RU2272679C2

RU2272679C2 - Nozzle for liquid spraying

Info

Publication number: RU2272679C2
Application number: RU2004104105/12A
Authority: RU
Inventors: Владимир Геннадьевич Демидов (RU); Владимир Геннадьевич Демидов; Алексей Викторович Коптелкин (RU); Алексей Викторович Коптелкин; Леонид Сергеевич Котоусов (RU); Леонид Сергеевич Котоусов; Сергей Геннадьевич Филатов (RU); Сергей Геннадьевич Филатов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕФ"
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2006-03-27
Also published as: RU2004104105A

Abstract

FIELD: liquid spraying equipment, particularly liquid spraying nozzles adapted to generate high fog having droplets of average median droplet diameters of 100-200 μm.

SUBSTANCE: nozzle comprises body with nozzle channel and splitter of ovaloid or spherical shape. Profile of inner wall surface of axisymmetric nozzle defining solid of revolution has curvature increasing towards nozzle outlet. Angle between tangent to outlet wall profile edge and nozzle axis is 35°-65°, preferably 45°-50°, ratio between nozzle diameter and outlet nozzle section diameter is 0.25-0.45. Besides, ratio between splitter midlength section diameter and nozzle orifice diameter is 1.8-2.5.

EFFECT: possibility to obtain necessary spray characteristics along with reduced pressure difference due to increased dynamic liquid head and optimal ratios of splitter-nozzle dimensions.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для распыления жидкостей, а именно к форсункам, создающим мелкодисперсный туман, состоящий из распыляемой жидкости.The invention relates to a device for spraying liquids, namely, nozzles that create a fine mist, consisting of a sprayed liquid.

Указанные форсунки могут использоваться в устройствах для распыления воды, водных растворов, углеводородных топлив, масел и других подобных жидкостей.These nozzles can be used in devices for spraying water, aqueous solutions, hydrocarbon fuels, oils and other similar liquids.

Областями применения форсунок являются противопожарная техника, энергетика, двигателестроение, пищевая промышленность, сельское хозяйство.Spheres of application of nozzles are fire fighting equipment, energy, engine building, food industry, agriculture.

При использовании таких форсунок в установках пожаротушения можно получать водяной туман, состоящий из капель, имеющих среднемедианный диаметр на уровне 100-200 мкм с высокой кинетической энергией, что заметно повышает эффективность тушения.When using such nozzles in fire extinguishing installations, it is possible to obtain a water mist consisting of droplets having a median median diameter of 100-200 microns with high kinetic energy, which significantly increases the extinguishing efficiency.

Существует целый ряд форсунок, используемых для создания водяного тумана. Близким к предлагаемому изобретению является форсунка, описанная в патенте [патент США 5,392,993, кл. В 05 В 01/26, оп.28.02.95], в которой водяной туман создается при взаимодействии потока жидкости с рассекателем, имеющим выпуклую крестообразную поверхность с длиной дуги, равной или большей, чем диаметр отверстия. Известна форсунка [патент США 6454017, кл. А 62 С 31/02; А 62 С 37/14, опуб.27.12.01], в которой рассекатель имеет коническую поверхность соударения, вогнутую по направлению к исходящему потоку. Периферийная часть рассекателя имеет выемки или зубцы, расположенные по всей ее окружности.There are a number of nozzles used to create water mist. Close to the proposed invention is the nozzle described in the patent [US patent 5,392,993, CL. 05 V 01/26, op.28.02.95], in which water fog is created by the interaction of a fluid flow with a divider having a convex cross-shaped surface with an arc length equal to or greater than the diameter of the hole. Known nozzle [US patent 6454017, cl. A 62 C 31/02; A 62 C 37/14, publ. 27.12.01], in which the divider has a conical surface of impact, concave towards the outgoing stream. The peripheral part of the divider has recesses or teeth located along its entire circumference.

Основным недостатком вышеописанных конструкций является невозможность диспергирования жидкости при сравнительно больших диаметрах соплового отверстия. Тем самым подобные форсунки не обеспечивают требуемые интенсивности подачи.The main disadvantage of the above structures is the inability to disperse the liquid with a relatively large diameter nozzle orifice. Thus, such nozzles do not provide the required flow rates.

Наиболее близким по технической сущности является форсунка [патент США 5505383, кл. А 62 С 31/02; А 62 С 31/02, опуб.09.04.1996], имеющая рассекатель в виде шара, крепящегося с помощью двух опор к корпусу, в котором имеется сопло для истечения жидкости. Диаметр рассекателя может находиться в диапазоне от 4,5 до 9,5 мм, предпочтительное значение диаметра - 7 мм, при этом диаметр соплового отверстия - 1,5-3,0 мм, при оптимальной величине - 2,3 мм. Давление жидкости перед сопловым отверстием находится в диапазоне от 7 до 12 МПа или выше.The closest in technical essence is the nozzle [US patent 5505383, class. A 62 C 31/02; A 62 C 31/02, publ. 09.04.1996], having a divider in the form of a ball fastened with two supports to the body, in which there is a nozzle for fluid outflow. The diameter of the divider can be in the range from 4.5 to 9.5 mm, the preferred diameter is 7 mm, while the diameter of the nozzle hole is 1.5-3.0 mm, with an optimal value of 2.3 mm. The fluid pressure in front of the nozzle orifice is in the range of 7 to 12 MPa or higher.

Из описания патента следует, что требуемый распыл при использовании такой форсунки достигается при сравнительно небольшом диаметре соплового отверстия ~ 2,3 мм и уровне давления перед сопловым отверстием более 7 атм. При указанных параметрах расход воды через форсунку не превысит значения 0,15 кг/с.From the description of the patent it follows that the required spray when using such a nozzle is achieved with a relatively small nozzle orifice diameter of ~ 2.3 mm and a pressure level in front of the nozzle orifice of more than 7 atm. With the indicated parameters, the water flow through the nozzle will not exceed 0.15 kg / s.

Целью изобретения является разработка форсунки, создающей водяной туман, состоящий из капель со среднемедианным диаметром капель 100-200 мкм. При этом расход через форсунку должен быть не менее 1,0 кг/с, а давление на входе в форсунку не более 0,6 МПа.The aim of the invention is to develop a nozzle that creates a water mist, consisting of droplets with an average median droplet diameter of 100-200 microns. In this case, the flow rate through the nozzle should be at least 1.0 kg / s, and the pressure at the inlet to the nozzle should be no more than 0.6 MPa.

Для достижения данной цели предлагается форсунка, состоящая из корпуса с сопловым каналом и рассекателя, имеющего форму овалоида или шара, при этом профиль внутренней поверхности стенки осесимметричною сопла, представляющего тело вращения, выполнен с возрастающей к выходу из сопла кривизной, причем угол между касательной к выходной кромке профиля стенки и осью сопла составляет величину от 35° до 65°, с преимущественным значением 45°-50°, а отношение диаметра сопла к диаметру его входного сечения 0,25-0,45.To achieve this goal, an injector is proposed consisting of a body with a nozzle channel and a divider having the shape of an ovaloid or a ball, while the profile of the inner surface of the wall of the axisymmetric nozzle representing the body of revolution is made with increasing curvature towards the exit of the nozzle, and the angle between the tangent to the the edge of the wall profile and the axis of the nozzle is from 35 ° to 65 °, with a preferred value of 45 ° -50 °, and the ratio of the diameter of the nozzle to the diameter of its inlet section is 0.25-0.45.

Благодаря предложенной геометрии достигается более высокий динамический напор струи на выходе из сопла по сравнению с другими известными осесимметричными соплами, например соплами, выполненными в форме коноида или в виде прямого кругового конуса, если диаметры сопел и входные давления одинаковы. В результате этого в данном сопле повышается динамический напор струи рабочей жидкости на 20-30% и, очевидно, раньше наступают предкавитационный и кавитационный режимы течения. Оба эти фактора способствуют появлению однородного туманообразного факела распыла струи при пониженных давлениях, начиная с 0,2 МПа.Due to the proposed geometry, a higher dynamic pressure of the jet at the exit of the nozzle is achieved compared to other known axisymmetric nozzles, for example nozzles made in the form of a conoid or in the form of a straight circular cone, if the nozzle diameters and inlet pressures are the same. As a result of this in this nozzle, the dynamic head of the working fluid stream increases by 20-30% and, obviously, precavitational and cavitational flow regimes occur earlier. Both of these factors contribute to the appearance of a homogeneous fog-like jet spray at low pressures, starting from 0.2 MPa.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой форсунки. Жидкость, проходя через сопловой канал (1), ускоряется и, попадая на рассекатель (2), выполненный в виде овалоида или шара, образует на нем пленку, которая, в свою очередь, распадается на отдельные капли. Соотношение между диаметрами миделевого сечения рассекателя и соплового отверстия определяет угол раскрытия факела распыла, а также толщину образующейся пленки и, как следствие, степень диспергирования жидкости. Выполненные эксперименты показали, что оптимум данного соотношения находится в диапазоне 1,8-2,5. При таком соотношении угол раскрытия факела максимален, а среднемедианный диаметр капель для воды и водных растворов составляет 100-200 мкм. На фиг.2 схематически представлена форсунка в действии.Figure 1 presents a diagram of the proposed nozzle. The liquid, passing through the nozzle channel (1), accelerates and, falling on the divider (2), made in the form of an ovaloid or ball, forms a film on it, which, in turn, breaks up into individual drops. The ratio between the diameters of the midsection of the divider and the nozzle hole determines the angle of the spray nozzle, as well as the thickness of the formed film and, as a consequence, the degree of dispersion of the liquid. The performed experiments showed that the optimum of this ratio is in the range of 1.8-2.5. With this ratio, the flare opening angle is maximum, and the average median diameter of the droplets for water and aqueous solutions is 100-200 microns. Figure 2 schematically shows the nozzle in action.

Таким образом, конструкция предлагаемой форсунки позволяет за счет увеличения динамического напора жидкости с одной стороны и оптимального сочетания геометрических размеров соплового отверстия и рассекателя получать требуемые характеристики распыла при сравнительно низких перепадах давления.Thus, the design of the proposed nozzle allows, due to an increase in the dynamic pressure of the liquid on the one hand and the optimal combination of the geometric dimensions of the nozzle hole and the divider, to obtain the required spray characteristics at relatively low pressure drops.

Claims

1. The nozzle, consisting of a housing with a nozzle channel and a divider, made in the form of an ovaloid or ball, characterized in that the profile of the inner surface of the wall of the axisymmetric nozzle, representing the body of revolution, is made with increasing curvature towards the outlet, while the ratio of the nozzle diameter to the input diameter sections - 0.25-0.45, and the ratio of the diameter of the mid-section of the divider to the diameter of the nozzle is 1.8-2.5.

2. The nozzle according to claim 1, characterized in that the angle between the tangent to the outlet edge of the profile and the axis of the nozzle is 35-65 °.