ФОРСУНКА Российский патент 1996 года по МПК F23D11/12 

Изобретение относится к технике распыления, в частности, жидкостей (пульп, растворов, жидкого топлива, суспензий) сжатым воздухом или паром. Форсунка может быть использована в энергетике при сжигании топлива.

Анализ отобранной патентной и научно-технической информации показал, что одним из главных направлений в совершенствовании конструкции современных форсунок является повышение эффективности и качества распыления, например, путем перераспределения общего потока распылителя с помощью специальных устройств внутри форсунки.

Известны форсунки, в которых повышение эффективности и качества распыления решается путем подачи топлива и распылителя в независимые проточные контуры на входе форсунки, при выходе из которых потоки взаимодействуют между собой. Наиболее близким техническим решением является форсунка, содержащая корпус, втулки, коаксиально установленные в нем с образованием кольцевой топливной щели и внутреннего и периферийного каналов для подачи распылителя с соответствующими выходными соплами в виде кольцевых рядов щелевых прорезей, смещенных в окружном направлении в смежных рядах, причем продольные оси прорезей наружного ряда ориентированы к оси форсунки, а внутреннего ряда от оси форсунки (см. Авторское свидетельство СССР N 876179, М. кл. F 23 D 11/12, 1977).

Вышеописанная форсунка позволяет разделить распыленную жидкость на два независимых потока, один из которых направлен к оси форсунки, а другой от нее. Такие потоки обеспечивают получение широкого факела распыления, в котором менее выражен эффект коагуляции капель в силу более развитой поверхности контакта с окружающей средой и удлинения пути раздельного движения потоков, улучшающего смесеобразование с окружающей средой и уменьшающего концентрацию капель в потоке.

Недостатком известной форсунки является то, что оба независимых потока распылителя имеют крутку в разных направлениях вокруг оси форсунки, что приводит к схлопыванию факела распыления в осевой зоне течения, появлению наростообразования на торце форсунки, снижению надежности работы форсунки.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности и качества распыления, улучшении смесеобразования, т.е. получении однородной по составу смеси жидкости с воздухом или другим газообразным веществом, и повышении надежности работы посредством исключения попадания капель распыляемой жидкости на наружные поверхности форсунки.

Поставленная задача достигается тем, что в форсунка содержит корпус и втулки, коаксиально установленные в нем с образованием внутреннего и периферийного каналов для подачи распылителя и промежуточного канала для подачи жидкости, подключенные к сопловому аппарату, выполненному в виде кольцевых рядов щелевых прорезей, смещенных в окружном направлении в смежных рядах,( в наружном продольные оси прорезей ориентированы к оси форсунки, а во внутреннем от оси форсунки); продольные оси прорезей наружного и внутреннего рядов наклонены друг к другу под углом, не превышающем 90^o, а боковые стенки большей площади этих прорезей расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или выше ее выходного среза.

От прототипа заявленное изобретение отличается тем, что продольные оси прорезей наружного и внутреннего рядов наклонены друг к другу под углом, не превышающим 90^o, а боковые стенки большей площади этих прорезей расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или выше ее выходного среза. Каждый из этих признаков является существенным и в совокупности решает поставленную задачу, а именно, расположение на коаксиальных втулках прорезей так, что продольные оси и на наружном и во внутреннем рядах наклонены друг к другу под углом, не превышающим 90^o, способствует уменьшению потерь энергии встречных струй на взаимодействие, повышению интенсивности крутки потока распылителя, снижению статического давления по периметру топливной (жидкостной) щели, уменьшению вихреобразования в зоне взаимодействия жидкости с распылителем. Выполнение прорезей так, что боковые стенки их с большей площадью расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или выше ее выходного среза, обеспечивает истечение струй обеих потоков с закруткой в одном направлении вокруг оси форсунки. Общая интенсивность крутки потока распылителя от этого возрастает, что исключает возможность схлопывания факела распыления в осевой зоне течения, так как при усилении центробежного эффекта возникает интенсивный газовый поток вдоль оси форсунки из свободного пространства, удаленного от форсунки к ее центру. Этот поток, не содержащий капель жидкости, омывает торец форсунки, сохраняет его чистым и исключает наростообразование.

Кроме того, увеличение интенсивности крутки потока и уменьшение угла встречи струй, ослабляющие эффект их столкновения, снижают статическое давление по периметру топливной щели и, тем самым, увеличивают эжекцию. Это, с одной стороны, повышает качество распыления, и, с другой стороны, усиливает эффект омывания наружных поверхностей форсунки в окрестности выпускных отверстий потоком газа, подсасываемым в радиальном направлении из окружающего пространства и не содержащим капель жидкости. При этом наружные поверхности форсунки также сохраняются чистыми и надежность ее работы возрастает. В совокупности всех вышеперечисленных признаков предлагаемая форсунка обеспечивает повышение эффективности и качества распыления, улучшает смесеобразование и повышает надежность работы.

На фиг. 1 показан общий вид форсунки, продольный разрез; на фиг. 2 - распылительная головка, на наружной втулке которой в увеличенном масштабе выполнена прорезь; на фиг. 3 вид на распылительную головку сверху с указанием направления закрутки потоков распылителя относительно оси форсунки; на фиг. 4 тот же вид в аксонометрии с прорезью, выполненной в увеличенном масштабе на наружной втулке; на фиг. 5 схема факела распыления, вид сбоку.

Форсунка содержит корпус 1, в котором коаксиально, с зазором между собой, установлены наружная 2 и внутренняя 3 втулки, образующие сопловой аппарат с кольцевой щелью 4 для подачи жидкости. На наружной 2 и внутренней 3 втулках соплового аппарата выполнены прорези 5, направленные навстречу друг другу под углом α (фиг. 4), не превышающем 90^o и смещенных в окружном направлении в смежных рядах: в наружном 6 продольные оси ориентированы к оси форсунки и внутреннем 7 от оси форсунки. Боковые стенки большей площади прорезей 5 расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или выше ее выходного среза (фиг. 2, 4). Такое выполнение и расположение прорезей 5 способствует тому, что каждая пара встречносмещенных прорезей наружной 2 и внутренней 3 втулок лежит в плоскостях, близких к параллельным. В свободном пространстве ряды струй, вытекающие из отверстий 6 и 7, образуют закрученные в одну сторону внутренний 8 и наружный 9 потоки распыляемой жидкости (фиг. 7). В осевой зоне течения образуется закрученный в ту же сторону центральный вихревой поток 10. В задней части форсунки выполнены отверстия 11 и 12 для подвода распылителя во внутренний и периферийный каналы соответственно и отверстие 13 для подвода жидкости (например, мазута) в промежуточный канал. Центральная часть форсунки закрыта крышкой 14.

Форсунка работает следующим образом. В отверстия 11 и 12 подают под давлением воздух или пар, который поступает через периферийный и внутренний каналы, соответственно, в прорези 5 наружной 2 и внутренней 3 втулок и вытекает через ряды выпускных отверстий 6 и 7, топливо подают через отверстие 13 через промежуточный канал. Струи пара, вытекающие из выпускных отверстий 6 и 7, направлены навстречу друг другу со смещением в шахматном порядке и лежат в близких к параллельным плоскостях, что обеспечивает взаимное проникновение струй, вытекающих из выпускных отверстий 6 внешнего ряда между струями, вытекающими из выпускных отверстий 7 внутреннего ряда. Распространяющиеся таким образом ряды струй разделяют распыляемое топливо (жидкость) на два независимых потока, один из которых 8 направлен к оси форсунки, а другой 9 от нее (см. фиг. 5). Эти потоки позволяют получить широкий факел распыления, в котором снижается коагуляция капель жидкости и повышается эффективность смешивания с окружающим воздухом за счет увеличения поверхности контакта и удлинения пути их независимого движения. Расположение прорезей 5 в плоскостях, пересекающих ось форсунки в точке О, находящейся на уровне или выше ее выходного среза, позволяет закрутить в одном направлении струи, вытекающие из этих отверстий (фиг. 3, 4). В свободном пространстве ряды струй, вытекающие из отверстий 6 и 7, формируют закрученные в одну сторону внутренний 8 и наружный 9 потоки распыляемой жидкости (фиг. 5).

Закручивание в одну сторону вокруг оси рядов струй, вытекающих из выпускных отверстий 6 и 7, улучшает эжекционные свойства факела распыления, способствует снижению статического давления по периметру кольцевой щели 4 для подачи жидкости и повышает качество ее распыления. Закручивание в одном направлении вокруг оси форсунки потоков 8 и 9 способствует увеличению центробежной силы, предотвращающей возможность схлопывания факела распыления, т. е. стягивания потоков к оси форсунки. Это обеспечивает условия для образования у торцевой поверхности форсунки центрального вихревого потока 10, связанного со свободным пространством (фиг. 5). Он интенсифицирует смешение факела распыления с окружающей средой за счет осевого возвратного потока газа, замыкающего вихревое течение. Возвратный газовый поток формируется в свободном пространстве, удаленном от зоны распыления. В нем отсутствуют капли распыленной жидкости (топлива или высушенного материала). Омывание в радиальном направлении от центра к периферии торцевой поверхности форсунки газовым потоком, не содержащим капель жидкости, предотвращает наростообразование на крышке 14.

Расположение продольных осей прорезей 5 под углом, не превышающим 90^o друг к другу, уменьшает угол встречи струй, истекающих из выпускных отверстий обеих втулок, ослабляя эффект их столкновения. Это дополнительно улучшает эжекционные свойства факела распыления, способствует снижению статического давления по периметру жидкостной щели и, только совместно с закруткой в одну сторону рядов струй, вытекающих из выпускных отверстий, создает условия для образования у торцевой поверхности форсунки центрального вихревого потока 10, связанного со свободным пространством (фиг. 5), обеспечивая тем самым высокое качество распыления и эффективное смешение факела распыления с окружающей средой и предотвращение наростообразования на крышке 14 форсунки. При этом, наружные поверхности форсунки, также как и ее торец, сохраняются чистыми, что дополнительно повышает надежность работы форсунки.

При работе появляется еще один эффект почти полное исключение абразивного износа. Это происходит от того, что жидкость истекает из кольцевой щели в виде тонких пленок, имеющих малую скорость у ее стенок. На кромках этих пленок из-за вязкостных сил жидкость тормозится о стенки кольцевой щели и не может приобрести высокой скорости, достаточной для возникновения абразивного износа при наличии в жидкости абразивных частиц, что также повышает срок службы.

Использование предлагаемой форсунки позволяет уменьшить количество горелочных устройств, существенно снизить расход распылителя, стабилизировать горение, а также практически исключить шумы, сопровождающие работу пневматических и паровых распыливающих устройств, и снизить до минимума вредные выбросы в атмосферу.

Использование: для распыления и последующего сжигания топлива. Сущность изобретения: в корпусе 1 размещены две коаксиально установленные втулки 2, 3, с образованием внутреннего и периферийного каналов для подачи распылителя и промежуточного канала для подачи жидкости. На втулках кольцевыми рядами выполнены прорези 5, направленные навстречу друг к другу и смещенные в окружном направлении в смежных рядах, в наружном 6 из которых продольные оси прорезей 5 перекрещиваются с осью форсунки за ее выходным срезом, а во внутреннем 7 - перед ее выходным срезом внутри корпуса 1. Боковые стенки большей площади прорезей 5 на втулках 2 и 3 расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или за ее выходным срезом, а продольные оси прорезей 5 наружного и внутреннего рядов 6 и 7, соответственно, наклонены друг к другу под углом, не превышающим 90 град. 5 ил.

Форсунка, содержащая корпус и втулки, коаксиально установленные в нем с образованием внутреннего и периферийного каналов для подачи распылителя и промежуточного канала для подачи жидкости, подключенных к сопловому аппарату, выполненному в виде кольцевых рядов щелевых прорезей, смещенных в окружном направлении в смежных рядах, причем прорези наружного ряда выполнены с продольными осями, перекрещивающимися с осью форсунки за ее выходным срезом, а прорези внутреннего ряда с продольными осями, перекрещивающимися с осью форсунки перед ее выходным срезом внутри корпуса, отличающаяся тем, что продольные оси прорезей наружного и внутреннего рядов наклонены одна к другой под углом, не превышающим 90^o, а боковые стенки большей площади этих прорезей расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне ее выходного среза или за ним.