A fluid spray nozzle having fluid inlet ducts connected on one side to a fluid source and terminated on the other with outlet orifices, and comprising a resonance chamber, characterized in that the inlet channels (3,5) are their outlet orifices (4, 6) orifices directly into the resonance chamber (7) and the output longitudinal axes of the outlet orifices (4, 6) of adjacent supply ducts (3, 5) form an angle (θ4) of between 60 ° and 180 °.

2. Test according to claim 1, characterized in that the inlet ducts (3, 5) have an outlet orifice (4, 6) in the form of rectilinear slots arranged parallel to one another.

Nozzle according to Claims 1 and 2, characterized in that the resonant chamber (7) is expanded into resonant cavities (8) directly adjacent to the space of the resonant chamber (7).

Nozzle according to one of Claims 1 to 3, characterized in that a rectifier extension (9) with a shaped inner surface, which runs smoothly from the resonance chamber (7) and from the axis of the rectifier extension (7), is connected upstream of the resonance chamber (7). 9).

Nozzle according to one of Claims 1 to 4, characterized in that an impact body (10) is fastened in front of and at a distance from the resonance chamber (7) to shatter the flow of the atomized fluid.