книги из ГПНТБ / Тарабанов, М. Г. Тепло- и массоперенос в камерах орошения кондиционеров с форсунками распыления учебное пособие

Рис. 10. Зависимость угла факела распыла от расчетной гео­ метрической характеристики: О — опыты авторов; — по форму­ ле 2.27

весьма слабо, причем аналогичные выводы справедливы для всех форсунок, указанных в табл. 1.

Следует отметить, что эти соотношения можно использо­ вать для объективной оценки конструктивных особенностей форсунок. Если экспериментально определенный расход зна-

53-

Рис. 11. Изменение угла факела распыла в зависимости от давления перед форсункой: V — Зпл1—5Д; О — 4пл1 — 4,9;

О — 2пл1—6; □ — Кд—5,1; Д — 1пл1 — 5,4

чительно ниже расчетного ( что имеет место для форсунок Кд1002-25, Кп1, 2бр1 и Збр1), то это указывает'на бесполез­ ные внутренние потери энергии в форсунке. В самом деле, в форсунках КдЮ02-25, Кп1 и Збр1 в месте перехода из камеры закручивания к стоку в сопло при установке распылителя об­ разуется порог. В первых двух форсунках толщина порога не­ значительна^ и разница между рф и рр составляет 15-1-20%, а в форсунке Збр 1 толщина порога равна 4 мм и рф меньше рр уже на 36%. В форсунке «Carrier» сток к соплу выполнен правильно, а отличие фактического коэффициента расхода от расчетного на 33% объясняется тем, что при диаметре танген­ циального канала 4,7 мм его длийа равна 23 мм,, и именно здесь и происходят потери энергии. По этой же причине фак­ тические значения коэффициентов расхода, полученные Дю­ ма и Ластером, также меньше расчетных.

Обратная картина, когда фактический расход значительно превышает расчетный, указывает на то, что в форсунке плохо осуществляется закручивание жидкости. Например, в фор­ сунке 1фрI фактический радиус закручивания значительно

.меньше расчетного из-за отклонения тангенциального канала к оси форсунки. Следоватедьно, по отношению фактического

54

коэффициента расхода к расчетному можно оценивать рацио­ нальность конструкции форсунки и качество ее изготовления,

2. Подобие центробежных форсунок

Из теории центробежной форсунки с использованием прин­ ципа максимального расхода следует, что форсунки, имеющие одинаковые значения геометрической характеристики (А или Аэ) — подобны, т. е. имеют одинаковый коэффициент расхода и угол распыла. Вместе с тем, эксперименты показывают, что на гидравлические характеристики форсунки влияют, напри­ мер, такие факторы, как форма стока в сопло, длина сопла и другие. Попытка аналитически учесть эти факторы была пред­ принята А. М. Праховым при разработке теории форсунки с использованием уравнений количества движения. Однако ав­ тору удалось получить приближенное решение лишь для слу­ чая конического стока в сопло.

Из специальных -экспериментальных исследований по дан­ ному вопросу можно отметить лишь материалы, приведенные

вработе i[23], но они относятся к длинным соплам, а испыта­ ния С. А. Косберга, изучавшего влияние угла конуса на входе

всопло на коэффициент расхода, проводились с форсункой, имевшей четыре тангенциальных канала прямоугольного се­ чения.

Влияние длины сопла на коэффициент расхода и угол факе­ ла распыла изучалось Н. Домбровским и Д. Хассоном [172]. В их опытах использовались форсунки с тремя, шестью и де­ вятью прямоугольными тангенциальными каналами и с диа­ метром сопла 2 и 3 мм. Отношение длины сопла к диаметру принималось равным 0,125; 0,51 и 0,91. Давление воды перед форсунками составляло 3,5; 7,0 и 10,5 кг/см2. Существенное отличие конструктивных параметров и режимов работы не по­ зволяет использовать полученные в работе [172] данные для форсунок камер орошения.

В инженерной практике на основе несистематизированных экспериментальных данных для конструирования форсунок пользуются следующими рекомендациями [23, 24, 118, 119]: угол конуса на входе в сопло принимается в пределах от 60° до 120°, а длина сопла — равной (0,54- 1,0)-dc. Применительно к форсункам кондиционеров это означает, что длина сопла равна 1,54-5,5 мм. Такие рекомендации не всегда являются достаточно обоснованными.

55

Для уточнения влияния конструктивных особенностей фор­ сунок на их гидравлические характеристики были проведены две специальные серии опытов. В первой установлена связь между производительностью и углом факела, распыла с одной стороны и формой стока в сопло с другой. При этом брались две форсунки с геометрической характеристикой А= 2,08 н А = 2,35 со сменными распылителями, форма которых показана, па рис. 12. Чтобы исключить влияние на работу (форсунки'дли­ ны сопла, ее значение для всех распылителей было принято равным 0,3 Мм. Полученные экспериментальные данные при­ ведены в табл. 4. Как видно, (форма стока в сопло практически не влияет на производительность форсунки (максимальная разница не превышает 7%). Разница в значениях углов рас­ пыла несколько больше (до 11%), причем наибольший угол обеспечивают профйли II, III и IV.

Рис. 12. Схема сменных распылителей с различными профи­ лями стока в сопло

С помощью второй серии опытов найдена зависимость меж­ ду длиной сопла и гидравлическими характеристиками. Здесь использовались три форсунки, оборудованные распылителями различного профиля и с разными диаметрами сопла. Как сле­ дует из рис. 13, уменьшение длины сб’ила приводит к незначи­ тельному увеличению производительности форсунок. Неболь­ шое влияние отношения lc/dc на коэффициент расхода отме­ чается также в работе [172].

Иная, весьма интересная, картина наблюдается при по­ строении зависимости угла факела распыла от длины сопла. На рис. 14 показаны результаты испытания форсунки 1ал1 со сменными распылителями, имеющими профиль стока III и IV. Эти графики можно условно разбить на три зоны. Первая зона, когда длина сопла примернр 2 мм и более,— зона моно­ тонного возрастания угла распыла. Вторая зона, в пределах

Т а б л и-ц а 4

РЕЗУЛЬТАТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИИ ФОРСУНОК С РАЗЛИЧНЫМИ ПРОФИЛЯМИ СТОКА В СОПЛО

Номер профиля, (рис. 12)

Рис. 13. Изменение цроизвадительносш форсунок при умень­ шении длины сопла: Д — 7пл1—3,1 (профиль, стока II); О — Кд — 4,3 (профиль стока V); □ — Кд—5,0 (профиль стока III)

как уменьшение длины с 2 лк до 1 мм позволяет увеличить угол на IO-M20. И, наконец, третья зона — где уменьшение длины сопла не оказывает влияния на величину угла. Подоб­ ные закономерности справедливы и для форсунки Кд 1002-25 с распылителем такого же профиля (рис. 14).

Существование трех указанных *зон объясняется следую­ щим.' Из гидравлики известно, что при истечении жидкости, без закручивания из цилиндрического отверстия наблюдается сжатие струи вследствие сопротивления изгибу отдельных струек жидкости на входе в отверстие. Изгиб струек совер­ шается постепенно, причем каждая из них представляется плавной кривой. Крайние струйки придают струе коноидальную форму и обусловливают ее сжатие на выходе из отверс­ тия. Считается, что у круглых отверстий наиболее сжатое (наименьшее) сечение находится на расстоянии 0,5-d0 от входной плоскости. За наименьшим сечением происходит по­ степенное расширение струи, она достигает внутренних стенок

58

Рис. 14. Зависимость угла факела распыла от длины сопла для форсунок с профилями стока III и IV: О — 1ал1—5,0; □ — Кд— 5,0; V —-1ал1 —ЗД

отверстия, заполняет все его еечение и дальше вытекает без

сжатия.

При течении с закручиванием жидкость под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам форсунки* так. что влияние сужения струи на входе в сопло ослабляется. .Од­ нако и в этом случае при обтекании острых кромок отрыв по­ тока от стенки неизбежен (иначе должно было бы возникнуть бесконечно большое ускорение, что физически невозможно). Влияние центробежных сил должно проявляться в уменьше­ нии сжатой части струи и в более быстром ее расширении. Для испытанных форсунок можно считать, что в третьей зоне- (при /с< 1,0 мм) струя поджата и не касается стенок сопла,, поэтому в данной зоне угол распыла не изменяется. На участ­ ке от 1 до 2 мм происходит расширение струи и уменьшениедлины сопла в этой зоне способствует значительному увели­ чению угла факела. В цилиндрической части сопла (/с>2льи) расширение струи заканчивается и изменение угла распыла в этой зоне определяется лишь трением жидкости о стенки.

Натурные испытания форсунок 1 пл 1, 7пл1 и КдЮ02т25 пол­ ностью подтверждают это положение (рис. 15). Таким обра­ зом, для подобия центробежных форсунок равенство геомет­ рических характеристик является обязательным, но недоста­ точным условием, В качестве дополнительных факторов необ-

59’

Рис. 15. Зависимость угла факела распыла от длины сопла для форсунок с профилем стока V: О — 1ал1—4,7; □ — Кд —

5,0; V — 1ал1 —3,5; Д — 7пл1 —3,1

ходимо учитывать геометрическое подобие стока в сопло, а также подобие течения жидкости по длине сопла.

Для винтовых форсунок последнее условие рекомендуется оценивать отношением 1С/dc [108]. Для тангенциальных фор­ сунок данное отношение может быть использовано лишь в пер­

вом приближении, так как оно не характеризует течение жид­ кости на входе в сопло и не учитывает степень закручивания потока. В качестве примера на рис. 16 приведены эксперимен­ тальные данные об изменении относительного угла факела рас­ пыла в зависимости от отношения /с/dc для форсунок*с профи­ лем стока III и IV. За единицу приняты максимальные значе­ ния углов. Практически длину сопла в -форсунках для камер орошения кондиционеров следует принимать равной пример­ но 1 мм, поскольку . при большей длине резко уменьшается угол'распыла, а меньшая длина нецелесообразна из. техноло­ гических соображений.

60

2 Хф

10

0.9

0,8

Рис. 16. Зависимость угла факела распыла от относительной

.длины сопла: О — 1ал1—5,0; □ — Кд—5,0; V — 1ал1—3,1

Значительный интерес представляет оценка влияния фор­ мы стока в сопло на коэффициент расхода форсунки при те­ чении жидкости без закручивания. Наблюдение истечения из форсунки с распылителями формы I-P-VII, геометрические па­ раметры которой были равны

доказало, что коэффициент расхода зависит от формы стока в сопло и от отношения диаметра сопла к диаметру входа (рис. 17). Причем для профилей I, VI, VII коэффициент рас­ хода практически одинаков и на рис. 17 график построен по средним данным. То же самое относится и к профилям II, III, IV. Эти результаты подтверждают положение, что как теория ■центробежной форсунки, основанная на принципе максималь- :ного расхода, так и методы расчета с использованием уравне- ;ний количества движения при А—>-0 характеризуют лишь край­ ние режимы истечения жидкости из сопла различного профи­ ля. Кроме того, вновь подтверждается зависимость ц= = f(dc/dBx), которая не учитывается в теоретических выводах. Так, даже для профиля V коэффициент расхода может быть

61

t

Рис. 17. Зависимость коэффициента расхода форсунки

значительно меньше единицы и приближается к ней лишь при малых значениях dc/clBj..

3. Особенности процесса засорения центробежных форсунок

Камеры орошения имеют весьма значительный эксплуата­ ционный недостаток — подверженность форсунок засорению. Так, например, опыт эксплуатации камер на Волжском заво­ де синтетического волокна показал, что основная масса форсу­ нок на камерах Кд12003 и Кд24003 засоряется в течение 12— 14 дней в летнее время. Аналогичное наблюдается и на дру­ гих заводах. Если учесть, что числофорсунок в камере Кр24003 составляет до 1824 штук, то нетрудно представить сложность и трудоемкость их чистки. Такое положение приве­ ло к тому, что среди некоторых специалистов появилось мне­ ние о целесообразности применения форсуночных камер во­ обще. Конечно, согласиться с таким выводом нельзя, но акту­ альность исследований, направленных на устранение указан­ ного недостатка камер орошения, очевидна.

До настоящего времени для уменьшения засоряемости фор­ сунок применялись два способа. Первый способ предусматри­ вает фильтрацию воды в камере. Для этой цели наиболее ши-

62