АКУСТИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА Российский патент 1998 года по МПК F23D11/34 

Изобретение относится к устройствам для распыливания различных жидкостей, в том числе тяжелых топлив, и может быть использовано в энергетической, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известна акустическая форсунка, содержащая корпус с каналами для подачи топлива и распыливающего агента и распылитель в виде стержневого излучателя акустических колебаний с резонатором, который снабжен направляющим кольцом и соединен осесимметричными отверстиями с каналом для подачи топлива [1].

Недостатком известной форсунки является то, что отверстия для прохода топлива после непродолжительной работы засоряются, что влечет изменение производительности, а следовательно, режима горения и уменьшение КПД форсунки.

Известна также акустическая форсунка, содержащая корпус с осевой топливоподающей трубой, имеющей радиальные отверстия для выхода топлива в расположенную между корпусом и топливоподающей трубой кольцевую щель для подачи распылителя, на выходе из которой размещен резонатор акустических колебаний типа Гартмана [2].

Недостатком известной форсунки является низкая экономичность из-за недостаточной полноты сгорания при плохом распыливания жидкости.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является акустическая форсунка для распыливания жидкого топлива, содержащая корпус с выходным отверстием, по оси которого установлена труба для подачи распыляемой жидкости, имеющая камеру завихрения с конфузорно-цилиндрическим выходным участком, завершающимся по периферии трубы отражателем, который образует с торцом трубы кольцевую резонирующую полость, обращенную входом к кольцевой щели для подачи распылителя, которая расположена перпендикулярно оси форсунки, а выходом - к выходному отверстию [3].

В описании конструкции газ (распылитель) подается через кольцевую щель в кольцевую резонирующую полость, где постоянное давление газа преобразуется в переменное звуковое давление, которое, воздействуя на выходящую из конфузорно-цилиндрического выходного участка жидкость осуществляет ее дробление на капли.

Недостатком описанной конструкции форсунки является то, что в кольцевой резонирующей полости не создается наивыгоднейший режим, сочетающий оптимальные значения звукового давления и частоты ультразвуковых колебаний распылителя, наиболее эффективно воздействующий на пленку жидкости.

Задача изобретения - создание новой конструкции акустической форсунки, гарантирующей более высокую эффективность распыливания жидкостей.

Поставленная задача решается тем, что в акустической форсунке, содержащей корпус с выходным отверстием, по оси которого установлена труба для подачи распыляемой жидкости, имеющая камеру завихрения с конфузорно-цилиндрическим выходным участком, завершающимся по периферии трубы отражателем, образующим с торцом трубы кольцевую резонирующую полость, обращенную входом к кольцевой щели для подачи распылителя, расположенной перпендикулярно оси форсунки, а выходом - к выходному отверстию, согласно изобретению отношение площади входа в резонирующую полость к площади выхода из нее 0,4:0,6, а отношение объема резонирующей полости к площади выхода из нее (1:3)•10³ м.

Акустическая форсунка выполнена с такими размерами, что:
отношение площади входа в ее резонирующую полость к площади выхода из нее составляет 0,4:0,6, что обеспечивает оптимальную величину звукового давления распылителя, которая по результатам экспериментальных исследований составляет (0,05-0,005)•10⁵ Н/м²;
отношение объема резонирующей полости к площади выхода из нее составляет (1:3)•10^-3 м, что обеспечивает оптимальную величину частоты созданных в полости ультразвуковых колебаний, которая по результатам экспериментальных исследований определяется величиной ≈ 40 кГц.

При оптимальных величинах звукового давления и частоты ультразвуковых колебаний, создаваемых в резонирующей полости форсунки по данным экспериментальных исследований, средний диаметр капель, на которые дробится пленка распыляемой жидкости, составляет 16:19 мкм, что значительно меньше размера капель, получаемых при других соотношениях соответствующих размеров резонирующей полости форсунки.

Эти соотношения, отличные от предлагаемых, определяют совсем другие величины звуковых давлений и частот ультразвуковых колебаний распылителя в резонирующей полости форсунки, которые приводят к дроблению распыляемой жидкости на более крупные капли, что снижает эффективность форсунки. Таким образом, предлагаемая конструкция акустической форсунки обладает большей эффективностью по сравнению с прототипом.

Сопоставительный анализ прелагаемого изобретения с прототипом показывает, что изобретение отличается от прототипа тем, что отношение площади входа в резонирующую полость форсунки к площади выхода из нее составляет 0,4:0,6; а отношение объема резонирующей полости к площади выхода из нее составляет (1:3)•10^-3 м.

Таким образом, заявляемая акустическая форсунка соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими технологическими решениями в данной области техники позволило сделать вывод, что оно явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Использование предлагаемого изобретения в энергетической, химической, металлургической и других отраслях промышленности обеспечивает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 представлен общий вид устройства, разрез; на фиг. 2 - график, где представлен относительный уровень шума истекающей смеси, из которого видно, что наибольшую долю распыленной жидкости составляют капли диаметром 16: 19 мкм.

Акустическая форсунка содержит корпус 1 с выходным отверстием 2, по оси которого установлена труба 3 для подачи распыляемой жидкости, имеющая камеру завихрения 4 с конфузорно-циилиндрическим выходным участком 5, завершающаяся по периферии отражателем 6, образующим с торцом трубы 3 кольцевую резонирующую полость 7, обращенную входом к кольцевой щели 8 для подачи распылителя, расположенной перпендикулярно оси форсунки, а выходом - к выходному отверстию 2. Отношение площади проходного сечения на входе в резонирующую полость 7 к площади проходного сечения на выходе из нее составляет 0,4:0,6; а отношение объема резонирующей полости 7 к площади проходного сечения на выходе из нее составляет (1:3)•10^-3 м.

Форсунка работает следующим образом.

Газ из кольцевой щели 8 поступает в резонирующую полость 7, где постоянное давление газа преобразуется в переменное звуковое давление, которое, воздействуя на выходящую из конфузорно-цилиндрического выходного участка 5 жидкость, осуществляет ее дробление на капли.

При конструкции форсунки, когда отношение площади входа в резонирующую полость 7 к площади выхода из нее составляет 0,4:0,6, звуковое давление распылителя будет оптимальным и составит (0,05:0,005)•10⁵ Н/м², а при отношении объема резонирующей полости 7 к площади выхода из нее составляющим (1: 3)•10³, м обеспечивается оптимальная величина частоты созданных в полости ультразвуковых колебаний, которая составляет ≈ 40 кГц.

При одновременном обеспечении оптимальных величин звукового давления и частоты ультразвуковых колебаний происходит наиболее эффективное разрушающее воздействие на пленку жидкости, вытекающую из конфузорно-цилиндрического выходного участка топливной трубы, которая в результате дробится на капли размером ≈ 16-19 мкм.

При испытании форсунки, сконструированной с такими размерами, что отношение площади входа в резонирующую полость к площади выхода из нее составляет 0,4: 0,6; а отношение объема резонирующей полости к площади выхода из нее составляет (1: 3)•10^-3 экспериментально получен диаметр частиц распыленной жидкости ≈ (16-19) мкм при звуковом давлении распылителя (0,05-0,005)•10⁵ Н/м² и частоте его колебаний ≈ 40 кГц, что видно из графика, представленного на фиг. 2.

Отсутствие относительного уровня интенсивности шума слева и справа от графика свидетельствует о том, что в распыленной жидкости отсутствуют частицы других размеров.

При других конструкциях форсунок, т.е. при других соотношениях геометрических размеров резонирующей полости, экспериментально получены размеры частиц распыленной жидкости большие, чем 40 мкм при отличных от предлагаемой конструкции значениях звукового давления и частоты ультразвуковых колебаний распылителя в резонирующей полости. Следовательно, в предлагаемой конструкции обеспечивается высокая эффективность работы форсунки, что выгодно отличает ее от прототипа.

Литература
1. Авторское свидетельство N 399681, кл. F 23 D 11/34, 1973.

2. Авторское свидетельство N 309306, кл. F 23 D 11/34, 1969.

3. Авторское свидетельство N 464213, кл. F 23 D 11/12, 1973.

Использование: в области энергетики и относится к устройствам для распыливания различных жидкостей, в том числе тяжелых топлив. Сущность изобретения: акустическая форсунка содержит корпус 1, с выходным отверстием 2, по оси которого установлена труба 3 для подачи распыляемой жидкости, имеющая камеру завихрения 4 с конфузорно-цилиндрическим выходным участком 5, завершающаяся по периферии отражателем 6, образующим с торцом трубы 3 кольцевую резонирующую полость 7, обращенную входом к кольцевой щели 8 для подачи распылителя, расположенной перпендикулярно оси форсунки, а выходом - к выходному отверстию 2, отношение площади проходного сечения на выходе в резонирующую полость 7 к площади проходного сечения на выходе из нее составляет 0,4: 0,6; а отношение объема резонирующей полости 7 к площади проходного сечения на выходе из нее составляет (1:3)•10^-3 м. 2 ил.

Акустическая форсунка, содержащая корпус с выходным отверстием, по оси которого установлена труба для подачи распыливаемой жидкости, камеру завихрения с конфузорно-цинлиндрическим выходным участком, снабженным по периферии отражателем, образующим с торцом трубы кольцевую резонирующую полость, обращенную входом к кольцевой щели для подачи распылителя, расположенной перпендикулярно оси форсунки, а выходом к выходному отверстию, отличающаяся тем, что отношение площади проходного сечения на входе в резонирующую полость к площади проходного сечения на выходе из нее составляет 0,4 0,6, а отношение объема резонирующей полости к площади проходного сечения на выходе из нее составляет (1 3) • 10^- 3 м.