SU1012995A1

SU1012995A1 - Pneumatic nozzle with induction electrization of drops

Info

Publication number: SU1012995A1
Application number: SU813267293A
Authority: SU
Inventors: Марат Иванович Павлищев; Александр Леонидович Ершов; Леонид Наумович Малинский; Валерий Захарович Фещенко
Original assignee: Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1983-04-23

Abstract

1. ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА С индакционной ЭЛЕКТРИЗАТЩЕЙ КАПЕЛЬ, содержаща корпус с конфузорным участком и каналами подачи жидкости й воздуха, сопло в виде диффузора. центральный индуцирукшшй электрод и контакт заземлени , отличающ a с тем, что, с целью снижени .энергозатрат процесса индукционной электризации жидкости, ока снабжена охватывающей центральный индуцирующий электрод с кольцевым зазором дл прохода жидкости вставкой с койусным наконечником, размещенным в конфузорном участке корпуса, с образованием конической кольцевой сужакнцепс щели, сообщенной с каналом подачи воздуха, причем сопло выполнено из электропроводного материала, соединено , с контактом заземлени и охватывает центральный индуцирующий электрод ,, a вход сопла расположен в одной § плоскости с выходом конфузорного участка корпуса и концом конусного наконечника. 2. Форсунка ПОП.1, отлича ю щ a с тем, что угол наклона оси симметрии конической кольцевой щели к оси форсунки 30-50, a угол конусности диффузора - 12-18®,1. PNEUMATIC NOZZLE With an induction ELECTRIZED DROP, comprising a housing with a confuser section and fluid supply channels for air, a nozzle in the form of a diffuser. The central induction electrode and the ground contact, distinguishing a with the fact that, in order to reduce the energy consumption of the process of induction electrification of the liquid, the eye is provided with a central induction electrode with an annular gap for the passage of fluid with an insert with a coyus tip located in the confused part of the body to form a conical an annular suzhanceps slit communicated with the air supply channel, and the nozzle is made of electrically conductive material, connected to the ground contact and covers the The neutral inducting electrode ,, a nozzle entrance is located in the same § plane with the exit of the confused part of the body and the end of the conical tip. 2. POP.1 nozzle, distinguished by the fact that the angle of inclination of the axis of symmetry of the conical annular gap to the nozzle axis is 30-50, and the diffuser taper angle is 12-18®,

Description

ЮYU

00

соwith

СП Изобретение относитс к электронл но-ионной технологии, конкретнее к пневматическим форсункам дл получени электрически зар жённых частиц жидкости в газовой среде и может при мен тьс в медицине в системах кондиционировани воздуха бароопераци рнных камер, в химической промышленности в системах очистки промыишен-: ных газов и воздуха от взвешенных жидких частиц при улавливании в элек тростатическом поле, дл осаждени распыливаемых жидких веиеств на различные поверхности, дл нейтрализации электростатических зар дов, например в авиации. Известна форсунка с индукционной электризацией капель жидкости, содержаща корпус, выполненный из электроизол ционного материала, с каналами дл подачи жидкости и ежатого воздуха, центральный цилиндрический индуцирующийэлектрод, установленные в нижней части индуцирующего электрода съемные втулки дл ре гулировани сечени воздушного канала , и съемный наконечник с резьбой дл регулировани расходе распыл емой жидкости 11Недостатком этого устройства вл етс невысока эффективность зар д ки капель, так как значительна част частиц распыл емой жидкости имеет электрический зар д, противоположный по знаку основному зар ду, что снижа ет эффективность зар дки. Кроме того подводимое к индуцирующему электроду напр жение составл ет 600-1200 В (от носительно высокий потенциал электро да) , что ограничивает возможность ис пользовани известной форсунки,напри мер, в медицине, в барокамерах в услови х повышенного давлени кислорода . Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности к достигаемому результату вл етс пневматйчес ка форсунка с индукционной электриза111ией капель, содержаща корпус р . конфузорным участком и каналами подачи жидкости и воздуха, сопло в виде диффузора/ центральный индуцирую адий электрод и контакт, заземлени t2) Недостатком известного устройства вл етс то, что в нем дл осущест- . влени процесса электризации требуетс подвод к индуци руюцему центральному электроду высокого потенциала пор дка 1-10 кВ, что обуславливает необходимость применени дорогосто щих и сложных в изготовлении источни ков высокого наШр жени и повышает энергоемкость устройства. В этом устройстве факел зар женных частиц также не изолирован от поверхности насадки, имеющей противоположный знак, что приводит к непроизводительным энергозатратам. Цель изобретени - снижение энергозатрат процесса индукционной электризации жидкости. Дл достижени этой цели пневматическа форсунка с индукционной электризацией капель, содержаща корпус с конфузорным участком и каналами подачи жидкости и воздуха, сопло в виде диффузора, центральный индуцирующий электрод и контакт ваземлени , Снабжена охватывающей центральный индуцирующий электрод с , кольцевым зазором дл прохода жидкости вставкой с конусным наконечником , размещенным в конфузорном участке корпуса с образованием конической кольцевой сужающейс щели, сообщенной с каналом подачи воздуха , причем сопло выполнено из электропроводного материала, соединено с контактом заземлени и охватывает центрс1льный индуцирующий электрод, .- а зхоц сопла расположен в одной плоскости с выходом конфуаорного участка корпуса и концом конусного наконечника . Кроме того, угол наклона оси симметрии конической кольцевой щели к оси Форсунки 30-50°, а угол конусности диффузора - IZ-IS. На фиг.1 изобрс1жена пневматическа форсунка с индукционной электризацией жидкости, общий вид, поперечный разрез; на ф г,2 - схема механизма индукционной зар дки капель жидкости . Пневматическа форсунка с индукционной электризацией жидкости содержит корпус 1 из электроизол ционного материала , например фторопласта, с конфузорным участком и каналами 2 и 3 подачи соответственно жидкости и воздуха, сопло 4 в виде диффузора и центральный индуцирующий электрод 5 из нержавеющей стали, подсоединенный посред- твом электроконтакта б к источнику напр жени (не показан). На индуцирующем электроде 5 вЪаполнены i продольные шлицевые паузы дл равномерной подачи жидкости. Форсунка снабжена вставкой 7 с конусным наконечником 8, выполненной из электроизол ционного материала, например фторопласта, и соединенной с- корпусом 1 с помощью резьбового соединени . Вставка 7 охватывает центральный индуцирующий электрод 5 с кольцевым зазором 9 дл прохода жидкости. Конусный наконечник 8 размещен JB конфузорном участке корпуса с образованием конической кольцевой сужающейс коели сообщенной с каналом 3 подачи воздуха через распределитель 10 воздуха или газа, выполненный в виде решетки из оргстекла с круглыми отверсти ми, служащей дл вьфавнивани скорости воздуха по ce-i чению канала. Сопло 4 выполнено из электропроводного материала, например нержавеюией стали, и соединенЬ, с контактом 11 заземлени . Сопло 4 охватывает центральный индуцирующий электрод 5. Вход сопла 4 расположен в одной плоскости с выходом конфуiSOpHoro участка корпуса и концом |Конусн6го наконечника 8. Угол наклона оси симметрии конической кольцевой щели к .оси форсунки выбран 30-50°, а угол конусности диффузора - 12-18°. Дл подачи жидкости и воздуха в форсунку предусмот рены соответственно штуцеры 12 и 13. Форсунка работает еледук цим образом . К индуцирующему электроду 5 подводитс через электроконтакт 6 посто нное напр жение от источника питани типа ИЭПП-1, а через электроконтакт 11 сопло 4 заземл етс . &аспыливаема жидкость (вода) под давлением поступает в мтуцер 12 пода чи жидкости и оттуда в канал 2 подач жидкости, обтекает центральный индуцирующий электрод 5 и поступает в пе режимное сеченне конфузорно-диффузор ного канала,Образованного конфузорным участком корпуса 1 и соплом 4. В это же сечение осуществл ют подачу сжатого вс здуха через штуцер 13 и коническую кольцевую щель. Сжатый ;воздух, проход через сужающуюс крническую кольцевую щель, пережимное .сечение конфузорно-диффузорного кана ла и далее через сопло 4, создает разрежение в пережимном сечении и подсасывает туда жидкость. Скорость воздуха в выходном сечении крническо го кольцевого канала 10 регулируетс перемещением корпуса 1 относительно вставки 7. Стекаиоща тонкой кольцевой пленкой по ueHTpaJfbHOMy индуцирующему электроду 5 в пережимное сечение кон фуэорно-диффузорного канала жидкость испытывает воздействие струи воздуха вход щего в это же сечение с большой скоростью до 340 м/с под углом 30-50 к направлению движени пленки жидкос Тй. . , - ; , . - Воздух дробит пленку на струи в пережимном сечении и, отража сь под углом, равным углу пещёни струи воз духа на пленку жидкости, стекающую - по поверхности центрального инд/циру кчче.го электрода 5, захватывает струи жидкости и выт гивает их в нити под углом отражени вслед за отраженным потоком воздуха в направлении конической поверхности заземленвсго сопла 4. , Однако коснутьс конической поверхности сопла 4 нити жидкости не могут, так как вдоль поверхности сопла 4 течет пограничный слой газа с высокой скоростью. Фактический зазор между нит мк жидкости и конической поверхностью сопла 4 имеет величину пор дка 1-10 мкм, поэтому мала величина потенциала между электродами 20-30 В оказываетс достаточной, чтобы обеспечить высокую напр женность электрического пол в зазоре между концом еще не оторвавшейс от пб верхности центрального электрода вод ной нити и конической поверхностью заземленного сопла 4 и произвести индукционную электризацию капель жидкости . Кроме тогчэ, пограничный-слой воздуха, текущий вдоль конической поверхности сопла, ограничивает ,в Сопле факел зар женных частиц жидкости .и преп тствует их осаждению на конической поверхности сопла 4. Выполнение угла наклона оси. симметрии конической кольцевой щели к. оси форсунки в пределах 30-50° и угла конусности диффузора сопла 1218 вл етс оптимальными с точки. зрени обеспечени условий эффективной индукционной зар дки капель жидкости в форсунке. При выполнении этих углов, менее указанных величин, нарушаютс услови отражени воздушного потока от поверхности центрешьного индуцирующего электрода за пережимным сечением, мен ютс услови дроблени жидкостной пленки на струи, что влечет за собой увеличе-ние зазора между струей жидкости и поверхностью сопла 4. Это ведет к снижению напр женности электрического пол к снижению эффективности индукционной. зар дки. Превышение указанных величин углов способствует созданию таких гидрода намических условий дроблени пленку жидкости на струи, при KOTOJXJX образовавшиес после распада струй зар женные капли жидкости прорываютс через пограничный слой воздуха, текущий вдоль конической поверхности сопла 4, и разр жаютс , что также ухудшает услови индукционной зар дки. Сопло 4 охватывает центральный индуцирующий электрод 5, что обеспечивает при выполнении длины диффузора, равной 1,5-2,5 диаметра центральКого электрода 5, эффективную индукционную зар дку капель жидкости, движущихс вдоль центрального электрода к выходу сопла 4, в диапазоне производительностей форсунки 15-250 кг/ч по распиливаемой жидкости. В предлагаемой пневматической форсунке с индукционной.электризацией капель распыливаемой жидкости достиг нута возможность снижени напр жени , подаваемого на центральный ийдуцирующий элект1род, до 20 В (в известном распылителе 1000 В), что позвол ет . расширить область применени форсунки в различных технологических процессах с йрименением электронно-ионной технологии и использовать более ,The invention relates to an electron-ion technology, more specifically to pneumatic nozzles for producing electrically charged liquid particles in a gaseous medium and can be used in medicine in air-conditioning systems of baro-operative chambers, in the chemical industry in industrial gas cleaning systems: and air from suspended liquid particles when trapped in an electrostatic field, to precipitate sprayable liquids onto various surfaces, to neutralize electrostatic charges, for example in aviation. Known nozzle with induction electrification of liquid droplets, comprising a housing made of electrically insulating material, with channels for supplying liquid and aired air, a central cylindrical inducing electrode, mounted in the lower part of the inducing electrode, removable sleeves for controlling the cross section of the air channel, and a removable threaded tip for controlling the flow rate of the sprayed liquid 11 The disadvantage of this device is the low efficiency of charging the drops, since a significant fraction of the time eggs sprayed liquid has an electrical charge opposite in sign to base charge, that is reducing the charging efficiency. In addition, the voltage applied to the inducing electrode is 600-1200 V (relatively high potential of the electrode), which limits the possibility of using the known nozzle, for example, in medicine, in pressure chambers under conditions of increased oxygen pressure. Closest to the proposed technical entity to the achieved result is an air nozzle with induction electrification of droplets, comprising a body p. confused section and channels for supplying fluid and air, a nozzle in the form of a diffuser / central induces an adi electrode and a contact, a ground connection t2) A disadvantage of the known device is that it does not have to. The electrification process requires the supply of a high potential inductive central electrode of the order of 1-10 kV, which necessitates the use of expensive and difficult to manufacture high-voltage sources and increases the power consumption of the device. In this device, the torch of charged particles is also not isolated from the surface of the nozzle having the opposite sign, which leads to unproductive energy consumption. The purpose of the invention is to reduce the energy consumption of the process of induction electrification of a liquid. To achieve this goal, a pneumatic nozzle with induction electrification of droplets, comprising a housing with a confusing section and fluid and air supply channels, a diffuser nozzle, a central inducing electrode and a vasement contact, Equipped with a central inducing electrode with an annular gap for the passage of fluid with a conical insert a tip placed in the confused part of the body with the formation of a conical annular tapering gap communicated with the air supply channel, the nozzle being made and The electrically conductive material is connected to the ground contact and covers the center induction electrode. And the nozzle sling is located in the same plane with the outlet of the confuor section of the housing and the end of the cone tip. In addition, the angle of inclination of the axis of symmetry of the conical annular gap to the axis of the Nozzle is 30-50 °, and the angle of taper of the diffuser is IZ-IS. Fig. 1 shows a pneumatic nozzle with induction electrization of a liquid, general view, cross section; on ф г, 2 - the scheme of the mechanism of an induction charging of drops of a liquid. The pneumatic nozzle with induction electrification of a liquid comprises a housing 1 made of electrically insulating material, such as a fluoroplastic, with a confusing section and channels 2 and 3 of supplying liquid and air respectively, a nozzle 4 in the form of a diffuser, and a central inducing electrode 5 made of stainless steel connected through an electrical contact b to the voltage source (not shown). On the inducing electrode 5, i filled i with longitudinal spline pauses for uniform fluid supply. The nozzle is provided with an insert 7 with a conical tip 8 made of an electrically insulating material, such as a fluoroplastic, and connected to the casing 1 by means of a threaded joint. The insert 7 encloses the central inducing electrode 5 with an annular gap 9 for the passage of fluid. The conical tip 8 is placed JB to the confused section of the body with the formation of a conical annular tapering cable connected to the air supply channel 3 through the air or gas distributor 10, made in the form of a plexiglas lattice with round holes that serve to ce-i the channel. The nozzle 4 is made of an electrically conductive material, such as stainless steel, and is connected to the ground contact 11. The nozzle 4 covers the central inducing electrode 5. The nozzle entrance 4 is located in the same plane with the outlet of the SOpHoro section of the body and the end of the | Taper tip 8. The angle of inclination of the axis of symmetry of the conical annular gap to the nozzle axis is chosen to be 30-50 °, and the cone of the diffuser is 12 -18 °. For the supply of fluid and air into the nozzle, fittings 12 and 13 are provided, respectively. The nozzle works in an unbalanced manner. A constant voltage from a power source of type IEPP-1 is supplied to the induction electrode 5 via an electric contact 6, and through an electric contact 11, the nozzle 4 is grounded. The & aspirated liquid (water) under pressure enters the Mutuzer 12 inlet of the fluid and from there into the channel 2 of the fluid supply, flows around the central inducing electrode 5 and enters the transient confuser-diffuser channel formed by the confuser section of the housing 1 and the nozzle 4. In this section, compressed air is blown through the nozzle 13 and the conical annular gap. Compressed; the air passing through the narrowing knurled annular gap, pinching the cross section of the confuser-diffuser channel and then through the nozzle 4, creates a vacuum in the pinch section and sucks in the liquid there. The air velocity in the output section of the critical annular channel 10 is controlled by moving the housing 1 relative to the insert 7. A thin annular film flows over the ueHTpaJfbHOMy inductive electrode 5 into the pinch section of the fuerno-diffuser channel, the fluid is exposed to a jet of air entering the same section at a high speed up to 340 m / s at an angle of 30-50 to the direction of movement of the film liquid. . , -; , - Air splits the film into jets in a pinch section and, reflecting at an angle equal to the angle of the cave of the air jet onto the liquid film that flows down over the surface of the central electrode 5 of the spade electrode 5, captures the liquid jets and draws them into the threads under the angle of reflection following the reflected air flow in the direction of the conical surface of the grounded nozzle 4. However, the conical surface of the nozzle 4 cannot touch the liquid filament, since the boundary layer of gas flows with high velocity along the surface of the nozzle 4. The actual gap between the liquid nit and the conical surface of the nozzle 4 is of the order of 1-10 microns, therefore the small potential between the electrodes of 20-30 V is sufficient to ensure a high electric field strength in the gap between the end of the surface not yet detached from the PB the central electrode of the water filament and the conical surface of the grounded nozzle 4 and induce electrification of the liquid droplets. In addition to this, the boundary-layer of air flowing along the conical surface of the nozzle limits, in the Nozzle, the torch of the charged particles of liquid and prevents them from settling on the conical surface of the nozzle 4. Performing the angle of the axis. the symmetry of the conical annular gap to the axis of the nozzle in the range of 30-50 ° and the angle of taper of the diffuser of the nozzle 1218 is optimal from a point. From the viewpoint of ensuring the conditions for effective induction charging of liquid droplets in the nozzle. When these angles, less than the specified values, are violated, the conditions for the reflection of the air flow from the surface of the center of the inducing electrode behind the pinch section break, the conditions for splitting the liquid film on the jet change, which entails an increase in the gap between the liquid jet and the surface of the nozzle 4. This leads to reduce the intensity of the electric field to reduce the effectiveness of induction. charge Exceeding these angles contributes to the creation of such hydrodynamic conditions for splitting a film of liquid into jets; with KOTOJXJX, charged liquid droplets formed after the disintegration of jets break through the boundary layer of air flowing along the conical surface of the nozzle 4 and discharge, which also worsens the conditions of induction charging . The nozzle 4 encloses the central induction electrode 5, which, when performing a diffuser length equal to 1.5-2.5 diameters of the central electrode 5, provides an effective inductive charging of liquid droplets moving along the central electrode to the exit of the nozzle 4 in the range of the nozzle 15 250 kg / h for sawing liquid. In the proposed pneumatic nozzle with induction electrification of droplets of the sprayed liquid, the possibility of reducing the voltage supplied to the central induction electrode to 20 V is achieved (in a known 1000 V sprayer), which allows. to expand the field of application of the nozzle in various technological processes with the use of electron-ion technology and to use more,

дешевые и простые в работе источники напр жени (например, блок аккуглул торных батарей).cheap and easy-to-use voltage sources (e.g., a rechargeable battery pack).

Предлагаема форсунка испытана при распыливании воды. Диаметр цилиндрического центрального электрода составл ет 12, 10, б мм. Диаметр пережимного сечени конфузорно-диффузорного канала составл ет 14, 12, 10 мм. Длина зиффузорной части сопла составл ет от 1,5 до 2,5 диаметров индуцирующего электрода 30, 25, 15 мм УГОЛ наклона оси симметрии конического кольцевого канала дл Пррхода газа составл ет 20, 30, 10, 50,60 Угол конусности диффузора сопла составл ет б, 10, 12, 18,24. Сечение канала 3 подачи газа выполнено размером -неболее , чем в 2-2,5 раза превы1иающим разгар конической кольцевой щели на выходе, т.е. соответственно 4 и 22 мм We offer a nozzle tested by spraying water. The diameter of the cylindrical central electrode is 12, 10, b mm. The diameter of the pinch section of the confusion-diffuser channel is 14, 12, 10 mm. The length of the diffuser part of the nozzle is from 1.5 to 2.5 diameters of the inducing electrode 30, 25, 15 mm. ANGLE of inclination of the axis of symmetry of the conical annular channel for the gas passage is 20, 30, 10, 50.60 The angle of taper of the nozzle diffuser is b, 10, 12, 18,24. The cross section of the gas supply channel 3 has a size of less than 2-2.5 times the height of the conic annular gap at the outlet, i.e. 4 and 22 mm respectively

или 3 и 1,5 мм. Испытани форсунки провод т в следующих интервалах изменени режимных параметров: расход воды 15-250 кг/ч, расход врздуха, 100-180 , давление распыл ющего воздуха 0,2-0,6 МПа, напр жение на центральном индуцирующем электроде 5 20-600 В, мощность, затрачиваема на процесс индукционной электрйзсщии , 2-10-3-14 10-3вт, средний диаметр капель при распыливании форсункой 63,7 мкм.or 3 and 1.5 mm. The nozzle tests were carried out in the following intervals of change of operating parameters: water flow 15-250 kg / h, air flow rate, 100-180, spray air pressure 0.2-0.6 MPa, voltage at the central inducing electrode 5 20-600 B, the power consumed by the induction electrolysis process, 2-10-3-14 10-3 W, the average diameter of the droplets when spraying the nozzle is 63.7 microns.

Результаты испытаний показывают, что пр едлагаема форсунка с индукци )рнной электризацией жидкости по сравнению с известными обеспечивает большую до 250 кг/ч производительность по распыливаемой жидкости при высокой .дисперсности зар женных капель жидкости и низком потенцигше. на индуциругацем электроде (20 BJ.The test results show that the proposed nozzle with induction by electri- cating the electrization of a liquid in comparison with the known ones provides a capacity of up to 250 kg / h with a sprayed liquid with high dispersion of charged liquid droplets and a low potential. on inductive electrode (20 BJ.

yfyf

/ /

Claims

1 .. PNEUMATIC INJECTOR WITH INDUCTION ELECTRIZATION DROPS, comprising a housing with a confuser section and channels for supplying liquid air, a nozzle in the form of a diffuser, a central induction electrode and a ground contact, characterized in that, in order to reduce the energy consumption of the induction process electrification of a liquid, it is provided with a central induction electrode with an annular gap for the passage of liquid, an insert with a conical tip located in the confuser portion of the housing, with the formation of a conical ring suzhakiyaeysya slits communicating with the air supply channel, said nozzle being formed of electrically conductive material soedineno- with grounding contact and covers the central inducing electrode ,, and the inlet nozzle is located in the same plane as the output confuser body portion and the end of the conical tip.

2. The nozzle according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of the axis of symmetry of the conical annular gap to the axis of the nozzle is 30-50 °, and the cone angle of the diffuser is 12-18 °.

SU „1012995>