RU2066404C1

RU2066404C1 - Spraying apparatus and method of its operation

Info

Publication number: RU2066404C1
Application number: RU94015435A
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Калаев
Original assignee: Владимир Анатольевич Калаев
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1996-09-10

Abstract

FIELD: spraying processes. SUBSTANCE: active medium is accelerated up to supersonic speed and passive liquid medium is ejected from formed in zone of slit holes low pressure zones and formed in active gas-shaped stream shock waves are acted on passive medium. Spraying apparatus has mixing chamber, that is expanding in direction of stream flow. The chamber has additional slit holes to deliver passive medium. Slit holes width does not exceed value of radial shift in respect to each other of the holes edges. EFFECT: improved design of apparatus. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к струйным аппаратам для смешения разнофазных сред и подачи смеси сред потребителю. The invention relates to the field of inkjet technology, mainly to inkjet devices for mixing different-phase media and supplying a mixture of media to the consumer.

Известен способ работы струйного аппарата, включающий подачу газообразной активной среды в активное сопло, разгон в нем активной среды, эжектирование жидкостной пассивной среды, смешение активной и пассивной сред в камере смешения с подачей из последней смеси сред потребителю (см. например, патент США N 4562966, кл. 239-433, опубл. 1986). There is a known method of operating an inkjet apparatus, comprising supplying a gaseous active medium to an active nozzle, accelerating an active medium therein, ejecting a liquid passive medium, mixing the active and passive media in a mixing chamber and supplying the media from the last mixture to the consumer (see, for example, US Pat. No. 4,562,966 Cl. 239-433, publ. 1986).

Из этого же патента США известен струйный аппарат, содержащий активное сопло, камеру смешения, размещенную на выходе сопла, и канал подвода жидкой пассивной среды. From the same US patent, a jet apparatus is known comprising an active nozzle, a mixing chamber disposed at the nozzle exit, and a channel for supplying a passive liquid medium.

Недостатком известного способа работы является низкая эффективность процесса диспергирования жидкой пассивной среды в активной газообразной среде, а недостатком устройства является неравномерность подвода пассивной среды к активной среде, что снижает эффективность использования энергии активной среды и искажает градиент скоростей в поперечном сечении камеры смешения, а следовательно, снижает эффективность диспергирования жидкой среды в потоке активной газообразной среды. The disadvantage of this method of operation is the low efficiency of the process of dispersing a liquid passive medium in an active gaseous medium, and the disadvantage of the device is the uneven supply of a passive medium to the active medium, which reduces the efficiency of energy use of the active medium and distorts the velocity gradient in the cross section of the mixing chamber, and therefore, reduces the efficiency of dispersing a liquid medium in a stream of an active gaseous medium.

Наиболее близким к изобретению является способ работы струйного аппарата, заключающийся в том, что в активное сопло подают газообразную активную среду, разгоняют активную среду до сверхзвуковой скорости, подводят пассивную жидкостную среду в зону выходного участка сопла, смешивают активную и пассивную среды с эжектированием последней и образованием в камере смешения двухфазного потока смеси сред и последнюю подают потребителю, при этом в зоне истечения активной среды по ее периметру образуют замкнутую зону пониженного давления и пассивную среду подводят в эту зону (см. например, патент США N 3292556, кл. 417-196, опубл. 1966). Closest to the invention is a method of operating an inkjet apparatus, which consists in supplying a gaseous active medium to the active nozzle, accelerating the active medium to supersonic speed, supplying a passive liquid medium to the area of the nozzle exit section, mixing the active and passive medium with the latter being ejected and forming in the mixing chamber of the two-phase flow of a mixture of media and the latter is served to the consumer, while in the zone of the expiration of the active medium along its perimeter form a closed zone of low pressure and pass A regular medium is brought into this zone (see, for example, US Pat. No. 3,292,556, CL 417-196, publ. 1966).

В этом же патенте описан наиболее близкий к изобретению струйный аппарат для реализации способа, содержащий сверхзвуковое активное сопло и камеру смешения, размещенную за выходным сечением сопла с образованием между выходным сечением сопла и входным сечением камеры смешения целевого отверстия для подвода жидкостной пассивной среды, при этом входная кромка камеры смешения смещена наружу в радиальном направлении относительно выходной кромки активного сопла с образованием уступа (см. ранее указанный патент США N 3292556). The same patent describes the jet apparatus closest to the invention for implementing the method, comprising a supersonic active nozzle and a mixing chamber located behind the nozzle exit section to form a target hole between the nozzle exit section and the input section of the mixing chamber for supplying a liquid passive medium, while the input the edge of the mixing chamber is shifted outward in the radial direction relative to the output edge of the active nozzle with the formation of a step (see the previously mentioned US patent N 3292556).

Однако в данном способе работы не удается обеспечить качественное диспергирование жидкой фазы, особенно при малой степени расширения активного газа вследствие запирания потока в камере смешения, а в указанном выше струйном аппарате не обеспечивается эффективное выравнивание поля скоростей активной и пассивной сред за счет несоответствия поперечного сечения камеры смешения по ходу потока смеси сред процессу эффективного смешения газообразной активной и жидкой пассивной сред, что не позволяет получить стабильный и достаточно однородный двухфазный поток смеси сред. However, in this method of operation, it is not possible to ensure high-quality dispersion of the liquid phase, especially with a small degree of expansion of the active gas due to the flow being blocked in the mixing chamber, and in the above-mentioned jet apparatus, the effective alignment of the velocity field of the active and passive media is not ensured due to the mismatch of the cross section of the mixing chamber along the flow of the mixture of media, the process of effective mixing of gaseous active and liquid passive media, which does not allow to obtain a stable and fairly homogeneous biphasic flow of a mixture of media.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является интенсификация процесса смешения газообразной и жидкой сред и интенсификация процесса диспергирования жидкой среды в потоке активной газообразной среды. The technical result to which the present invention is directed is to intensify the process of mixing gaseous and liquid media and to intensify the process of dispersing a liquid medium in a flow of an active gaseous medium.

Указанный технический результат в части способа работы струйного аппарата достигается за счет того, что активную газообразную среду разгоняют в активном сопле до сверхзвуковой скорости, подают пассивную жидкостную среду в зону выходного участка сопла, смешивают активную и пассивную среды с эжектированием последней и образованием в камере смешения двухфазного потока смеси сред, подают смесь сред потребителю, при этом в зоне истечения активной среды по ее периметру образуют замкнутую зону пониженного давления, пассивную среду подводят в эту зону, в активной среде в зоне ее истечения из активного сопла формируют ударные волны и воздействуют ими на эжектируемую пассивную среду, а на выходе из струйного аппарата при подаче потребителю двухфазного потока в последнем дополнительно формируют ударные волны. Вниз по потоку формируют дополнительные зоны пониженного давления с подводом к ним дополнительной пассивной среды, формируют в двухфазном потоке на участках дополнительных зон пониженного давления ударные волны и воздействуют последними на пассивную среду, эжектируемую в дополнительные зоны пониженного давления. The specified technical result regarding the operation of the jet apparatus is achieved due to the fact that the active gaseous medium is accelerated in the active nozzle to a supersonic speed, a passive liquid medium is fed into the zone of the nozzle exit section, the active and passive medium are mixed with the latter being ejected and a two-phase mixture is formed in the mixing chamber a mixture of media flows, a mixture of media is supplied to the consumer, while in the zone of the expiration of the active medium around its perimeter form a closed zone of reduced pressure, the passive medium is let down shock waves are formed in this zone, in the active medium in the zone of its outflow from the active nozzle, and act on the ejected passive medium by them, and shock waves are additionally generated at the outlet of the jet apparatus when the consumer feeds a two-phase flow in the latter. Downstream, additional zones of reduced pressure are formed with the supply of an additional passive medium, shock waves are formed in the two-phase flow in areas of additional zones of low pressure, and the latter act on the passive medium ejected into additional zones of reduced pressure.

В части устройства, как объекта изобретения, технический результат достигается тем, что струйный аппарат содержит размещенную за выходным сечением сопла с образованием между выходным сечением сопла и входным сечением камеры смешения щелевого отверстия для подвода жидкостной пассивной среды, при этом входная кромка камеры смешения смещена наружу в радиальном направлении относительно выходной кромки активного сопла с образованием уступа, камера смешения выполнена расширяющейся по ходу потока смеси сред и снабжена дополнительными щелевыми отверстиями для подвода жидкостной пассивной среды с образованием по ходу потока смеси сред соответственно выходной и входной кромок щелевых отверстий, при этом входная кромка смещена наружу в радиальном направлении относительно выходной кромки с образованием уступа, а ширина каждого из щелевых отверстий не превышает величины радиального смещения кромок щелевого отверстия относительно друг друга. Аппарат может быть выполнен с углом раскрытия расширяющейся камеры смешения увеличивающимся по ходу потока смеси сред по мере перехода от одного щелевого отверстия для подвода пассивной среды к другому, а камера смешения может быть выполнена составной из отдельных кольцевых элементов с образованием между ними кольцевых щелевых отверстий для подвода пассивной среды, при этом кольцевые элементы установлены с возможностью осевого перемещения относительно друг друга и относительно активного сопла. In the part of the device, as an object of the invention, the technical result is achieved in that the inkjet apparatus comprises a nozzle located behind the outlet cross section with the formation of a slit hole between the outlet cross section of the nozzle and the inlet section of the mixing chamber for supplying a liquid passive medium, while the input edge of the mixing chamber is shifted outwardly radial direction relative to the outlet edge of the active nozzle with the formation of a step, the mixing chamber is made expanding along the flow of the mixture of media and is equipped with additional slots holes for supplying a passive liquid medium with the formation along the flow of the mixture of media, respectively, the outlet and inlet edges of the slit openings, while the inlet edge is shifted outward in the radial direction relative to the outlet edge with the formation of a step, and the width of each of the slit openings does not exceed the value of the radial displacement of the edges slotted holes relative to each other. The apparatus can be made with the opening angle of the expanding mixing chamber increasing along the flow of the mixture of media as it moves from one slotted hole for supplying a passive medium to another, and the mixing chamber can be made up of separate ring elements with the formation of ring slotted holes for supplying between them passive medium, while the annular elements are mounted with the possibility of axial movement relative to each other and relative to the active nozzle.

Формирование на участке замкнутых зон пониженного давления в потоке активной среды ударных волн позволяет создать в поперечном сечении всего потока максимальные градиенты скорости и давления, что обеспечивает вторичное дробление жидкой фазы на еще более мелкие капли. Создание замкнутых зон пониженного давления позволяет получить различную степень разряжения в местах подвода жидкой фазы, что обеспечивает не только последовательный распределительный характер подвода пассивной среды в заданных количествах, но и требуемую дисперсность пассивной среды с одновременным увеличением общего коэффициента эжекции и улучшением качества дробления жидкой фазы. Увеличение угла раскрытия камеры смешения вдоль по потоку находится в соответствии с увеличением угла раскрытия факела двухфазной струи по мере ввода в нее жидкой струи, что предотвращает возможность запирания потока в камере смешения. The formation of shock waves in the closed zone area in the active medium flow of shock waves allows the creation of maximum velocity and pressure gradients in the cross section of the entire flow, which provides secondary crushing of the liquid phase into even smaller droplets. The creation of closed zones of reduced pressure allows one to obtain a different degree of rarefaction at the points of supply of the liquid phase, which provides not only a consistent distributive nature of the supply of the passive medium in predetermined quantities, but also the required dispersion of the passive medium with a simultaneous increase in the overall ejection coefficient and an improvement in the quality of crushing of the liquid phase. The increase in the opening angle of the mixing chamber along the stream is in accordance with the increase in the angle of the torch of the two-phase jet as a liquid stream is introduced into it, which prevents the possibility of blocking the flow in the mixing chamber.

Формирование ударных волн в потоке при подаче его потребителю повышает степень дробления жидкой фазы и увеличивает однородность двухфазного потока смеси сред. The formation of shock waves in the stream when supplied to the consumer increases the degree of crushing of the liquid phase and increases the uniformity of the two-phase flow of the mixture of media.

Существенное влияние на формирование ударных волн оказывает соотношение ширины щелевого отверстия и величины уступа. Выполнение щелевых отверстий шириной не более величины радиального смещения соседних кромок позволяет формировать ударные волны, активно взаимодействующие с пассивной средой в зоне щелевых отверстий в камере смешения. A significant influence on the formation of shock waves is exerted by the ratio of the width of the slot hole and the step size. The implementation of slotted holes with a width of not more than the radial displacement of adjacent edges allows the formation of shock waves that actively interact with a passive medium in the zone of slotted holes in the mixing chamber.

Установка элементов камеры смешения с возможностью их осевого перемещения позволяет регулировать поперечное сечение щелевых отверстий для подвода пассивной среды, что позволяет обеспечить требуемый режим подвода жидкой среды к потоку активной среды. The installation of the elements of the mixing chamber with the possibility of their axial movement allows you to adjust the cross section of the slotted holes for supplying a passive medium, which allows you to provide the required mode of supplying a liquid medium to the flow of the active medium.

Таким образом, проведение сопоставительного анализа известных и описанного технических решений позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критериям изобретения "новизна", "изобретательский уровень" и "промышленная применимость". Thus, a comparative analysis of the known and described technical solutions allows us to conclude that the invention meets the criteria of the invention of "novelty", "inventive step" and "industrial applicability".

На фиг. 1 представлен схематически продольный разрез струйного аппарата, в котором реализован способ работы струйного аппарата, на фиг. 2 вырыв А по фиг. 1. In FIG. 1 shows a schematic longitudinal section of an inkjet apparatus in which a method of operating an inkjet apparatus is implemented, FIG. 2 pullout A of FIG. 1.

Струйный аппарат содержит сверхзвуковое активное сопло 1 и камеру 2 смешения, размещенную за выходным сечением сопла 1 с образованием между выходным сечением сопла 1 и входным сечением камеры 2 смешения щелевого отверстия 3 для подвода жидкостной пассивной среды, при этом входная кромка 4 камеры 2 смешения смещена наружу в радиальном направлении относительно выходной кромки 5 активного сопла 1 с образованием уступа. Камера 2 смешения выполнена расширяющейся по ходу потока смеси сред и снабжена дополнительными щелевыми отверстиями 6 для подвода жидкостной пассивной среды с образованием по ходу потока смеси сред соответственно выходной и входной кромок 7 и 8 щелевых отверстий 6, при этом входная кромка 8 смещена наружу в радиальном направлении относительно выходной кромки 7 с образованием уступа. Угол α раскрытия расширяющейся камеры 2 смешения увеличивается по ходу потока смеси сред по мере перехода от одного щелевого отверстия 3, 6 к другому. The inkjet apparatus contains a supersonic active nozzle 1 and a mixing chamber 2, located behind the outlet section of the nozzle 1 with the formation of a slot 3 for supplying a liquid passive medium between the outlet section of the nozzle 1 and the inlet section of the mixing chamber 2, while the input edge 4 of the mixing chamber 2 is shifted outward in the radial direction relative to the output edge 5 of the active nozzle 1 with the formation of a ledge. The mixing chamber 2 is made expanding along the flow of the mixture of media and is equipped with additional slotted holes 6 for supplying a passive liquid medium with the formation of the output and input edges 7 and 8 of the slotted holes 6, respectively, along the flow of the mixture of media, while the input edge 8 is shifted outward in the radial direction relative to the output edge 7 with the formation of the ledge. The opening angle α of the expanding mixing chamber 2 increases along the flow of the mixture of media as it moves from one slotted hole 3, 6 to another.

Камера 2 смешения выполнена составной из отдельных кольцевых элементов 9 с образованием между ними кольцевых щелевых отверстий 3, 6 для подвода пассивной среды, при этом кольцевые элементы 9 установлены с возможностью осевого перемещения относительно друг друга и относительно активного сопла 1. The mixing chamber 2 is made integral of separate annular elements 9 with the formation between them of annular slotted holes 3, 6 for supplying a passive medium, while the annular elements 9 are mounted with the possibility of axial movement relative to each other and relative to the active nozzle 1.

Ширина b щелевых отверстий 3, 6 не должна превышать величины h радиального смещения между соседними кромками соответственно 4-5 и 7-8. The width b of the slotted holes 3, 6 should not exceed the value h of the radial displacement between adjacent edges, respectively 4-5 and 7-8.

Способ работы струйного аппарата заключается в следующем: подают газообразную активную среду в активное сопло 1, разгоняют активную среду до сверхзвуковой скорости, подводят пассивную жидкостную среду в зону выходного участка сопла 1, смешивают активную и пассивную среды с эжектированием последней и образованием в камере 2 смешения двухфазного потока смеси сред и последнюю подают потребителю, при этом в зоне истечения активной среды по ее периметру образуют замкнутую зону пониженного давления и пассивную среду подводят в эту зону. В активной среде в зоне ее истечения из активного сопла 1 формируют ударные волны и воздействуют ими на эжектируемую пассивную среду, а на выходе из струйного аппарата при подаче потребителю двухфазного потока в последнем дополнительно формиpуют ударные волны. Вниз по потоку формируют дополнительные зоны пониженного давления с подводом к ним дополнительной пассивной среды, формируют в двухфазном потоке на участке дополнительных зон пониженного давления ударные волны и воздействуют последними на пассивную среду, эжектируемую в дополнительные зоны пониженного давления. Формирование зон пониженного давления на участке размещения щелевых отверстий 3 и 6 позволяет обеспечить равномерное поступление в них жидкой пассивной среды и организовать эффективное воздействие на пассивную среду по всему периметру активной среды в зоне ее истечения. Это позволяет обеспечить смешение активной и пассивной сред, сопровождающееся интенсивным дроблением жидкости натекающим потоком активной среды. Реализация за выходным сечением активного сопла 1 возмущенного сильноградиентного течения в камере смешения 2 с образованием ударных волн обеспечивает направленное интенсивное воздействие активной среды на пассивную среду. В случае необходимости изменить величину коэффициента эжекции струйного аппарата, а следовательно, и изменения величины дисперсности жидкой фазы перемещают взаимно относительно друг друга элементы 9 камеры 2 смешения, чем изменяют ширину щелевого отверстия 3 или 6 или всех щелевых отверстий 3 и 6 вместе. The method of operation of the jet apparatus is as follows: the gaseous active medium is fed into the active nozzle 1, the active medium is accelerated to supersonic speed, the passive liquid medium is brought into the zone of the outlet section of the nozzle 1, the active and passive medium are mixed with the latter being ejected and two-phase mixing is formed in the chamber 2 a mixture of media flows and the latter is supplied to the consumer, while a closed zone of reduced pressure is formed around the perimeter of the active medium around its perimeter, and a passive medium is fed into this zone. In the active medium in the zone of its outflow from the active nozzle 1, shock waves are formed and act on the ejected passive medium by them, and shock waves are additionally generated at the outlet of the jet apparatus when a two-phase flow is supplied to the consumer in the latter. Downstream, additional low pressure zones are formed with an additional passive medium supplied to them, shock waves are formed in a two-phase flow in the area of additional low pressure zones, and the latter act on the passive medium ejected into additional low pressure zones. The formation of zones of reduced pressure at the site of the placement of slotted openings 3 and 6 makes it possible to ensure a uniform supply of liquid passive medium into them and to organize an effective effect on the passive medium along the entire perimeter of the active medium in the zone of its expiration. This allows for the mixing of active and passive media, accompanied by intense crushing of the liquid by the flowing stream of the active medium. The implementation of the output section of the active nozzle 1 of a perturbed strongly gradient flow in the mixing chamber 2 with the formation of shock waves provides directed intense action of the active medium on the passive medium. If necessary, change the magnitude of the ejection coefficient of the inkjet apparatus, and consequently, the changes in the dispersion value of the liquid phase, move the elements 9 of the mixing chamber 2 relative to each other, thereby changing the width of the slotted hole 3 or 6 or all of the slotted holes 3 and 6 together.

Описанный способ работы струйного аппарата позволяет подавать двухфазную смесь как с недорасширением, так и с перерасширением и с формированием ударных волн при входе в атмосферу потребителя, что позволяет интенсифицировать дробление жидкой фазы в газовом потоке и повысить однородность распределения жидкой фазы в газовом потоке. The described method of operation of the jet apparatus makes it possible to supply a two-phase mixture with both under-expansion and over-expansion and with the formation of shock waves upon entering the consumer’s atmosphere, which makes it possible to intensify the fragmentation of the liquid phase in the gas stream and to increase the uniformity of the distribution of the liquid phase in the gas stream.

Таким образом, струйный аппарат, в котором реализован описанный выше способ работы, обеспечивает эффективное эжектирование жидкой среды и создание на выходе аппарата однородного по составу мелкодисперсного двухфазного потока смеси сред. Thus, the inkjet apparatus, which implements the method of operation described above, provides efficient ejection of a liquid medium and the creation of a finely divided two-phase stream of a mixture of media with a uniform composition of a fine mixture.

Claims

1. The method of operation of the jet apparatus, which consists in supplying an active gaseous medium to the active nozzle, accelerating the active medium to supersonic speed, supplying a passive liquid medium to the zone of the nozzle exit section, mixing the active and passive medium with the latter being ejected and forming in the mixing chamber a two-phase flow of a mixture of media and the latter is supplied to the consumer, while in the zone of the expiration of the active medium along its perimeter a closed zone of reduced pressure is formed and a passive medium is fed into this zone, which distinguishes I in that in the active medium in the region of its outflow from the active nozzle form shock waves and their influence on the ejection passive medium, and at the outlet from the jet device the user when applying the two-phase flow in the latter form further shockwaves.

2. The method according to claim 1, characterized in that additional down-pressure zones are formed downstream with the supply of an additional passive medium to them, shock waves are formed in a two-phase flow at the site of additional low-pressure zones, and the latter act on the passive medium ejected into additional zones of reduced pressure by the flow of a two-phase medium.

3. An inkjet apparatus comprising a supersonic active nozzle and a mixing chamber located behind the exit section of the nozzle to form a gap between the exit section of the nozzle and the inlet section of the mixing chamber for supplying a liquid passive medium, while the inlet edge of the mixing chamber is radially outwardly displaced relative to the outlet the edges of the active nozzle with the formation of a step, characterized in that the mixing chamber is made expanding along the flow of media and is equipped with additional slot holes for I supply a passive liquid medium with the formation along the flow of a mixture of media, respectively, of the outlet and inlet edges of the slit openings, while the inlet edge is shifted outward in a radial direction relative to the outlet edge with the formation of a step, and the width of each of the slit openings does not exceed the radial displacement of the edges of the slit openings relative to each other.

4. The apparatus according to claim 3, characterized in that the opening angle of the expanding mixing chamber increases along the flow of the mixture of media as it moves from one slot hole for supplying a passive medium to another.

5. The apparatus according to claim 4, characterized in that the mixing chamber is made of composite of individual annular elements with the formation between them of annular slotted holes for supplying a passive medium, while the annular elements are mounted with the possibility of axial movement relative to each other and relative to the active nozzle.