ВИХРЕВАЯ ФОРСУНКА Российский патент 2002 года по МПК F23D11/10 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам подачи и распыления топлива в камеру сгорания. Преимущественная область применения изобретения - форсунки в плавильных печах.

Известно распылительное устройство для жидкостей, в частности горелка для горячего мазута [1], которое содержит форсунку, подводящий канал для распылительного газа и канал для подвода жидкости к форсунке, распорный элемент, установленный центрально по оси форсунки таким образом, что между распорным элементом и обечайкой образуется внутренняя кольцевая камера, а между распорным элементом и внутренней поверхностью форсунки - наружная кольцевая камера.

Недостатком данного устройства является недостаточно качественное перемешивание топлива и распылительного газа при высоком давлении газа.

Известна также форсунка для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания [2], которая содержит полый корпус с газопроводом, камерой смешения и внутренней конической поверхностью, топливоподающую трубку и промежуточную втулку, выполненные с наружными конусными поверхностями с дополнительными винтовыми канавками и размещенные в корпусе с возможностью осевого перемещения, канал топливоподающей трубки, расположенный в направлении к внутренней конусной поверхности промежуточной втулки, причем промежуточная втулка выполнена с внутренней конусной поверхностью и дополнительным каналом.

Данная форсунка недостаточно интенсифицирует смесеобразование топлива и газа, что приводит к неоправданным потерям топлива и повышенному выделению загрязняющих веществ из-за его неполного сгорания.

В качестве прототипа выбрана форсунка [3], которая содержит корпус, имеющий камеру смешения с входом и выходом, размещенную в корпусе с образованием кольцевого зазора, сообщенного с газопроводом, сопло и топливоподающую трубку, сообщенную с камерой смешения через тангенциальные каналы в конической проставке, дополнительные проставки с профилированными каналами, размещенные между конической проставкой и соплом, сообщенные между собой и образующие камеру смешения, причем камера смешения сообщена с кольцевым зазором через профилированные каналы в дополнительных проставках.

Недостатками данной форсунки являются сложность изготовления дополнительных проставок, трудности с охлаждением сопла форсунки, неоптимальное формирование факела распыла из-за дополнительного сопротивления, оказываемого акустическими колебаниями потоками газа на закрученный топливный поток. Также не происходит смешение топлива и газа на молекулярном уровне, что приводит к неполноте сгорания топлива, влекущее повышенный выброс в атмосферу вредных веществ.

Целью изобретения является повышение качества распыливания топлива.

Достигнуть поставленной цели, а также устранить перечисленные недостатки, характерные для прототипа, предлагается тем, что в форсунку, содержащую корпус, размещенный внутри трубы-воздуховода с образованием с ним кольцевого зазора, камеру смешения с входом и выходом, размещенную в корпусе, газопровод и топливоподающую трубку, сообщенные с камерой смешения, согласно изобретению введен диффузор, расположенный между топливоподающей трубкой и завихрителем, причем завихритель сообщен с газопроводом и выполнен в виде кольца с прямоугольным вырезом, внутренний радиус которого очерчен по спирали Архимеда и установлен в корпусе между диффузором и камерой смешения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена форсунка, продольный разрез (по 1-1); на фиг.2 - поперечный разрез по В-В; на фиг.3 - фронтальный вид А.

Форсунка содержит корпус 2, расположенный с кольцевым зазором внутри трубы-воздуховода 1 и закрепленный на болтах 14, камеру смешения 3 с входом и выходом, размещенную в корпусе 2, сообщенный с источником наддувочного воздуха (не показан) газопровод 5, соединенный через прямоугольный вход 8 с завихрителем 6, который выполнен в виде кольца с внутренним радиусом, очерченным по спирали Архимеда 15, и топливоподающую трубку 7 с регулировочным винтом 12 и жиклером 4 на выходе из нее. На задней крышке 13 и на трубе-воздуховоде 1 предусмотрены сквозные отверстия. Внутри корпуса 2 между топливоподающей трубкой 7 и завихрителем 6 установлен диффузор 9, закрепленный прижимной втулкой 10 для исключения перемещения. Завихритель 6 устанавливается вплотную к диффузору 9, соединяется с газопроводом 5 через прямоугольный вход 8 и закрепляется стопорным винтом 11.

Форсунка работает следующим образом.

При подаче сжатого воздуха от источника наддувочного воздуха (не показан) по газопроводу 5 через прямоугольный вход 8 в завихритель 6 в последнем образуется активный поток закрученного сжатого воздуха, имеющего околозвуковую скорость. По топливоподающей трубке 7 через жиклер 4 топливо попадает внутрь корпуса 2 и через диффузор 9 в завихритель 6, в котором топливо подхватывается образовавшимся воздушным вихрем и распыляется непосредственно в камеру смешения 3. Согласно теории вихревого эффекта на выходе из завихрителя 6 топливовоздушная смесь из-за энергетического разделения газа имеет неоднородную температуру - в периферийной части потока смесь имеет более высокую температуру, а в приосевой части более низкую, чем температура воздуха на входе в завихритель 6. За счет образования активного вихря в зоне завихрителя 6 вблизи жиклера 4 форсунка обладает эффектом самовсасывания, что исключает остановку процесса горения. Благодаря этому также происходит активное охлаждение топливного жиклера 4. На выходе из камеры смешения 3 из-за возникновения эффекта эжекции по кольцевому зазору между корпусом 2 и трубой-воздуховодом 1 подсасывается вторичный воздух, проходящий через сквозные отверстия в задней крышке 13 и трубе-воздуховоде 1, что дополнительно улучшает процесс горения. Наличие регулировочного винта 12 позволяет перемещать топливоподающую трубку по осевой для регулировки оптимального пламени.

Форсунка может работать при сверхнизком (1 бар) давлении газа, а благодаря отсутствию трущихся и вращающих частей имеет длительный срок службы и не требует обслуживания. Также значительно упрощается начальный поджиг смеси на выходе из форсунки благодаря энергетическому разделению газа и наличию горячего воздуха по периферии. Изготовлено шесть форсунок, которые работают на плавильной печи для плавки алюминия из вторичного сырья. Испытания показали, что после установки вихревых форсунок в плавильной печи при неизменном расходе воздуха расход топлива снизился на 20-30%, увеличилась температура факела пламени в печи на 200^oС, выброс вредных веществ в атмосферу уменьшился в 15 раз.

Форсунка позволяет повысить качество распыливания при высокой температуре и полноту сгорания за счет интенсификации смесеобразования топлива и газа путем энергетического разделения газа.

Экспериментальные показатели концентрации вредных веществ при работе форсунки в сравнении со стандартной форсункой представлены в таблице.

Источники информации
1. Патент DE 4327456 от 23.02.95 г. "Распылительное устройство для жидкостей, в частности горелка для горячего мазута", кл. F 24 С 5/10.

2. Патент RU 2052655 от 20.01.96 г. "Форсунка для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания", кл. F 02 М 67/10, бюл. 2.

3. Патент RU 2039883 от 20.07.95 г. "Форсунка", кл. F 02 М 67/10, бюл. 20.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам подачи и распыления топлива в камеру сгорания, и может быть использовано в форсунках плавильных печей. Технический результат, заключающийся в повышении качества распыливания топлива, обеспечивается за счет того, что в вихревой форсунке, содержащей корпус, размещенный внутри трубы-воздуховода с образованием с ним кольцевого зазора, камеру смешения с входом и выходом, размещенную в корпусе, газопровод и топливоподающую трубку, сообщенные с камерой смешения, согласно изобретению в корпусе дополнительно установлен диффузор, расположенный между топливоподающей трубкой и завихрителем, причем завихритель сообщен с газопроводом и выполнен в виде кольца с прямоугольным вырезом, внутренний радиус которого очерчен по спирали Архимеда и установлен в корпусе между диффузором и камерой смешения. 3 ил., 1 табл.

Вихревая форсунка, содержащая корпус, размещенный внутри трубы-воздуховода с образованием с ним кольцевого зазора, камеру смешения с входом и выходом, размещенную в корпусе, газопровод и топливоподающую трубку, сообщенные с камерой смешения, отличающаяся тем, что в корпусе дополнительно установлен диффузор, расположенный между топливоподающей трубкой и завихрителем, причем завихритель сообщен с газопроводом и выполнен в виде кольца с прямоугольным вырезом, внутренний радиус которого очерчен по спирали Архимеда и установлен в корпусе между диффузором и камерой смешения.