EA022737B1

EA022737B1 - Способ и устройство для образования тумана

Info

Publication number: EA022737B1
Application number: EA201100014A
Authority: EA
Inventors: Джуд Александер Глинн Уэрди; Джеймс Оливер Френч
Original assignee: Персьют Дайнэмикс Плк
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2016-02-29
Also published as: EP2296821B1; US20110127347A1; EP2296821A2; MX2010013289A; BRPI0914906A2; AU2009254940A1; CA2726880C; WO2009147443A2; AU2009254940B2; HK1150034A1; JP5568082B2; WO2009147443A3; US20160030899A1; EA201100014A1; JP2011523893A; CN102112236A; IL209768A0; US8991727B2; CN102112236B; MY164847A

Abstract

Создано усовершенствованное устройство для образования тумана. Устройство содержит по меньшей мере один канал (66) подачи рабочей текучей среды, имеющий вход, гидравлически связанный с источником подачи рабочей текучей среды, и выход, гидравлически связанный с первой смесительной камерой. Устройство также содержит множество проходов (60а, 60b) для транспортировочной текучей среды, причем каждый из них имеет вход, предназначенный для поступления транспортировочной текучей среды, и выход, гидравлически связанный со смесительной камерой. Ниже по потоку относительно смесительной камеры расположена форсунка (72), имеющая вход (74), гидравлически связанный со смесительной камерой, выход (78) и горловинную часть (76) форсунки, расположенную между входом (74) и выходом (78) форсунки. Горловинная часть (76) форсунки (72) имеет площадь поперечного сечения меньшую, чем вход (74) форсунки и выход (78) форсунки. Введение множества проходов для транспортировочной текучей среды, подаваемой в смесительную камеру, и форсунки, расположенной ниже по потоку относительно смесительной камеры, улучшает распыление рабочей текучей среды для образования тумана.

Description

Настоящим изобретением предложены усовершенствованные способ и устройство для образования туманов из очень малых капель, которые могут быть применены в различных областях. Примерами областей такого применения являются охлаждение, пожаротушение и обеззараживание.

В ^001/76764 описано устройство для образования тумана, в котором использованы две текучие среды и которое предназначено преимущественно для использования в пожаротушении. В \У0'764 аэрозоль из капель первой текучей среды (то есть капель первой текучей среды, переносимых газообразной средой), пропускают в зону смешивания через несколько форсунок для первой текучей среды. Одновременно струю газа подают в зону смешивания выше по потоку относительно форсунок для первой текучей среды. Этот газ выносит капли первой текучей среды через выходную форсунку, которая распыляет из устройства объединенную струю капель первой текучей среды и второй текучей среды. Целью создания устройства по \У0'764 является уменьшение сил трения, которые воздействуют на капли в то время, когда они распыляются в атмосферу, во время транспортирования капель из форсунки струей газа.

По \У0'764 струя газа использована только для транспортирования капель из форсунки. Аэрозоль из капель первой текучей среды образуется в неуказанном месте выше по потоку относительно устройства по \У0'764. а само устройство не создает никаких условий для дополнительного распыления капель первой текучей среды в аэрозоле. Следовательно, аэрозоль, созданный выше по потоку относительно устройства по ^0'764, задает размер капель, распыляемых из устройства, тогда как само устройство не оказывает никакого влияния на размер капли. Кроме того, ограничением по использованию устройства по \У0'764 является сложность достижения однородности смеси капель и газа. Первый вариант осуществления изобретения, описанный в ^0'764, предусматривает единственный кольцевой поток газа, расположенный в радиальном направлении снаружи относительно прохода для первой текучей среды и форсунок. При такой конструкции маловероятно получение эффективного распределения капель первой текучей среды в газе. Такие ограничения конструкции, показанной в ^0'764, делают весьма вероятными непредсказуемые изменения размера капель и их распределения.

Целью изобретения является устранение или уменьшение этих и других недостатков известных технических решений.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения создано устройство для образования тумана, содержащее по меньшей мере один канал подачи рабочей текучей среды, имеющий вход, гидравлически связанный с источником подачи рабочей текучей среды, и выход;

первую смесительную камеру, гидравлически связанную с выходом канала подачи рабочей текучей среды;

множество проходов для транспортировочной текучей среды, причем каждый проход для транспортировочной текучей среды имеет вход, предназначенный для поступления транспортировочной текучей среды, и выход, гидравлически связанный со смесительной камерой; и форсунку, имеющую вход, гидравлически связанный со смесительной камерой, выход и горловинную часть форсунки, расположенную между входом и выходом форсунки, причем площадь поперечного сечения горловинной части форсунки меньше, чем площадь поперечного сечения входа форсунки и площадь поперечного сечения выхода форсунки.

Устройство может также содержать по меньшей мере один проход для рабочей текучей среды между каналом подачи рабочей текучей среды и смесительной камерой, причем проход для рабочей текучей среды имеет вход, гидравлически связанный с каналом подачи рабочей текучей среды, а его диаметр меньше диаметра упомянутого канала подачи.

Устройство имеет продольную ось, и выход по меньшей мере одного из проходов для транспортировочной текучей среды в радиальном направлении расположен на меньшем расстоянии от продольной оси устройства, чем выход прохода для рабочей текучей среды.

Множество проходов для транспортировочной текучей среды может включать в себя внутренний проход для транспортировочной текучей среды, выполненный соосно с продольной осью устройства, и множество внешних проходов для транспортировочной текучей среды, расположенных по окружности вокруг внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды.

Устройство может содержать множество проходов для рабочей текучей среды, причем проходы для рабочей текучей среды и проходы для транспортировочной текучей среды перемежаются по окружности вокруг продольной оси устройства.

Устройство может содержать множество проходов для рабочей текучей среды, причем проходы для рабочей текучей среды расположены по окружности вокруг внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды. Проходы для рабочей текучей среды в радиальном направлении могут быть расположены между внутренним проходом для транспортировочной текучей среды и внешними проходами для транспортировочной текучей среды. Альтернативно, каждый из проходов для рабочей текучей среды может быть расположен между парой внешних проходов для транспортировочной текучей среды таким образом, что проходы для рабочей текучей среды и внешние проходы для транспортировочной текучей среды перемежаются по окружности вокруг внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды.

- 1 022737

Множество проходов для рабочей текучей среды может включать в себя внутренние и внешние проходы для рабочей текучей среды, причем группы и внутренних, и внешних проходов для рабочей текучей среды расположены по окружности вокруг внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды, при этом внешние проходы для рабочей текучей среды расположены на большем расстоянии в радиальном направлении от внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды, чем внутренние проходы для рабочей текучей среды.

Проходы для рабочей текучей среды и транспортировочной текучей среды могут быть, по существу, параллельны друг другу.

По меньшей мере один проход для рабочей текучей среды, по существу, параллелен продольной оси устройства.

Канал подачи рабочей текучей среды и проход для рабочей текучей среды могут быть, по существу, перпендикулярны друг другу.

Устройство может также содержать вторую смесительную камеру, расположенную между каналом подачи рабочей текучей среды и первой смесительной камерой, причем по меньшей мере один из проходов для транспортировочной текучей среды гидравлически связан со второй смесительной камерой, тогда как остальные проходы для транспортировочной текучей среды гидравлически связаны с первой смесительной камерой.

Устройство может также содержать соединительный проход между первой и второй смесительными камерами, причем площадь поперечного сечения соединительного прохода меньше площади поперечного сечения каждой из смесительных камер.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения создано устройство для образования тумана, содержащее корпус, имеющий первый конец, в котором выполнены вход для рабочей текучей среды и вход для транспортировочной текучей среды, а также второй конец, в котором выполнен пустотелый отсек, имеющий первый конец, гидравлически связанный с входами для рабочей и транспортировочной текучей среды, и второй открытый конец;

первый вкладыш, предназначенный для установки внутри открытого конца упомянутого отсека, причем в первом вкладыше выполнены по меньшей мере один канал подачи рабочей текучей среды, гидравлически связанный с входом для рабочей текучей среды, и множество проходов для транспортировочной текучей среды, гидравлически связанных с входом для транспортировочной текучей среды;

второй вкладыш, предназначенный для установки в упомянутом отсеке между первым вкладышем и открытым концом этого отсека, причем во втором вкладыше выполнена форсунка, имеющая горловинную часть форсунки с уменьшенной площадью поперечного сечения, и при этом первый и второй вкладыши образуют первую смесительную камеру, расположенную между ними и находящуюся между проходами для рабочей и транспортировочной текучих сред и форсункой; и запирающий элемент, предназначенный для установки на второй вкладыш и второй конец корпуса и для закрепления первого и второго вкладышей в упомянутом отсеке.

Первый вкладыш может также содержать по меньшей мере один проход для рабочей текучей среды между каналом подачи рабочей текучей среды и первой смесительной камерой, причем проход для рабочей текучей среды имеет вход, гидравлически связанный с каналом подачи рабочей текучей среды, а его диаметр меньше диаметра упомянутого канала подачи.

Устройство и первый вкладыш расположены соосно с продольной осью устройства, а выход по меньшей мере одного из проходов для транспортировочной текучей среды, выполненного в первом вкладыше, в радиальном направлении может быть расположен на меньшем расстоянии от продольной оси устройства, чем выход прохода для рабочей текучей среды.

Множество проходов для транспортировочной текучей среды, выполненных в первом вкладыше, могут включать в себя внутренний проход для транспортировочной текучей среды, выполненный соосно с продольной осью устройства, и множество внешних проходов для транспортировочной текучей среды, расположенных по окружности вокруг внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды.

В первом вкладыше может быть выполнено множество проходов для рабочей текучей среды, причем проходы для рабочей текучей среды и транспортировочной текучей среды перемежаются по окружности вокруг продольной оси устройства.

В первом вкладыше может быть выполнено множество проходов для рабочей текучей среды, причем проходы для рабочей текучей среды расположены по окружности вокруг внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды. Проходы для рабочей текучей среды в радиальном направлении могут быть расположены между внутренним проходом для транспортировочной текучей среды и внешними проходами для транспортировочной текучей среды. Альтернативно, каждый из проходов для рабочей текучей среды может быть расположен между парой внешних проходов для транспортировочной текучей среды таким образом, что проходы для рабочей текучей среды и внешние проходы для транспортировочной текучей среды перемежаются по окружности вокруг внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды.

Множество проходов для рабочей текучей среды могут включать в себя внутренние и внешние

- 2 022737 проходы для рабочей текучей среды, причем группы и внутренних, и внешних проходов для рабочей текучей среды расположены по окружности вокруг внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды, при этом внешние проходы для рабочей текучей среды расположены на большем расстоянии в радиальном направлении от внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды, чем внутренние проходы для рабочей текучей среды.

Проходы для рабочей текучей среды и транспортировочной текучей среды, выполненные в первом вкладыше, могут быть, по существу, параллельны друг другу.

По меньшей мере один проход для рабочей текучей среды, по существу, параллелен продольной оси первого вкладыша.

Первый вкладыш может также содержать вторую смесительную камеру, находящуюся между каналом подачи рабочей текучей среды и первой смесительной камерой, причем по меньшей мере один из проходов для транспортировочной текучей среды гидравлически связан со второй смесительной камерой, тогда как остальные проходы для транспортировочной текучей среды гидравлически связаны с первой смесительной камерой.

Устройство может, кроме того, содержать соединительный проход между первой и второй смесительными камерами, причем площадь поперечного сечения соединительного прохода меньше площади поперечного сечения каждой из смесительных камер.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предусмотрен способ образования тумана, включающий следующие операции:

подача рабочей текучей среды под давлением по меньшей мере в один канал подачи рабочей текучей среды;

подача транспортировочной текучей среды через множество проходов для транспортировочной текучей среды в первую смесительную камеру, расположенную ниже по потоку относительно канала подачи рабочей текучей среды;

распыление рабочей текучей среды впрыскиванием струи рабочей текучей среды из канала подачи рабочей текучей среды в первую смесительную камеру с образованием дисперсной фазы из капель рабочей текучей среды;

пропускание транспортировочной текучей среды и дисперсной фазы рабочей текучей среды из первой смесительной камеры через горловинную часть форсунки, имеющую уменьшенную площадь поперечного сечения;

распыление транспортировочной текучей среды и дисперсной фазы рабочей текучей среды из выхода форсунки, имеющего большую площадь поперечного сечения, чем горловинная часть форсунки.

Смесительная камера имеет продольную ось, а некоторая часть транспортировочной текучей среды может быть подана в смесительную камеру в месте, которое в радиальном направлении расположено на меньшем расстоянии от продольной оси, чем место, в котором подают рабочую текучую среду.

Некоторая часть транспортировочной текучей среды может быть подана в смесительную камеру через внутренний проход для транспортировочной текучей среды, выполненный соосно с продольной осью устройства, а остальная транспортировочная текучая среда может быть подана через множество внешних проходов для транспортировочной текучей среды, расположенных по окружности вокруг внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды.

Распыление рабочей текучей среды может быть произведено пропусканием рабочей текучей среды через множество проходов для рабочей текучей среды, которые перемежаются по окружности с множеством проходов для транспортировочной текучей среды, расположенных вокруг продольной оси устройства.

Распыление рабочей текучей среды может быть произведено пропусканием рабочей текучей среды через множество проходов для рабочей текучей среды, которые расположены по окружности вокруг внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды. Проходы для рабочей текучей среды в радиальном направлении могут быть расположены между внутренним проходом для транспортировочной текучей среды и внешними проходами для транспортировочной текучей среды. Альтернативно, каждый из проходов для рабочей текучей среды может быть расположен между парой внешних проходов для транспортировочной текучей среды таким образом, что проходы для рабочей текучей среды и внешние проходы для транспортировочной текучей среды перемежаются по окружности вокруг внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды.

В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения создано устройство для образования тумана, содержащее по меньшей мере один канал подачи рабочей текучей среды, имеющий вход, гидравлически связанный с источником подачи рабочей текучей среды, и выход;

по меньшей мере один канал подачи транспортировочной текучей среды, имеющий вход, гидравлически связанный с источником подачи транспортировочной текучей среды, и выход;

первую смесительную камеру, гидравлически связанную с соответствующими выходами каналов

- 3 022737 подачи рабочей и транспортировочной текучей среды;

вторую смесительную камеру, гидравлически связанную с первой смесительной камерой; множество соединительных проходов, соединяющих первую и вторую смесительные камеры; и форсунку, имеющую вход, гидравлически связанный со второй смесительной камерой, выход и горловинную часть форсунки, расположенную между входом и выходом форсунки, причем площадь поперечного сечения горловинной части форсунки меньше, чем площадь поперечного сечения входа форсунки и площадь поперечного сечения выхода форсунки.

Устройство может также содержать по меньшей мере один проход для рабочей текучей среды между каналом подачи рабочей текучей среды и первой смесительной камерой, причем проход для рабочей текучей среды имеет вход, гидравлически связанный с каналом подачи рабочей текучей среды, а его диаметр меньше диаметра упомянутого канала подачи.

По меньшей мере один проход для рабочей текучей среды и канал подачи транспортировочной текучей среды соединены с первой смесительной камерой, по существу, с противоположных направлений.

Множество соединительных проходов может включать в себя внутренний соединительный проход, выполненный соосно с продольной осью устройства, и множество внешних соединительных проходов, расположенных по окружности вокруг внутреннего соединительного прохода.

Далее исключительно в качестве примера описан предпочтительный вариант осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 представляет собой продольный разрез, выполненный по корпусу или кожуху устройства для образования тумана;

фиг. 2(а)-(с) представляют собой вид с первого конца, продольный разрез и вид со второго конца первого вкладыша устройства для образования тумана;

фиг. 3 представляет собой продольный разрез второго вкладыша устройства для образования тумана;

фиг. 4 представляет собой продольный разрез запирающего элемента устройства для образования тумана;

фиг. 5 представляет собой продольный разрез устройства для образования тумана, соответствующего первому варианту осуществления изобретения, которое содержит элементы, показанные на фиг. 1-4.

фиг. 6 представляет собой продольный разрез устройства для образования тумана, соответствующего второму варианту осуществления изобретения;

фиг. 7 представляет собой продольный разрез устройства для образования тумана, соответствующего третьему варианту осуществления изобретения;

фиг. 8 представляет собой продольный разрез устройства для образования тумана, соответствующего четвертому варианту осуществления изобретения;

фиг. 9 представляет собой продольный разрез модифицированного первого вкладыша устройства для образования тумана;

фиг. 10 представляет собой схематичное изображение эквивалентного угла раствора для сопла форсунки, примененной в различных вариантах осуществления устройства для образования тумана.

Устройство для образования тумана, в целом обозначенное позицией 10, включает в себя четыре основных элемента, показанных на фиг. 1-4.

Первый элемент, как показано на фиг. 1, представляет собой, по существу, цилиндрический корпус или кожух 20, имеющий первый конец 22 и второй конец 24. Горловина 26 простирается в продольном направлении от первого конца 22 корпуса 20. Со стороны второго конца 24 корпуса расположен отсек 28, открытый со стороны второго конца 24 корпуса 20 и выполненный с возможностью установки других элементов устройства 10, как будет описано ниже. В продольном направлении через корпус 20 простирается первый канал 30 подачи, или канал подачи транспортировочной текучей среды. Канал 30 подачи транспортировочной текучей среды имеет вход 32 в горловине 26 и выход 34, открытый в отсек 28. Канал 30 подачи транспортировочной текучей среды имеет расширяющийся профиль, причем площадь поперечного сечения канала 30 увеличивается вдоль корпуса 20 от входа 32 в направлении выхода 34. Второй канал подачи, или канал 36 подачи рабочей текучей среды, также выполнен в корпусе 20 и проходит через боковую стенку корпуса 20. Канал 36 подачи рабочей текучей среды имеет вход 38 снаружи корпуса 20 и выход 40, открытый в отсек 28. Таким образом, каналы 30, 36 подачи транспортировочной и рабочей текучей среды, по существу, взаимно перпендикулярны. Горловина 26 и/или вход 32 выполнены с возможностью соединения с источником транспортировочной текучей среды (не показан), тогда как вход 38 рабочей текучей среды выполнен с возможностью соединения с источником рабочей текучей среды (не показан). Второй конец 24 корпуса 20 имеет выступающую часть 42 уменьшенного внешнего диаметра, причем по меньшей мере часть внешней поверхности выступающей части 42 имеет резьбу (не показана).

Два других элемента, образующих часть устройства, представляют собой первый, или распределяющий текучую среду, вкладыш 50 и второй, или форсуночный, вкладыш 70, которые показаны соответственно на фиг. 2 и 3 и которые предназначены для установки внутри отсека 28 корпуса 20.

Как показано на фиг. 2(а)-(с), первый вкладыш 50 представляет собой, по существу, цилиндриче- 4 022737 ский вкладыш, имеющий в вертикальном сечении Ι-образную форму, как ясно показано на фиг. 2(Ь). Иначе говоря, первый вкладыш 50 имеет наибольшую толщину в своей внешней периферии, тогда как средняя часть вкладыша 50 имеет по сравнению с ней меньшую толщину. Вкладыш 50 имеет первую торцевую поверхность 52 и вторую торцевую поверхность 54, которые показаны на соответствующих видах, представленных на фиг. 2(а) и фиг. 2(с). Каждая торцевая поверхность 52, 54 вкладыша 50 имеет кольцевую канавку 56, 57, простирающуюся по окружности внешней периферии вкладыша 50. В каждой из кольцевых канавок 56, 57 размещено уплотнительное кольцо 58, 59.

Поскольку вкладыш 50 в вертикальном сечении имеет Ι-образную форму, первая и вторая торцевые поверхности 52, 54 вкладыша 50 имеют соответственно первую и вторую заглубленные полости 53, 55, выполненные в нем. В продольном направлении через вкладыш 50 простирается множество первых проходов, или проходов 60а, 60Ь для транспортировочной текучей среды, гидравлически связанных с первой и второй полостью 53, 55. Внутренний первый проход 60а расположен в центре вкладыша 50 соосно с продольной осью Ь, являющейся общей для вкладыша 50 и смонтированного устройства 10. Внешние первые проходы 60Ь расположены по окружности вокруг него, по существу, параллельно внутреннему первому проходу 60а и продольной оси Ь.

Вкладыш 50 также имеет внешнюю периферическую поверхность 62, в которой выполнено углубление 64. Углубление 64 выполнено по всей длине окружности вкладыша 50. В радиальном направлении внутрь через вкладыш 50 от углубления 64 простирается множество каналов 66 подачи рабочей текучей среды. Каналы 66 подачи, по существу, перпендикулярны первым проходам 60 и продольной оси Ь. Каналы 66 подачи простираются в радиальном направлении внутрь через вкладыш 50 в расположенных по окружности частях, находящихся между внешними первыми проходами 60Ь. Каналы 66 подачи обеспечивают гидравлическую связь с возможностью прохождения текучей среды между углублением 64 и множеством вторых проходов, или проходов 68а, 68Ь для рабочей текучей среды, расположенных в радиальном направлении у внутренних концов каналов 66. Вторые проходы разделены на две группы, причем предусмотрены множество внутренних вторых проходов 68а и множество внешних вторых проходов 68Ь. Каждый из вторых проходов 68а, 68Ь расположен, по существу, параллельно продольной оси Ь и первым проходам 60а, 60Ь для текучей среды, а тем самым, по существу, перпендикулярно каналам 66 подачи. Вторые проходы 68а, 68Ь имеют, по существу, постоянный диаметр, который может быть меньше, чем диаметр каналов 66 подачи. Внутренние и внешние вторые проходы 68а, 68Ь расположены по окружности вокруг внутреннего первого прохода 60а и оси Ь, причем внешние вторые проходы 68Ь расположены в радиальном направлении снаружи относительно внутренних вторых проходов 68а. Вторые проходы 68а, 68Ь расположены, по существу, параллельно продольной оси Ь и первым проходам 60а, 60Ь.

Относительное положение каждого из первых и вторых проходов в радиальном направлении и по окружности наилучшим образом показаны на фиг. 2(с). На фиг. 2(с) показано, что вторые проходы 68а, 68Ь в радиальном направлении и по окружности расположены таким образом, что окружают внутренний первый проход 60а, а внешние первые проходы 60Ь в радиальном направлении и по окружности расположены таким образом, что окружают вторые проходы 68а, 68Ь.

Второй форсуночный вкладыш 70 показан на фиг. 3. Как и первый вкладыш 50, второй вкладыш 70 имеет, по существу, цилиндрическую форму и установлен соосно с остальными элементами устройства 10. Второй вкладыш 70 имеет форсунку 72, выполненную в нем, причем форсунка 72 имеет вход 74 форсунки, горловинную часть 76 форсунки и выход 78 форсунки. Форсунка 72 выполнена вдоль оси Ь, а горловинная часть 76 форсунки, расположенная между входом 74 форсунки и выходом 78 форсунки, имеет площадь поперечного сечения меньшую, чем площадь поперечного сечения входа 74 форсунки и площадь поперечного сечения выхода 78 форсунки. На фиг. 3 также ясно показано, что уменьшение и последующее увеличение площади поперечного сечения форсунки обусловлено непрерывным изменением профиля внешней стенки форсунки 72. Иначе говоря, форсунка 72 не имеет никаких резких ступенчатых изменений площади поперечного сечения, которые образовывали бы переломы или уступы в стенке сопла форсунки, создающие препятствия потоку текучей среды, проходящей через него. Таким образом, форсунка 72 фактически представляет собой суживающееся-расширяющееся сопло Лаваля, которое, как известно в данной области техники, может применяться для образования в нем сверхзвукового потока.

Форсуночный вкладыш 70 имеет первый конец и второй конец, имеющие соответственно первую торцевую поверхность 71 и вторую торцевую поверхность 73. Канавка 80 расположена на внешней цилиндрической поверхности вкладыша 70 вблизи первого конца. Канавка 80 выполнена по всей окружности вкладыша 70, и в канавку 80 установлено уплотнительное кольцо 82. Форсуночный вкладыш 70 имеет часть 75 уменьшенного диаметра вблизи второго конца. Переход от стандартного диаметра вкладыша 70 к части 75 уменьшенного диаметра образует упорную поверхность 77, обращенную в направлении второго конца вкладыша 70.

Завершающей частью устройства 10 является запирающий элемент 90, показанный на фиг. 4. Предпочтительно запирающий элемент 90 выполнен в виде кольца, которое имеет первую боковую поверхность 92 и вторую боковую поверхность 94. Запирающий элемент 90 имеет отверстие, проходящее сквозь него и сформированное первой и второй частями 96, 98. Первая часть 96 отверстия примыкает к

- 5 022737 первой боковой поверхности 92, тогда как вторая часть 98 отверстия примыкает ко второй боковой поверхности 94. Первая часть 96 отверстия имеет больший диаметр, чем вторая часть 98 отверстия. Переход между диаметрами первой и второй частей 96, 98 отверстия образует упорную поверхность 100, обращенную в направлении первой боковой поверхности 92 запирающего элемента 90. По меньшей мере на части внутренней поверхности первой части 96 отверстия выполнена резьба (не показана). Во втором конце 94 запирающего элемента 90 могут быть выполнены одно или более отверстий 102, предназначенных для введения соответствующего инструмента для прикрепления запирающего элемента 90 к устройству 10.

На фиг. 5 различные элементы устройства 10, описанные выше, показаны смонтированными следующим образом. Сначала распределяющий текучую среду вкладыш 50 вставляют в отсек 28 через второй конец 24 корпуса 20. Внутренний диаметр отсека 28 и внешний диаметр вкладыша 50 образуют плотную герметичную посадку уплотнения между вкладышем 50 и корпусом 20. В тех случаях, когда вкладыш 50 правильно расположен внутри отсека 28, первая торцевая поверхность 52 вкладыша примыкает к выходу 34 канала 30 подачи транспортировочной текучей среды в корпусе 20. В результате этого выход 34 канала 30 подачи транспортировочной текучей среды гидравлически связан с первой полостью 53 вкладыша 50, а второй канал 36 подачи рабочей текучей среды гидравлически связан с углублением 64 вкладыша 50. Уплотнительное кольцо 58 обеспечивает уплотнение между первым вкладышем 50 и корпусом 20.

После того как первый вкладыш установлен на место, второй вкладыш 70 может быть вставлен в отсек 28 через второй конец 24 корпуса 20. Так же, как в случае первого вкладыша 50, внутренний диаметр отсека 28 и внешний диаметр второго вкладыша 70 образуют плотную герметичную посадку уплотнения между вкладышем 70 и корпусом 20. Когда второй вкладыш 70 правильно расположен внутри отсека 28, первая торцевая поверхность 71 второго вкладыша примыкает ко второй торцевой поверхности 54 первого вкладыша 50. В результате этого входом 74 форсунки второго вкладыша 70 и второй полостью 55 первого вкладыша 50 образуется смесительная камера с общей продольной осью Ь. Следовательно, и корпус 20, и первый вкладыш 50, и второй вкладыш 70 при этом гидравлически связаны друг с другом через ранее описанные полости, проходы и каналы, выполненные внутри этих элементов, как более подробно описано ниже. Второе уплотнительное кольцо 59, установленное во второй торцевой поверхности 54 первого вкладыша 50, обеспечивает уплотнение между первым и вторым вкладышами 50, 70.

И, наконец, после того, как первый и второй вкладыши 50, 70 установлены в своих надлежащих положениях в отсеке 28 корпуса 20, запирающий элемент 90 может быть установлен на второй конец второго вкладыша 70. Резьбовые части выступающей части 42 корпуса 20 и первая боковая поверхность 92 запирающего элемента 90 взаимодействуют друг с другом таким образом, что запирающий элемент 90 может быть навинчен на место при помощи инструмента (не показан), введенного в отверстия 102 запирающего элемента 90. Запирающий элемент 90 навинчивают на корпус 20 до соприкосновения соответствующих упорных поверхностей 77, 100 второго вкладыша 70 и запирающего элемента 90. После этого первый и второй вкладыши 50, 70 надежно удерживаются на месте, зажатые между корпусом 20 и запирающим элементом 90.

Принцип действия устройства 10 далее описан также со ссылками главным образом на фиг. 5. Первоначально транспортировочную текучую среду подают из соответствующего источника (например, баллона со сжатым газом) на вход 32 подачи транспортировочной текучей среды. Существует целый ряд текучих сред, которые могут быть пригодны для использования в качестве транспортировочной текучей среды, однако в данном предпочтительном примере транспортировочной текучей средой является воздух. Давление подачи текучей транспортировочной среды может быть от 2 бар (0,2 МПа) до 40 бар (4 МПа), а более от 5 бар (0,5 МПа) до 20 бар (2 МПа). Транспортировочная текучая среда проходит вдоль канала 30 подачи транспортировочной текучей среды в направлении стрелки Т в первую полость 53, выполненную в первом вкладыше 50. После попадания в первую полость 53 транспортировочная текучая среда разделяется на несколько потоков при входе во внутренние и внешние первые проходы 60а, 60Ь для текучей среды, выполненные в первом вкладыше 50. Когда эти потоки транспортировочной текучей среды выходят из первых проходов 60а, 60Ь для текучей среды, они попадают в смесительную камеру, образованную между второй полостью 55 первого вкладыша 50 и входом 74 форсунки второго вкладыша 70. Различные потоки транспортировочной текучей среды расширяются и приходят в контакт друг с другом в смесительной камере, тем самым создавая зону турбулентности в смесительной камере. Транспортировочная текучая среда попадает в смесительную камеру с высоким давлением, однако с относительно низкой скоростью.

Одновременно с подачей транспортировочной текучей среды в канал 30 подачи транспортировочной текучей среды рабочую текучую среду подают из подходящего источника с предпочтительным давлением подачи от 2 бар (0,2 МПа) до 40 бар (4 МПа), а наиболее предпочтительно от 5 бар (0,5 МПа) до 20 бар (0,2 МПа). Рабочую текучую среду подают в канал 36 подачи рабочей текучей среды, выполненный в корпусе 20. Рабочей текучей средой, как и транспортировочной текучей средой, могут быть многие текучие среды, однако в данном предпочтительном примере она представляет собой воду. После того

- 6 022737 как рабочая текучая среда проходит канал подачи 36 рабочей текучей среды, она попадает в углубление 64, выполненное на внешней поверхности первого вкладыша 50. После этого рабочая текучая среда может течь по всей окружности первого вкладыша 50 в углублении 64, которое находится между корпусом 20 и первым вкладышем 50. После протекания по углублению 64 рабочая текучая среда попадает во множество радиальных каналов 66 подачи, выполненных в первом вкладыше 50, и течет в направлении вовнутрь к продольной оси Ь устройства. У внутренних концов каналов 66 подачи рабочая текучая среда поворачивается на 90° и попадает во внутренние и внешние вторые проходы 68а, 686 для текучей среды. Этот поворот на 90° вносит возмущения в рабочую текучую среду, повышая уровень ее турбулентности и повышая степень распыления этой рабочей текучей среды в смесительной камере, что подробнее будет описано ниже.

Транспортировочная и рабочая текучие среды могут быть поданы с массовыми расходами, изменяющимися в широком диапазоне. Соотношение между массовыми расходами транспортировочной и рабочей текучей среды может изменяться в предпочтительном диапазоне от 20:1 до 1:10.

После того как рабочая текучая среда достигает выходов вторых проходов 68а, 686 для текучей среды, струя этой рабочей текучей среды впрыскивается из каждого из множества вторых проходов 68а, 686 в смесительную камеру. Когда впрыснутые струи рабочей текучей среды приходят в контакт с окружающим газом в камере смешивания, силы трения между этими двумя средами приводят к распылению струй рабочей текучей среды с образованием капель рабочей текучей среды. Турбулентность, вызванная транспортировочной текучей средой, попадающей в смесительную камеру, обеспечивает распространение капель, образованных этим распылением рабочей текучей среды, по смесительной камере. Это является первой стадией процесса распыления, использованного в настоящем изобретении.

Остальные стадии этого процесса распыления происходят в форсунке 72 устройства 10. Капли рабочей текучей среды в смесительной камере переносятся турбулентной транспортировочной текучей средой на вход 74 форсунки. Постепенное уменьшение площади поперечного сечения от входа 74 форсунки к горловинной части 76 форсунки вызывает ускорение транспортировочной текучей среды до очень высокой - предпочтительно звуковой - скорости. Это ускорение транспортировочной текучей среды означает, что образуется градиент скорости капель рабочей текучей среды в сужающейся зоне форсунки (то есть зоне между входом форсунки и горловинной частью форсунки), поскольку часть каждой капли, ближайшая к горловинной части форсунки, перемещается быстрее, чем часть, ближайшая к входу форсунки. Это подвергает капли рабочей текучей среды действию сдвигающих сил и приводит к их растягиванию или удлинению в направлении потока. Когда сдвигающие силы превышают усилия поверхностного натяжения, происходит дополнительное распыление, поскольку эти капли деформируются и распадаются на меньшие капли. Это действие сдвигающих сил является второй стадией процесса распыления.

Капли рабочей текучей среды уменьшенного размера проходят горловинную часть 76 форсунки с очень высокой - возможно звуковой - скоростью. Как указано выше, выход 78 форсунки имеет большую площадь поперечного сечения, чем горловинная часть 76 форсунки. Вследствие этого транспортировочная текучая среда, имеющая высокую скорость, расширяется при прохождении от горловинной части 76 форсунки в направлении выхода 78. Это растягивает капли рабочей текучей среды, находящиеся в транспортировочной текучей среде, и вызывает их разделение на несколько меньших капель рабочей текучей среды. Это разделение капель является третьей стадией процесса распыления, использованного в настоящем изобретении.

В завершение капли распыляются из выхода 78 форсунки как дисперсная фаза в виде тумана. В зависимости от условий работы поток через форсунку 72 может быть дозвуковым в зоне между горловинной частью 76 форсунки и выходом 78 форсунки. Альтернативно, условия работы могут обуславливать возможность сверхзвукового потока в этой зоне вдоль некоторой части или всей длины, причем сверхзвуковая зона ограничивается скачком уплотнения между горловинной частью 76 форсунки и выходом 78 форсунки, на выходе 78 форсунки, либо вне устройства 10. При таких условиях работы, при которых образуется скачок уплотнения, может быть обеспечен четвертый этап процесса разрушения капли благодаря внезапному повышению давления в скачке уплотнения.

На фиг. 10 схематически показано, как может быть рассчитан эквивалентный угол раствора для форсунки 72, если известны площади поперечного сечения горловинной части форсунки и выхода, а также эквивалентное расстояние по потоку между горловинной частью форсунки и выходом. Е1 представляет собой радиус круга, имеющего ту же площадь поперечного сечения, что и горловинная часть 76 форсунки. Е2 представляет собой радиус круга, имеющего ту же площадь поперечного сечения, что и выход 78 форсунки. Расстояние ά представляет собой эквивалентное расстояние по потоку между горловинной частью 76 форсунки и выходом 78 форсунки. Угол β вычисляют, проведя через верхние точки Е2 и Е1 линию, которая пересекает продолжение линии эквивалентного расстояния ά. Указанный угол β может быть либо измерен по выполненному в масштабе чертежу, либо рассчитан тригонометрически с использованием радиусов Е1, Е2 и расстояния ά. Эквивалентный угол раствора γ для второго прохода текучей среды при этом может быть рассчитан умножением угла β на коэффициент два, то есть γ=2β.

- 7 022737

Было установлено, что для обеспечения оптимальных характеристик устройства 10 площадь поперечного сечения на выходе 78 форсунки 72 может быть в 1,1-28 раз больше, чем площадь горловинной части 76 форсунки. При этом соотношение площадей горловинной части 76 форсунки и выхода 78 сопла форсунки 72 может составлять от 1:1,1 до 1:28. Площадь поперечного сечения на выходе 78 форсунки 72 наиболее предпочтительно может быть в 1,4-5,5 раз больше, чем площадь поперечного сечения горловинной части 76 форсунки, из условия, что соотношение площадей поперечного сечения горловинной части 76 форсунки и выхода 78 сопла форсунки 72 наиболее предпочтительно может составлять от 5:7 до 2:11. Это увеличение площади поперечного сечения от горловинной части 76 форсунки до выхода 78 создает эквивалентный внутренний угол раствора γ для форсунки 72 от 1 до 40°, а угол γ наиболее предпочтительно составляет от 2 до 13°.

Рабочие характеристики, полученные при испытаниях устройства, показанного на фиг. 5, представлены в табл. 1, приведенной ниже. Результаты были получены с использованием лазерной дифракционной системы измерения размера частиц, которая измеряет размеры капли и выполняет анализ данных. Данные измерялись на расстоянии 3 м от форсунки в центре факела, поскольку это обеспечивало хорошее наблюдение частиц системой измерения, а также демонстрировало типичные характеристики факела для данной форсунки. После определения размеров капель, присутствующих в факеле, данные были проанализированы для расчета Ό_ν90 и ЭДО. которые являются общеупотребительными параметрами измерений, используемыми в промышленности. Ό_ν90 представляет собой значение, при котором 90% общего объема распыленной жидкости составлено из капель, имеющих диаметр, меньший или равный этому значению. Ό_£90 представляет собой значение, при котором 90% общего количества распыленных капель имеет диаметр, меньший или равный этому значению.

В данном не ограничивающем объем изобретения примере испытания использованная транспортировочная текучая среда представляла собой сжатый воздух, а использованная рабочая текучая среда представляла собой воду.

Таблица 1

Массовый расход, соотношение газ:жидкость	Подаваемое давление» соотношение газ:жидкость	ϋ,90 [мкм]	ϋ(90 [мкм]
1:4	1:0,875	180	4
1:8	1:0,875	220	2,5
1:14	1:0,861	255	2,5

На фиг. 6-8 показаны альтернативные варианты осуществления устройства для образования тумана. В каждом из этих альтернативных вариантов осуществления использованы первый и второй вкладыши 50, 70 и запирающий элемент 90, уже описанные выше со ссылками на фиг. 2-4. Поэтому части этих элементов обозначены теми же позициями и не описаны снова в этих альтернативных вариантах осуществления.

Там же, где эти альтернативные варианты осуществления отличаются от первого варианта осуществления, описанного выше, отличие состоит в том, что они содержат третий вкладыш, расположенный в отсеке 28 корпуса 20 вместе с первым и вторым вкладышами 50, 70.

Во втором варианте осуществления устройства 10', показанном на фиг. 6, третий вкладыш 110 установлен в отсек 28 перед установкой первого и второго вкладышей 50, 70. Третий вкладыш 110 выполнен трубчатым и имеет внешний диаметр, выбранный таким образом, чтобы обеспечивать плотную герметичную посадку уплотнения между трубчатым элементом 110 и внутренней поверхностью отсека 28. Для улучшения уплотнения первый торец 112 третьего вкладыша 110 имеет первую кольцевую канавку 114, в которой установлено уплотнительное кольцо 116. Таким образом, когда третий вкладыш 110 правильно расположен внутри отсека 28, первая торцевая поверхность 112 и уплотнение 116 примыкает к выходу 34 канала 30 подачи транспортировочной текучей среды. Вторая кольцевая канавка 118 выполнена на внешней поверхности третьего вкладыша 110 вблизи второго конца 113 вкладыша 110. Дополнительное уплотнительное кольцо 117 установлено во второй канавке 118, улучшая уплотнение соединения внешней поверхности третьего вкладыша 110 с внутренней поверхностью отсека 28.

Определенные изменения могут быть выполнены в корпусе 20 для размещения третьего вкладыша 110. Длина отсека 28 в осевом направлении может быть увеличена таким образом, чтобы все три вкладыша 50, 70, 110 могли быть расположены внутри него. Альтернативно, длина в осевом направлении первого и второго вкладышей 50, 70 может быть уменьшена для обеспечения возможности размещения всех трех вкладышей. Другим изменением, которое может быть необходимо, является выполнение канала 36 подачи рабочей текучей среды в другом положении относительно оси в корпусе 20. Это необходимо, если третий вкладыш 110 расположен выше по потоку относительно первого вкладыша 50, поскольку при этом первый вкладыш 50 расположен дальше по длине отсека 28, чем в первом варианте осуществления. Как показано на фиг. 6, положение канала 36 подачи рабочей текучей среды изменено таким образом, что в первый вкладыш 50 по-прежнему подается рабочая текучая среда через канал 36 подачи рабочей текучей среды и углубление 64.

Второй вариант осуществления устройства 10' смонтирован и работает, по существу, таким же об- 8 022737 разом, как и первый вариант осуществления устройства. Однако наличие трубчатого третьего вкладыша 110 между каналом 30 подачи транспортировочной текучей среды и первым вкладышем 50 фактически увеличивает длину в осевом направлении канала 30 подачи транспортировочной текучей среды.

Третий и четвертый варианты осуществления устройства 10, 10' показаны на фиг. 7 и 8. Эти варианты осуществления являются изменениями второго варианта осуществления, отличающимися тем, что они также содержат дополнительные вкладыши. Третий вариант осуществления устройства, показанный на фиг. 7, содержит третий вкладыш 120, по существу, идентичный использованному во втором варианте осуществления. Однако в третьем варианте осуществления третий вкладыш 120 расположен в отсеке 28 между первым вкладышем 50 и вторым вкладышем 70. Как и во втором варианте осуществления, длина в осевом направлении отсека 28 в корпусе 20 может быть увеличена для размещения всех трех вкладышей. Третий вариант осуществления устройства смонтирован и работает, по существу, таким же образом, как первый и второй варианты осуществления, однако наличие трубчатого третьего вкладыша 120 между первым и вторым вкладышами 50, 70 фактически увеличивает длину в осевом направлении смесительной камеры, расположенной ниже по потоку относительно первого вкладыша 50.

Четвертый вариант осуществления устройства 10', показанный на фиг. 8, фактически объединяет варианты конструкции, использованные во втором и третьем вариантах осуществления устройства. В результате устройство содержит третий и четвертый вкладыши 130, 140, расположенные в отсеке 28 соответственно выше по потоку и ниже по потоку относительно первого вкладыша 50. Третий и четвертый вкладыши 130, 140 выполнены трубчатыми и, по существу, идентичны третьим вкладышам, использованным во втором и третьем вариантах осуществления. Единственное различие между вкладышами данного варианта осуществления и третьими вкладышами предыдущих вариантов осуществления состоит в том, что они могут иметь меньшую длину в осевом направлении таким образом, чтобы все четыре вкладыша размещались в отсеке 28 корпуса 20. В этом случае корпус 20 также может быть модифицирован с изменением длины отсека 28 в осевом направлении и/или положения в осевом направлении канала 36 подачи рабочей текучей среды в соответствии с положениями вкладышей.

Четвертый вариант осуществления устройства смонтирован и работает, по существу, таким же образом, как предшествующие варианты осуществления, однако наличие третьего и четвертого трубчатых вкладышей 130, 140 с обеих сторон первого вкладыша 50 фактически увеличивает длину в осевом направлении как канала 30 подачи транспортировочной текучей среды, так и смесительной камеры, расположенной ниже по потоку относительно первого вкладыша 50.

Использование этих дополнительных третьего или третьего и четвертого вкладышей разной длины снижает сложность изготовления устройства. Например, форсунка или первый вкладыш различных размеров, в частности длины, могут быть установлены в корпусе устройства наряду с одним или более дополнительными вкладышами без необходимости изменения длины корпуса или запирающего элемента, либо изменения трубопроводов, соединяющих его с источником рабочей текучей среды. Кроме того, изменение длины в осевом направлении смесительной камеры (камер) может изменять турбулентность в этих зонах с изменением первой стадии процесса распыления, использованного в настоящем изобретении.

На фиг. 9 показан вид в разрезе модифицированного первого вкладыша 150, который может быть использован в любом из описанных выше вариантов осуществления устройства для образования тумана. Конструкция модифицированного первого вкладыша 150, по существу, такая же, как и первого вкладыша 50, показанного на фиг. 2, однако первая и вторая полости 53, 55 гидравлически связаны друг с другом при помощи множества первых проходов, или проходов 60а, 60Ь, для транспортировочной текучей среды. Внутренний первый проход 60а расположен в центре модифицированного вкладыша 150 соосно с продольной осью Ь, являющейся общей для вкладыша 150 и смонтированного устройства 10, в котором он установлен. Внешние первые проходы 60Ь расположены по окружности вокруг него, по существу, параллельно внутреннему первому проходу 60а и продольной оси Ь.

Модифицированный вкладыш 150 также имеет внешнюю периферическую поверхность 62, в которой выполнено углубление 64. Углубление 64 выполнено по всей окружности вкладыша 50. В радиальном направлении внутрь через вкладыш 50 от углубления 64 простирается множество каналов 66 подачи рабочей текучей среды. Каналы 66 подачи рабочей текучей среды, по существу, перпендикулярны первым проходам 60а, 60Ь и продольной оси Ь. Каналы 66 подачи рабочей текучей среды простираются в радиальном направлении вовнутрь через вкладыш 50 внутри расположенных по окружности частей, находящихся между внешними первыми проходами 60Ь. Модифицированный вкладыш 150 отличается от исходного первого вкладыша тем, что вторые проходы, или проходы для рабочей текучей среды, заменены центральной третьей полостью 170. Третья полость 170 расположена соосно с продольной осью Ь и внутренним первым проходом 60а. Третья полость 170 выполнена таким образом, что гидравлически связана с внутренним первым проходом 60а, каждым из каналов 66 подачи и второй полостью 55. Третья полость 170 имеет внутренний диаметр, который больше, чем диаметр внутреннего первого прохода 60а, однако меньше, чем диаметр второй полости 55. Кольцевая закраина 172 выступает в радиальном направлении вовнутрь от стенки третьей полости 170 в том месте, где третья полость открывается во вторую полость 55.

- 9 022737

По существу, кольцевая пробка 152 предусмотрена для установки в третью полость 170 из второй полости 55. Пробка 152 имеет корпус 153 пробки, внешний диаметр которой больше, чем внутренний диаметр закраины 172. При этом, когда пробку 152 устанавливают в третью полость 170, корпус пробки 153 проталкивают за закраину 172 с образованием защелки между корпусом пробки 153 и закраиной 172. Тем самым закраина 172 предотвращает выпадение пробки 152 из полости 170. Фланцевая часть 154 выступает в радиальном направлении наружу от корпуса 153 пробки. Фланцевая часть 154 имеет больший диаметр, чем внутренний диаметр третьей полости 170, тем самым ограничивая глубину, на которую пробка 152 может войти в третью полость 170.

Центральный проход простирается в продольном направлении сквозь пробку 152. Центральный проход имеет часть 160а большего диаметра и часть 160Ь меньшего диаметра. Когда пробка 152 установлена на место внутри модифицированного вкладыша 150, третья полость 170 и часть 160а большего диаметра центрального прохода образуют первичную смесительную камеру 151. В первичную смесительную камеру 151 подается транспортировочная текучая среда из внутреннего первого прохода 60а и рабочая текучая среда из каналов 66 подачи рабочей текучей среды. Часть 160Ь малого диаметра центрального прохода обеспечивает проход транспортировочной и рабочей текучих сред, поданных в первичную смесительную камеру 151, в основную смесительную камеру, частично образованную второй полостью 55.

Транспортировочная текучая среда, попадающая из внутреннего первого прохода 60а относительно малого диаметра в первичную смесительную камеру 151 большого диаметра, расширяется и образует турбулентный поток внутри первичной смесительной камеры. Рабочая текучая среда, подаваемая в первичную смесительную камеру 151, попадает в эту турбулентную среду, и силы трения, возникающие между этими двумя текучими средами, приводят к распылению по меньшей мере некоторой части рабочей текучей среды. Затем поток транспортировочной и рабочей текучих сред проходит через часть 160а малого диаметра центрального прохода в основную смесительную камеру, расположенную ниже по потоку. Таким образом, модифицированный первый вкладыш 150 обеспечивает первоначальную стадию смешивания транспортировочной текучей среды и рабочей текучей среды перед основной стадией смешивания, которая происходит ниже по потоку относительно первого вкладыша, как описано выше. Данная начальная стадия смешивания улучшает процессы распыления, использованные выше по потоку относительно форсунки, использованием процесса двухстадийного первоначального распыления турбулентным смешиванием и разрушением капель.

Выполнение множества проходов для транспортировочной текучей среды обеспечивает образование нескольких отдельных путей для потока транспортировочной текучей среды в смесительную камеру. Когда эти образовавшиеся различные потоки транспортировочной текучей среды контактируют друг с другом в смесительной камере, в этой смесительной камере создается повышенная турбулентность. Повышенная турбулентность обеспечивает равномерное распределение распыленных капель по всей смесительной камере. Кроме того, высокие уровни турбулентности означают, что при соударениях капель друг с другом или поверхностью возникающие внутренние напряжения будут высокими, и они с большей вероятностью превысят силы поверхностного натяжения. Это означает, что соударения скорее вызовут разрушение капли, чем слияние. Выполнение различных проходов таким образом, что выходы транспортировочной текучей среды окружают выходы рабочей текучей среды в радиальном направлении и по окружности, обеспечивает более однородное распределение капель в смесительной камере и секции расширения форсунки (то есть части после горловинной части форсунки). Это обеспечивает максимально возможную эффективность третьей стадии процесса распыления (расширения).

Наличие множества проходов для рабочей текучей среды обеспечивает больший расход распыляемой рабочей текучей среды.

Расположение выходов проходов рабочей текучей среды ближе к периметру смесительной камеры может улучшить распыление благодаря оптимизации процесса очистки стенки. При очистке стенки пленка рабочей текучей среды, которая прилипает к внутренней поверхности смесительной камеры, постепенно распыляется, по мере того как поток транспортировочной текучей среды срывает капли с пленки рабочей текучей среды. Выполнение более длинной смесительной камеры, как в третьем варианте осуществления, в котором использован третий вкладыш, может улучшать ход процесса очистки стенки, поскольку увеличивается площадь поверхности, на которой образуется пленка рабочей текучей среды.

Канал подачи транспортировочной текучей среды, проходы для транспортировочной текучей среды и проход форсунки относительно широкие и имеют очень маленькое сопротивление. В результате текучая среда, содержащая дисперсную смесь, может быть использована в качестве транспортировочной текучей среды без всяких опасений, что соответствующие проходы будут заблокированы дисперсной смесью, содержащейся в транспортировочной текучей среде.

Выполнением устройства из небольшого количества элементов изобретение обеспечивает упрощение процесса изготовления. Сами по себе отдельные элементы имеют невысокую сложность по сравнению с существующими устройствами, что выгодно с точки зрения себестоимости изготовления. Кроме того, поскольку вкладыши установлены в корпусе и удерживаются на месте запирающим элементом,

- 10 022737 требуемая точность обработки при изготовлении элементов может быть снижена.

Внешние первые проходы для текучей среды не обязательно должны быть параллельны продольной оси Ь. Вместо этого внешние первые проходы для текучей среды могут быть расположены под некоторым углом относительно продольной оси Ь. Иначе говоря, вход и выход каждого из внешних первых проходов для текучей среды могут быть расположены на различных расстояниях в радиальном направлении относительно оси Ь. Кроме того, первые проходы для текучей среды, по существу, не должны иметь постоянный диаметр. Первые проходы для текучей среды могут иметь часть, имеющую уменьшенный диаметр, и/или часть, имеющую увеличенный диаметр. Наряду с обычным каплевидным поперечным сечением, первые проходы для текучей среды, альтернативно, могут иметь, по существу, круглое поперечное сечение или эллиптическое поперечное сечение.

Могут быть выполнены более чем две группы первых проходов для текучей среды. Например, третья группа первых проходов для текучей среды может быть расположена по окружности вокруг внутренних и внешних первых проходов для текучей среды на большем расстоянии от оси Ь в радиальном направлении, чем внутренние и внешние первые проходы для текучей среды.

Однако предпочтительно вторые проходы для текучей среды не обязательно должны быть расположены в радиальном направлении между внутренними и внешними первыми проходами для текучей среды. Вторые проходы для текучей среды могут быть расположены в радиальном направлении и по окружности таким образом, что они расположены между парами внешних первых проходов для текучей среды, и вторые проходы текучей среды перемежаются с внешними первыми проходами для текучей среды по окружности вокруг продольной оси Ь. Иначе говоря, выходы вторых проходов для текучей среды окружены по окружности выходами первых проходов для текучей среды.

Вторые проходы для текучей среды могут также быть гидравлически связанными с внешними первыми проходами для текучей среды в первом вкладыше таким образом, что распыление начинается внутри вторых проходов для текучей среды выше по потоку относительно смесительной камеры.

Каждый из вторых проходов для текучей среды может содержать внутри турбулизирующий элемент. Например, этот элемент может иметь форму скошенной кромки, установленной внутри прохода.

Вторые проходы для текучей среды не обязательно должны быть параллельны продольной оси Ь. Вместо этого вторые проходы для текучей среды могут быть расположены под некоторым углом относительно продольной оси Ь. Иначе говоря, вход и выход каждого из вторых проходов для текучей среды могут быть на различных расстояниях в радиальном направлении относительно оси Ь. Дополнительно вторые проходы для текучей среды, по существу, не должны иметь постоянный диаметр. Вторые проходы для текучей среды могут иметь часть, имеющую уменьшенный диаметр, и/или часть, имеющую увеличенный диаметр. Вторые проходы для текучей среды могут иметь, по существу, круглое поперечное сечение или, альтернативно, они могут иметь эллиптическое поперечное сечение.

Могут быть выполнены более чем две группы вторых проходов для текучей среды. Например, третья группа вторых проходов для текучей среды может быть расположена по окружности вокруг внутренних и внешних групп вторых проходов для текучей среды на большем расстоянии от оси Ь в радиальном направлении, чем внутренние и внешние группы вторых проходов для текучей среды.

Несмотря на то что предпочтительный вариант осуществления устройства, описанный выше, имеет только один вход для рабочей текучей среды в корпусе, может быть выполнено множество входов для рабочей текучей среды, расположенных по окружности вдоль боковой стенки корпуса. Каждый из входов для рабочей текучей среды может быть гидравлически связан с углублением, простирающимся по окружности первого вкладыша.

Пробка, использованная в модифицированном первом вкладыше, показанном на фиг. 9, может иметь множество дополнительных проходов, соединяющих первичную смесительную камеру и вторую полость. Эти дополнительные проходы могут быть расположены на некотором расстоянии по окружности вокруг части центрального прохода, имеющей малый диаметр. Дополнительные проходы могут быть расположены не на одном расстоянии в радиальном направлении относительно части центрального прохода, имеющей малый диаметр.

В вариантах осуществления изобретения, использующих третий или третий и четвертый вкладыши, несколько каналов подачи рабочей текучей среды могут быть выполнены в различных местах вдоль корпуса. Эти каналы подачи при необходимости могут быть заглушены или присоединены к источникам подачи рабочей текучей среды в зависимости от расположения первого вкладыша вдоль оси камеры, обусловленного наличием этих дополнительных вкладышей. Альтернативно, первый и третий вкладыши могут иметь такую форму, что кольцевое углубление подачи первого вкладыша простирается в продольном направлении непрерывно до передней части первого вкладыша, а также вдоль части третьего вкладыша. Это означает, что в корпусе может быть выполнен один канал подачи рабочей текучей среды, однако данный канал по-прежнему может обеспечивать подачу рабочей текучей среды в первый вкладыш, когда он в осевом направлении расположен на некотором расстоянии от канала вследствие наличия третьего вкладыша.

Дополнительным изменением устройства может быть разворот первого вкладыша таким образом, чтобы вторые проходы для текучей среды были обращены против потока в направлении элементов пода- 11 022737 чи транспортировочной текучей среды. В этом случае рабочая текучая среда и транспортировочная текучая среда, текущие в противоположных направлениях, входят в контакт друг с другом в смесительной камере, образованной между корпусом и первым вкладышем. Рабочая текучая среда должна быть распылена в смесительной камере, а затем транспортировочная текучая среда должна транспортировать дисперсную рабочую текучую среду далее по потоку к форсунке через первые проходы для текучей среды, выполненные в первом вкладыше. В данном модифицированном варианте устройства также может быть установлен третий трубчатый вкладыш между корпусом и первым вкладышем, что увеличивает размер смесительной камеры, образованной между корпусом и первым вкладышем. Увеличение смесительной камеры таким способом может улучшить турбулентное смешивание в ней.

В самой простой форме устройство по настоящему изобретению содержит множество проходов для транспортировочной текучей среды и по меньшей мере один проход для рабочей текучей среды, которые выходят в смесительную камеру, а также форсунку, расположенную ниже по потоку относительно смесительной камеры. Данная конструкция сама по себе может обеспечивать одно или более преимуществ, указанных в любом месте данного описания. Таким образом, несмотря на то, что приведенное выше описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения содержит описание различных групп проходов и их предпочтительного расположения друг относительно друга в радиальном направлении и направлении по окружности, следует понимать, что эти комбинации не обязательны для успешной работы устройства по данному изобретению. Несмотря на то что приведенное выше описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения предусматривает множество рабочих проходов для текучей среды, настоящее изобретение не ограничено каким-либо определенным количеством проходов для текучей среды. Изобретение обеспечивает одно или более из преимуществ, указанных выше, при наличии одного или более проходов для рабочей текучей среды. Кроме того, несмотря на то, что предпочтительный вариант осуществления устройства содержит внутренний проход для транспортировочной текучей среды, который выполнен соосно с продольной осью Ь, настоящее изобретение не ограничено наличием этого внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды. Изобретение также обеспечивает положительный эффект при наличии проходов для транспортировочной текучей среды, расположенных на некотором расстоянии только в направлении по окружности вокруг продольной оси Ь.

Как уже указано в подробном описании настоящего изобретения, транспортировочная текучая среда не ограничена воздухом. Другие примеры пригодных текучих сред включают в себя азот, гелий и пар. Аналогично, вода не является единственно пригодной рабочей текучей средой, которая может быть использована по изобретению. Другие текучие среды, которые содержат такие добавки, как обеззараживающие и дегазирующие вещества, поверхностно активные вещества, гасители или ингибиторы, также пригодны для использования в качестве рабочей текучей среды.

Эти и другие изменения и усовершенствования могут быть выполнены без выхода за пределы объема изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для образования тумана, содержащее корпус (20) и первый вкладыш (50) с множеством радиальных каналов (66) подачи рабочей текучей среды, каждый из которых имеет вход, гидравлически связанный с источником подачи рабочей текучей среды, и выход в первую смесительную камеру, гидравлически связанную с выходами каналов подачи рабочей текучей среды;

множество находящихся в первом вкладыше проходов (60а, 60Ь) для транспортировочной текучей среды, причем каждый проход имеет вход, предназначенный для поступления транспортировочной текучей среды, и выход, гидравлически связанный со смесительной камерой; причем упомянутое множество проходов для транспортировочной текучей среды включает в себя внутренний проход (60а), выполненный соосно с продольной осью устройства, и множество внешних проходов (60Ь), расположенных по окружности вокруг внутреннего прохода для транспортировочной текучей среды;

множество проходов (68а, 68Ь) для рабочей текучей среды, каждый из которых имеет вход, гидравлически связанный с каналами подачи рабочей текучей среды, и выход, гидравлически связанный со смесительной камерой, причем диаметр каждого прохода для рабочей текучей среды меньше диаметра упомянутых каналов подачи (66); и второй вкладыш (70), в котором выполнена форсунка (72), имеющая вход (74), гидравлически связанный со смесительной камерой, выход (78) и горловинную часть (76) форсунки, расположенную между входом и выходом форсунки, причем площадь поперечного сечения горловинной части форсунки меньше, чем площадь поперечного сечения входа форсунки и площадь поперечного сечения выхода форсунки, при этом вход (74) форсунки (72) второго вкладыша и полость (55) первого вкладыша образуют первую смесительную камеру и при этом упомянутые проходы (68а, 68Ь) для рабочей текучей среды расположены по окружности вокруг внутреннего прохода (60а) для транспортировочной текучей среды и

- 12 022737 в радиальном направлении расположены между внутренним проходом (60а) для транспортировочной текучей среды и внешними проходами (60Ь) для транспортировочной текучей среды.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что множество проходов для рабочей текучей среды, включающее в себя внутренние (68а) и внешние (68Ь) проходы для рабочей текучей среды, расположены по окружности вокруг внутреннего прохода (60а) для транспортировочной текучей среды, при этом внешние проходы (68Ь) расположены на большем расстоянии в радиальном направлении от внутреннего прохода (60а), чем внутренние проходы (68а).
3. Устройство по п.1 или 2, также содержащее вторую смесительную камеру (151), расположенную между каналами (66) подачи рабочей текучей среды и первой смесительной камерой, при этом по меньшей мере один из проходов (60а) для транспортировочной текучей среды гидравлически связан со второй смесительной камерой, тогда как остальные проходы (60Ь) для транспортировочной текучей среды гидравлически связаны с первой смесительной камерой.
4. Устройство по п.3, также содержащее соединительный проход (160Ь) между первой и второй смесительными камерами, причем площадь поперечного сечения указанного соединительного прохода меньше площади поперечного сечения каждой из смесительных камер.
5. Способ образования тумана с использованием устройства по п.1, включающий следующие операции:

подача рабочей текучей среды под давлением во множество каналов (66) подачи рабочей текучей среды и множество проходов (68а, 68Ь) для рабочей текучей среды;

подача транспортировочной текучей среды через множество проходов (60а, 60Ь) для транспортировочной текучей среды в первую смесительную камеру, под давлением, обеспечивающим распыление рабочей текучей среды впрыскиванием ее струи из проходов для рабочей текучей среды в первую смесительную камеру с образованием дисперсной фазы из капель рабочей текучей среды, с последующим прохождением транспортировочной текучей среды и дисперсной фазы рабочей текучей среды из первой смесительной камеры через форсунку (72); и распыление транспортировочной текучей среды и дисперсной фазы рабочей текучей среды из выхода (78) форсунки.