RU2042438C1

RU2042438C1 - Mechanical sprayer

Info

Publication number: RU2042438C1
Authority: RU
Inventors: Р.Г. Сафиуллин; А.А. Колесник; В.Н. Посохин; Н.А. Николаев
Original assignee: Сафиуллин Ринат Габдуллович
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1995-08-27

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has drop-forming members made in form of wettable threads. EFFECT: simplified design. 5 dwg

Description

Изобретение относится к механическим устройствам для распыливания жидкости и предназначено для осуществления различных технологических процессов: абсорбции, грануляции, сушки и т.д. а именно к устройствам, генерирующим практически одинаковые по размерам (монодисперсные) капли жидкости. The invention relates to mechanical devices for spraying liquids and is intended for the implementation of various technological processes: absorption, granulation, drying, etc. namely, to devices generating practically identical (monodispersed) drops of liquid of the same size.

Известен механический распылитель, содержащий вращающийся на приводном валу проницаемый корпус, включающий основной и дополнительный перфорированные цилиндры с размещенным в пространстве между ними пористым материалом, и средство обеспечения равномерного подвода жидкости к рабочей поверхности [1]
Каплеобразующими элементами такого распылителя являются обрамленные питающими отверстиями выступы конической (или круглой) формы на наружной поверхности дополнительного цилиндра.Known mechanical spray containing a permeable housing rotating on a drive shaft, comprising a main and additional perforated cylinders with a porous material placed in the space between them, and a means of ensuring uniform fluid supply to the working surface [1]
The droplet-forming elements of such a sprayer are conical (or round) protrusions framed by supply holes on the outer surface of the additional cylinder.

Однако в известном распылителе монодисперсный распыл достигается лишь при больших скоростях вращения, следствием чего является большой удельный расход энергии на распыливание. However, in the known atomizer, monodisperse atomization is achieved only at high rotation speeds, resulting in a large specific energy consumption for atomization.

Кроме того, отношения диаметров каплеобразующего элемента и питающего отверстия являются наиболее существенными конструктивными параметрами такого распылителя, обеспечивающими при больших скоростях вращения оптимальные условия проведения процесса образования тонкой пленки на поверхности выступов, формирования капель и их отрыва с вершин выступов. In addition, the ratios of the diameters of the droplet-forming element and the feed hole are the most significant design parameters of such a sprayer, providing at high speeds the optimal conditions for the process of formation of a thin film on the surface of the protrusions, the formation of droplets and their separation from the tops of the protrusions.

Однако незначительные изменения в условиях подтекания жидкости, вызванные либо загрязнением питающих отверстий, прохождением через отверстия твердых частиц, либо колебаниями расхода подаваемой в распылитель жидкости или скорости вращения, приводят к тому, что на различные участки выступов натекает различное количество жидкости, а в некоторых случаях отдельные участки каплеобразующих элементов вообще не орошаются жидкостью. Такое неорганизованное формирование капель, а также радиальная направленность осей каплеобразующих элементов, не соответствующая действию равнодействующей сил сопротивления и центробежной, приводит к образованию полидисперсного распыла. However, insignificant changes in the conditions of fluid leakage, caused either by contamination of the supply holes, passage of solid particles through the holes, or fluctuations in the flow rate of the fluid supplied to the atomizer or the rotation speed, lead to the fact that different amounts of liquid, and in some cases separate sections of droplet-forming elements are not irrigated with liquid at all. Such an unorganized formation of droplets, as well as the radial orientation of the axes of the droplet-forming elements, which does not correspond to the action of the resultant resistance and centrifugal forces, leads to the formation of a polydisperse spray.

Зависимость качества диспергирования от колебания расхода и скорости вращения сужает диапазон применения известного распылителя. The dependence of the dispersion quality on fluctuations in flow rate and rotation speed narrows the range of application of the known atomizer.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является механический распылитель, содержащий приводной вал, установленный на нем проницаемый цилиндрический корпус в виде пакета дисков с установленными в зазорах между ними каплеобразующими элементами и патрубок подвода жидкости [2]
Достижение режима монодисперсного распыления в нем происходит за счет увеличения удельного расхода энергии на распыление (повышение скорости вращения распылителя), что обусловлено характером течения жидкости в узких зазорах между дисками и условиями каплеобразования на каплеобразующих элементах, едва выступающих под кромками дисков.Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a mechanical atomizer containing a drive shaft, a permeable cylindrical body mounted on it in the form of a disk pack with drop-forming elements installed in the gaps between them and a liquid supply pipe [2]
The achievement of the monodisperse atomization regime in it occurs due to an increase in the specific energy consumption for atomization (increase in the atomizer rotation speed), which is caused by the nature of the liquid flow in the narrow gaps between the disks and the droplet formation conditions on the droplet-forming elements that barely protrude under the edges of the disks.

При малых скоростях вращения на наружной поверхности распылителя образуется пленка жидкости, сливающаяся над едва выступающими с кромок дисков вершинами игл, неравномерная как по своей толщине, так и по высоте распылителя. Это приводит к неупорядоченному формированию крупных капель из развивающихся на пленке местных возмущений и струеобразованию, что ведет к их нерегулярному распаду в газовой фазе и образованию разноразмерных капель. Несоответствие угла наклона жестко установленных каплеобразующих элементов углам вылета капель и струй при малых скоростях вращения и колебаниях плотности газовой среды приводит к дополнительному снижению качества диспергирования. At low rotational speeds, a liquid film forms on the outer surface of the atomizer, merging over the needle tips that barely protrude from the edges of the disks, which is uneven both in thickness and in height of the atomizer. This leads to the disordered formation of large droplets from local disturbances developing on the film and to jet formation, which leads to their irregular decomposition in the gas phase and the formation of different sized droplets. The mismatch of the angle of inclination of the rigidly mounted drop-forming elements to the exit angles of droplets and jets at low rotation speeds and fluctuations in the density of the gaseous medium leads to an additional decrease in the quality of dispersion.

Полидисперсность распыла при малых скоростях вращения не позволяет применять известный распылитель для получения крупных одноразмерных капель, а также использовать более производительный и менее энергоемкий струйный режим распыления (оптимальные нагрузки на распыливающие элементы при струйном каплеобразовании более чем в 10 раз превышают производительность капельного режима). Это сужает диапазон применения известного распылителя. The spray polydispersity at low rotational speeds does not allow the use of the known atomizer for producing large single-sized droplets, as well as the use of a more productive and less energy-intensive spray mode (optimal loads on spray elements during ink droplet formation are more than 10 times higher than the performance of the drop mode). This narrows the application range of the known atomizer.

Цель изобретения уменьшение удельного расхода энергии на распыливание, а также расширение диапазона применения распылителя за счет создания возможности получения монодисперсного распыла во всем интервале изменения скорости вращения. The purpose of the invention is to reduce the specific energy consumption for atomization, as well as expanding the range of application of the atomizer by creating the possibility of obtaining a monodisperse spray throughout the entire range of changes in rotational speed.

Для этого в механическом распылителе, содержащем приводной вал, установленный на нем проницаемый цилиндрический корпус в виде пакета дисков с установленными в зазорах между ними каплеобразующими элементами и патрубок подвода жидкости, согласно изобретению каплеобразующие элементы выполнены в виде гибких упругих смачиваемых нитей. To do this, in a mechanical atomizer containing a drive shaft, a permeable cylindrical body mounted on it in the form of a pack of disks with droplet-forming elements installed in the gaps between them and a fluid supply pipe, according to the invention, droplet-forming elements are made in the form of flexible elastic wetted threads.

На фиг.1 изображен предлагаемый распылитель, поперечный разрез; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 схема каплеобразования в режиме распыления основных капель; на фиг.4 то же, в режиме распыления струйных или вторичных капель; на фиг.5 то же, в режиме тонкодисперсного распыления. Figure 1 shows the proposed spray, a cross section; figure 2 is a view along arrow A in figure 1; figure 3 diagram of droplet formation in the spray mode of the main drops; figure 4 the same, in the spray mode of jet or secondary drops; figure 5 is the same in the fine spray mode.

Механический распылитель содержит приводной вал 1, установленный на нем проницаемый цилиндрический корпус 2 в виде пакета дисков 3 с установленными в зазорах между ними каплеобразующими элементами в виде гибких упругих и смачиваемых нитей 4, причем каждая нить 4 имеет U-образную форму и размещена радиально в двух близлежащих зазорах между дисками 3. The mechanical atomizer comprises a drive shaft 1, a permeable cylindrical body 2 mounted on it in the form of a pack of disks 3 with drop-forming elements installed in the gaps between them in the form of flexible elastic and wettable threads 4, each thread 4 having a U-shape and placed radially in two nearby disc gaps 3.

Кроме того, распылитель содержит патрубок 5 подвода жидкости и верхнюю и нижнюю крышки 6 и 7. In addition, the sprayer includes a pipe 5 for supplying liquid and upper and lower covers 6 and 7.

Распылитель работает следующим образом. The sprayer operates as follows.

Жидкость под давлением через патрубок 5 поступает в центральную полость распылителя, образованную верхней 6, нижней 7 крышками и пакетом дисков 3. Под действием центробежной силы при вращении распылителя жидкость выталкивается через узкие зазоры между дисками 3 и основаниями нитей 4 на боковую поверхность распылителя. The liquid under pressure through the nozzle 5 enters the central cavity of the atomizer, formed by the upper 6, lower 7 covers and a pack of disks 3. Under the action of centrifugal force during rotation of the atomizer, the liquid is pushed through the narrow gaps between the disks 3 and the bases of the threads 4 on the side surface of the atomizer.

При малых скоростях вращения (до 2 м/с) между дисками 3 на боковой поверхности распылителя образуются жидкие кольца, на поверхности которых в местах контакта с нитями 4 развиваются местные возмущения. Возмущенные участки на кольцах превращаются в отростки, которые растут, вытягиваются по поверхностям нитей 4 и формируют сферические головки с тонкими соединительными перемычками. Головки отделяются от перемычек, образуя первичные капли, а перемычки распадаются на поверхностях нитей с образованием более мелких капель спутников, удерживаемых силами поверхностного натяжения и адгезии на поверхностях нитей 4. Оставшиеся части отростков втягиваются в жидкие кольца и отростки снова начинают формироваться на нитях 4. Процесс повторяется. At low rotation speeds (up to 2 m / s), liquid rings form on the lateral surface of the atomizer between the disks 3, on the surface of which local disturbances develop at the points of contact with the filaments 4. The perturbed sections on the rings turn into processes that grow, extend along the surfaces of threads 4 and form spherical heads with thin connecting jumpers. The heads are separated from the jumpers, forming primary drops, and the jumpers disintegrate on the surfaces of the threads with the formation of smaller droplets of satellites held by surface tension and adhesion on the surfaces of the threads 4. The remaining parts of the processes are drawn into the liquid rings and the processes begin to form on the threads 4. Process repeated.

В результате непосредственно у кромки дисков 3 образуются крупные одноразмерные капли, которые под действием центробежной силы, сил сопротивления среды и тяжести движутся по поверхности нитей, форма которых в силу их гибкости и упругости при вращении соответствует траектории движения капель от кромки дисков 3 под действием равнодействующей этих сил (дуги спиралей или эвольвенты круга), и упорядоченно сбрасываются с их концов. As a result, large single-sized droplets are formed directly at the edge of the disks 3, which, under the action of centrifugal force, resistance of the medium, and gravity, move along the surface of the filaments, the shape of which, due to their flexibility and elasticity during rotation, corresponds to the trajectory of droplets from the edge of the disks 3 under the influence of these forces (arcs of spirals or involutes of a circle), and are orderly discarded from their ends.

Следующие крупные капли при движении по нитям 4 захватывают капли спутники, оставшиеся на ней в результате распада перемычек от предыдущих капель. The following large drops when moving along threads 4 are captured by satellites remaining on it as a result of the collapse of jumpers from previous drops.

В результате при работе распылителя при малых скоростях вращения в режиме основных капель образуется объемный, равномерный по высоте и практически монодисперсный факел распыла, содержащий довольно крупные капли, что позволяет использовать этот режим, например, в целях испарительного охлаждения. As a result, when the sprayer operates at low rotational speeds in the main droplet mode, a volumetric, uniform in height and almost monodisperse spray jet is formed containing rather large droplets, which makes it possible to use this mode, for example, for evaporative cooling.

С увеличением скорости вращения (до 8 м/с) и при увеличении расхода в силу свойств щелевой структуры проницаемого корпуса 2 первый режим распыления сменяется вторым, при котором возникающие на жидких кольцах отростки уже не успевают превратиться в капли, отделяющиеся у кромки дисков 3, а вытягиваются по поверхностям нитей в относительно длинные жидкие струи. На некотором расстоянии от кромок дисков 3 эти струи распадаются на капли под действием внешних возмущений, причем длина нераспавшейся части струи Sp постоянна и определяется соотношением расхода жидкости, ее физических свойств и характеристик распылителя. Благодаря выполнению нитей длиной Lн>Sp образуется система как бы нанизанных на их верхней части однородных капель и мелких капель спутников. Крупные капли, сливаясь при своем движении по нитям с более мелкими, сбрасываются упорядоченно с концов нитей в газовую фазу. With an increase in the rotation speed (up to 8 m / s) and with an increase in flow rate due to the properties of the slit structure of the permeable body 2, the first spraying mode is replaced by the second, in which the processes arising on the liquid rings no longer have time to turn into droplets that separate at the edge of the disks 3, and stretch along the surfaces of the threads into relatively long liquid jets. At a certain distance from the edges of the disks 3, these jets break up into droplets under the action of external perturbations, and the length of the non-decaying part of the jet Sp is constant and is determined by the ratio of the liquid flow rate, its physical properties, and sprayer characteristics. Due to the implementation of filaments with a length Ln> Sp, a system of homogeneous drops and small drops of satellites, as if strung on their upper part, is formed. Large droplets, merging during their movement along the threads with smaller ones, are discarded orderly from the ends of the threads into the gas phase.

В результате при работе распылителя в режиме вторичных капель, характеризуемом относительно малым удельным расходом энергии на распыливание (небольшая скорость вращения) и большой производительностью (практически струйный режим), образуется объемный, равномерный и практически монодисперсный факел распыла. As a result, when the atomizer operates in the secondary droplet mode, which is characterized by a relatively low specific energy consumption for atomization (low rotational speed) and high productivity (almost a jet mode), a volumetric, uniform and almost monodisperse spray jet is formed.

При дальнейшем увеличении скорости вращения (более 8 м/с) второй режим распыления сменяется третьим, характеризуемым, в силу свойств структуры корпуса 2 распылителя, независимостью расхода от скорости вращения. Большие скорости вращения приводят к образованию на поверхности нитей равномерных тонких пленок жидкости и ее избытку на концах нитей 4. Срыв жидкости в газовую фазу происходит с концов нитей в виде мелких одноразмерных капель. With a further increase in the rotation speed (more than 8 m / s), the second spraying mode is replaced by the third, characterized, by virtue of the properties of the structure of the spray gun body 2, by the independence of the flow rate from the rotation speed. High speeds of rotation lead to the formation on the surface of the threads of uniform thin films of liquid and its excess at the ends of the threads 4. Disruption of the liquid into the gas phase occurs from the ends of the threads in the form of small one-dimensional drops.

Этот режим аналогичен известному. Однако, благодаря формированию капель на концах длинных нитей 4, увеличивается радиус их отрыва с каплеобразующих элементов, что позволяет достигать режим тонкодисперсного распыления при меньшей скорости вращения распылителя. Это уменьшает удельный расход энергии на распыливание в этом режиме в сравнении с прототипом при сохранении степени монодисперсности факела жидкости. This mode is similar to the known one. However, due to the formation of droplets at the ends of long threads 4, the radius of their separation from the droplet-forming elements increases, which makes it possible to achieve fine dispersion at a lower speed of rotation of the atomizer. This reduces the specific energy consumption for atomization in this mode in comparison with the prototype while maintaining the degree of monodispersion of the fluid plume.

Процесс перехода от режима к режиму обратим и может регулироваться путем варьирования расхода или скорости вращения распылителя. The transition from mode to mode is reversible and can be adjusted by varying the flow rate or the speed of rotation of the atomizer.

Таким образом, использование каплеобразующих элементов в виде гибких упругих смачиваемых нитей (принимающих при вращении распылителя форму, соответствующую траекториям движения капель от его поверхности), способствует устойчивому каплеобразованию при меньших скоростях вращения, распаду перемычек между каплями и удержанию мелких капель спутников непосредственно на поверхности нитей, что позволяет уменьшить удельный расход энергии на распыливание и получить практически монодисперсный состав распыла как в режиме тонкодисперсного распыления, так и при получении крупных основных капель. Кроме того, применение нитей с длиной свободной части (от кромки распылителя) более длины нераспавшейся части жидких струй позволяет получить монодисперсный факел при работе распылителя в наиболее производительном и менее энергоемком струйном режиме распыления. Thus, the use of droplet-forming elements in the form of flexible elastic wettable threads (taking the shape corresponding to the trajectories of droplets moving from the surface when the sprayer rotates) contributes to stable droplet formation at lower rotational speeds, decay of the jumpers between the droplets and the retention of small satellite droplets directly on the surface of the threads, which makes it possible to reduce the specific energy consumption for atomization and to obtain an almost monodisperse composition of the spray, as in the fine dispersion mode dusting, and upon receipt of large basic drops. In addition, the use of threads with a length of the free part (from the nozzle edge) greater than the length of the non-decaying part of the liquid jets makes it possible to obtain a monodisperse torch when the sprayer operates in the most efficient and less energy-intensive spray mode.

Claims

MECHANICAL SPRAYER comprising a drive shaft, a permeable cylindrical body mounted on it in the form of a pack of disks with drop-forming elements installed in the gaps between them and a liquid supply pipe, characterized in that the drop-forming elements are made in the form of flexible elastic wetted threads.