РОТАЦИОННАЯ ГОРЕЛКА ДЛЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА Российский патент 2003 года по МПК F23D11/04 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к ротационным горелкам, предназначенным для подачи любых видов жидкого топлива и воздуха в топки котлов средней и малой мощности, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где используются топливосжигающие устройства.

Уровень техники
Известна ротационная форсунка (см. авт. свид. 781496, опубл. 23.11.80), предназначенная для распыливания и сжигания жидкого, преимущественно вязкого, топлива, содержащая корпус с воздухоподводящим патрубком и ротор с топливопроводом и распылителем, соосно которому установлен на полом валу вентилятор. К полому валу с укрепленным на нем вентилятором и топливопроводу с укрепленным на нем распылителем подключен привод, обеспечивающий их вращение в противоположные стороны.

Закрутка воздуха вентилятором в сторону, противоположную вращению пелены топлива, повышает качество его распыливания, однако не обеспечивает необходимой для полного сгорания топлива степени диспергирования. Вместе с тем недостатком данной форсунки является некомпактность конструкции, обусловленная выполнением привода.

В качестве прототипа заявляемого решения принято конструктивное решение ротационной горелки для жидкого топлива (см. патент RU 2083921, опубл. 10.07.97), содержащей корпус, двигатель, обеспечивающий вращение соосно установленных разбрызгивателя и рабочего колеса вентилятора, закрытого с тыльной стороны корпусной стенкой, а с рабочей стороны - кожухом вентилятора, на котором закреплено сопло. Разбрызгиватель известной горелки выполнен в виде полой втулки с разбрызгивающим конусным стаканом на концевой части. Внутри полой втулки коаксиально установлена топливоподающая трубка, один конец которой, открытый в разбрызгивающий конусный стакан, выполнен с форсункой, а второй соединен с системой подачи жидкого топлива. Корпус связан с опорной плитой, выполненной с отверстием, через которое пропущены соосные разбрызгивающий стакан и сопло.

По сравнению с предыдущим аналогом конструктивное решение прототипа обеспечивает мелкодисперсное распыление топлива, что позволяет повысить полноту его сгорания и, следовательно, улучшить экономические показатели устройства. Вместе с тем в известной горелке усложнена конструкция системы подачи воздуха, горелка имеет весьма значительные габариты, обусловленные конструктивным решением привода, при этом в конструкции применено большое количество быстроизнашивающихся деталей, что обусловливает недостаточную надежность и долговечность работы устройства.

Сущность изобретения
Заявляемым изобретением решается задача создания ротационной горелки, характеризующейся простотой конструкции и компактностью, позволяющей использовать горелку как переносное устройство и значительно расширяющей ее функциональные возможности и при этом обеспечивающей мелкодисперсное распыление топлива.

Для решения указанной задачи в ротационной горелке для жидкого топлива, содержащей установленный на корпусном элементе двигатель, с валом которого связаны смонтированные соосно разбрызгивающий стакан, в объем которого открыт выходной конец топливоподающей трубки, соединенной входным концом с системой подачи жидкого топлива, и рабочее колесо вентилятора подачи первичного воздуха, закрытого с тыльной стороны корпусной стенкой, а с рабочей стороны кожухом вентилятора, на котором коаксиально разбрызгивающему стакану установлено сопло, пропущенное через отверстие опорной плиты, связанной с корпусным элементом, согласно заявляемому изобретению корпусной элемент выполнен L-образной формы с возможностью установки на его горизонтальную часть двигателя, вал которого выполнен со сквозной соосной проточкой, через которую пропущена топливоподающая трубка, и с выходным концом, на котором жестко установлены рабочее колесо вентилятора и разбрызгивающий стакан, при этом к вертикальной части корпусного элемента жестко прикреплена корпусная стенка, закрывающая с тыльной стороны рабочее колесо вентилятора, и шарнирно присоединена одна сторона опорной плиты, противолежащая сторона которой выполнена с элементом ее фиксации относительно корпусного элемента.

Поставленная задача решена вышеизложенной совокупностью существенных признаков, поскольку конструктивное исполнение и взаимосвязь вышеперечисленных элементов ротационной горелки обеспечивает очень компактное размещение ее основных узлов и деталей, позволяющее получить небольшие габариты устройства, при этом благодаря именно такой компоновке и исполнению элементов достигается эффективное распыление топлива с образованием мелкой дисперсии, а возможность регулирования пропорций подачи топлива и воздуха (как вторичного, подаваемого между кожухом вентилятора и опорной плитой, так и третичного, подаваемого между опорной плитой и стенкой котла) обеспечивает устойчивое и качественное горение пламени при практически полном сгорании топлива.

Основным существенным признаком заявляемого изобретения, обусловливающим в совокупности с другими вышеизложенными признаками устройства получение вышеуказанного технического результата, является выполнение вала двигателя со сквозной соосной проточкой и установка в этой проточке топливоподающей трубки. Такое решение позволило установить рабочее колесо вентилятора и разбрызгивающий стакан непосредственно на вал двигателя и тем самым, во-первых, значительно уменьшить габариты устройства, во вторых, обеспечить оптимальный аэродинамический режим для процесса диспергирования топлива и создания полносгораемой горючей смеси.

Выполнение корпусного элемента L-образной формы также является существенным признаком заявляемого изобретения, поскольку позволило рационально скомпоновать все узлы горелки и при этом обеспечить подачу первичного воздуха в зону распыления топлива, а вторичного и третичного воздуха в зону горения факела. Вместе с тем позволило применить шарнирную установку опорной плиты, что обусловило наряду с получением основного технического результата улучшение условий эксплуатации и технического обслуживания горелки, а именно: в случае необходимости нет необходимости демонтажа горелки, достаточно отсоединить опорную плиту с одной стороны и, повернув горелку на шарнирах, произвести соответствующие работы.

При конкретном выполнении конструкции заявляемой горелки разбрызгивающий стакан установлен на ступице рабочего колеса вентилятора и связан с ним посредством резьбового соединения с возможностью замены разбрызгивающего стакана. Это дает возможность применять в зависимости от вида и качества топлива разбрызгивающий стакан такой длины и конусности, которые будут обусловливать наиболее полное сжигание топлива и экономичную работу горелки.

С этой же целью обеспечения максимальной степени диспергирования частичек топлива и, следовательно, повышения эффективности горелки, сопло установлено на кожухе вентилятора посредством резьбового соединения и с возможностью регулировочного перемещения относительно оси вращения вентилятора, т.е. сопло имеет возможность фиксировано изменять положение вдоль оси вала двигателя. Вместе с тем это позволяет устанавливать его в то положение, которое обеспечивает для конкретного типа топлива и конкретной топочной камеры оптимальный угол и оптимальную длину факела пламени. Кроме того, заявленное решение предполагает возможность комплектования и замены сопла одной длины и конусности на сопло других указанных размеров, что совместно с возможностью подбора и установки разбрызгивающего стакана также с определенной длиной и конусностью дает возможность варьировать расход топлива и подбирать оптимальные режимы работы горелки в зависимости, например, от сезонности (от температуры наружного воздуха).

Для беспрепятственного обеспечения подачи первичного воздуха корпусная стенка, прикрепленная к вертикальной части корпусного элемента и закрывающая с тыльной стороны рабочее колесо вентилятора, выполнена с окном в зоне расположения вала двигателя, открывающим зону рабочего колеса в атмосферу, при этом на внутренней поверхности кожуха вентилятора размещены направляющие потока первичного воздуха, которые с целью обеспечения необходимого направления и с целью получения определенной степени уплотнения потока воздуха выполнены радиально изогнутыми в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса вентилятора.

При конкретной реализации заявляемого решения целесообразно выполнение на внутренней поверхности сопла и под углом к его цилиндрической образующей продольных выступов, которые препятствуют дальнейшему завихрению потока первичного воздуха и обеспечивают оптимальный аэродинамический режим для распыления пленки топлива, стекающей с края разбрызгивающего стакана, и для создания необходимой формы факела пламени.

Предпочтительным является выполнение корпусного элемента рамной конструкции. С одной стороны, это обеспечивает экономное использование материала для корпусного элемента, с другой стороны, рамная конструкция, оставляющая открытым двигатель, способствуют охлаждению двигателя и обдуванию его потоками воздуха.

Возможным вариантом исполнения элемента фиксации опорной плиты относительно корпусного элемента является выполнение его в виде стержня, один конец которого жестко прикреплен к опорной плите, а другой выполнен с возможностью болтового соединения с корпусной стенкой, закрывающей с тыльной стороны кожух вентилятора.

Для установки горелки в рабочее положение по отношению к топке опорная плита выполнена с отверстиями для установки на монтажные элементы, выполненные в виде штырей, прикрепленных к камере сгорания, при этом возможна регулировка положения горелки относительно топки, т.е. она может быть приближена или может быть отодвинута от топки, что позволяет регулировать поток третичного воздуха.

Окно в корпусной стенке, открывающее зону рабочего колеса в атмосферу, образует канал подачи первичного воздуха; опорная плита, посредством которой производят крепление горелки к котлу, шарнирно установленная на вертикальной части корпусного элемента, в рабочем состоянии образует с кожухом вентилятора канал подачи вторичного воздуха, а при установке на монтажные элементы в виде штырей образует со стенкой котла канал подачи третичного воздуха.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, на которых:
на фиг.1 представлен общий вид горелки, продольный разрез;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;
на фиг.3 - вид Б на фиг.1;
на фиг.4 - сопло, продольный разрез.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Ротационная горелка для жидкого топлива содержит корпусной элемент 1, выполненный в виде рамной конструкции L-образной формы, изготовленной из металлических уголков. На горизонтальной части корпусного элемента 1 установлен электродвигатель 2, обеспечивающий вращение рабочего колеса 3 вентилятора и разбрызгивающего стакана 4. Вал 5 электродвигателя 2 выполнен полым со сквозной соосной проточкой, через которую свободно пропущена топливоподающая трубка 6 для подачи жидкого топлива. Один конец топливоподающей трубки 6 связан с системой 7 подачи жидкого топлива (полностью система подачи жидкого топлива на чертеже не показана), а другой конец установлен с возможностью подачи топлива на коническую поверхность разбрызгивающего стакана 4, который выполнен в виде втулки с конической внутренней поверхностью, расширяющейся в направлении открытого торца. Разбрызгивающий стакан 4 резьбовым соединением установлен на ступицу рабочего колеса 3 вентилятора, установленного посредством шпоночного соединения на выходном конце полого вала 5 электродвигателя 2. Рабочее колесо 3 вентилятора закрыто с рабочей стороны кожухом 8, а с тыльной - корпусной стенкой 9, приваренной к вертикальной части рамной конструкции 1. На кожух 8 вентилятора установлено сопло 10, коаксиально охватывающее разбрызгивающий стакан 4 и выполненное с продольными размещенными под определенным углом к образующей выступами 11 на внутренней поверхности сопла, обращенной к стакану 4. Благодаря резьбе, посредством которой сопло установлено на кожухе 8, оно имеет возможность фиксированного изменения положения относительно разбрызгивающего стакана 4, а также возможность замены одного сопла на другое. Корпусная стенка 9 выполнена с отверстием 12, обеспечивающим подачу первичного воздуха на рабочее колесо 3 вентилятора, лопасти которого загнуты по направлению вращения, при этом на внутренней поверхности кожуха 8, обращенной к рабочему колесу 3 вентилятора, размещены направляющие 13 потока первичного воздуха, выполненные радиально изогнутыми в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса 3. Горелка монтируется на топку 14 посредством опорной плиты 15, которая одной стороной шарнирно связана с вертикальной частью корпусной рамы 1 и снабжена размещенным на другой стороне элементом ее фиксации по отношению к корпусной части горелки, который выполнен в виде болтового соединения, фиксирующего опорную плиту с корпусной стенкой 9. В опорной плите 15 выполнены отверстия 16, установка горелки по отношению к топке осуществляется насаживанием опорной плиты 15 посредством отверстий 16 на штыри 17 и закреплением ее на штырях гайками (на чертеже не показаны).

Установка опорной плиты по отношению к корпусному элементу шарнирно, а по отношению к топке на штыри и с возможностью перемещения опорной плиты по длине штырей обеспечивает образование между кожухом вентилятора и опорной плитой и между опорной плитой и стенкой топки свободных пространств, являющихся каналами подачи вторичного и третичного воздуха.

Устройство работает следующим образом.

Жидкое топливо, подогретое до температуры 80-90^oС, под избыточным давлением 0,5-1,0 кгс/см² подается через топливоподающую трубку 6 на внутреннюю поверхность конусного разбрызгивающего стакана 4, установленного совместно с рабочим колесом 3 вентилятора высокого давления на выходном конце полого вала 5 электродвигателя 2. При вращении вала 5, а следовательно, вращении разбрызгивающего стакана 4 и рабочего колеса 3 вентилятора под действием центробежной силы топливо равномерно растекается по стенке разбрызгивающего стакана 4 в тонкую пленку и благодаря конусности подается на край стакана, стекая с которого равномерными порциями, топливо подхватывается струей воздуха, поступающего в щель между стаканом 4 и соплом 10 и нагнетаемого лопастями рабочего колеса 3 вентилятора высокого давления, при этом поток нагнетаемого воздуха уплотнен за счет воздействия направляющих 13, выполненных на внутренней поверхности кожуха 8. Происходит интенсивное диспергирование топлива, при этом полученная дисперсия топлива подается в зону образования горючей смеси и зону горения. Горючая смесь образуется путем смешивания жидкого топлива, распыленного первичным воздухом, подаваемым рабочим колесом 3 вентилятора высокого давления, и вторичного воздуха, поступающего из атмосферы за счет свободного пространства между опорной плитой 15 и кожухом 8 при помощи естественной тяги. Устойчивость и качество горения пламени достигается оптимальными пропорциями подачи топлива, вторичного воздуха (между корпусом вентилятора и опорной плитой), третичного воздуха (между опорной плитой и стеной котла) и регулировкой шибера дымососа котла (на чертеже не показан). Вместе с тем изменением положения сопла 10 по отношению к разбрызгивающему стакану, а также подачей топлива возможна регулировка длины и угла раскрытия факела пламени.

Вышеописанная конструкция обеспечивает устойчивое пламя при сжигании любых видов жидкого топлива: мазута, сырой нефти, дизельного топлива, керосина, при этом происходит практически полное сгорание топлива, что обусловливает экономичность заявленной горелки по сравнению с известными конструкциями до 32%. Конструкция характеризуется простотой, надежностью, отсутствием быстроизнашивающихся узлов и деталей, ремонт горелки практически сводится к своевременной замене подшипников качения электродвигателя. Возможность установки сменных стаканов и сопла делает данную горелку универсальной, позволяет применять не только в отопительных котлах, но и в составе зерносушильных агрегатов, при подготовке асфальтовых смесей, при обжиге кирпича, и т.п.

Изобретение характеризуется компактностью, при этом обеспечивает практически полное сгорание топлива и устойчивое пламя при сжигании любых видов жидкого топлива. Горелка содержит L-образный корпусный элемент с установленным на горизонтальной части электродвигателем, вал которого выполнен со сквозной соосной проточкой, через которую пропущена топливоподающая трубка. На выходном конце вала установлено рабочее колесо вентилятора высокого давления и разбрызгивающий стакан, коаксиально охваченный соплом, установленным на кожухе вентилятора. Опорная плита закреплена на корпусном элементе шарнирно, а на топке посредством монтажных штырей. 9 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Ротационная горелка для жидкого топлива, содержащая установленный на корпусном элементе двигатель, с валом которого связаны смонтированные соосно разбрызгивающий стакан, в объем которого открыт выходной конец топливоподающей трубки, соединенной входным концом с системой подачи жидкого топлива, и рабочее колесо вентилятора подачи первичного воздуха, закрытого с тыльной стороны корпусной стенкой, а с рабочей стороны кожухом вентилятора, на котором коаксиально разбрызгивающему стакану установлено сопло, пропущенное через отверстие опорной плиты, связанной с корпусным элементом, отличающаяся тем, что корпусной элемент выполнен L-образной формы с возможностью установки на его горизонтальную часть двигателя, вал которого выполнен со сквозной соосной проточкой, через которую пропущена топливоподающая трубка, и с выходным концом, на котором жестко установлены рабочее колесо вентилятора и разбрызгивающий стакан, при этом к вертикальной части корпусного элемента жестко прикреплена корпусная стенка, закрывающая с тыльной стороны рабочее колесо вентилятора, и шарнирно присоединена одна сторона опорной плиты, противолежащая сторона которой выполнена с элементом ее фиксации относительно корпусного элемента. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что разбрызгивающий стакан установлен на ступице рабочего колеса вентилятора и связан с ним посредством резьбового соединения с возможностью замены разбрызгивающего стакана одной длины и/или конусности на разбрызгивающий стакан другой длины и/или конусности. 3. Горелка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что сопло установлено на кожухе вентилятора посредством резьбового соединения и с возможностью регулировочного перемещения продольно оси вала двигателя. 4. Горелка по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что канал поступления воздуха к рабочему колесу вентилятора выполнен в виде окна в корпусной стенке в зоне размещения вала двигателя. 5. Горелка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности кожуха вентилятора выполнены направляющие потока первичного воздуха. 6. Горелка по п.5, отличающаяся тем, что направляющие потока первичного воздуха выполнены радиально-изогнутыми в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса вентилятора. 7. Горелка по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности сопла под углом к образующей выполнены продольные выступы. 8. Горелка по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что корпусной элемент выполнен рамной конструкции. 9. Горелка по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что элемент фиксации опорной плиты относительно корпусного элемента выполнен в виде стержня, один конец которого жестко прикреплен к опорной плите, а другой выполнен с возможностью болтового соединения с корпусной стенкой. 10. Горелка по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что опорная плита выполнена с отверстиями для установки на монтажные элементы, выполненные в виде штырей, прикрепленных к камере сгорания.