ITBG990027A1 - IMPACT MICRONIZER WATER NOZZLE, FOR DUST REDUCTION. - Google Patents
IMPACT MICRONIZER WATER NOZZLE, FOR DUST REDUCTION. Download PDFInfo
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Description
Descrizione Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Questa invenzione si riferisce a degli ugelli micronizzatori dì acqua ad impatto per abbattimento polveri. Come è no to, moltissimi materiali sono allo stato granulare; tra questi sono citabili la sabbia, la rena, il pietrisco, i cereali, i semi, i fertilizzanti, eccetera. Il trasporto di tali materiali in condotte pressurizzate per il transito di aria veicolante, il traspòrto mediante coclee, il trasporto mediante nastri trasportatori, comportano fasi in cui il materiale, in modo tumultuoso, tende a generare e sollevare polveri. Tali polveri sono sempre pericolose per la salute ed hanno, generalmente, anche una negativa rilevanza economica. Diventa pertanto necessario intervenire con dei mezzi che riducano dette emissioni polverulente, a valori minimi. Tra le tecniche di intervento più usate vi è quella di spruzzare sulla nuvola di polvere in formazione dell'acqua in forma nebulizzata. L’efficacia di tale tecnica è inversamente proporzionale alla grossezza delle gocce d’acqua che investono le polveri. Più tali gocce sono piccole più esse riescono ad inglobare le particelle di polvere. Le gocce grandi realizzano infatti, con la loro tensione molecolare, una membrana superficiale che fa rimbalzare le particelle di polvere; le gocce piccole (microscopiche, con diametro di circa 20 micron) tendono invece a circondare la particella di polvere e ad inglobarla, a seguito della loro spontanea fusione in gocce più grandi, durante i moti verticosi con cui operano. A seguito di ciò, sono attualmente operative dejle tecniche di nebulizzazione che creano la micronizzazione di getti d'acqua. La micronizzazione estrema dell'acqua, peraltro, risulta vantaggiosa anche in altri settori che prevedano la nebulizzazione di sostanze odorose o che prevedano un’umidificazione ambientale particolare o un abbattimento rapido della temperatura in flussi di gas caldi, specialmente nel settore della cottura di laterizzi. Le usuali tecniche di micronizzazione sono: o del tipo ad acqua espulsa mediante alta pressione da fori opportunamente calibrati, oppure del tipo a bassa pressione, nel quale la micronizzazione dell’acqua è affidata a dei getti d'aria compressa opportunamente indirizzati. Nel primo caso si hanno gli inconvenienti di una grande usura e di una rigidità operativa che non consente di scendere a basse pressioni senza creare gocce di grande diametro; a seguito di ciò, non si possono ridurre adeguatamente le quantità di acqua spruzzate alle effettive esigenze determinate dalle riduzioni di umidità, connesse alle variazioni stagionali. Nel secondo caso, la micronizzazione dell’acqua, da parte dell'aria compressa, avviene a seguito di turbolenze create dall’ugello spruzzatore in sue camere interne. Tale ubicazione interna non consente una micronizzazione omogenea, a causa di inevitabili vortici che riagglomerano parzialmente il flusso d’acqua micronizzato soggetto al contatto con le pareti dell’ugello. In tale secondo caso, poi, si hanno dei problemi creati dalle contro -pressioni che si generano all'interno degli ugelli, e che rendono difficoltosa l'ottimizzazione della regolazione dei due flussi aria-acqua. This invention refers to micronizing impact water nozzles for dust suppression. As is known, very many materials are in the granular state; these include sand, sand, crushed stone, cereals, seeds, fertilizers, etc. The transport of such materials in pressurized ducts for the transit of carrier air, the transport by means of screws, the transport by conveyor belts, involve phases in which the material, in a tumultuous way, tends to generate and raise dust. These powders are always dangerous for health and generally also have a negative economic significance. It therefore becomes necessary to intervene with means that reduce said dust emissions to minimum values. Among the most used intervention techniques there is that of spraying on the cloud of dust in the formation of water in nebulized form. The effectiveness of this technique is inversely proportional to the thickness of the drops of water that hit the powders. The smaller these drops are, the more they are able to incorporate the dust particles. In fact, with their molecular tension, the large drops create a surface membrane that makes the dust particles bounce; the small drops (microscopic, with a diameter of about 20 microns), on the other hand, tend to surround the dust particle and to incorporate it, following their spontaneous fusion into larger drops, during the vertical motions with which they operate. As a result of this, nebulization techniques are currently operative which create the micronization of water jets. The extreme micronization of water, however, is also advantageous in other sectors that provide for the nebulization of odorous substances or that provide for a particular environmental humidification or a rapid reduction of the temperature in hot gas streams, especially in the brick firing sector. The usual micronization techniques are: either of the type with water expelled by high pressure from suitably calibrated holes, or of the low pressure type, in which the micronization of the water is entrusted to suitably directed jets of compressed air. In the first case there are the drawbacks of great wear and operating rigidity which does not allow to go down to low pressures without creating large diameter drops; as a result of this, it is not possible to adequately reduce the quantity of water sprayed to the actual needs determined by the reduction in humidity, connected to seasonal variations. In the second case, the micronization of the water, by the compressed air, occurs as a result of turbulence created by the spray nozzle in its internal chambers. This internal location does not allow homogeneous micronization, due to inevitable eddies that partially re-agglomerate the flow of micronized water subject to contact with the walls of the nozzle. In this second case, then, there are problems created by the counter-pressures that are generated inside the nozzles, and which make it difficult to optimize the regulation of the two air-water flows.
Scopo della presente invenzione è quello di definire degli ugelli micronizzatori di acqua, per abbattimento di polveri e per gli altri usi citati in cui è richiesta micronizzazione che consentano una disgregazione estrema di essa, in goccioline aventi diametro di pochissimi micron. Altro scopo è quello di definire degli ugelli micronizzatori che possano avere una struttura modulare idonea ad essere facilmente modificata in funzione delle proprietà fisicochimiche dell’acqua impiegata. Altro scopo è quello di definire degli ugelli, come sopra, che consentano grande omogeneità delle gocce microscopiche prodotte. Altro scopo è quello di definire degli ugelli, come sopra, che possano variare il tipo di micronizzazione creata in un modo facilmente adeguabile alla natura delle polveri trattate ed alla entità della sorgente polverosa. Altro scopo è quello di definire degli ugelli, come sopra, che consentano di minimizzare i consumi dell’aria compressa e dell'acqua in pressione. Altro scopo è quello di definire degli ugelli a canalizzazioni interne per il passaggio dell’acqua sufficientemente ampie per evitare occlusioni conseguenti alla presenza. di impurità nell’acqua impiegata, e pertanto ridurre la necessità di filtrazioni spinte della stessa. Altro scopo è quello di definire degli ugèlli che presentino canalizzazioni di congrua sezione per ridurre le usure da transito acqua. Questi ed altri scopi appariranno come raggiunti dalla lettura della descrizione dettagliata seguente, illustrante degli ugelli micronizzatori di acqua per abbattimento di polveri aventi la particolarità di creare gocce d’acqua microscopiche mediante intervento di un getto anulare di aria ad alta velocità su di un flusso tubolare di acqua rimbalzante su pareti esterne disgregatrici di un corpo impattatore, detto intervento generando una miscela di aria-acqua in libera espansione all'esterno dell’ugello. L'invenzione è illustrata, a titolo puramente esemplificativo ma non limitativo, nelle allegate tavole di disegno in cui: The purpose of the present invention is to define micronizing nozzles for water, for the abatement of dust and for the other uses mentioned in which micronization is required which allow an extreme disintegration of it, in droplets having a diameter of very few microns. Another purpose is to define micronizing nozzles that can have a modular structure suitable for being easily modified according to the physicochemical properties of the water used. Another purpose is to define nozzles, as above, which allow great homogeneity of the microscopic drops produced. Another object is to define nozzles, as above, which can vary the type of micronization created in a way that is easily adaptable to the nature of the treated powders and to the extent of the powder source. Another purpose is to define nozzles, as above, which allow to minimize the consumption of compressed air and pressurized water. Another purpose is to define nozzles with internal channels for the passage of water that are sufficiently large to avoid blockages resulting from the presence. of impurities in the water used, and therefore reduce the need for high filtration of the same. Another purpose is to define nozzles which have channels of congruous section to reduce wear due to water transit. These and other purposes will appear as achieved by reading the following detailed description, illustrating micronizing water nozzles for dust abatement having the particularity of creating microscopic water droplets by means of an annular jet of air at high speed on a tubular flow. of water bouncing on the disintegrating external walls of an impactor body, said intervention generating a mixture of air-water in free expansion outside the nozzle. The invention is illustrated, purely by way of non-limiting example, in the attached drawing tables in which:
- la fig. 1 mostra in sezione diametrale un ugello micronizzatore con un corpo impattatore ad un gradino; - fig. 1 shows in diametrical section a micronizing nozzle with a single-step impactor body;
- la fig. 2 mostra una parte ingrandita di un ugello, come sopra, con un corpo impattatore a due gradini; - fig. 2 shows an enlarged portion of a nozzle, as above, with a two-step impactor body;
- la fig. 3 mostra un ugello, come sopra, con un corpo impattatore a quattro gradini; - fig. 3 shows a nozzle, as above, with a four-step impactor body;
- la fig. 4 mostra un ugello, come sopra, con un corpo impattatore a bicchiere; - fig. 4 shows a nozzle, as above, with a cup-shaped impactor body;
- la fig. 5 mostra un ugello, come sopra, con un corpo impattatore rotante; - fig. 5 shows a nozzle, as above, with a rotating impactor body;
- la fig. 6 mostra un ugello, come sopra, con un corpo impattatore a gradini rimovibili e modificabili; - fig. 6 shows a nozzle, as above, with a removable and modifiable stepped impactor body;
- la fig. 7 mostra la posizione di specifici regolatori di portata all'ingresso dei condotti dell’acqua e dell’aria sul corpo esterno di un ugello a due gradini; - fig. 7 shows the position of specific flow regulators at the inlet of the water and air ducts on the external body of a two-step nozzle;
- la fig 8, mostra un ugello con un corpo impattatore a getto in contro corrente; - fig 8, shows a nozzle with a counter-current jet impactor body;
- la fig. 9 mostra uno schema di un impianto aria-acqua di gestione di gruppi di ugelli di micronizzazione integrati in specifici moduli a due, a tre, a cinque ugelli; - fig. 9 shows a diagram of an air-water system for managing groups of micronization nozzles integrated in specific modules with two, three, five nozzles;
- la fig. 10 mostra uno schema di un modulo, di cui sopra, comprendente l’alimentazione di quattro Ugelli. - fig. 10 shows a diagram of a module, above, including the power supply of four nozzles.
Con riferimento alla sopra citata fig. 1 , l’ugello micronizzatore è rappresentato in essa con una vista sezionata diametrale. Un corpo strutturale 1 è dotato di un foro assiale 2 unito ad un foro radiale 3 affacciato su un foro coassiale radiale filettato 4. Questo foro filettato è preposto a coniugarsi con un usuale maschio filettato terminale (non disegnato) di un condotto per il transito di acqua a bassa pressione. Anche il fòro assiale 2 è affacciato su un proprio forò filettato coassiale 5. In tale foro 5 è avvitato il corpo di un elemento tubolare 6, avente una lunghezza tale da superare, con una sua estremità 7, un piano di estremità 8 di una punta 9 dell’ugello. All'interno dell’elemento tubolare 6 è avvitato un corpo impattatore 10 dotato, ad una sua estremità interna, di un foro assiale 11 ; detto foro 11 è costitutivo della prosecuzione di un foro 12 dell'elemento tubolare 6 e del foro assiale 2. Detto foro assiale 11 è intercettato da una pluralità di fori radiali 13 confluenti in un'intercapedine anulare 14 con asse 15 coincidente con quello di un generico corpo cilindricoprismatico (fig. 7) dell’ugello. Il corpo impattatore 10 è dotato di una superficie piana anulare 16 delimitata da spigoli vivi e perpendicolare all’asse 15. La funzione di tale superficie piana anulare 16 è quella di intercettare la vena fluida tubolare in fuoriuscita dall’intercapedine anulare 14. Detta intercettazione, assistita da una pre-rottura della vena fluida esercitata da una scanalatura circonferenziàle 17, crea una ulteriore disgregazione di tale vena. Tale azióne frantumante, creata dall'impatto diretto della vena fluida dell'acqua contro le superfici spigolose del corpo impattatore 10, crea una dispersione centrifuga dell’acqua. Durante la citata dispersione centrifuga, la massa di acqua viene investita da un violentissimo getto di aria compressa, di forma anulare e periferico rispetto alla sorgente più centrale dell’acqua in centrifugazione micronizzandosi. Detto getto di aria compressa avviene ad altissima velocità trafilando attraverso un’intercapedine 18 creata tra una superficie cilindrica esterna 19 dell’elemento tubolare 6 e le pareti cilindriche di un foro 20. A seguito di tale urto, tra aria, acqua ed elemento impattatore, deriva una frammentazione dell’acqua in microscopiche gocce, fino a valori di pochissimi micron. L’aria soffiata attraverso l'intercapedine 18 proviene da una camera conica di raccolta e di accelerazione 21 , in comunicazione con un foro longitudinale 22, non centrale, presente nel corpo 1 dell’ugello. Detto foro longitudinale 22 è connesso con un foro radiale 23 associato, in un suo tratto periferico, ad un foro filettato 24. Su tale foro filettato va impegnato un maschio filettato (non disegnato) dell’estremità di un condotto di aria compressa di alimentazione deM’ugello. Da un punto di vista costruttivoprogettuaie, l’ugello indicato è realizzato mediante un terminale conico 25, avvitato sul corpo strutturale 1 dopo aver avvitato internamente sullo stesso corpo, strutturale 1 l’elemento tubolare 6. Il corpo strutturale 1 è dotato esternamente di una filettatura-maschio 26, mediante la quale può essere fissato ad usuali ancoraggi in prossimità della zona su cui l’ugello micronizzatore deve operare. Poiché gli ugelli micronizzatori devono operare su spazi e su materiali differenti, diventa utile poter variare la forma della nube da essi generata, nonché la sua composizione intesa come miscela aria-acqua. A ciò si provvede interponendo sulle specifiche tubazioni di aria e di acqua notori mezzi parzializzatori 27, 28, di variazione delle sezioni di efflusso, ovvero di portata, e quindi attuatori di pressioni e velocità dei citati fluidi ritenute ottimali. Per fornire un ordine di grandezza, gli ugelli di cui all'invenzione operano con una pressione dell'acqua compresa tra 0,1 e 2 bar; la pressione di esercizio dell’aria è invece compresa tra 1 e 5 bar. Siccome le caratteristiche fisico-chimiche dell’acqua impiegata possono variare in funzione dell’ubicazione geografica dell'impianto utilizzatore degli ugelli, la micronizzazione ottimale potrebbe richiedere leggere varianti al concetto di base finora esposto. Più precisamente, gli ugelli di cui all’invenzione possono adottare un corpo impattatore 10 differenziabile, a seconda delle specifiche esigenze. Vediamo così, per esempio, che in fig; 2 è illustrato un corpo impattatore 10A dotato di una seconda, superficie piana; anulare 29, creante in tal modo due gradini di intercettazióne ed impatto del flusso in disgregazione. In fig. 3, altro esempio, è adottato un corpo impattatore a quattro gradini, essendo dotato di ulteriori due superfici piane anulari 30 e 31 , oltre a superfici 16A, 29A uguali a quelle citate. In fig. 4, altro esempio, si ha un corpo impattatore 10B comprendente uno stelo filettato 32 su cui è installata una superficie di frantumazione 33, conformata a bicchiere e trattenuta da un dado 34 avvitato sullo stelo 32. In fig. 5, altro esempio, lo stelo filettato 32 è utilizzato per supportare girevolmente una “turbina” 36, costituita da un'usuale rondella dentata elastica dei tipo impiegato per evitare lo svitamento dei dadi; in tal caso detta turbina 36 é sorretta da un usuale dado 35, traente sua necessaria proprietà anti-svitamento o da un senso dell’elica della filettatura sinistrorso, o da altri usuali mezzi di ritegno ad attrito. Detto impedimento allo svitamento è favorito dal supporto assiale della turbina 36 con apposita rondella 43 appoggiante sul dado 35; in tale soluzione costruttiva, illustrata in fig. 5, il perno su cui gira la turbina è costituito da una ghiera 44 serrata sullo stelo filettato 32. Detta turbina 36 favorisce, vantaggiosamente, una centrifugazione del flusso tubolare dell'acqua. In fig. 6, atro esempio, lo stelo filettato 32 sostiene una pluralità di rondelle 37,38,39,40. serrate contro un riscontro 41 da . un dado 42 secondo, una geometria realizzata dall'insieme dei loro bordi che sia ritenuta più vantaggiosa. Con riferimento alla fig. 8, un corpo impattatore 45, avvitato Su un’estremità 46 di uno stelo tubolare 47, è dotato di una camera 48 di impatto disgregante conformata conicamente in modo da convogliare verso un corpo 1C dell'ugello l'acqua in essa inettata con fori radiali 49. Detti fori sono in comunicazione con un condotto 50 dello stelo tubolare 47 in comunicazione con un usuale foro filettato di ingresso-acqua 51. L’aria compressa entra invece da un foro filettato 52 che sfocia in una camera anulare 53 per poi uscire liberamente all’esterno attraverso una feritoia anulare 54. In questo modo l’aria investe un flusso di acqua che risale in contro-corrente e lo assoggetta ad un urto difetto ulteriore e ad un successivo impatto contro spigolosità di un solco 55, attuatore di ulteriori vorticosità micronizzanti. A seguitò di tale sequenza di impatti polivalenti; si genera una nebulizzazione dispersa violentemente con andamento centrifugo della conicità di una superficie 56. Cori riferimento alle figure 9 e 10, si può comprendere la circuitazione idraulica e pneumatica regolante l'impiego di vari gruppi di ugelli U mediante usuali criteri di comando. Essendo l’acqua dotata di forte capacità abrasiva e corrosiva, specialmente in presenza di fenomeni di cavitazione, i materiali costitutivi delle superfici delle pareti soggette, ad essere investite dall’azione dell’acqua sono gli stessi suggeriti dalla tecnologia notoria del settore. Il piccolo volume del corpo impattante e la sua facile sostituzione·, peraltro, consente di affrontare il problema con una molteplicità di soluzioni. With reference to the aforementioned fig. 1, the micronizer nozzle is represented in it with a diametrical sectioned view. A structural body 1 is equipped with an axial hole 2 joined to a radial hole 3 facing a coaxial radial threaded hole 4. This threaded hole is designed to mate with a usual terminal threaded male (not drawn) of a duct for the transit of low pressure water. The axial hole 2 also faces its own coaxial threaded hole 5. The body of a tubular element 6 is screwed into this hole 5, having a length such as to overcome, with one of its ends 7, an end plane 8 of a tip 9 of the nozzle. Inside the tubular element 6 is screwed an impactor body 10 equipped, at one of its internal ends, with an axial hole 11; said hole 11 constitutes the continuation of a hole 12 of the tubular element 6 and of the axial hole 2. Said axial hole 11 is intercepted by a plurality of radial holes 13 converging in an annular interspace 14 with axis 15 coinciding with that of a generic cylindricoprismatic body (fig. 7) of the nozzle. The impactor body 10 is equipped with an annular flat surface 16 delimited by sharp edges and perpendicular to the axis 15. The function of this annular flat surface 16 is to intercept the tubular fluid vein emerging from the annular interspace 14. Said interception, assisted by a pre-rupture of the fluid vein exerted by a circumferential groove 17, it creates a further disintegration of this vein. This crushing action, created by the direct impact of the fluid vein of water against the angular surfaces of the impactor body 10, creates a centrifugal dispersion of the water. During the aforementioned centrifugal dispersion, the mass of water is hit by a very violent jet of compressed air, annular and peripheral in relation to the most central source of the water in centrifugation, becoming micronized. Said jet of compressed air occurs at very high speed by drawing through a gap 18 created between an external cylindrical surface 19 of the tubular element 6 and the cylindrical walls of a hole 20. Following this impact, between air, water and the impactor element, the result is a fragmentation of the water into microscopic drops, down to values of a few microns. The air blown through the interspace 18 comes from a conical collection and acceleration chamber 21, in communication with a longitudinal hole 22, not central, present in the body 1 of the nozzle. Said longitudinal hole 22 is connected with a radial hole 23 associated, in a peripheral portion thereof, with a threaded hole 24. A threaded male (not drawn) of the end of a compressed air supply duct must be engaged on this threaded hole. 'nozzle. From a constructional and design point of view, the indicated nozzle is made by means of a conical terminal 25, screwed onto the structural body 1 after having internally screwed the tubular element 6 onto the structural body 1. The structural body 1 is externally equipped with a thread -male 26, by means of which it can be fixed to usual anchors near the area on which the micronizing nozzle is to operate. Since the micronizing nozzles must operate on different spaces and materials, it becomes useful to be able to vary the shape of the cloud generated by them, as well as its composition intended as an air-water mixture. This is done by interposing on the specific air and water pipes known throttling means 27, 28, for varying the outflow sections, or rather of the flow rate, and therefore actuators of pressures and speeds of the said fluids considered to be optimal. To provide an order of magnitude, the nozzles according to the invention operate with a water pressure between 0.1 and 2 bar; the operating pressure of the air is instead between 1 and 5 bar. Since the physico-chemical characteristics of the water used may vary depending on the geographic location of the plant using the nozzles, the optimal micronization may require slight variations to the basic concept set out so far. More precisely, the nozzles of the invention can adopt a differentiable impactor body 10, according to specific needs. Thus we see, for example, that in fig; 2 shows an impactor body 10A provided with a second, flat surface; ring 29, thus creating two interception and impact steps of the disintegrating flow. In fig. 3, another example, an impactor body with four steps is adopted, being provided with further two annular flat surfaces 30 and 31, in addition to surfaces 16A, 29A equal to those mentioned. In fig. 4, another example, there is an impactor body 10B comprising a threaded stem 32 on which a crushing surface 33 is installed, shaped like a cup and held by a nut 34 screwed onto the stem 32. In fig. 5, another example, the threaded rod 32 is used to rotatably support a "turbine" 36, consisting of a usual elastic toothed washer of the type used to avoid unscrewing the nuts; in this case said turbine 36 is supported by a usual nut 35, drawing its necessary anti-unscrewing properties or by a direction of the helix of the left-hand thread, or by other usual frictional retaining means. Said impediment to unscrewing is favored by the axial support of the turbine 36 with a suitable washer 43 resting on the nut 35; in this constructive solution, illustrated in fig. 5, the pin on which the turbine rotates is constituted by a ring nut 44 tightened on the threaded stem 32. Said turbine 36 advantageously favors a centrifugation of the tubular water flow. In fig. 6, in another example, the threaded stem 32 supports a plurality of washers 37,38,39,40. tightened against a striker 41 from. a second nut 42, a geometry made from the set of their edges which is considered more advantageous. With reference to fig. 8, an impactor body 45, screwed onto one end 46 of a tubular stem 47, is equipped with a conically shaped disrupting impact chamber 48 so as to convey the water injected into it with radial holes towards a body 1C of the nozzle 49. Said holes are in communication with a duct 50 of the tubular stem 47 in communication with a usual threaded water inlet hole 51. The compressed air instead enters from a threaded hole 52 which flows into an annular chamber 53 and then exits freely outside through an annular slit 54. In this way the air strikes a flow of water which rises in counter-current and subjects it to a further defect impact and to a subsequent impact against the angularity of a groove 55, actuator of further vorticity micronizing. Following this sequence of multipurpose impacts; a violently dispersed nebulization is generated with a centrifugal trend of the conicity of a surface 56. With reference to Figures 9 and 10, it is possible to understand the hydraulic and pneumatic circuitry regulating the use of various groups of nozzles U by means of usual control criteria. Since water has a strong abrasive and corrosive capacity, especially in the presence of cavitation phenomena, the constituent materials of the surfaces of the walls subject to being affected by the action of water are the same as those suggested by the well-known technology of the sector. The small volume of the impacting body and its easy replacement ·, however, allows to face the problem with a variety of solutions.
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