SU1076151A1

SU1076151A1 - Apparatus for pneumatic spraying of liquid

Info

Publication number: SU1076151A1
Application number: SU823475336A
Authority: SU
Inventors: Евгений Васильевич Мислюк; Юрий Григорьевич Шевченко; Александр Сергеевич Афанасьев; Евгений Иванович Ефимов
Original assignee: Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета
Priority date: 1982-07-23
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1984-02-29

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО РАСПЫЛИВАНИЯ ЖИДКОСТИ , содержащее корпус с каналами 1 подачи жидкости в камеру смешени , средства тангенциального подвода воздуха в камеру смешени и выходное сопло, отличающеес .тем, что, с целью повышени степени монодисперсности и плотности факела распыла, оно снабжено размещенной в камере смешени с зазором к корпусу кольцевой стенкой, при этом каналы дл подачи жидкости сообщены с полостью, образованной между корпусом и пористой стенкой, корпус с противоположной соплу стороны выполнен с отбойной поверхностью, а средства тангенциальной подачи воздуха выполнены в виде расположенных по хорде к внутренней поверхности пористой кольцевой стенки со стороны сопла патрубков. Фиг.1A device for pneumatic liquid spraying, comprising a housing with channels 1 for supplying liquid to the mixing chamber, means for tangentially supplying air to the mixing chamber, and an outlet nozzle, characterized in that, in order to increase the degree of monodispersity and the density of the spray, it is provided with a mixing chamber with a gap to the housing by an annular wall, wherein the channels for supplying fluid are connected to a cavity formed between the housing and the porous wall, the housing from the side opposite to the nozzle is formed with a baffle the second surface, and the means of tangential air supply are made in the form located along the chord to the inner surface of the porous annular wall from the nozzle side of the nozzles. 1

Description

Изобретение относитс к технике распылени жидкостей и расплавов и может быть использовано в химической технологии, энергетике и смежных с ними отрасл х промышленности , а также при конструировании форсунок дл распыливани жидкостей в тепло- и массообменных аппаратах. Известен генератор высокодиснерсных аэрозолей, содержащий камеру распылени , в которой смесь воздуха с жидкостью приобретает вращательное движение бл годар установленным в ней распылительным соплам. Воздух с жидкостью смещиваетс заранее в распылительных соплах. Камера распылени состоит из улавливател мелких канель жидкости, сборника жидкости, системы подачи газа и жидкости и выводной кольцевой щели 1. Недостатком известного генератора вл етс повышенный расход газа и энергии на распыливание, так как смешение газа с жидкостью происходит еще до камеры, а из камеры часть смеси в виде конденсата и отработанного воздуха с мелкими капл ми уходит в дренаж. Кроме того, генератор характеризуетс сложностью конструкции и наличием возможности сли ни капель во врем их выхода через кольцевую щель, так как нет ускор ющего их выхода сопла. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство дл пневматического распыливани жидкости, содержащее корпус с каналами подачи жидкости в камеру смещени , средства тангенциального подвода воздуха в камеру смешени и выходное сопло 2. Недостатками такого устройства вл ютс полид,исперсность капель в факеле распыла , неодинакова плотность факела по его поперечному сечению (так как выходное сопло не имеет отверсти по центральной оси, в нем расположен сплощной насадок и дополнительно закреплен с зазором диск), а также больщие давлени жидкости и воздуха и повышенный расход воздуха. Цель изобретени - повышение степени монодисперсности и плотности факела распыла. Указанна цель достигаетс тем, что устройство дл пневматического распыливани жидкости, содержащее корпус с каналами подачи жидкости в камеру смешени , средства тангенциального подвода воздуха в камеру смешени и выходное сопло, снабжено размещенной в камере смешени с зазором к корпусу кольцевой стенкой, при этом каналы дл подачи жидкости сообщены с полостью, образованной между корпусом и пористой стенкой, корпус с противоположной соплу стороны выполнен с отбойной поверхностью, а средства тангенциальной подачи воздуха выполнены в виде расположенных по хорде к внутренней поверхности пористой кольцевой стенки со стороны сопла патрубков. Ввиду того, что в камере происходит смешение жидкости с воздухом не непосредственно , а через пористую кольцевую стенку с определенным соотношением давлений , жидкость перед распыливанием имеет наибольшую поверхностную энергию и наиболее неустойчивую быстро распадающуюс форму в виде тончайшей пленки. Поэтому на ее распыливание требуетс гораздо меньший расход воздуха и энергии. Благодар патрубкам, расположенным по хорде к внутренней поверхности пористой стенки со стороны сопла, а также отбойной поверхности корпуса, установленной с противоположной соплу стороны на определенном рассто нии от сопла, происходит раскручивание смеси воздуха с жидкостью по круговой траектории и центробежное разделение разных по величине капель жидкости . Дл предотврашени сли ни капель между собой они ускор ютс в конической формы выходном сопле. На фиг. 1 представлено устройство дл пневматического распыливани жидкости, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - кривые зависимости радиального давлени и расхода жидкости от тангенциального давлени воздуха; на фиг. 4 - кривые зависимости относительного расхода жидкости от относительного давлени воздуха. Устройство состоит из корпуса 1, внутри которого с помощью верхней (отбойной ) 2 и нижней 3 стенок закреплена пориста колвдева стенка 4 таким образом, что все вместе они образуют периферийную полость 5 и центральную камеру 6 смешени . Дл подвода жидкости имеютс осевой штуцер 7, выполненный заодно с крышкой 8, распределительна полость 9 и каналы 10, соедин ющие распределительную и периферийную полости. Дл тангенциального подвода воздуха в камере смешени имеютс два сопловых патрубка 11, установленных по хорде к внутренней поверхности пористой кольцевой стенки. Дл выхода капель жидкости из камеры наружу имеетс выходное сопло 12. Верхн стенка камеры имеет обойную поверхность 13. Сопло вл етс сменной деталью и выполнено конической формы или, например, в форме сопла Лавал дл придани ускорени движению капель и предотвращени их сли ни друг с другом. Пориста стенка выполнена , например, из металлокерамической трубки диаметром 34-52 мм с необходимой степенью пористости (25-44%) и проницаемости по жидкости (1,8-14,5 .мин). Размеры стенки составл ют d(0,8-2)h, а рассто ние от отбойной поверхности до верхнего среза выходного сопла 1 (0,30 ,8)h, где d - внутренний диаметр пористой стенки, м; h - высота пористой стенки , м.The invention relates to the technique of spraying liquids and melts and can be used in chemical technology, power engineering and related industries, as well as in designing nozzles for spraying liquids in heat and mass transfer devices. A highly vigorous aerosol generator is known, comprising a spray chamber in which a mixture of air and liquid acquires a rotational movement of a spray nozzle installed in it. The air with the liquid is displaced in advance in the spray nozzles. The spray chamber consists of a small liquid channel catcher, a liquid collector, a gas and liquid supply system, and an exit annular gap 1. A disadvantage of the known generator is the increased gas consumption and energy for spraying, since the gas is mixed with the liquid even before the chamber, and from the chamber part of the mixture in the form of condensate and exhaust air with small drops goes into the drainage. In addition, the generator is characterized by the complexity of the design and the possibility of merging drops during their exit through the annular gap, since there is no accelerating nozzle exit. The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a device for pneumatic atomization of a liquid, comprising a housing with channels for supplying liquid to the displacement chamber, means for tangentially supplying air to the mixing chamber, and an outlet nozzle 2. The disadvantages of such a device are polyd the spray nozzle, unequal density of the torch over its cross section (since the output nozzle does not have a hole along the central axis, there is a flat nozzle in it and tightly fixed with a gap disk), as well as high pressure of fluid and air and increased air flow. The purpose of the invention is to increase the degree of monodispersity and the density of the spray cone. This goal is achieved in that the device for pneumatic atomization of a liquid, comprising a housing with fluid supply channels into the mixing chamber, means for tangentially supplying air to the mixing chamber and an output nozzle, is provided with an annular wall disposed in the mixing chamber with a gap to the housing liquids are communicated with a cavity formed between the casing and the porous wall, the casing with the side opposite to the nozzle is made with a fender surface, and the means of tangential air supply are in the form of a chord to the inner surface of the porous annular wall from the nozzle side of the nozzles. Due to the fact that the liquid does not directly mix with the air in the chamber, but through a porous annular wall with a certain pressure ratio, the liquid, before spraying, has the greatest surface energy and the most unstable rapidly disintegrating form in the form of the thinnest film. Therefore, its atomization requires much less air and energy consumption. Due to the pipes located along the chord to the inner surface of the porous wall from the side of the nozzle, as well as the baffle surface installed on the opposite side of the nozzle at a certain distance from the nozzle, the mixture of air and liquid is unwound along a circular path and centrifugal separation of differently sized drops of liquid . To prevent the drops from falling between them, they are accelerated in a conical shape by the exit nozzle. FIG. 1 shows a device for pneumatic atomization of a liquid, a slit; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one; in fig. 3 - curves of radial pressure and fluid flow versus tangential air pressure; in fig. 4 shows the curves of the relative flow rate of a fluid versus the relative air pressure. The device consists of a housing 1, inside which a porous wall 4 is fixed by means of the upper (fender) 2 and lower 3 walls so that together they form the peripheral cavity 5 and the central mixing chamber 6. For the supply of fluid, there are an axial fitting 7, which is integral with the cover 8, a distribution cavity 9 and channels 10 connecting the distribution and peripheral cavities. For a tangential air supply in the mixing chamber, there are two nozzle pipes 11, mounted along a chord to the inner surface of the porous annular wall. An exit nozzle 12 is provided to expel liquid droplets from the chamber. The upper wall of the chamber has a covering surface 13. The nozzle is a replacement part and is conical in shape or, for example, in the form of a Laval nozzle to accelerate the movement of the droplets and prevent them from merging with each other . The porous wall is made, for example, from a cermet tube with a diameter of 34-52 mm with the required degree of porosity (25-44%) and liquid permeability (1.8-14.5 .min). The wall dimensions are d (0.8-2) h, and the distance from the fender surface to the upper edge of the exit nozzle 1 (0.30, 8) h, where d is the internal diameter of the porous wall, m; h - the height of the porous wall, m

В случае распыливани в зких жидкостей или расплавов на корпусе предусматриваетс рубашка 14 дл обогрева гор чим теплоносителем (на фиг. 1 рубашка показана пунктиром). Дл очистки и фильтрации распыл емой жидкости, как правило, в трубопроводе перед устройством устанавливаетс фильтр тонкой очистки из аналогичной металлокерамической трубки (не показан).In case of spraying of viscous liquids or melts on the body, a jacket 14 is provided for heating with a hot heat carrier (in Fig. 1 the jacket is shown by a dotted line). To clean and filter the sprayed liquid, as a rule, a fine filter is installed in the pipeline in front of the device from a similar cermet tube (not shown).

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Жидкость подаетс в устройство через осевой штуцер 7 в распределительную полость 9, откуда через каналы 10 - в периферийную полость 5. Просачива сь под небольшим радиальным давлением Ржл через поры кольцевой пористой стенки 4, жидкость образует чрезвычайно тонкую равномерную пленку на внутренней боковой поверхности этой стенки. Воздух в устройство подаетс тангенциально под давлением Pfctg через патрубки 11 на эту же внутреннюю боковую поверхность. В камере 6 смешени создаетс осесимметричный вихрь (как показано стрелками на фиг. 2), скорость и направление которого завис т от величин Peti (0, МПа) и . (0,060 ,24 МПа). Чем . тем более рко выражено спиральное движение вихр и тоньше жидкостна пленка и тем более тонкое происходит диспергирование жидкости на капли. Соотношение к Р)( выбирают в пределах (1,0-1,4): в зависимости от степени диспергировани . При относительно больших значени х Petp вследствиеFluid is supplied to the device through the axial fitting 7 into the distribution cavity 9, from where it passes through channels 10 into the peripheral cavity 5. Leaking under a small radial pressure of Rzl through the pores of the annular porous wall 4, the liquid forms an extremely thin uniform film on the inner side surface of this wall. Air is introduced into the device tangentially under the pressure of Pfctg through pipes 11 on the same inner side surface. In the mixing chamber 6, an axisymmetric vortex is created (as shown by the arrows in Fig. 2), the speed and direction of which depend on the values Peti (0, MPa) and. (0.060, 24 MPa). Than the more pronounced is the spiral movement of the vortex and the thinner the liquid film, and the thinner the dispersion of the liquid into droplets occurs. The ratio to P) (chosen within (1.0-1.4): depending on the degree of dispersion. With relatively large values of Petp, due to

радиального градиента давлени в камере может произойти прекрашение подачи жидкости . На фиг. 4 показана характеристика изменени относительного расхода жидкости в зависимости от относительного давлени (крива 1 дл давлени жидкости Я«( 0,1 МПа, крива 2 - Р}«(, 0,15МПа). Здесь расход жидкости при отсутствии вихревого движени в камере смешени . На рабочие характеристики предлагаемого устройства оказывают вли ние также свойства жидкости и размеры d,h,l.A radial pressure gradient in the chamber can result in a loss of fluid supply. FIG. Figure 4 shows the characteristic change in relative fluid flow versus relative pressure (curve 1 for fluid pressure I "(0.1 MPa, curve 2 - P}" (, 0.15 MPa). Here, the fluid flow is in the absence of vortex motion in the mixing chamber. The performance of the proposed device is also influenced by the properties of the liquid and the dimensions d, h, l.

После дроблени жидкостной пленки капли увлекаютс в круговое движение мощным круговым потоком воздуха и разгон ютс в камере до определенной скорости. При этом происходит центробежное отделение мелкой фракции капель от крупной. У более малой капли величина центростремительной силы превышает центробежную, поэтому мала капл , увеличенна потоком воздуха, движетс от периферии к центру и затем попадает в выходное сопло 12. Крупна капл , имеюща большую центробежную скорость, отбрасываетс к периферии и на отбойную поверхность 13 и заново дробитс .на более мелкие капли. Получаетс тонкое разделение капель по их величине, и мелка фракци капель почти одинакового размера выводитс центростремительной силой из зоны измельчени в сопло и затем наружу.After crushing the liquid film, the droplets are entrained in a circular motion with a powerful circular air flow and accelerate in the chamber to a certain speed. When this occurs, the centrifugal separation of the fine fraction of droplets from the large. In a smaller droplet, the centripetal force exceeds the centrifugal, so a small droplet, increased by air flow, moves from the periphery to the center and then enters the outlet nozzle 12. The large droplet, which has a higher centrifugal velocity, is thrown to the periphery and on the bog face 13 and is crushed . on smaller drops. A fine separation of the droplets according to their size is obtained, and a fine fraction of droplets of almost the same size is drawn by the centripetal force from the grinding zone to the nozzle and then out.

Примеры конкретного выполнени устройства (экспериментальные данные режимов работы при d 52 мм, , 1 15... 25 мм) приведены в таблице.Examples of the specific implementation of the device (experimental data of operating modes at d 52 mm, 1 15 ... 25 mm) are given in the table.

На фиг. 3 показаны зависимости расхода жидкости (крива 1) и радиального давлени жидкости (крива 2) от тангенциального давлени воздуха, полученные при работе устройства. Использование предлагаемого устройства дает возможность получить по сравнению с известными, высокую степень монодисперсности распыла жидкости, причем факел распыла более качественный, равной плотности по его поперечному сечению. Ввиду того, что жидкость перед распыливанием обладает большей поверхностной энергией и наиболее неустойчивой быстро распадающейс формой в виде пленки, требуетс меньше в 1,5-2 раза расход воздуха на ее распад и более низкое давление воздуха (чем у прототипа). Предлагаемое устройство эффективно можно использовать в технологических процессах, где требуетс более тонкий и качественный расцыл с равными капл ми. Дл диспергировани жидкости на капли с размером меньше 50 мкм или, например, 160-315 мкм требуетс относительный расход воздуха Gj/Gm 0,09-1,2 и энергии на распыливание 2040 кВт на 1 т жидкости по сравнению с известными форсунками (50-60 кВт на 1т жидкости).FIG. Figure 3 shows the dependences of the flow rate (curve 1) and the radial pressure of the liquid (curve 2) on the tangential air pressure obtained during operation of the device. The use of the proposed device makes it possible to obtain in comparison with the known, a high degree of monodispersity of the spray of a liquid, and the spray torch is of better quality, equal to the density over its cross section. Due to the fact that the liquid before spraying has a greater surface energy and the most unstable rapidly disintegrating film form, it requires less than 1.5-2 times the air consumption for its decay and lower air pressure (than that of the prototype). The proposed device can be effectively used in technological processes where more delicate and high-quality growth with equal drops is required. To disperse a liquid into droplets with a size of less than 50 µm or, for example, 160-315 µm, a relative air flow rate Gj / Gm of 0.09-1.2 and energy per atomization of 2040 kW per ton of liquid compared with the known nozzles (50- 60 kW per 1 ton of liquid).

Устройство изготовлено и проверено в работе с различными сопловыми насадками . Получены положительные результаты при распыливании воды. Оценка дисперсности распыла производилась методом улавливани капель и микроскопическим анализом с фотографированием. Экономи ческий эффект от внедрени одного устройства составит около 240 руб. в год.The device is manufactured and tested in work with various nozzle nozzles. Positive results were obtained when spraying water. The assessment of the dispersion of the spray was carried out by the method of trapping drops and microscopic analysis with photographing. The economic effect from the introduction of a single device will be about 240 rubles. in year.

АBUT

7/7 /

О 0,05 0,1 0,15 ff2 0,25 Pstg.MHa Сриг.ЗAbout 0.05 0.1 0.15 ff2 0.25 Pstg.MHa Srig.Z

IP жмакс IP Zhmaks

0,25 0,5 0,75 10 1,25 p.)ff80.25 0.5 0.75 10 1.25 p.) Ff8

P}KRP} KR

Cpus,ffCpus ff

Claims

DEVICE FOR PNEUMATIC LIQUID CUTTING OF A LIQUID, comprising a housing with channels for supplying liquid to the mixing chamber, means for tangential air supply to the mixing chamber and an output nozzle, characterized in that, in order to increase the degree of monodispersity and density of the spray jet, it is equipped with a spray chamber the gap to the housing by an annular wall, while the channels for supplying fluid are in communication with the cavity formed between the housing and the porous wall, the housing on the opposite side of the nozzle is made with a baffle surface, and tangential air supply means are arranged in the form of nozzles arranged along the chord to the inner surface of the porous annular wall from the nozzle side.

Sri g. 1