ФОРСУНКА "ЭДИПОЛ" Российский патент 1998 года по МПК B05B1/34 B05B7/10 

Изобретение относится к технике распыливания жидкости и может быть использовано в химической, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является форсунка, содержащая корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, завихритель жидкости с тангенциальными каналами, распылитель с тангенциальными каналами для завихривания распыливающего агента, установленный с образованием с завихрителем вихревой камеры, переходящей с жидкостное сопло, и выходное сопло, размещенное снаружи и выступающее за пределы жидкостного сопла (1).

Недостатком этой форсунки является кавитационое разрушение металла на границе между тангенциальными каналами и вихревой топливной камерой, которое изменяет расходную характеристику форсунки, что приводит к нарушению соотношения расходов жидкость (топливо) - распыливающий агент (воздух) и в конечном итоге к ухудшению экономических показателей топочного процесса. Требуется частая (не реже одного раза в месяц) замена изношенных деталей новыми. Изготовление этих деталей из порошков карбидов ванадия и других дефицитных материалов несколько смягчает проблему, но кардинального решения не дает.

Задачей изобретения является повышение износоустойчивости деталей, ответственных за расходную характеристику форсунки, т.е. топливного завихрителя, вихревой камеры и топливного сопла.

Поставленная задача достигается за счет того, что в форсунке, содержащей корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, завихритель жидкости с тангенциальными каналами, распылитель с тангенциальными каналами для завихривания распыливающего агента, установленный с образованием с завихрителем вихревой камеры, переходящей в жидкое сопло, и выходное сопло, размещенное снаружи и выступающее за пределы жидкостного сопла, согласно изобретению вихревая камера выполнена с тороидальной выпуклостью, обращенной внутрь и переходящей в поверхность жидкостного сопла, причем радиус тороидальной поверхности выбран равным 0,7 - 1,5 радиуса вихревой камеры в ее начальном поперечном сечении.

Кроме того, завихритель жидкости выполнен отдельно от жидкого сопла и установлен с возможностью осевого перемещения к вихревой камере под действием набегающего потока распыливаемой жидкости.

Также завихритель жидкости выполнен со щелями, расположенными в теле его хвостовой части, имеющей форму полого цилиндра, размещенного по скользящей посадке в центральном отверстии корпуса, причем поперечный размер каждой щели выбран меньшим любого размера тангенциальных каналов завихрителя жидкости.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на фиг.1 изображена форсунка, продольный разрез, на фиг.2 - вид слева, по стрелке А.

Форсунка содержит корпус 1 с центральным отверстием 2 для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями 3 для распыливающего агента, завихритель 4 жидкости с тангенциальными каналами 5, распылитель 6 с тангенциальными каналами 7 для завихривания распыливающего агента, установленный с образованием с завихрителем 4 вихревой камеры 8, переходящей в жидкостное сопло 9, и выходное сопло 10, размещенное снаружи и выступающее за пределы жидкостного сопла 9.

Вихревая камера 8 выполнена с тороидальной выпуклостью, обращенной внутрь и переходящей в поверхность жидкостного сопла 9, причем радиус r₁ тороидальной поверхности выбран равным 0,7 - 1,5 радиуса r₂ вихревой камеры 8 в ее начальном поперечном сечении.

Завихритель 4 жидкости выполнен отдельно от жидкостного сопла 9 и установлен с возможностью осевого перемещения к вихревой камере 8 под действием набегающего потока распыливаемой жидкости.

Завихритель 4 выполнен со щелями 11, расположенными в теле его хвостовой части, имеющей форму полого цилиндра, размещенного по скользящей посадке в центральном отверстии 2 корпуса 1, причем поперечный размер каждой щели 11 выбран меньшим любого размера тангенциальных каналов 5 завихрителя 4 жидкости.

Выходное сопло 10 установлено в корпусе 1 с образованием кольцевого канала 12.

При работе форсунки жидкое топливо поступает через центральное отверстие 2 корпуса 1 в щели 11 завихрителя 4, прижимает своим динамическим напором завихритель 4 к распылителю 6 и, пройдя сквозь щели 11 в радиальном направлении, поступает в тангенциальные каналы 5, на выходе из которых приобретает вращательное движение и движется по поверхности r₁, которая совпадает с вектором скорости вращающегося потока жидкости к соплу 9. Совпадение формы поверхности вихревой камеры 8 с вектором скорости вихря жидкости исключает местные завихрения, приводящие к кавитационным явлениям, что значительно увеличивает срок службы завихрителя 4 и распылителя 6.

Из сопла 9 жидкость истекает конусной струей в виде пленки, распадающейся на капли, подпадающие под воздействие распыливающего агента, который через отверстия 3, кольцевой канал 12 и тангенциальные каналы 7 подводится к начальному участку конусной струи жидкости, смешивается с ней и движется вдоль конусной поверхности сопла 10.

Совпадение формы поверхности вихревой камеры 6 с направлением вихревого потока жидкости (по существу с формой вихря) позволяет избежать кавитационных явлений и потерь энергии, связанных с этими явлениями. Это дает два положительных эффекта. Во-первых, снимает проблему кавитационного износа, вследствие чего расходная характеристика форсунки не изменяется во времени, а во-вторых, сохраняется энергия для дробления капель, т.е. качество распыла в какой-то степени повышается. И то, и другое повышает экономичность топочного процесса при рассмотрении его в длительном временном режиме. Ведь в этом случае снижаются и расходы на замену изношенных деталей форсунки.

Изготовить распылитель с такой формой вихревой камеры возможно лишь в случае, если тангенциальные каналы, где поток жидкости приобретает вращательное движение, выполнены в отдельной детали завихрителя. Это создает технологическую возможность для обработки тороидальной поверхности вихревой камеры на обычном технологическом оборудовании.

За счет сокращения затрат на замену изношенных деталей и стабильности налаженного топочного процесса применительно к котлу блока 300 мВт, имеющему 16 горелок. Экономический эффект от применения данной конструкции форсунок составляет 1 • 10⁹ руб. в год по состоянию на 01.10.94.

В форсунке вихревая камера выполнена с тороидальной выпуклостью, обращенной внутрь и переходящей в поверхность жидкого сопла. Радиус тороидальной поверхности выбран равным 0,7 - 1,5 радиуса вихревой камеры в ее начальном поперечном сечении. Завихритель жидкости может быть выполнен отдельно от жидкостного сопла и установлен с возможностью осевого перемещения к вихревой камере под действием набегающего потока распыливаемой жидкости. Также завихритель жидкости может быть выполнен со щелями, расположенными в теле его хвостовой части, имеющей форму полого цилиндра, размещенного по скользящей посадке в центральном отверстии корпуса. Поперечный размер каждой щели выбран меньшим любого размера тангенциальных каналов завихрителя жидкости. Техническим результатом является повышение экономичности топочного процесса при рассмотрении его в длительном временном режиме за счет снижения расходов на замену изношенных деталей форсунки и повышение качества распыла. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

\ \\1 1. Форсунка, содержащая корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, завихритель жидкости с тангенциальными каналами, распылитель с тангенциальными каналами для завихривания распыливающего агента, установленный с образованием с завихрителем вихревой камеры, переходящей в жидкостное сопло, и выходное сопло, размещенное снаружи и выступающее за пределы жидкостного сопла, отличающаяся тем, что вихревая камера выполнена с тороидальной выпуклостью, обращенной внутрь и переходящей в поверхность жидкостного сопла, причем радиус тороидальной поверхности выбран равным 0,7 - 1,5 радиуса вихревой камеры в начальном поперечном сечении. \\\2 2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что завихритель жидкости выполнен отдельно от жидкостного сопла и установлен с возможностью осевого перемещения к вихревой камере под действием набегающего потока распыливаемой жидкости. \\\2 3. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что завихритель жидкости выполнен с щелями, расположенными в теле его хвостовой части, имеющей форму полого цилиндра, размещенного по скользящей посадке в центральном отверстии корпуса, причем поперечный размер каждой щели выбран меньшим любого размера тангенциальных каналов завихрителя жидкости.