RU2725408C1

RU2725408C1 - Low-pressure vacuum-vortex nozzle with ejecting flame

Info

Publication number: RU2725408C1
Application number: RU2019145402A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Барсуков; Артемий Николаевич Барсуков; Владимир Алексеевич Жвакин
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-07-02

Abstract

FIELD: heat power engineering.SUBSTANCE: invention relates to heat engineering and can be most effectively used in cooling towers, scrubbers and other contact devices of ejection type. Nozzle, comprising hemispherical nozzle with threaded shank end and helmet-like disperser with confusingly nozzle opening, changing into diffuser funnel, interconnected by threaded pair, form a housing, inside which a swirler is located, characterized in that the swirler consists of a fairing in the central part, having on the side of the threaded shank end a hemispherical shape, changing into a cylinder, and on the side of the nozzle hole – hollow of a hemispherical shape with a conical projection on the axis, and guide apparatus on the periphery of the fairing cylindrical part, which is a system of cantilever arched blades, which conditionally divides the entire flow part of the nozzle into a distribution chamber and a vortex chamber, wherein the walls forming the distribution chamber in the volume of the nozzle are smooth, and surfaces of dispersant from inside and blades at outlet of guide apparatus, forming vortex chamber, have multiple hemispherical protrusions of different value.EFFECT: increased flow rate of liquid through the nozzle at simultaneous reduction of operating pressure, as well as increased ejection capacity of the flame.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве устройства для диспергирования жидкостей в градирнях, насадочных колоннах, камерах орошения, в брызгальных бассейнах и тому подобных тепломассообменных агрегатах. Наиболее эффективно использование предлагаемой форсунки в скрубберах, градирнях и других контактных аппаратах эжекционного типа, рабочее давление в которых менее 0,1 Мпа.The invention relates to a power system and can be used as a device for dispersing liquids in cooling towers, packed columns, irrigation chambers, in spray pools and the like heat and mass transfer units. The most efficient use of the proposed nozzle in scrubbers, cooling towers and other contact devices of the ejection type, the working pressure of which is less than 0.1 MPa.

Наиболее близкой по своим техническим решениям является струйно-вихревая форсунка с эжектирующим факелом, представленная в патенте RU, №2561107 - прототип.The closest in its technical solutions is a jet-vortex nozzle with an ejecting torch, presented in patent RU, No. 2561107 - prototype.

Данная форсунка имеет следующие недостатки.This nozzle has the following disadvantages.

Распределительная камера и завихритель образуют проточные каналы сложной конфигурации, неоднократно меняющие форму и сечение проточной части, изменяющие направление и скорость движения потока. Это приводит к увеличению гидравлического сопротивления внутри форсунки, а, соответственно, к увеличению рабочего давления и пропорциональному снижению расхода жидкости. Диаметр вихревой камеры значительно меньше диаметра корпуса, а потоки поступают в нее из периферийной части форсунки. Это ограничивает угловую скорость вращения вихря в сопловом отверстии, от которой зависят величина центробежной силы и скорость выхода потока из форсунки.The distribution chamber and swirl form flow channels of complex configuration, repeatedly changing the shape and cross section of the flowing part, changing the direction and speed of the flow. This leads to an increase in hydraulic resistance inside the nozzle, and, accordingly, to an increase in working pressure and a proportional decrease in fluid flow. The diameter of the vortex chamber is much smaller than the diameter of the housing, and the flows enter it from the peripheral part of the nozzle. This limits the angular velocity of rotation of the vortex in the nozzle hole, which determines the magnitude of the centrifugal force and the rate of exit of the stream from the nozzle.

Задачами данного изобретения являются: увеличение расхода жидкости через форсунку при одновременном снижении рабочего давления, а также повышение эжектирующей способности факела.The objectives of this invention are: increasing the flow rate of the liquid through the nozzle while reducing the working pressure, as well as increasing the ejection ability of the torch.

Для решения этих задач предложена вакуумно-вихревая форсунка низкого давления с эжектирующим факелом, конструкция которой представлена на фиг. 1 и 2.To solve these problems, a low-pressure vacuum-vortex nozzle with an ejecting torch is proposed, the design of which is shown in FIG. 1 and 2.

На фиг. 1 - общий вид форсунки в сборе в сочетании с осевым разрезом. На фиг. 2 - внешний вид завихрителя.In FIG. 1 is a general view of the nozzle assembly in combination with an axial section. In FIG. 2 - the appearance of the swirl.

Форсунка включает в себя насадку 1 с резьбовым хвостовиком и диспергатор 2 с сопловым отверстием, которые соединены между собой резьбовой парой, образуя корпус форсунки. Внутри корпуса расположен завихритель 3. Для герметизации форсунки обе резьбовые пары снабжены уплотнительными кольцами 4 и 5.The nozzle includes a nozzle 1 with a threaded shank and a dispersant 2 with a nozzle hole, which are interconnected by a threaded pair, forming a nozzle body. A swirler 3 is located inside the housing. To seal the nozzle, both threaded pairs are provided with O-rings 4 and 5.

Насадка 1 полусферической формы имеет гладкие стенки.The hemispherical nozzle 1 has smooth walls.

Диспергатор 2 имеет шлемовидную выпукло-вогнутую форму, плавно сужающуюся к сопловому отверстию. Конфузорное сопловое отверстие в горловине переходит в диффузорный раструб значительно большего диаметра. Для удобства сборки и монтажа форсунки резьбовой хвостовик и диффузорный раструб снаружи имеют форму многогранника.Dispersant 2 has a helmet-shaped convex-concave shape, gradually tapering to the nozzle hole. The confuser nozzle opening in the neck passes into a diffuser socket of a significantly larger diameter. For ease of assembly and installation of the nozzle, the threaded shank and diffuser bell are externally shaped like a polyhedron.

Завихритель 3 состоит из обтекателя в центральной части и направляющего аппарата на периферии. Обтекатель со стороны резьбового хвостовика имеет кок полусферической формы, переходящий в цилиндр. Со стороны соплового отверстия обтекатель имеет полусферическую впадину с коническим выступом на оси. Направляющий аппарат представляет собой систему консольных дугообразных лопаток 6, расположенных на цилиндрической части обтекателя. Направляющий аппарат условно делит всю проточную часть форсунки на распределительную и вихревую камеры.The swirler 3 consists of a fairing in the central part and a guide vane on the periphery. The fairing on the side of the threaded shank has a hemispherical shaped bowl that passes into the cylinder. From the nozzle hole side, the fairing has a hemispherical cavity with a conical protrusion on the axis. The guide apparatus is a system of cantilever arcuate blades 6 located on the cylindrical part of the fairing. The guide apparatus conditionally divides the entire flow part of the nozzle into a distribution and vortex chambers.

Стенки, образующие распределительную камеру в объеме насадки гладкие. Поверхности диспергатора изнутри и лопаток на выходе направляющего аппарата, формирующие вихревую камеру, имеют множество полусферических выступов 7 различной величины.The walls forming the distribution chamber in the nozzle volume are smooth. The surfaces of the dispersant inside and the vanes at the outlet of the guide vane forming a vortex chamber have many hemispherical protrusions 7 of various sizes.

Форсунка работает следующим образом. Поток жидкости поступает в распределительную камеру и, омывая кок, попадает в направляющий аппарат. Дугообразные лопатки аппарата изменяют вектор движения уже распределенного потока от аксиального до тангенциального. Затем, в объеме вихревой камеры поток начинает двигаться по окружности, создавая стремительно вращающийся вихрь. В его периферийной части существенно возрастает давление, под действием которого поток перемещается к сопловому отверстию. По мере уменьшения радиуса вихря его угловая скорость многократно возрастает, вследствие действия закона сохранения количества движения. После соплового отверстия центробежная сила формирует поток в виде полого конуса.The nozzle works as follows. The fluid flow enters the distribution chamber and, washing the coke, enters the guide apparatus. The arched blades of the apparatus change the motion vector of the already distributed flow from axial to tangential. Then, in the volume of the vortex chamber, the flow begins to move in a circle, creating a rapidly rotating vortex. In its peripheral part, the pressure increases significantly, under the influence of which the flow moves to the nozzle hole. As the radius of the vortex decreases, its angular velocity increases many times, due to the law of conservation of momentum. After the nozzle orifice, centrifugal force forms a flow in the form of a hollow cone.

При движении в проточной части форсунки поток изменяет свое направление - от радиального в распределительной камере к аксиальному в направляющем аппарате и тангенциальному в вихревой камере. Для снижения гидравлических потерь в местных сопротивлениях вся проточная часть форсунки имеет плавные формы.When moving in the flow part of the nozzle, the flow changes its direction - from radial in the distribution chamber to axial in the guiding apparatus and tangential in the vortex chamber. To reduce hydraulic losses in local resistances, the entire flow part of the nozzle has smooth shapes.

В распределительной камере поток движется с малыми скоростями под действием низких давлений, и ее гладкие стенки минимизируют гидравлические потери на трение.In the distribution chamber, the flow moves at low speeds under the action of low pressures, and its smooth walls minimize hydraulic friction losses.

На выходе направляющего аппарата поток начинает двигаться тангенциально, и его скорость возрастает, вследствие искривления лопаток и соответствующего уменьшения проходного сечения.At the exit of the guide vane, the flow begins to move tangentially, and its speed increases, due to the curvature of the blades and a corresponding decrease in the bore.

В вихревой камере поток движется в турбулентном режиме, так как непрерывно поступающие объемы жидкости постоянно разгоняют вихрь, существенно увеличивая скорость его движения.In a vortex chamber, the flow moves in a turbulent mode, since the continuously incoming volumes of liquid constantly accelerate the vortex, substantially increasing its speed.

При турбулентном режиме очень значительная часть потерь давления наблюдается в ламинарной прослойке пограничного слоя. Наличие полусферических выступов приводит к образованию множества локальных вихрей. Вихри, как бы отрывают поток от стенок, устраняя ламинарную прослойку, и нарушают сплошность среды. Часть потока над полусферической впадиной обтекателя вообще не соприкасается с твердыми стенками, а в ее объеме давление падает, вследствие вращения вихря, вплоть до образования вакуума. В результате падения давления жидкость в этой зоне вскипает, что в сочетании с локальными вихрями, еще более разрыхляет поток. Такой характер движения потока в вихревой камере приводит к значительному снижению гидравлических потерь на трение. Находящаяся в этом состоянии, жидкость вырывается из соплового отверстия и под воздействием центробежных сил, легко превращается в дисперсную среду.Under turbulent conditions, a very significant part of the pressure loss is observed in the laminar layer of the boundary layer. The presence of hemispherical protrusions leads to the formation of many local vortices. Vortices, as it were, tear off the flow from the walls, eliminating the laminar layer, and violate the continuity of the medium. Part of the flow above the hemispherical cavity of the fairing does not come into contact with solid walls at all, and in its volume the pressure drops due to the rotation of the vortex, up to the formation of vacuum. As a result of the pressure drop, the liquid in this zone boils, which, in combination with local vortices, loosens the flow even more. This nature of the flow in the vortex chamber leads to a significant reduction in hydraulic friction losses. Being in this state, the liquid breaks out of the nozzle opening and, under the influence of centrifugal forces, easily turns into a dispersed medium.

Конструкция составных частей форсунки и минимально возможные потери энергии обеспечивают высокую скорость движения капель и мелкое диспергирование при малых давлениях. В результате снижения гидравлических сопротивлений проточной части форсунки уменьшается рабочее давление, а расход жидкости через форсунку соответственно возрастает.The design of the nozzle components and the minimum possible energy loss ensure a high droplet speed and shallow dispersion at low pressures. As a result of lowering the hydraulic resistances of the flowing part of the nozzle, the working pressure decreases, and the fluid flow through the nozzle increases accordingly.

Стендовые испытания показали, что факел в виде полого конуса, состоящего из множества мелких капель, движущихся с большими скоростями, обеспечивают значительное увеличение коэффициента эжекции.Bench tests showed that the torch in the form of a hollow cone, consisting of many small droplets moving at high speeds, provide a significant increase in the ejection coefficient.

Таким образом решаются все поставленные задачи. Кроме того, мелкое диспергирование воды в градирнях и высокие коэффициенты эжекции улучшают процесс ее охлаждения.Thus, all tasks are solved. In addition, the fine dispersion of water in the cooling towers and high ejection coefficients improve the cooling process.

Claims

A nozzle containing a hemispherical nozzle with a threaded shank and a helmet-shaped disperser with a confuser nozzle opening turning into a diffuser socket, interconnected by a threaded pair, forming a housing inside which a swirl is located, characterized in that the swirl consists of a fairing in the central part having from the threaded shank of the hemispherical shaped cup passing into the cylinder, and from the nozzle hole side, a hemispherical cavity with a conical protrusion on the axis, and a guiding apparatus on the periphery of the cylindrical part of the fairing, which is a system of cantilevered arcuate blades that conditionally divides the entire flow part of the nozzle on the distribution chamber and the vortex, moreover, the walls forming the distribution chamber in the nozzle volume are smooth, and the surfaces of the dispersant inside and the vanes at the outlet of the guide apparatus forming the vortex chamber have many hemispherical protrusions th magnitude.