ЦЕНТРОБЕЖНО-СТРУЙНАЯ ФОРСУНКА Российский патент 2000 года по МПК B05B1/34 F23D11/04 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к форсункам для распыления жидкости, и может быть применено, например, в градирнях, а также на других промышленных объектах, где требуется распыление воды или других жидкостей.

Известна форсунка, содержащая корпус, завихрительную цилиндрическую камеру с сужающимся коническим отверстием, переходящим в цилиндрическое сопло, завихривающую вставку с центральным цилиндрическим отверстием и периферийными наклоненными канавками.

(см. а.с. СССР N 503600, МПК B 05 B 1/34, F 23 D 11/04, 1976)
Недостатком указанной форсунки является низкое качество распыливания подаваемого агента.

Наиболее близкой к настоящему изобретению является центробежно-струйная форсунка, содержащая корпус, завихрительную цилиндрическую камеру с сужающимся коническим отверстием, переходящим в цилиндрическое сопло, плоскую цилиндрическую завихривающую вставку с центральным цилиндрическим отверстием и периферийными наклонными каналами, подводящий штуцер, подпирающий вставку.

(см. патент РФ N 2010613, МПК B 05 B 1/34, 1994).

Недостатком указанной форсунки является низкое качество распыливания жидкости из-за низкой турбулизации выходящего из завихрительной камеры потока.

Задачей изобретения является повышение качества распыливания жидкости, производительности форсунки.

Поставленная задача решается тем, что периферийные каналы наклонены к продольной оси форсунки под углом, равным 5 - 30^o, и выполнены переменного сечения или прямоугольной, или круглой, или овальной формы с площадью, уменьшающейся по ходу движения жидкости, между цилиндрической вставкой и сужающимся коническим отверстием установлено дистанционное кольцо, подводящий штуцер и дистанционное кольцо частично перекрывают поперечные сечения каналов соответственно на их входах и выходах, образуя свободные проходные сечения, при этом площадь свободного проходного сечения на входе каждого канала равна площади свободного проходного сечения на его выходе, отношение суммы площадей свободных проходных сечений каналов к площади поперечного сечения центрального отверстия равно 4,3.

Отношение площади поперечного сечения каждого канала на входе к площади поперечного сечения на выходе больше 1, но меньше 2.

Высота h дистанционного кольца составляет 0,075 - 0,16 от высоты вставки.

Внутренний диаметр d дистанционного кольца составляет 0,85 - 0,95 от диаметра D_кам завихрительной камеры.

Угол конусности конического отверстия определяется соотношением 0^o < β ≤ 60^o.
Осевые линии каналов вставки могут быть выполнены либо прямолинейными, либо винтовыми.

Такое выполнение форсунки позволяет увеличить производительность форсунки на 10-20 % за счет оптимизации площадей проходного сечения на входе во вставку и выходе из нее. Угол наклона 5 - 30^o периферийных наклонных каналов определен экспериментально и зависит от заданного угла раскрытия факела и производительности форсунки. Углы наклона, выходящие за пределы, определенные экспериментально, не позволяют получить требуемый угол раскрытия факела распыливаемой жидкости при одновременном соблюдении однородности и равномерности распределения капель в факеле распыла форсунки. Угол наклона менее 5^o дает угол раскрытия факела распыла, приближенный к факелу распыла струйной форсунки, т.е. не более 15 - 20^o, а угол наклона более 30^o приводит к росту потерь давления при возрастании угла α. Это, в свою очередь, приводит к резкому снижению производительности форсунки.

Подводящий штуцер, подпирая плоскую цилиндрическую завихривающую вставку, одновременно уменьшает сечение периферийных наклонных каналов на входе, а дальнейшее расширение каналов при больших напорах может приводить к кавитационным явлениям, а это, в свою очередь, к существенному гидравлическому сопротивлению, резко снижающему производительность, в особенности при больших напорах. Равенство площадей свободных проходных сечений на входе и выходе каждого периферийного наклонного канала позволяет устранить дисбаланс расхода жидкости в различных сечениях плоской цилиндрической завихривающей вставки.

Дистанционное кольцо, с одной стороны, создает дополнительный объем в сужающемся коническом отверстии завихрительной камеры, который позволяет наилучшим образом соединиться потоку, проходящему через центральное отверстие и наклонные периферийные каналы, а с другой стороны, создает турбулизационную ступеньку, позволяющую уменьшить объемно-поверхностный диаметр капель без потери напора и производительности форсунки. Для создания равномерности заполненного факела распыла форсунки оптимальное отношение суммы площадей свободных проходных сечений периферийных наклонных каналов (f_к) к площади (f_о) поперечного сечения центрального отверстия, при использовании известных теоретических и экспериментальных данных, определяется соотношением 5 > f_о / f_о > 4.

На основании ряда экспериментов эмпирическим путем было получено, что при отношении суммы площадей свободных проходных сечений периферийных наклонных каналов к площади поперечного сечения центрального отверстия, равном 4,3, достигается дисперсность при размерах среднего диаметра капель 0,5 - 0,8 мм для 90% общего объема жидкости.

При отношении площади поперечного сечения каждого периферийного наклонного канала на входе к площади поперечного сечения на выходе большем 1, но меньшем 2 достигается оптимальное ускорение потока в указанных каналах.

При высоте дистанционного кольца, составляющей 0,075-0,16 от высоты плоской цилиндрической завихривающей вставки, и при внутреннем диаметре дистанционного кольца, составляющем 0,85 - 0,95 от диаметра завихрительной цилиндрической камеры, достигается оптимальная величина турбулизации на выходе каналов.

При угле конусности конического отверстия 0^o < β ≤ 60^o достигается оптимальная турбулизация смешивающихся потоков.

Относительный угол сужения периферийного наклонного канала можно определить из формулы

где D_кам - диаметр завихрительной цилиндрической камеры;
D_шт - внутренний диаметр подводящего штуцера;
H - высота плоской цилиндрической завихривающей вставки.

Дистанционное кольцо, с одной стороны, создает дополнительный объем в сужающемся коническом отверстии завихрительной камеры, который позволяет наилучшим образом соединиться потоку, проходящему через центральное отверстие и периферийные наклонные каналы, а с другой стороны, создает турбулизационную ступеньку, позволяющую уменьшить объемно-поверхностный диаметр капель без потери напора и производительности форсунки.

На фиг. 1 изображена форсунка, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Центробежно-струйная форсунка для распыления жидкости содержит корпус 1, рабочую камеру 2, завихрительную цилиндрическую камеру 3 с сужающимся коническим отверстием 4, переходящим в цилиндрическое сопло 5, плоскую цилиндрическую завихривающую вставку 6 с центральным цилиндрическим отверстием 7 и периферийными наклонными каналами 8 с сечением или прямоугольной, или круглой, или овальной формы и подводящий штуцер 9, подпирающий вставку 6. Периферийные каналы 8 наклонены к продольной оси форсунки под углом λ, равным 5 - 30^o, и выполнены переменного сечения с площадью, уменьшающейся по ходу движения жидкости. Между цилиндрической вставкой 6 и сужающимся коническим отверстием 4 установлено дистанционное кольцо 10, подводящий штуцер 9 и дистанционное кольцо 10 частично перекрывают поперечные сечения каналов 8 соответственно на их входах и выходах, образуя свободные проходные сечения (через которые проходит жидкость), при этом площадь свободного проходного сечения на входе каждого канала 8 равна площади свободного проходного сечения на его выходе, отношение суммы площадей свободных проходных сечений каналов 8 к площади поперечного сечения центрального отверстия 7 вставки равно 4,3.

Отношение площади поперечного сечения каждого канала 8 на входе к площади поперечного сечения на выходе больше 1, но меньше 2. Высота h дистанционного кольца 10 составляет 0,075-0,16 от высоты H вставки 6 (h = 0,075-0,16 H). Внутренний d диаметр дистанционного кольца 10 составляет 0,85-0,95 от диаметра D_кам завихрительной камеры 3. Угол β конусности конического отверстия 4 определяется соотношением 0^o < β ≤ 60^o. Осевые линии каналов 8 вставки 6 могут быть выполнены либо прямолинейными, либо винтовыми.

Форсунка работает следующим образом.

Жидкость подается через подводящий штуцер 9 в рабочую камеру 2. При резком расширении потока на переходе от свободного проходного сечения на входе к поперечному входному сечению каждого периферийного наклонного канала или прямоугольного, или круглого, или овального сечения образуется местный вихрь, турбулизирующий поток на входе. Далее часть жидкости проходит по периферийным наклонным каналам 8 плоской цилиндрической завихривающей вставки 6, образуя вращающийся поток. Другая часть жидкости проходит через центральное отверстие 7 плоской цилиндрической завихривающей вставки 6, образуя сплошную струю, при этом ее диаметр должен быть несколько больше диаметра внутреннего потока, вращающегося в сопле 5. На выходе наклонных каналов 8 на дистанционном кольце 10 поток дополнительно турбулизируется, что улучшает однородность и качество распыла. В результате взаимодействия вращающаяся жидкость будет закручивать центральную струю, создавая единый поток, который на выходе из сопла образует факел в виде сплошного конуса.

Дистанционное кольцо 10 выполняют высотой в пределах 1-10 мм и толщиной стенки 0,5-5,0 мм. Такие размеры определены экспериментально и зависят от диаметра сопла форсунки и ее производительности. За пределами этих размеров эффективность работы форсунки резко снижается.

Изобретение позволяет значительно повысить производительность форсунки, создавая при этом факел распыла жидкости с углом раскрытия в диапазоне 30 - 80^o, т.е. создавать оптимальный по своим характеристикам факел для применения в скоростных прямоточных распылительных аппаратах (эжекционные градирни с различным расположением форсунок, форсуночные абсорберы Вентури).

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к форсункам для распыления жидкости, и может быть применено, например, в градирнях, а также на других промышленных объектах, где требуется распыление воды или других жидкостей. Периферийные каналы наклонены к продольной оси форсунки под углом, равным 5 - 30^o, и выполнены переменного сечения или прямоугольной, или круглой, или овальной формы с площадью, уменьшающейся по ходу движения жидкости, между цилиндрической вставкой и сужающимся коническим отверстием установлено дистанционное кольцо, подводящий штуцер и дистанционное кольцо частично перекрывают поперечные сечения каналов соответственно на их входах и выходах, образуя свободные проходные сечения, при этом площадь свободного проходного сечения на входе каждого канала равна площади свободного проходного сечения на его выходе. Изобретение позволяет повысить качество распыливания жидкости и производительность форсунки. 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Центробежно-струйная форсунка для распыления жидкости, содержащая корпус, завихрительную цилиндрическую камеру с сужающимся коническим отверстием, переходящим в цилиндрическое сопло, плоскую цилиндрическую завихривающую вставку с центральным цилиндрическим отверстием и периферийными наклонными каналами, подводящий штуцер, подпирающий вставку, отличающаяся тем, что периферийные каналы наклонены к продольной оси форсунки под углом, равным 5 - 30^o, и выполнены переменного сечения или прямоугольной, или круглой, или овальной формы с площадью, уменьшающейся по ходу движения жидкости, между цилиндрической вставкой и сужающимся коническим отверстием установлено дистанционное кольцо, подводящий штуцер и дистанционное кольцо частично перекрывают поперечные сечения каналов соответственно на их входах и выходах, образуя свободные проходные сечения, при этом площадь свободного проходного сечения на входе каждого канала равна площади свободного проходного сечения на его выходе, отношение суммы площадей свободных проходных сечений каналов к площади поперечного сечения центрального отверстия равно 4,3. 2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что отношение площади поперечного сечения каждого канала на входе к площади поперечного сечения на выходе больше 1, но меньше 2. 3. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что высота дистанционного кольца составляет 0,075 - 0,16 от высоты вставки. 4. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что внутренний диаметр дистанционного кольца составляет 0,85 - 0,95 от диаметра завихрительной камеры. 5. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что угол конусности конического отверстия определяется соотношением 0^o < β ≤ 60^o.
6. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что осевые линии каналов вставки выполнены прямолинейными. 7. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что осевые линии каналов вставки выполнены винтовыми.