RU130677U1

RU130677U1 - VORTEX DISC SPRAYER

Info

Publication number: RU130677U1
Application number: RU2012154478/06U
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Дмитриев; Оксана Сергеевна Дмитриева; Андрей Николаевич Николаев
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2013-07-27

Abstract

Вихревой аппарат с дисковым распылителем предназначен для проведения тепло- и массообменных процессов, состоит из корпуса, патрубка для выхода газа, патрубков для входа и выхода жидкости, тангенциально-лопаточного завихрителя, вала с лопастями и распылителем жидкости. Распылитель закреплен на валу, имеет диски различного диаметра, расположенные на расстоянии друг от друга по высоте. При этом диаметр каждого последующего диска распылителя больше предыдущего. Лопасти крепятся на валу, расположены в патрубке для выхода газа в несколько рядов на некотором расстоянии друг от друга. Причем между лопастями и внутренней стенкой патрубка для выхода газа имеется зазор, который заполняется стекающей пленкой жидкости. Кроме этого, в патрубке для выхода газа выполнены отверстия для отвода стекающей пленки в патрубок для выхода жидкости. Технический результат - высокая эффективность протекания процесса при относительно низких энергетических затратах, низкое гидравлическое сопротивление аппарата, снижение эксплуатационных затрат на обслуживание дискового распылителя. A vortex apparatus with a disk atomizer is designed for heat and mass transfer processes, consists of a housing, a nozzle for gas outlet, nozzles for liquid inlet and outlet, a tangential-blade swirl, a shaft with blades and a liquid atomizer. The sprayer is mounted on the shaft, has disks of various diameters located at a distance from each other in height. Moreover, the diameter of each subsequent atomizer disk is larger than the previous one. The blades are mounted on the shaft, located in the pipe for the gas to exit in several rows at a certain distance from each other. Moreover, between the blades and the inner wall of the pipe for the exit of gas there is a gap that is filled with a flowing film of liquid. In addition, in the pipe for the exit of gas, holes are made for removing the flowing film into the pipe for the exit of liquid. EFFECT: high efficiency of the process at relatively low energy costs, low hydraulic resistance of the apparatus, reduced operating costs for servicing the disk atomizer.

Description

Настоящая полезная модель предназначена для проведения тепло- и массообменных процессов, в частности для охлаждения оборотной жидкости. Вихревой аппарат с дисковым распылителем может быть использован в химической, нефтехимической, энергетической и другой промышленности.This utility model is intended for carrying out heat and mass transfer processes, in particular for cooling the circulating fluid. A vortex apparatus with a disk atomizer can be used in chemical, petrochemical, energy and other industries.

Из предшествующего уровня техники известна вентиляторная градирня А.Д.Корнеева [см. патент RU 2212603, МПК F28C 1/00], содержащая корпус с воздуховодным проемом, выполненным на боковой поверхности корпуса градирни, размещенные в корпусе ярусами водоуловитель, ороситель, водораспределитель с разбрызгивающими форсунками с факелом распыла, направленным вверх, вентилятор, соединенный с воздуховодным проемом и окруженный цилиндрической обечайкой, соосной оси его вращения, водосборник с патрубком отвода воды и отражатель воздушного потока, установленный за плоскостью торца цилиндрической обечайки с возможностью изменения угла наклона к ее продольной оси, градирня дополнительно снабжена шнекообразными лентами, размещенными соосно вертикальной оси градирни над отражателем воздушного потока, при этом к поверхности отражателя воздушного потока и шнекообразных лент прикреплены спиральные ловушки с приемными карманами. Приемные карманы спиральных ловушек расположены навстречу поднимающемуся воздушному потоку. Спиральные ловушки расположены в шахматном или коридорном порядке. Изобретение позволяет повысить холодопроизводительность градирни вследствие увеличения турбулентности газожидкостного потока и равномерного распределения его по сечению аппарата за счет создания активной вихревой макроциркуляции, генерируемой не только на отражателе воздушного потока, но и во всем рабочем объеме градирни. Недостатком изобретения является распределение жидкости форсунками в направлении водоуловителей, что ведет к неравномерному ее распределению, уменьшению времени контакта жидкости и воздуха, высока вероятность проскока воздушным потоком шнекообразных лент.The fan tower of A.D. Korneev is known from the prior art [see patent RU 2212603, IPC F28C 1/00], comprising a casing with an air duct made on the side surface of the cooling tower casing, a water catcher, a sprinkler, a water distributor with spray nozzles with a spray torch pointing up, a fan connected to the air duct and surrounded by a cylindrical shell, coaxial to its axis of rotation, a water collector with a water outlet and an air flow reflector mounted behind the plane of the end face of the cylindrical shell with the possibility of changing the angle of inclination bosom to its longitudinal axis, the tower is additionally equipped with screw-shaped tapes placed coaxially with the vertical axis of the tower above the air flow reflector, while spiral traps with receiving pockets are attached to the surface of the air flow reflector and screw-shaped tapes. Receiving pockets of spiral traps are located towards the rising air flow. Spiral traps are staggered or corridor. The invention improves the cooling capacity of the tower due to increased turbulence of the gas-liquid stream and its uniform distribution over the cross section of the apparatus due to the creation of active vortex macrocirculation generated not only on the air flow reflector, but also in the entire working volume of the tower. The disadvantage of the invention is the distribution of fluid by nozzles in the direction of the water traps, which leads to its uneven distribution, reduced contact time of the liquid and air, there is a high likelihood of a breakthrough in the air flow of screw-shaped tapes.

Известна также эжекционно-вихревая градирня [см. патент RU 2173436, МПК F28C 1/06], содержащая малый бассейн над вентиляционным каналом, водораспределительный узел выполнен в виде системы эжекторов, инжектирующих дополнительное количество воздуха за счет бросовой энергии водяного потока, а в днище верхнего бассейна смонтированы сопла, реализующие перекрестно-вихревое движение теплоносителей, и в полой нижней части градирни капли витают в вихревом, воздушном потоке, т.е. градирня имеет четыре зоны эффективного теплообмена с вихревым движением потоков теплоносителей. Изобретение позволяет снизить удельное энергопотребление градирни и повысить степень охлаждения оборотной воды. Недостатком эжекционно-вихревой градирни является сложность изготовления конструкции аппарата, наличие большого количества форсунок, способствует отложению загрязнений на поверхности таких элементов, их забиванию и снижению эффективности работы, высокое гидравлическое сопротивление, поскольку система распределения жидкости зависит от энергии потока воздуха.An ejection vortex cooling tower is also known [see patent RU 2173436, IPC F28C 1/06], containing a small pool above the ventilation duct, the water distribution unit is made in the form of a system of ejectors injecting additional air due to the waste energy of the water flow, and nozzles implementing cross-swirl movement are mounted in the bottom of the upper pool coolants, and in the hollow bottom of the cooling tower, droplets soar in a vortex, air flow, i.e. The cooling tower has four zones of effective heat transfer with the swirling motion of the coolant flows. The invention allows to reduce the specific energy consumption of the cooling tower and to increase the degree of cooling of the circulating water. The disadvantage of an ejection vortex tower is the complexity of manufacturing the apparatus design, the presence of a large number of nozzles, contributes to the deposition of contaminants on the surface of such elements, their clogging and reduced operating efficiency, high hydraulic resistance, since the liquid distribution system depends on the energy of the air flow.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции аналогом является вертикальная вихревая форсуночная градирня [см. патент RU 2267729, МПК F28C 1/02], предназначенная для охлаждения циркуляционной воды. Изобретение содержит осевой вентилятор с профилированными лопастями, закручивающими поток воздуха, кожух в виде трубы, сепаратор капель воды, поддон для сбора воды, фильтр, циркуляционный насос, гребенку и форсунки для распыления воды внутри объема трубы. Труба выполнена вертикальной с диаметром, равным 400-1200 мм, и в нее подается снизу вверх закрученный вентилятором поток воздуха под углом, равным 30°-60°, к образующей трубы, а в противоток через форсунки впрыскивается вода. Градирня снабжена уловителем для сбора стекающей по внутренней поверхности трубы пленки воды, причем внизу трубы корпус вентилятора размещен с зазором в уловителе. Изобретение позволяет повысить тепло- и массообмен, достичь компактности. Недостатком изобретения является сложность конструкции, большая металлоемкость, близость электродвигателя вентилятора с водой, большое количество форсунок, требующих высоких эксплуатационных затрат.The closest analogue to the proposed design is a vertical vortex nozzle cooling tower [see patent RU 2267729, IPC F28C 1/02], intended for cooling circulating water. The invention comprises an axial fan with profiled blades swirling the air flow, a casing in the form of a pipe, a water droplet separator, a water collection pan, a filter, a circulation pump, a comb and nozzles for spraying water inside the pipe volume. The pipe is made vertical with a diameter equal to 400-1200 mm, and air flow swirled by the fan from an upward angle at an angle of 30 ° -60 ° is supplied to it, forming a pipe, and water is injected into the counter-flow through nozzles. The cooling tower is equipped with a trap for collecting a film of water flowing down the inner surface of the pipe, and at the bottom of the pipe the fan casing is placed with a gap in the trap. The invention improves heat and mass transfer, achieve compactness. The disadvantage of the invention is the design complexity, large metal consumption, the proximity of the fan motor with water, a large number of nozzles requiring high operating costs.

Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в повышении эффективности тепломассообменного процесса при сравнительно низких энергетических затратах на его проведение.The problem to which the claimed utility model is directed is to increase the efficiency of the heat and mass transfer process with relatively low energy costs for its implementation.

Данная задача решается за счет того, что заявленный вихревой аппарат с дисковым распылителем имеет корпус в виде усеченного конуса, двойное коническое днище, вал, двигатель, лопасти, дисковый распылитель, патрубки для входа и выхода жидкости, патрубок для выхода газа, тангенциально-лопаточный завихритель.This problem is solved due to the fact that the claimed vortex apparatus with a disk atomizer has a truncated cone body, a double conical bottom, a shaft, an engine, blades, a disk atomizer, nozzles for liquid inlet and outlet, a gas outlet pipe, and a tangential-blade swirl .

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является высокая эффективность протекания тепломассообменных процессов при относительно низких энергетических затратах, низкое гидравлическое сопротивление аппарата, снижение эксплуатационных затрат на обслуживание дискового распылителя, отсутствие мелких проходных сечений исключает их засорение.The technical result provided by the given set of features is the high efficiency of heat and mass transfer processes at relatively low energy costs, low hydraulic resistance of the apparatus, reduced operating costs for servicing the disk atomizer, and the absence of small passage sections eliminates clogging.

Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 схематично изображен вихревой аппарат с дисковым распылителем, вид спереди.The essence of the utility model is illustrated in the drawing. Figure 1 schematically shows a vortex apparatus with a disk atomizer, front view.

Вихревой аппарат с дисковым распылителем состоит из корпуса 1, выполненного в форме усеченного конуса, патрубка для выхода газа 2, расположенного в нижней части аппарата, патрубков для входа 3 и выхода 4 жидкости, тангенциально-лопаточного завихрителя 5, через который осуществляется вход газа в аппарат, вала 6 с лопастями 7 и распылителем 8, обеспечивающим объемный факел распыла жидкости. Распылитель 8 расположен в аппарате под патрубком для подачи жидкости 3 и закреплен на валу 6, который вращается с помощью двигателя 9. Кроме того, распылитель 8 имеет диски 10 различного диаметра, расположенные на расстоянии друг от друга по высоте распылителя 8. При этом диаметр каждого последующего диска 10 распылителя 8 больше предыдущего. Аппарат имеет двойное коническое днище: без перфорации 11 и с перфорацией 12. Причем в стенке конического днища с перфорацией 12 отверстия 13 выполнены для отвода стекающей жидкости по внутренней поверхности корпуса 1 аппарата. Лопасти 7 крепятся на валу 6, расположены в патрубке для выхода газа 2 в несколько рядов на некотором расстоянии друг от друга, что позволяет уменьшить диаметр лопастей 7 и, следовательно, диаметр выходного патрубка для газа 2, увеличивая объем рабочей зоны аппарата. Причем между лопастями 7 и внутренней стенкой патрубка для выхода газа 2 имеется зазор, который заполняется стекающей пленкой жидкости, что позволяет приблизить значение потребляемой мощности к полезной. Кроме этого, в патрубке для выхода газа 2 выполнены отверстия 14 для отвода стекающей пленки в патрубок для выхода жидкости 4.A vortex apparatus with a disk atomizer consists of a housing 1 made in the form of a truncated cone, a nozzle for the exit of gas 2 located at the bottom of the apparatus, nozzles for the inlet 3 and the outlet 4 of the liquid, a tangential-blade swirl 5 through which the gas enters the apparatus , shaft 6 with blades 7 and a spray 8, providing a volumetric spray torch of liquid. The atomizer 8 is located in the apparatus under the nozzle for supplying liquid 3 and is mounted on a shaft 6, which rotates with the help of the engine 9. In addition, the atomizer 8 has disks 10 of various diameters located at a distance from each other along the height of the atomizer 8. Moreover, the diameter of each the subsequent disk 10 of the atomizer 8 is larger than the previous one. The apparatus has a double conical bottom: without perforation 11 and with perforation 12. Moreover, in the wall of the conical bottom with perforation 12, openings 13 are made to drain the flowing liquid along the inner surface of the apparatus body 1. The blades 7 are mounted on the shaft 6, are located in the pipe for the exit of gas 2 in several rows at a certain distance from each other, which reduces the diameter of the blades 7 and, therefore, the diameter of the outlet pipe for gas 2, increasing the volume of the working area of the apparatus. Moreover, between the blades 7 and the inner wall of the pipe for the exit of gas 2 there is a gap that is filled with a flowing film of liquid, which makes it possible to approximate the value of power consumption to usable. In addition, in the pipe for the exit of gas 2, holes 14 are made for removing the flowing film into the pipe for the exit of liquid 4.

Вихревой аппарат с дисковым распылителем работает следующим образом. По оси вихревого аппарата расположен вал 6 с распылителем 8 и лопастями 7, который приводится во вращение двигателем 9. Жидкость поступает в аппарат через патрубок 3, расположенный в верхней части устройства. Далее жидкость, попадает в распылитель 8, откуда распределяется по дискам 10 различного диаметра. При вращении распылителя 8, жидкость срывается с дисков 10 в виде капель, отбрасывается в разные стороны, при этом образуется объемный факел распыла. Причем, вращаясь с одинаковой угловой скоростью, диски 10, имея разный диаметр, позволяют создавать капли различного диаметра, что обеспечивает равномерное заполнение рабочей зоны аппарата, исключаются застойные зоны в аппарате и увеличивается тепломассообменная эффективность процесса.A vortex apparatus with a disk atomizer operates as follows. A shaft 6 is located along the axis of the vortex apparatus with a nozzle 8 and blades 7, which is driven by the engine 9. The fluid enters the apparatus through a nozzle 3 located in the upper part of the device. Further, the liquid enters the atomizer 8, from where it is distributed over the disks 10 of various diameters. When the atomizer 8 rotates, the liquid breaks off the disks 10 in the form of drops, is thrown in different directions, and a volume spray torch is formed. Moreover, rotating at the same angular speed, the disks 10, having a different diameter, allow you to create droplets of different diameters, which ensures uniform filling of the working area of the apparatus, stagnant zones in the apparatus are eliminated and the heat and mass transfer efficiency of the process increases.

Вращающиеся на валу 6 лопасти 7 создают пониженное давление в 1 патрубке для выхода газа 2, что обеспечивает тягу газа в аппарат через тангенциально-лопаточный завихритель 5. Газ приобретает вращательное движение, перемещаясь к центру аппарата, капли вовлекаются в совместное вращательное движение. Такое взаимодействие газа и капель жидкости приводит к образованию в рабочей зоне аппарата мелкодисперсного вращающегося капельного слоя, что увеличивает поверхность межфазного взаимодействия и интенсивность протекания тепломассообменного процесса. Газ удаляется через центральный патрубок 2, расположенный в нижней части аппарата. Под действием центробежной, гравитационной сил и силы аэродинамического сопротивления капли жидкости движутся к коническому днищу 12 аппарата по равновесным траекториям. Далее жидкость стекает вниз через отверстия 13, выполненные в стенке конического днища с перфорацией 12, попадает на поверхность днища без перфорации 11, после чего жидкость выводится из вихревого аппарата через патрубок 4. Другая часть жидкости стекает в виде пленки, заполняя зазор между лопастями 7 и внутренней стенкой патрубка для выхода газа 2, и направляется через отверстия 14 в патрубок для выхода жидкости 4.The blades 7 rotating on the shaft 6 create a reduced pressure in the 1 nozzle for the gas 2 to escape, which ensures thrust of the gas into the apparatus through the tangential-blade swirl 5. The gas acquires a rotational motion, moving to the center of the apparatus, the droplets are involved in a joint rotational motion. This interaction of gas and liquid droplets leads to the formation in the working zone of the apparatus of a finely divided rotating droplet layer, which increases the interface surface and the intensity of the heat and mass transfer process. Gas is removed through a central pipe 2 located at the bottom of the apparatus. Under the action of centrifugal, gravitational and aerodynamic drag forces, liquid droplets move to the conical bottom 12 of the apparatus along equilibrium trajectories. Next, the liquid flows down through openings 13 made in the wall of the conical bottom with perforation 12, enters the surface of the bottom without perforation 11, after which the liquid is discharged from the vortex apparatus through the nozzle 4. Another part of the liquid flows in the form of a film, filling the gap between the blades 7 and the inner wall of the pipe for the exit of gas 2, and is directed through the holes 14 into the pipe for the exit of the liquid 4.

Claims

1. A vortex apparatus with a disk atomizer, consisting of a housing made in the form of a truncated cone, a nozzle for gas outlet, nozzles for fluid inlet and outlet, a tangential-blade swirl, a shaft with blades attached to it and a nozzle, characterized in that the nozzle has disks of various diameters located at a distance from each other along the height of the atomizer.

2. The vortex apparatus with a disk atomizer according to claim 1, characterized in that the blades are located in the lower part of the apparatus in several rows at a certain distance from each other.

3. A vortex apparatus with a disk atomizer according to claim 1 or 2, characterized in that the gas outlet pipe has openings for discharging the falling film into the liquid outlet pipe.