RU2080191C1

RU2080191C1 - Liquid sprayer

Info

Publication number: RU2080191C1
Application number: RU94015545A
Authority: RU
Inventors: Николай Всеволодович Городецкий; Сергей Владимирович Гувернюк; Олег Николаевич Иванов; Михаил Михайлович Симоненко
Original assignee: Николай Всеволодович Городецкий; Сергей Владимирович Гувернюк; Олег Николаевич Иванов; Михаил Михайлович Симоненко
Priority date: 1994-04-27
Filing date: 1994-04-27
Publication date: 1997-05-27

Abstract

FIELD: food, medicine and chemical industry. SUBSTANCE: hydraulic passageway 8 is in communication with ring space 3 of the acoustical resonator. Radial-ring nozzle 4 is arranged in the plane of the inlet of ring space 3 over its inner edge. The sprayer has cylindrical nozzle 6 mounted on housing 1 over the outer edge of ring space 3 coaxially to nozzle 4. Cylindrical nozzle 6 is mounted for permitting movement along the axis of nozzle 4. Nozzle 4 is mounted inside housing 1 for permitting movement along its longitudinal axis. EFFECT: enhanced reliability. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к распылителям жидкости и может быть использовано в пищевой, медицинской, химической и других отраслях промышленности при сушке, экстракции, а также в других технологических процессах, в которых применяют распыливание жидкостей. The invention relates to liquid nebulizers and can be used in food, medical, chemical and other industries during drying, extraction, as well as in other technological processes that use atomization of liquids.

Известен распылитель жидкости, содержащий осесимметричный корпус с гидроканалом и пневмоканалом, кольцевое сопло, установленное на корпусе и соединенное с пневмоканалом, акустический резонатор в виде кольцевой полости, выполненный в корпусе напротив выходного отверстия сопла соосно с ним, при этом гидроканал размещен снаружи пневмоканала (Пажи Д.Г. Галустов В.С. Распылители жидкости. М. Химия, 1979, с. 169, рис. V. 8, а). A known liquid atomizer containing an axisymmetric casing with a hydrochannel and a pneumatic channel, an annular nozzle mounted on the casing and connected to the pneumatic channel, an acoustic resonator in the form of an annular cavity, made in the housing opposite the nozzle outlet, is coaxial with it, and the hydrochannel is located outside the pneumatic channel (Pages D .G. Galustov V.S. Liquid Sprayers.M. Chemistry, 1979, p. 169, Fig. V. 8, a).

Данное техническое решение является наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению. This technical solution is the closest analogue to the proposed technical solution.

Распыливание жидкости в вышеуказанном устройстве происходит при воздействии на жидкостную струю сверхзвукового потока газа. Генерация звуковых колебаний при обтекании полости резонатора сверхзвуковым потоком в системе кольцевое сопло резонирующая полость приводит к увеличению частоты поверхностных колебаний, способствующих более тонкому распыливанию жидкости. Однако эти распылители жидкости имеют ряд недостатков как по качеству распыла, так и по эксплуатационным характеристикам. Основными недостатками известного распылителя являются полидисперсность распыла и сравнительно большой размер капель. Полидисперсность распыла связана с неоднородной структурой течения в сверхзвуковой струе, взаимодействующей с жидкостью. Размер капель распыливаемой жидкости зависит как от акустической мощности излучателя, так и от времени пребывания их в зоне максимальной интенсивности акустических колебаний. Spraying the liquid in the above device occurs when a supersonic gas stream is exposed to a liquid stream. The generation of sound vibrations during supersonic flow around the cavity of the resonator in the system of the annular nozzle of the resonating cavity leads to an increase in the frequency of surface vibrations, contributing to a finer atomization of the liquid. However, these liquid sprayers have a number of drawbacks both in spray quality and in operational characteristics. The main disadvantages of the known atomizer are spray polydispersity and a relatively large droplet size. The spray polydispersity is associated with the inhomogeneous flow structure in a supersonic jet interacting with a liquid. The size of the droplets of the sprayed liquid depends both on the acoustic power of the emitter and on their time in the zone of maximum intensity of acoustic vibrations.

Техническим результатом изобретения является повышение качества распыла и улучшение эксплуатационных характеристик. Это достигается тем, что в распылителе жидкости, содержащем корпус с выполненным по его оси пневмоканалом, установленное на корпусе на выходе из пневмоканала и сообщенное с ним сопло, выполненную в корпусе охватывающую пневмоканал кольцевую полость акустического резонатора и гидроканал, согласно изобретению, гидроканал сообщен с кольцевой полостью акустического резонатора, а сопло выполнено радиально-кольцевым и размещено в плоскости входа в кольцевую полость по внутренней ее кромке. The technical result of the invention is to improve the quality of the spray and improve performance. This is achieved by the fact that in a liquid atomizer comprising a housing with a pneumatic channel made along its axis, mounted on the housing at the outlet of the pneumatic channel and a nozzle communicated with it, made in the housing covering the pneumatic channel, the annular cavity of the acoustic resonator and the hydrochannel, according to the invention, the hydrochannel is communicated with the annular cavity of the acoustic cavity, and the nozzle is made radially annular and placed in the plane of entry into the annular cavity along its inner edge.

Кроме того, распылитель снабжен установленным на корпусе по внешней кромке кольцевой полости соосно соплу цилиндрическим насадком. При этом цилиндрический насадок установлен с возможностью перемещения вдоль оси сопла. In addition, the sprayer is equipped with a cylindrical nozzle mounted on the housing along the outer edge of the annular cavity coaxially with the nozzle. In this case, the cylindrical nozzles are installed with the possibility of movement along the axis of the nozzle.

Сопло может быть установлено на корпусе с возможностью перемещения вдоль его продольной оси. The nozzle can be mounted on the housing with the ability to move along its longitudinal axis.

Выполнение сопла радиально-кольцевым и установка его в плоскости входа в полость резонатора по внутренней ее кромке обеспечивают устойчивую генерацию высокочастотных колебаний, возникающих при взаимодействии веерной струи с полостью. Благодаря соединению гидроканала с полостью резонатора распыливаемая жидкость подвергается воздействию высокочастотных акустических колебаний, приводящих к распаду жидкой струи и превращению ее в мельчайшие капли, которые смешиваются с находящимся в полости воздухом. Высокотурбулентное течение двухфазной среды в полости способствует равномерному перемешиванию частиц с воздухом. Все капли жидкости подвергаются практически одинаковому воздействию акустических колебаний, что обеспечивает высокую степень монодисперсности распыла. Поскольку скорость выноса капель из полости значительно меньше скорости потока во внешней газовой струе, время воздействия акустических колебаний на капли существенно увеличивается, что способствует уменьшению их размеров. Наличие жидкой фазы в полости резонатора предотвращает его нагрев. The execution of the nozzle radially annular and installing it in the plane of entry into the cavity of the cavity along its inner edge provides stable generation of high-frequency oscillations arising from the interaction of the fan stream with the cavity. Due to the connection of the hydrochannel with the cavity of the resonator, the sprayed liquid is exposed to high-frequency acoustic vibrations, which lead to the decay of the liquid stream and its transformation into tiny droplets that mix with the air in the cavity. The highly turbulent flow of a two-phase medium in the cavity promotes uniform mixing of particles with air. All liquid droplets are exposed to almost identical effects of acoustic vibrations, which ensures a high degree of monodispersion of the spray. Since the rate of droplet removal from the cavity is much lower than the flow rate in the external gas stream, the time of the action of acoustic vibrations on the droplets increases significantly, which helps to reduce their size. The presence of a liquid phase in the cavity of the resonator prevents its heating.

Установка по внешней кромке полости соосно с соплом цилиндрического насадка обеспечивает возможность при различном положении его внешней кромки относительно радиально-кольцевого получать различные углы факела распыла. The installation on the outer edge of the cavity coaxially with the nozzle of the cylindrical nozzle provides the opportunity for different angles of the outer edge relative to the radial-ring to obtain different angles of the spray pattern.

Установка цилиндрического насадка на корпусе с возможностью перемещения вдоль продольной оси симметрии сопла позволяет при малых смещениях его внешней кромки относительно радиально-кольцевого сопла получать необходимую форму распыла. При изменении положения внешней кромки цилиндрического насадка форма распыла меняется с поперечно-радиального до осевого, проходя в промежутке через форму полого конуса, при этом практически не изменяются акустические параметры резонаторов и сохраняются характеристики распыла жидкости по дисперсности. The installation of a cylindrical nozzle on the housing with the ability to move along the longitudinal axis of symmetry of the nozzle allows for small displacements of its outer edge relative to the radial-annular nozzle to obtain the desired spray pattern. When the position of the outer edge of the cylindrical nozzle changes, the spray shape changes from transverse-radial to axial, passing in the gap through the shape of the hollow cone, while the acoustic parameters of the resonators are practically unchanged and the dispersion characteristics of the liquid are preserved.

Установка сопла на корпусе с возможностью перемещения вдоль его продольной оси также позволяет регулировать форму факела распыла жидкости. Одновременное перемещение цилиндрического насадка и сопла приводит к изменению высоты полости резонатора и соответственно изменению основной частоты акустических колебаний, что позволяет управлять качеством распыла по дисперсности при фиксированных расходах воздуха и жидкости. The installation of the nozzle on the housing with the ability to move along its longitudinal axis also allows you to adjust the shape of the spray torch. The simultaneous movement of the cylindrical nozzle and nozzle leads to a change in the cavity cavity height and, accordingly, a change in the fundamental frequency of acoustic vibrations, which makes it possible to control the dispersion quality by dispersion at fixed air and liquid flow rates.

Сущность предложенного технического решения иллюстрируется чертежом, на котором изображен поперечный разрез распылителя. The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, which shows a cross section of a spray.

Распылитель жидкости состоит из осесимметричного корпуса 1, по оси симметрии которого выполнен пневмоканал 2. В передней торцевой части корпуса 1 выполнена кольцевая полость 3 акустического резонатора. Радиально-кольцевое сопло 4 образовано осесимметричным грибообразным центральным телом 5, установленным в цилиндрической втулке 6 соосно с ней. Втулка 6 установлена в пневмоканале 2 с возможностью перемещения вдоль оси симметрии корпуса 1, например, по резьбе, при этом сопло 4 расположено в плоскости входа в полость 3 по внутренней ее кромке. Для подачи воздуха в сопло 4 в задней части центрального тела 5 выполнены отверстия 7. Гидроканал 8 установлен на корпусе 1 в задней его части и через кольцевой коллектор 9 и отверстия 10 соединены с полостью 3. На корпусе 1 по внешней кромке полости 3 соосно с соплом 4 установлен цилиндрический насадок 11. Насадок 11 установлен с возможностью перемещения вдоль оси симметрии корпуса 1, например, по резьбе. Полость кольцевого коллектора 9 с внешней стороны корпуса 1 закрыта гильзой 12. The liquid atomizer consists of an axisymmetric housing 1, along the axis of symmetry of which a pneumatic channel 2 is made. An annular cavity 3 of the acoustic resonator is made in the front end part of the housing 1. The radial-annular nozzle 4 is formed by an axisymmetric mushroom-shaped central body 5 mounted in a cylindrical sleeve 6 coaxially with it. The sleeve 6 is installed in the pneumatic channel 2 with the possibility of movement along the axis of symmetry of the housing 1, for example, by thread, while the nozzle 4 is located in the plane of entry into the cavity 3 along its inner edge. To supply air to the nozzle 4 in the rear of the central body 5, holes 7 are made. The hydraulic channel 8 is installed on the housing 1 in its rear part and connected through the annular manifold 9 and the openings 10 to the cavity 3. On the housing 1, it is aligned with the nozzle along the outer edge of the cavity 3 4, a cylindrical nozzle 11 is installed. The nozzle 11 is mounted to move along the axis of symmetry of the housing 1, for example, by thread. The cavity of the annular collector 9 on the outside of the housing 1 is closed by a sleeve 12.

Настройка на заданный режим по форме факела распыла и по дисперсности путем установки заданного положения цилиндрического насадка 11 и сопла 4 относительно плоскости входа в полость резонатора 3 в соответствии с определенными экспериментально характеристиками распылителя. Setting for a given mode according to the shape of the spray torch and dispersion by setting the given position of the cylindrical nozzle 11 and nozzle 4 relative to the plane of entry into the cavity of the resonator 3 in accordance with the experimentally determined characteristics of the atomizer.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При подаче воздуха в пневмоканал 2 воздух через отверстия 7 в теле 5 поступает в сопло 4, из которого истекает в виде радиальной веерной струи. При взаимодействии веерной струи с полостью 3 в ней генерируются интенсивные вихревые течения и высокочастотные акустические колебания. Устойчивая генерация высокочастотных акустических колебаний начинается при дозвуковом режиме истечения газа из сопла (полное давление от 0,05 мПа и выше). Частота акустических колебаний зависит от расхода воздуха через сопло 4, геометрических параметров полости 3 и положения радиально-кольцевого сопла относительно внешней кромки полости 3, что обусловлено характером взаимодействия истекающей из сопла веерной струи с полостью 3. Регулировка частоты акустических колебаний в полости 3 производится путем перемещения (по резьбе) цилиндрического насадка 11 и втулки 6 вместе с соплом 4. При подаче жидкости в гидроканал 8 жидкость заполняет кольцевой коллектор 9 и через отверстия 10 поступает в полость 3. Под воздействием высокочастотных акустических колебаний струя жидкости в полости 3 дробится на отдельные капли. Высокотурбулентное вихревое течение в полости 3 способствует равномерному перемешиванию частиц с воздухом. Достаточно длительное время нахождения капель в полости 3 в условиях воздействия высокочастотных акустических колебаний способствует уменьшению их размеров. Все капли жидкости подвергаются практически одинаковому воздействию акустических колебаний, что обеспечивает высокую степень монодисперсности. Попадая в зону выносного течения воздуха, капли увлекаются веерной струей и распыляются во внешнее пространство. Регулировка формы факела (угла распыла жидкости) производится путем перемещения (по резьбе) цилиндрического насадка 11 или втулки 6 с соплом 4. When air is supplied to the pneumatic channel 2, air through the openings 7 in the body 5 enters the nozzle 4, from which it flows out in the form of a radial fan stream. When a fan stream interacts with cavity 3, intense vortex flows and high-frequency acoustic vibrations are generated in it. Stable generation of high-frequency acoustic vibrations begins when the subsonic mode of gas outflow from the nozzle (total pressure from 0.05 MPa and above). The frequency of acoustic vibrations depends on the air flow through the nozzle 4, the geometric parameters of the cavity 3 and the position of the radially annular nozzle relative to the outer edge of the cavity 3, which is due to the nature of the interaction of the fan jet flowing from the nozzle with the cavity 3. The frequency of acoustic vibrations in the cavity 3 is adjusted by moving (threaded) of the cylindrical nozzle 11 and the sleeve 6 together with the nozzle 4. When the fluid is supplied to the hydraulic channel 8, the liquid fills the annular manifold 9 and enters the cavity through the holes 10 l 3. Under the influence of high-frequency acoustic vibrations, the liquid stream in the cavity 3 is split into separate drops. A highly turbulent vortex flow in cavity 3 promotes uniform mixing of particles with air. A sufficiently long time for droplets to remain in cavity 3 under conditions of exposure to high-frequency acoustic vibrations helps to reduce their size. All liquid droplets are exposed to almost the same effects of acoustic vibrations, which provides a high degree of monodispersity. Once in the zone of external air flow, the droplets are carried away by a fan stream and sprayed into the outer space. Adjustment of the shape of the torch (spray angle of the liquid) is carried out by moving (by thread) the cylindrical nozzle 11 or sleeve 6 with the nozzle 4.

Изготовлен действующий образец распылителя жидкости предлагаемой конструкции. Испытания показали, что предлагаемый распылитель обеспечивает практически монодисперсный распыл различных жидких веществ: содержание дисперсной фазы примерно одного диаметра составило 90 95% от общей массы жидкости. При отношении расхода воздуха к расходу жидкости порядка 10 средний диаметр капель составил 1 2 мкм, что свидетельствует о более эффективной организации процесса распыла в предлагаемом распылителе жидкости по сравнению с известными устройствами, в которых при соответствующих расходах средний диаметр капель составляет 10 20 мкм. A working sample of the liquid atomizer of the proposed design was manufactured. Tests have shown that the proposed sprayer provides an almost monodisperse spray of various liquid substances: the content of the dispersed phase of approximately one diameter was 90 95% of the total liquid mass. When the ratio of air flow to liquid flow rate of about 10, the average droplet diameter was 1 2 μm, which indicates a more efficient organization of the spray process in the proposed liquid sprayer compared to known devices in which, at appropriate costs, the average droplet diameter is 10 20 μm.

Использование предлагаемого распылителя на установке распылительной сушки позволило значительно уменьшить удельные энергозатраты и получить практически монодисперсный порошок однородного состава. The use of the proposed sprayer on a spray-drying unit made it possible to significantly reduce the specific energy consumption and to obtain an almost monodisperse powder of uniform composition.

Claims

1. A liquid atomizer comprising a housing with a pneumatic channel made along its axis, mounted on the housing at the outlet of the pneumatic channel and a nozzle communicated with it, made in the housing, covering the pneumatic channel, an annular cavity of the acoustic resonator and a hydrochannel, characterized in that the hydrochannel is in communication with the annular cavity acoustic resonator, and the nozzle is made radial-annular and placed in the plane of entry into the annular cavity along its inner edge.

2. The sprayer according to claim 1, characterized in that it is equipped with a cylindrical nozzle aligned with the nozzle mounted on the housing along the outer edge of the annular cavity.

3. The sprayer according to claim 1, characterized in that the cylindrical nozzle is mounted with the possibility of movement along the axis of the nozzle.

4. The sprayer according to claim 1, characterized in that the nozzle is mounted on the housing with the possibility of movement along its longitudinal axis.