RU2814733C1 - Устройство для ультразвукового распыления одоранта - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области ультразвуковой техники и может быть использовано в системах одоризации природного газа, подаваемого в магистральный трубопровод, для обеспечения формирования равномерного фонтана мелкодисперсных капель. Устройство для ультразвукового распыления содержит пьезоэлектрический преобразователь, концентратор, имеющий элемент с распылительной поверхностью, в котором выполнен канал, соединенный с каналом для подачи распыляемой жидкости. Дополнительно содержит герметичную смесительную камеру, ультразвуковой генератор, управляемое коммутирующее устройство, вторые идентичные первым пьезоэлектрический преобразователь и концентратор. Преобразователи расположены во взрывозащищённом корпусе, а концентраторы - в смесительной камере. Каждый из концентраторов соединен с преобразователем посредством волновода, выходная ступень которого расположена в смесительной камере. Преобразователи подключены к ультразвуковому генератору через управляемое коммутирующее устройство. При этом длина волновода составляет 0,5 λ, а длина выходной ступени 0,25 λ, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний в материале волновода. Элемент с распылительной поверхностью выполнен конусным с углом при вершине 160-170°, при этом диаметр канала составляет 4-5 мм. А длина канала от вершины элемента до канала для подачи распыляемой жидкости равна 0,25 λ + 10 мм. Изобретение обеспечивает устойчивое формирование фонтана микрокапель с размерами не более 16,5 мкм в течение длительного периода эксплуатации и стабильное мелкодисперсное ультразвуковое распыление одоранта в течение срока службы устройства (одоризатора) без перегрева преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области ультразвуковой техники и может быть использовано в системах одоризации природного газа, подаваемого в магистральный трубопровод, для обеспечения формирования равномерного фонтана мелкодисперсных капель.

Формирование частиц жидкостей малого размера, с заданным распределением по размерам и параметрам формируемого факела распыла позволяет решать различные проблемы высокотехнологичных отраслей промышленности. Для её решения на практике применяются различные способы распыления: гидравлический, механический, пневматический, электростатический и ультразвуковой.

В настоящее время для распыления одоранта применяются в основном гидравлический и пневматический методы.

При гидравлическом распылении основным фактором энергетического воздействия, приводящим к распаду жидкости на капли, является давление нагнетания. Проходя через распыляющее устройство (сопло или форсунку), жидкостной поток, во-первых, приобретает довольно высокую скорость, во-вторых, преобразуется в форму, способствующую быстрому распаду (струя, пленка, крупные частицы, в зависимости от принадлежности распылителя к тому или иному классу). Технически процесс гидравлического распыления реализуется при помощи форсунок. Такой способ имеет серьезные недостатки, обусловленные тем, что создаваемый при гидравлическом распылении факел - неоднородный. Также он имеет среди существующих способов распыления самую большую дисперсию образующихся капель и сильно затрудненное регулирование расхода при заданном качестве дробления жидкости. Кроме этого, рассмотренным способом практически неосуществимо мелкодисперсное распыление.

При пневматическом способе распыления энергия подводится к жидкости в основном в результате динамического взаимодействия жидкости с потоком газа. Недостатками способа являются: высокий расход энергии на распыление (50-60 кВт на 1 т жидкости), необходимость в распыливающем агенте и в оборудовании для его подачи, что значительно сокращает область применения данного метода, достаточно высокая дисперсия (разброс) диаметров капель получаемого распыла.

Электростатическое распыление не применимо для одоризации газа вследствие взрывоопасности метода.

Типичным представителем изобретений, реализующих описанные способы распыления является устройство узла ввода одоранта в трубопровод (см. Патент РФ на полезную модель № 215700 по кл. МПК G05D 7/00, опуб. 22.12.2022), содержащее вертикально расположенный полый цилиндр с перфорированными стенками, внутреннее пространство которого полностью заполнено свернутой в спираль тонкой мелкоячеистой сеткой из нескольких слоев, а на верхнем торце установлена воронка для приема капель одоранта, формируемых установкой одорации.

Известен одоризатор газа по патенту на изобретение № 2680578 по кл. МПК G05D 7/00, опуб. 22.02.2019, содержащий расходную емкость для одоризирующей жидкости с патрубком для подачи жидкого одоранта, канал подачи жидкого одоранта, сообщенный со смесителем через последовательно установленные в нем насос-дозатор и обратный клапан, канал подачи газа из магистрали высокого давления через последовательно установленные в нем редуктор, отсечной клапан и жиклер, также сообщенный с вышеупомянутым смесителем, выход которого соединен с испарителем, а выход испарителя сообщен с каналом подачи одоризирующей смеси через последовательно установленные в нем регулятор расхода и расходомер-счетчик количества одоризирующей смеси с магистралью низкого давления. Испаритель выполнен в виде емкости с перегородкой, разделяющей ее на внутреннюю полость и внешнюю полость, в которой установлена проницаемая вставка, и снабжен нагревателем. В магистраль низкого давления одоризирующая смесь подается через форсунки. В результате расширяются функциональные возможности одоризатора, повышается точность дозирования одоранта при одорировании газовых потоков в условиях нестационарных режимов потребления газа.

Из анализа описанных выше способов и устройств следует, что все рассмотренные способы распыления обладают рядом недостатков, которые ограничивают их возможности и вызывают значительное снижение эффективности технологических процессов, основанных на распылении.

Вместе с тем известно, что КПД распыления всех рассмотренных устройств составляет сотые доли процента. Значение КПД=0,1% считается максимальным для рассмотренных способов распыления. Независимо от выбранного способа распыления уменьшение размера капли неизбежно влечет за собой повышение удельных энергозатрат, т.е. снижение КПД распыления. Так, при гидравлическом распылении для уменьшения размера капель приходится увеличивать перепад давления жидкости на форсунке. Например, при распылении 1 м³ воды при P =0,2-0,4 МПа размер капель составляет 250-300 мкм, а КПД - 0,05-0,07 %. Для получения капель диаметром 100 мкм перепад давления приходится увеличивать до 1-1,5 МПа, при этом КПД падает до 0,02-0,03 %. Если требуемый размер частиц составляет 50 мкм, давление возрастает до 3-4 МПа, а КПД снижается до тысячных долей процента. Увеличить долю энергии, затрачиваемой непосредственно на распыление, решить проблемы инженерного характера, стоящие перед распыляющей техникой, позволяют электрофизические способы распыления, к которым относится ультразвуковое (УЗ) распыление в фонтане и слое, при котором жидкость переходит в аэрозольное состояние за счет увеличения поверхностной энергии пленки жидкости, которое достигается путем наложения на нее механических колебаний высокой интенсивности ультразвуковой частоты [Хмелев В.Н. Ультразвуковое распыление жидкостей / В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, К.В. Шалунова, С.Н. Цыганок, Р.В. Барсуков, А.Н. Сливин. - Барнаул: АлтГТУ, 2010. - 228 с.].

Известны способ распыления жидкости и устройство для его осуществления (патент РФ № 2264868 МПК В05В 17/06, опуб.27.11.2005), который осуществляют путем введения осесимметричных ультразвуковых колебаний в поверхностный слой параллельно большой свободной поверхности. Устройство для осуществления способа распыления включает пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь и соосный с преобразователем чашеобразный концентратор с переменной толщиной поперечного сечения. В области наибольшей толщины сечения концентратор жестко соединен с рабочей накладкой преобразователя, а внутренняя поверхность концентратора в области наименьшей толщины сечения выполнена цилиндрической. С активной накладкой преобразователя жестко соединен чашеобразный концентратор с переменной толщиной поперечного сечения, внутренний объем которого и его цилиндрической части заполнен распыляемой жидкостью.

Данная конструкция распылителя не может быть использована в системе одоризации газа вследствие того, что размещенный в открытом чашеобразном концентраторе одорант будет неконтролируемо и практически одномоментно распыляться высокоскоростным потоком газа, что не обеспечит требуемые дозировки и равномерное заполнение потока одорантом, а также приведет к оседанию значительного объема жидкости на стенках и нижней поверхности трубопровода.

Известен ультразвуковой распылитель (патент № 2446895 МПК В05В 17/06, опуб. 10.04.2012 ), который может быть использован для рассеивания ароматических веществ и при употреблении косметических продуктов, а также при рассеивании тумана различных жидкостей локального использования.

Ультразвуковой распылитель содержит жесткий корпус пьезоэлектрического преобразователя, имеющий первый конец, образующий отверстие, и второй конец. Внутреннее пространство корпуса пьезоэлектрического преобразователя содержит полость для помещения подлежащей распылению жидкости. Корпус имеет ось симметрии, микроперфорированную мембрану и пьезоэлемент. Мембрана прикреплена к первому концу и закрывает отверстие. Пьезоэлемент выполнен и расположен таким образом, чтобы вызывать вибрацию корпуса пьезоэлектрического преобразователя. Пьезоэлемент расположен вблизи указанного второго конца таким образом, чтобы вызывать вибрацию корпуса пьезоэлектрического преобразователя в направлении, параллельном его оси симметрии.

Распылитель не может быть использован в системе одоризации природного газа вследствие ограниченности объема распыляемой жидкости, расположенного внутри емкости, находящейся внутри волновода преобразователя. Сама система установки преобразователя в канал не является герметичной, что также делает невозможным использование данного ультразвукового распылителя в системе одоризации.

Коллективом под руководством В.Н. Хмелева (ООО «Центр ультразвуковых технологий», г. Бийск) на основе многолетних экспериментов предложена конструкция распылительной ультразвуковой головки, предназначенная преимущественно для распыления жидкостей с вязкостью более 15 сП. Подача распыляемой жидкости осуществляется через сквозной внутренний канал, что позволяет предварительно уменьшить вязкость жидкости под воздействием УЗ колебаний внутри канала [Хмелев В.Н. Разработка высокочастотных ультразвуковых колебательных систем для мелкодисперсного распыления жидкостей / В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, М.В. Хмелев и др. // Ползуновский вестник. - № 3, 2010. С. 315-320].

Наиболее близким к заявляемому является устройство для ультразвукового распыления (патент РФ № 2481160 МПК В05В 17/06, опуб. 10.05.2013), которое относится к устройствам для мелкодисперсного распыления жидкостей, и может быть использовано в наноиндустрии, химико-фармацевтической и медицинской промышленности. Ультразвуковой распылитель содержит пьезоэлектрический преобразователь с концентратором, заканчивающимся инструментом с конусной распылительной поверхностью, в котором выполнены каналы, соединенные с осевым каналом для подачи распыляемой жидкости. Центры каналов равномерно расположены на окружностях, количество которых определяется из условий обеспечения заданной формы формируемого факела и производительности процесса.

К недостаткам данной системы следует отнести: нетехнологичность изготовления, связанную с большой длиной осевого канала; размещение в области пучности ультразвуковых колебаний на пассивной накладке значительной присоединенной массы (штуцера и трубки подвода жидкости); отсутствие уплотнения в области торцового стыка насадки-распылителя и выходной ступени активной накладки. Также, с учетом агрессивности одоранта по отношению к металлам, прохождение данной жидкости через весь электромеханический преобразователь нецелесообразно, поскольку требует его изготовления из химически стойких сплавов, большинство из которых имеют повышенное акустическое сопротивление и мало эффективны в ультразвуковых колебательных системах.

Изобретения в области ультразвукового распыления относятся в основном к способам и устройствам медицинского назначения, или используются для увлажнения воздуха в помещениях. Они предназначены для кратковременного периодического функционирования в неагрессивных средах. Также их функционал не предполагает 100% распыления подаваемой дозы жидкости, что объективно необходимо в случае применения ультразвукового распыления одоранта.

В то же время пьезоэлектрические преобразователи весьма чувствительны к уходу собственной частоты от резонанса с сигналом генератора, что приводит к нестабильной работе системы и, соответственно, распыления. Уход частоты объясняется следующим. Пьезоэлектрические преобразователи имеют КПД, не превышающий 50%, что приводит к значительному выделению тепла прежде всего в узлах креплений, в частности, в области стяжной шпильки (болта) и на поверхностях контакта пьезокерамических колец с торцами активной и пассивной накладок, а также с токоподводящими электродами. При этом вследствие температурного расширения материалов изменяются усилия затяжки пьезокерамики, что приводит к уходу ее собственной частоты от резонанса с частотой питающего напряжения. В случае длительной работы возможны перегревы до температур 200°С и выше, что может привести к деполяризации керамики и выходу преобразователя из строя.

Технической проблемой настоящего изобретения является разработка устройства для ультразвукового распыления одоранта, обеспечивающего стабильное мелкодисперсное ультразвуковое распыление одоранта в течение срока службы устройства (одоризатора) без перегрева преобразователя.

Технический результат настоящего изобретения заключается в устойчивом формировании фонтана микрокапель с размерами не более 16,5 мкм в течение длительного периода эксплуатации.

Для решения технической проблемы и достижения технического результата устройство для ультразвукового распыления, содержащее пьезоэлектрический преобразователь, концентратор, имеющий элемент с распылительной поверхностью, в котором выполнен канал, соединенный с каналом для подачи распыляемой жидкости, согласно изобретению, дополнительно содержит герметичную смесительную камеру, ультразвуковой генератор, управляемое коммутирующее устройство, вторые идентичные первым пьезоэлектрический преобразователь и концентратор, преобразователи расположены во взрывозащищённом корпусе, а концентраторы - в смесительной камере, при этом каждый из концентраторов соединен с преобразователем посредством волновода, выходная ступень которого расположена в смесительной камере, преобразователи подключены к ультразвуковому генератору через управляемое коммутирующее устройство, при этом длина волновода составляет 0,5 λ, а длина выходной ступени 0,25 λ, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний в материале волновода. Элемент с распылительной поверхностью выполнен конусным с углом при вершине 160-170°, при этом диаметр канала составляет 4-5 мм, а длина канала от вершины элемента до канала для подачи распыляемой жидкости равна 0,25 λ+10 мм.

Изобретение поясняется чертежами, где представлены:

- на фиг. 1 - схема устройства для ультразвукового распыления одоранта,

- на фиг. 2 - схема ультразвукового распылителя.

На чертежах позициями обозначено:

1 - входящий поток газа;

2 - смесительная камера;

3 - фонтан микрокапель одоранта;

4 - поток газа в смеси с одорантом;

5 - ультразвуковой генератор;

6 - блок коммутации пьезоэлектрических преобразователей с генератором;

7 - блок синхронизации коммутации преобразователей и с генератором и насосом-дозатором;

8 - микропроцессор;

9 - емкость с одорантом;

10 - насос-дозатор;

11 - блок коммутации преобразователей с насосом-дозатором;

12 - пьезоэлектрические преобразователи;

13 - ультразвуковой блок;

14 - вентилятор охлаждения преобразователей;

15 - концентраторы-распылители;

16 - трубопровод подвода одоранта к распылителям;

17 - крепежный переходной стакан;

18 - волновод (активная накладка);

19 - болтовое соединение;

20 - стяжная шпилька;

21 - пассивная накладка;

22 - электрод;

23 - кабель питания преобразователя;

24 - кольцо пьезокерамическое;

25 - изолирующая втулка;

26 - фланец;

27 - шпилька крепления концентратора-распылителя;

28 - фланец переходного стакана;

29 - элемент с распылительной поверхностью.

Устройство для ультразвукового распыления содержит (см. фиг. 1) смесительную камеру 2, ультразвуковой генератор 5, соединенный с блоком коммутации 6 пьезоэлектрических преобразователей с генератором, подключенный к блоку синхронизации 7, подключенного к микропроцессору 8 и блоку коммутации 11 преобразователей с насосом-дозатором 10. Блок коммутации 11 подачи одоранта присоединен при помощи трубопровода к насосу-дозатору 10 с программируемым расходом подаваемой жидкости.

Оба коммутирующих устройства связаны с синхронизатором 7, обеспечивающим их согласованное включение и выключение. Насос-дозатор, генератор и коммутирующие устройства подключены к микропроцессору 8 системы управления дозатором.

Устройство содержит также ультразвуковой блок 13, представляющий собой взрывозащищенный корпус для предотвращения чрезвычайных аварийных ситуаций. В блоке 13 размещены пьезоэлектрические преобразователи 12. Перед блоком 13 размещен вентилятор 14 для охлаждения преобразователей. Устройство также содержит концентраторы-распылители 15, в радиальное отверстие которых подсоединен трубопровод 16 от блока коммутации 11 преобразователя 12 с насосом-дозатором 10.

Смесительная камера 2 закрыта герметичной крышкой со смотровым окном.

Концентраторы 15 размещены в смесительной камере 2, при этом каждый из концентраторов соединен с преобразователем посредством волновода 18, выходная ступень которого расположена также в смесительной камере 2. Входная - ближайшая к преобразователю, большего диаметра, выходная - вторая ступень меньшего диаметра. Ступени имеют длину, равную 1/4 длины волны.

Ультразвуковой распылитель содержит (см. фиг. 2) концентратор-распылитель 15 с элементом 29 с распылительной поверхностью, выполненной либо плоской, либо конусной (в виде грибка с углом при вершине 160-170°). От выходного торца концентратора (поверхности грибка) по его оси проходит канал диаметром 4-5 мм длиной λ/4+10 мм для подачи одоранта. В этом случае доза жидкости будет подходить к области распыления в режиме кавитации, что облегчит распыление слоев с большей высотой, соответствующей подаваемой дозе. Канал лишь незначительно переходит за узловую плоскость концентратора (сечение, расположенное на расстоянии 1/4 длины волны от одного из торцов концентратора или волновода, в котором амплитуда колебаний равна нулю). Короткий канал не создает существенного гидравлического сопротивления движению жидкости и не требует изготовления всех элементов преобразователя из химически стойких материалов. Концентратор может быть изготовлен из титана ВТ1-0 или титанового сплава ВТ1-3 (предпочтительнее). В узле должно выполнено радиальное отверстие до пересечения с каналом для крепления трубопровода подвода одоранта 16, которое может быть выполнено при помощи сварки или на резьбе.

Волновод 18 выполнен полуволновой длины и образован входным конусом, к торцу которого притянуты пьезокерамические кольца 24 и выходным цилиндром, к которому присоединен концентратор-распылитель 15. В узловой плоскости волновода в месте перехода конуса в цилиндр выполнен фланец 26, при помощи которого болтами 19 волновод 18 через уплотнительную прокладку прикреплен к переходному стакану 17. К цилиндрической ступени волновода при помощи шпильки 27 прикреплен концентратор 15 ультразвуковых колебаний с элементом с распылительной поверхностью в виде грибка 29.

При помощи фланца и болтов собранная колебательная система «преобразователь - концентратор» закреплена на переходном стакане 17, а стакан через уплотнительные диски закреплен на фланце герметичной смесительной камеры 2.

Пьезокерамические кольца 24 преобразователя 12 установлены на шпильке 20 и стянуты при помощи стального отражателя (пассивной накладки 21). Изоляция колец 24 от шпильки 20 осуществляется при помощи втулки 25 из фторопласта Ф-4.

Стакан 17 с преобразователем крепится к смесительной камере 2 при помощи мелкошаговой резьбы большого диаметра, герметизация обеспечивается фланцем 28 и эластичной прокладкой.

Устройство работает следующим образом. Расходную емкость 9 заполняют необходимым количеством одоранта. На микропроцессоре 8 устанавливают скорость подачи одоранта насосом-дозатором в мл/с. При помощи таймера микропроцессора устанавливают время непрерывной работы одного из преобразователей 12 и очередность их переключения. Включают ультразвуковой генератор 5 и запускают насос-дозатор 10, наблюдая через смотровое окно за появлением фонтана микрокапель 3. После появления стабильного фонтана открывают кран запуска газа в смесительную камеру. По истечении установленного времени непрерывной работы преобразователя по сигналу таймера коммутирующее устройство 6 переключает питание от генератора на второй преобразователь, а синхронизатор 7 дает команду на коммутирующее устройство подачи одоранта 11, которое перекрывает клапан подачи жидкости в первый преобразователь и открывает клапан подачи во второй преобразователь. После истечения установленного времени процесс повторяется на первом преобразователе и т.д. до опорожнения расходной емкости.

Диаметр распылительной поверхности определен из следующих соображений. При ультразвуковом распылении «в слое», наиболее подходящем для решения поставленной задачи, формирование стабильного фонтана монодисперсных мелких капель обеспечивается при высоте слоя жидкости на поверхности торца концентратора, равной 0,1 - 0,2 мм при условии растекания поступившей дозы по всей распылительной поверхности [Хмелев В.Н. Разработка высокочастотных ультразвуковых колебательных систем для мелкодисперсного распыления жидкостей / В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, М.В. Хмелев и др. // Ползуновский вестник. - № 3, 2010. С. 315-320; Хмелев В.Н. Ультразвуковое распыление жидкостей / В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, К.В. Шалунова, С.Н. Цыганок, Р.В. Барсуков, А.Н. Сливин. - Барнаул: АлтГТУ, 2010. - 228 с.]. Исходные данные производительности насоса-дозатора по одоранту составляют 0,1 г / дозу. Если считать полученный слой жидкости на торце концентратора плоским диском, можно определить минимальный диаметр диска распылителя из выражения:

V=h*πd ² /4,

где h - высота слоя жидкости, мм; d - диаметр диска жидкости, мм; V - объем дозы жидкости, мм³. Примем h = 0,2 мм.

С учетом удельного веса одоранта объем его дозы составляет 0,127 мл (127 мм³). Тогда диаметр слоя для 100% распыления должен быть:

d=√4V/πh.

После подстановок получим: d = 28,44 мм.

С учетом гарантированного размещения слоя жидкости данного диаметра на распылителе можно принять диаметр элемента с распылительной поверхностью на концентраторе равным 30 мм.

С целью повышения интенсивности ультразвука за счет увеличения исходной амплитуды колебаний диаметр входной ступени концентратора равен 30 мм, выходной ступени - 15 мм.

В ходе экспериментов по проверке работоспособности ультразвукового распылителя установлено следующее. В связи с токсичностью одоранта эксперименты в лабораторных условиях проводили с использованием воды и этилового спирта, плотность и кинематическая вязкость которого весьма близки к параметрам одоранта. Применяли две частоты ультразвука из рекомендованного для технологических целей диапазона: 22 кГц и 44 кГц.

1. При малых, средних и больших дозах жидкости (в исследованном диапазоне) формируются объемные фонтаны мелкодисперсных капель типа тумана в целом неправильной формы и не имеющие выраженной симметричности относительно оси концентратора, проявляется чувствительность к движениям воздуха в помещении, что приводит к смещению облака частиц и его деформации.

2. Как для воды, так и для спирта отмечается тенденция увеличения интенсивности распыления при росте дозы до значения 0,2 мл с последующим снижением, что проявляется в увеличении времени, потребного на распыление, а визуально - в уменьшении плотности фонтана.

3. На частоте 44 кГц отмечается значимое увеличение скорости (производительности) распыления воды и спирта, в большей степени выраженное (практически в 2 раза) при дозе 0,2 мл.

4. При оптимальной дозе (0,2 мл) высота (протяженность) фонтана воды при распылении на частоте 22 кГц составляет 20-25 мм, спирта 30-40 мм, При дозах 0,05 мл соответственно - 10-15 мм и 25-30 мм.

5. На частоте 44 кГц при дозе 0,2 мл высота фонтана спирта достигает 90-110 мм, при увеличении дозы высота незначительно снижается.

6. Толщина слоя жидкости на торцовой поверхности концентратора при максимальной интенсивности распыления составила 0,17-0,2 мм.

Ниже в табл. 1 представлены результаты размерного анализа капель спирта, сформировавшихся при распылении слоя.

Таблица 1 - Средние размеры (D, мкм) и размах вариации (R , мкм) размеров микрокапель спирта, образовавшихся при воздействии ультразвука на частотах 22 и 44 кГц
№ изм.	22 кГц			44 кГц
	Di	Dcp	R=Dmax-Dmin	Di	Dcp	R=Dmax-Dmin
1	18,4	23,9	14,5	14,8	16,5	9,6
2	24,4			19,6
3	25,5			12,6
4	20,3			13,9
5	21,5			15
6	15			18
7	29			16,4
8	15,7			17,2
9	22,7			13,3
10	22,7			15
11	19			20,8
12	27,4			17,8
13	18,4			17,5
14	22,7			13,9
15	27,9			17,2
16	20,3			11,4
17	24,8			19,3
18	27,7			13,6
19	28,7			15,6
20	29			20,8
21	23,5			18,3
22	28,6			16,4
23	29,5			-
24	26,3			-
25	26,3			-
26	24,7			-
27	20,3			-

Из табл. 1 следует, что при использовании частоты 44 кГц средний размер капель уменьшается более, чем на 30%, а равномерность капель в фонтане, определенная по размаху вариации, повышается на 34% (соответствующее снижение размаха вариации).

Выполненные экспериментальные исследования процесса ультразвукового распыления жидкостей-имитаторов одоранта позволили установить, что при определенных условиях (частота колебаний 44 кГц и разовый объем жидкости 0,2 мл) обеспечивается устойчивое формирование фонтана с высокой плотностью высотой не менее 120 мм, состоящего из микрокапель со средним размером 16,5 мкм, причем не менее 70% капель находится в диапазоне размеров менее 18 мкм. Это свидетельствует о том, что использование ультразвукового распыления на данных режимах целесообразно в системах одоризации для малых и средних расходов транспортируемого потока газа.

В процессе испытаний отмечен значительный до (60-70)°С нагрев волновода и пассивной накладки пьезоэлектрического преобразователя при непрерывной работе более 1 часа. При больших временах возможен ориентировочно разогрев до температур, првышающих 150°С, что может привести к нестабильной работе пьезкерамики. Соответственно, это подтверждает необходимость предлагаемого технического решения по введению в конструкцию распылителя нескольких (как минимум, двух) попеременно с интервалом в пределах 1 часа работающих преобразователей.

Анализ полученных результатов позволяет заключить, что использование концентраторов с дисковым распылителем формирует объемный и в целом равномерный по плотности фонтан микрокапель, что позволяет использовать данную схему в устройствах одоризации газа при условии обеспечения необходимой производительности распыления, обеспечивающей 100% распыление дозы вещества.

Таким образом решена обозначенная выше техническая проблема. Технический результат настоящего изобретения заключается в устойчивом формировании фонтана микрокапель с размерами не более 16,5 мкм в течение длительного периода эксплуатации.

Claims (2)

1. Устройство для ультразвукового распыления, содержащее пьезоэлектрический преобразователь, концентратор, имеющий элемент с распылительной поверхностью, в котором выполнен канал, соединенный с каналом для подачи распыляемой жидкости, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит герметичную смесительную камеру, ультразвуковой генератор, управляемое коммутирующее устройство, вторые идентичные первым пьезоэлектрический преобразователь и концентратор, преобразователи расположены во взрывозащищённом корпусе, а концентраторы – в смесительной камере, при этом каждый из концентраторов соединен с преобразователем посредством волновода, выходная ступень которого расположена в смесительной камере, преобразователи подключены к ультразвуковому генератору через управляемое коммутирующее устройство, при этом длина волновода составляет 0,5 λ, а длина выходной ступени 0,25 λ, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний в материале волновода.

2. Устройство для ультразвукового распыления по п.1, отличающееся тем, что элемент с распылительной поверхностью выполнен конусным с углом при вершине 160-170°, при этом диаметр канала составляет 4-5 мм, а длина канала от вершины элемента до канала для подачи распыляемой жидкости равна 0,25 λ + 10 мм.