ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА Российский патент 1997 года по МПК F23D11/10 

Изобретение относится к устройствам для распыления жидкости и может быть использовано, например, при сжигании жидкого топлива в топках различных энергетических установок и технологических печей, в камерах сгорания газотурбинных двигателей и т.п.

Известна форсунка, содержащая корпус с конфузорным выходным участком, распылительную камеру, образующую с этим участком кольцевое сопло, причем на входе в распылительную камеру установлено топливное сопло, снабженное завихрителем, а ее боковой стенке выполнены тангенциальные каналы для прохода распылителя [1]
Недостатком такой форсунки является низкое качество распыления даже при повышенном расходе распылителя, так как дробление жидкости закрученным потоком распылителя происходит, в основном, в периферийных слоях потока топлива, поступающего в камеру смещения через топливное сопло с завихрителем, и получаемая смесь содержит большое количество крупных капель. Это приводит к неполноте сгорания топлива и повышению его удельного расхода.

Цель изобретения повышение качества распыления, снижение удельного расхода распылителя и интенсификация процесса горения.

Поставленная цель достигается тем, что в форсунке, содержащей цилиндрическую камеру смещения с торцевой стенкой и сопловым насадком, снабженную отверстиями ввода топлива, выполненными в торцевой стенке по ее периферии и тангенциальными каналами ввода распылителя, выполненными в боковой стенке камеры, отверстия ввода топлива и тангенциальные каналы ввода распылителя сгруппированы парами, причем последние выполнены с продольной осью, наклоненной к плоскости торцевой стенки под углом, не превышающем 45^o, и пересекающей ее в зоне, ограниченной площадью соответствующего отверстия ввода топлива.

Другие отличия состоят в том, что внутренняя поверхность камеры смещения может быть выполнена рельефной, а в торце камеры смещения дополнительно выполнено центральное отверстие для подачи распылителя. Кроме того, камера снабжена установленной перед сопловым насадком диафрагмой с центральным отверстием, диаметр которого составляет 0,5.0,8 диаметра камеры смещения.

Для получения факела любой конфигурации сопла насадка выполнена с продольными осями, направленными под углом 10.90^o к торцевой поверхности камеры смещения.

Еще одно отличие состоит в том, что в боковой стенке камеры смещения выполнен по меньшей мере один кольцевой ряд дополнительных тангенциальных каналов ввода распылителя, которые могут быть расположены под углом 10.30^o к торцевой поверхности камеры смещения. При этом дополнительные каналы по меньшей мере одного ряда могут иметь противоположную закрутку по отношению к закрутке каналов, образующих пары с отверстиями ввода топлива. Кроме того, камера смещения снабжена по меньшей мере одной дополнительной диафрагмой с центральным отверстием, имеющим диаметр, составляющий 0,4.0,7 от диаметра камеры смещения, при этом между смежными диафрагмами расположен по меньшей мере один ряд дополнительных тангенциальных каналов.

На фиг. 1 изображена предлагаемая форсунка, продольный разрез, на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1, на фиг. 3 разрез по Б-Б на фиг. 1, на фиг. 4 - разрез по В-В на фиг. 2.

Пневматическая форсунка содержит камеру смещения 1 и сопловой насадок 2, которые стянуты накидной гайкой 3. Сопла 4 насадка направлены под углом 10. 90^o к торцевой поверхности камеры 1. В торце камеры смещения 1, у ее боковой поверхности, выполнены отверстия 7 ввода топлива, а в центре осевой канал 8 ввода распылителя. В боковой стенке камеры смешения имеются тангенциальные каналы 9 ввода распылителя, которые с отверстиями 7 ввода топлива сгруппированы парами, причем продольная ось каналов 9 наклонена под углом, не превышающем 45^o к плоскости торцевой стенки и пересекает ее в зоне, ограниченной площадью соответствующего отверстия 7 ввода топлива. Дополнительные тангенциальные каналы 10 ввода распылителя расположены под углом 10.30^o к торцевой поверхности и имеют направление закрутки противоположное направлению закрутки каналов 9. Между рядами тангенциальных каналов 9 и 10 установлена диафрагма 11 с диаметром d' центрального отверстия, составляющим 0,4.0,7 диаметра D камеры смешения, а перед сопловым насадком - диафрагма 12 с диаметром d'' центрального отверстия, составляющим 0,5.0,8 диаметра D. Поверхность камеры смещения 1 выполнена рельефной (углубления 5 и бороздки 6).

Форсунка работает следующим образом.

Жидкое топливо подается в камеру смещения 1 через отверстия 7. Под действием направленных на отверстия 7 струй распылителя, поступающего по тангенциальным каналам 9 с большой скоростью, топливо тонкой пленкой движется по торцевой поверхности камеры смещения, дробясь и перемешиваясь с распылителем. Затем струи образующейся смеси сливаются в высокоскоростной вихревой поток, в котором происходит дальнейшее измельчение топлива и перемешивание его и распылителем. Рельефное выполнение поверхности камеры смешения интенсифицирует процесс за счет образования локальных завихрений и возникновения ультразвуковых колебаний в потоке смеси.

Если струи распылителя направлены под углом не превышающим 45^o к торцевой поверхности камеры смещения, то под воздействием осевых составляющих их скорости уменьшается толщина пленки топлива и повышается эффективность ее дробления. Струя распылителя, поступающая из центрального отверстия 8, измельчает часть топлива, попадающую в приосевую зону камеры смешения.

При прохождении смеси через диафрагму 11 за счет увеличения осевой и тангенциальной составляющей скорости потока происходит дополнительное измельчение частиц топлива и уравнение его концентрации в смеси. За диафрагмой наиболее крупные капли жидкости отбрасываются в периферийную область потока к боковой стенке камеры смещения, где они подхватываются и измельчаются струями распылителя, поступающего по тангенциальным каналам 10. Причем, если струи распылителя направлены под углом 10.30^o к торцевой поверхности камеры смещения, то измельчение происходит с большей эффективностью. Обратное направление закрутки этих струй по отношению к направлению закрутки струй, выходящих из тангенциальных каналов 9, повышает интенсивность процесса.

Затем смесь проходит через диафрагму 12, что дополнительно повышает степень измельчения частиц топлива и уравнивает его концентрацию в потоке. Через сопла 4 в насадке 2 смесь поступает в топку или камеру сгорания в виде струй, что в значительной степени интенсифицирует процесс сгорания. Причем, наклон сопел под углом 10.90^o к торцевой поверхности камеры смещения дает возможность за счет различных вариантов расположения их на сопловом насадке получить любую конфигурацию факела. Например, при расположении отверстий в осевой плоскости (фиг. 1 и 4) формируется плоский факел. При расположении сопел по всей поверхности насадка можно получить объемный факел как с малым, так и с большим углом раскрытия (в зависимости от угла наклона сопел к торцевой поверхности в указанном диапазоне).

Использование: в области энергетики и относится к устройствам распыливания жидкости и может быть использовано при сжигании жидкого топлива. Сущность: пневматическая форсунка содержит цилиндрическую камеру смешения с торцевой стенкой и сопловым насадком, снабженную отверстиями ввода топлива, выполненными в торцевой стенке на ее периферии, и тангенциальными каналами ввода распылителя, выполненными в боковой стенке камеры. При этом тангенциальные каналы ввода распылителя и отверстия ввода топлива сгруппированы парами, причем продольная ось каналов ввода распылителя наклонена к плоскости торцевой стенки под углом, не превышающим 45 и пересекает ее в зоне, ограниченной площадью соответствующего отверстия ввода топлива. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пневматическая форсунка, содержащая цилиндрическую камеру смешения с торцевой стенкой и сопловым насадком, снабженную отверстиями ввода топлива, выполненными в торцевой стенке по ее периферии, и тангенциальными каналами ввода распылителя, выполненными в боковой стенке камеры, отличающаяся тем, что отверстия ввода топлива и тангенгенциальные каналы ввода распылителя сгруппированы парами, причем последние выполнены с продольной осью, наклоненной к плоскости торцевой стенки под углом, не превышающим 45^o, и пересекающей ее в зоне, ограниченной площадью соответствующего отверстия ввода топлива. 2. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность камеры выполнена рельефной. 3. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что в торцевой стенке дополнительно выполнено центральное отверстие ввода распылителя. 4. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена установленной перед сопловым насадком диафрагмой с центральным отверстием, выполненным диаметром, составляющим 0,5-0,8 диаметра камеры смешения. 5. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что сопла насадка выполнены с продольными осями, наклоненными к торцевой поверхности камеры под углом, составляющим 10-90^o. 6. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что в боковой стенке камеры выполнен по меньшей мере один кольцевой ряд дополнительных тангенциальных каналов ввода распылителя. 7. Форсунка по п. 6, отличающаяся тем, что дополнительные тангенциальные каналы наклонены к торцевой поверхности камеры под углом, составляющим 10-30^o. 8. Форсунка по п. 6, отличающаяся тем, что дополнительные тангенциальные каналы, по меньшей мере одного ряда выполнены с направлением закрутки, противоположным направлению закрутки тангенциальных каналов, образующих пары с отверстиями ввода топлива. 9. Форсунка по п. 6, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одной дополнительной диафрагмой с центральным отверстием, составляющим 0,4-0,7 диаметра камеры смешения, при этом между смежными диафрагмами расположен по меньшей мере один ряд дополнительных тангенциальных каналов.