ФОРСУНКА Российский патент 2003 года по МПК F23D11/12 

Изобретение относится к энергетике, в частности к технике распыления текучих сред сжатым воздухом или паром в технологических камерах различного целевого назначения для сжигания жидкого (газообразного) топлива в котлоагрегатах и других топочных энергетических устройствах, а также для распыления жидкостей, в частности пульп, растворов, суспензий.

Известна конструкция форсунки, содержащая корпус с автономными центральным и периферийным топливными каналами и камерой закручивания с центральным выходным соплом и входными тангенциальными каналами, выполненными в боковой стенке камеры и подключенными к одному из топливных каналов через аксиальные отверстия в распределительной шайбе (см. кн. Бородина В.А. и др. Распыливание жидкостей. М., Машиностроение, 1968 г., с. 115, рис. 61).

Недостаток данной форсунки заключается в малой ее надежности из-за сложности конструкции.

Кроме того, она не позволяет добиться высококачественного распыления топлива, особенно при низком давлении его подачи.

Известна конструкция форсунки, выбранная в качестве ближайшего аналога, содержащая корпус, коаксиально расположенные в корпусе каналы для создания параллельных потоков рабочих сред и закручиватель потока, представляющий собой равномерно расположенные по кольцевой образующей входные сквозные каналы, выполненные тангенциально в боковой стенке канала для перемещения потока той среды, которую предполагается закручивать, и соединяющие его с каналом для перемещения рабочей среды, осуществляющей закручивание (см. авт. св-во СССР 879149, М.кл. 3 F 23 D 11/04, опубл. 07.11.81 г.).

Несмотря на преимущества данной конструкции из недостатков ее можно выделить наличие проскока топлива через зоны встречи струй рабочих сред в момент неустойчивого состояния этой зоны, что значительно снижает качество распыления топлива.

Кроме того, данная конструкция форсунки не позволяет добиться высококачественного распыления топлива в случае низкого давления при его подаче и малом расходе распыливающего агента.

И еще одним недостатком данной конструкции, как и множества других, является быстрая закоксовываемость топливного канала и, как следствие, необходимость частого снятия форсунки с целью прочистки топливного канала.

Таким образом, техническим результатом, на решение которого направлено данное изобретение, яляется значительное повышение качества распыления, причем при различных, в том числе и при низких давлениях подачи топлива, а также практически полное устранение проблемы закоксовывания топливного канала форсунки и, как следствие, повышение ресурса работы форсунки без ее разборки, а следовательно, и ресурса работы котла в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной форсунке, содержащей корпус, коаксиально расположенные в корпусе каналы для создания параллельных потоков рабочих сред и размещенный до выходного сопла закручиватель потока, представляющий собой равномерно расположенные по кольцевой образующей входные, сквозные каналы, выполненные тангенциально в боковой стенке канала для перемещения потока закручиваемой рабочей среды и соединяющие его с каналом для перемещения потока закручивающей рабочей среды, согласно изобретению, каждый из входных сквозных каналов дополнительно ориентирован внутри боковой стенки с углом наклона по ходу истечения рабочей среды.

При этом входные, сквозные каналы расположены, по меньшей мере, в один ярус.

Причем в каждом последующем ярусе входные, сквозные каналы расположены со сдвигом относительно предыдущего яруса.

И по мере удаления яруса от выходного сопла форсунки уменьшается тангенциальная составляющая входного сквозного канала и увеличивается угол его наклона.

Дополнительная ориентация каждого их входных сквозных каналов внутри боковой стенки с углом наклона по ходу истечения рабочей среды способствует значительному повышению качества распыления жидкого топлива и, в частности, при низком давлении его подачи, и малом расходе распыливающего агента, а также значительно уменьшает риск закоксовываемости топливного канала форсунки и, как следствие, значительно повышает ресурс работы форсунки без ее снятия, а значит, и ресурс котла в целом.

Это достигается, во-первых, за счет предварительного дробления струи рабочей среды, в частности топлива, которое начинается еще в самом топливном канале, на уровне выходного отверстия сквозного канала при встрече движущегося по своему каналу потока топлива с движущимся по тангенциальному сквозному каналу потоком, в частности, распылителя.

Во-вторых, благодаря заявляемой дополнительной ориентации входных сквозных каналов возникает явление (эффект) эжекции, которое обеспечивает дополнительный подсос топлива потоком распылителя после встречи этих потоков в топливном канале. Благодаря этому возможна работа с низконапорными (без топливного насоса) самотечными системами или с насосами низкого давления.

Благодаря эффекту эжекции обеспечивается также и оптимальное содержание воды и топлива в паровоздушной смеси не более 8%, а значит, улучшается процесс горения и, как следствие, снижается содержание вредных выбросов.

Предварительное дробление струи топлива непосредственно в канале обеспечивает отсутствие явления проскока топлива в зону встречи скрещенных струй, особенно когда эта зона недостаточно устойчива (например, в моменты расширения или сужения факела). Таким образом расширяется геометрия зоны регулирования размеров факела, причем при оптимальном качестве горючей смеси, а значит, еще больше снижается выброс вредных примесей.

Кроме того, благодаря эффекту эжекции происходит постоянная очистка топливного канала, что в свою очередь предупреждает его закоксовывание.

Очистка топливного канала происходит после выключения горелки (при прекращении подачи топлива) путем некоторой задержки подачи паровоздушной смеси, причем за счет эффекта эжекции происходит очистка не только выходной части топливного канала, но и нижележащей части топливного канала, что в свою очередь способствует устранению главной причины выхода форсунки из строя - закоксовывание топливного канала. Это позволяет значительно дольше не снимать форсунку, а значит, позволяет увеличить ресурс работы котла.

Выполнение скозных каналов более чем в один ярус способствует еще в большей степени решению поставленных перед изобретением задач. Это достигается благодаря тому, что сколько ярусов сквозных каналов выполнено в топливном канале, во столько раз увеличивается дробление потока топлива, эффект эжекции в топливном канале, т.е. те преимущества, которые позволяли добиться высококачественного распыления топлива и, в частности, при низком давлении его подачи, и малом расходе распыливающего агента.

Расположение сквозных каналов в последующих ярусах со смещением относительно предыдущего яруса еще в большей степени способствует решению поставленных перед изобретением задач. Это достигается за счет того, что распылитель, входящий в топливный канал через смещенные сквозные каналы своего яруса, также смещается и осуществляет дробление потока топлива в этом ярусе, увеличивая при этом объем топлива, подвергшегося дроблению, и улучшая качество дробления потока, исключением пропусков, имеющих место при дроблении потока топлива в одном ярусе.

При этом авторами экспериментально установлено, что при многоярусном расположении сквозных отверстий наилучшие результаты достигаются при условии уменьшения тангенциальной составляющей и увеличении угла наклона сквозного канала по мере удаления яруса от выходного сопла.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг.2 приведена принципиальная схема устройства при расположении сквозных отверстий в два яруса.

Форсунка состоит из корпуса 1, внутренней 2 и наружной 3 втулки, образующих с корпусом 1 и между собой коаксиальные каналы для создания параллельных потоков жидкого топлива в среднем канале 4 и потоков распылителя во внутреннем канале 5 и наружном канале 6. В стенке наружной втулки 3 выполнены сквозные каналы 7, соединяющие наружный канал 6 для распылителя и средний канал 4 для жидкого топлива. Сквозные каналы 7 ориентированы внутри стенки наружной втулки 3 тангенциально с углом наклона по ходу истечения жидкого топлива.

Сквозные каналы 7 расположены по кольцевой образующей наружной поверхности наружной втулки 3.

Форсунка снабжена элементом 8, расположенным в центральной ее части в месте выхода внутреннего канала 5.

Данный элемент выполнен таким образом, что он обеспечивает изменение движения потока распылителя, движущегося по внутреннему каналу 5 под углом к потоку топлива, выходящего из среднего канала 4.

Угол наклона по ходу истечения жидкого топлива представляет собой угол (α) наклона центральной оси сквозного канала 7 по отношению к центральной оси среднего канала 4, по которому перемещается поток топлива.

В варианте расположения сквозных каналов 7 в два яруса сквозные каналы 7 второго яруса расположены по кольцевой образующей со сдвигом по отношению к сквозным каналам 7 первого яруса.

При этом сквозные каналы 7 во втором ярусе имеют угол (α) наклона центральной оси сквозного канала 7 по отношению к центральной оси среднего канала 4, больший, чем этот же угол (α) в первом ярусе. Тангенциальная составляющая сквозного канала 7 во втором ярусе меньше тангенциальной составляющей сквозного канала в первом ярусе.

Устройство работает следующим образом.

В средний канал 4 подается топливо. Во внутренний 5 и наружный 6 каналы подается распылитель (пар или воздух). Распылитель по каналам 5 и 6 и топливо по каналу 4 до яруса сквозных каналов 7 перемещаются параллельно. Подойдя к ярусу сквозных каналов 7, распылитель (пар или воздух), перемещавшийся по наружному каналу 6, меняет направление и начинает свое движение по сквозным каналам 7. На выходе из этих сквозных каналов 7, которые расположены в среднем канале 4, поток распылителя из наружного канала 6 встречается с потоком топлива, движущегося по среднему каналу 4. Происходит дробление потока топлива на множество мелких струй. Одновременно благодаря тангенциальной ориентации сквозных каналов 7 и наличию угла наклона по ходу истечения жидкого топлива происходит еще и закручивание потока топлива потоком распылителя. На выходе из форсунки уже предварительно раздробленный и закрученный поток топлива сталкивается дополнительно с потоком распылителя, перемещающегося по внутреннему каналу 5, который благодаря элементу 8 на выходе из внутреннего канала 5 движется под углом к своему первоначальному движению, закручивается и дробиться еще больше. Таким образом, на выходе из форсунки поток топлива получает максимальное закручивание и максимальное дробление, что в итоге обеспечивает высококачественное распыление топлива и, как следствие, полное выгорание топлива в пределах топочной камеры и минимальное количество вредных веществ.

Для исключения закоксовывания среднего канала 5 (топливного канала) после прекращения подачи топлива в этот канал несколько задерживают отключение подачи распылителя через наружный канал 6. Движущийся сначала по наружному каналу 6, а затем по сквозным каналам 7 поток распылителя очищает от остатков топлива самостоятельно часть среднего канала 4, расположенную за сквозными каналами 7 (по ходу движения топлива), а за счет эффекта эжекции - часть среднего канала 7, расположенную до яруса сквозных каналов 7.

При наличии двух и более ярусов сквозных каналов 7 работа форсунки аналогична. Отличие составляет только то, что поток распылителя, движущийся по наружному каналу 6, дважды меняет свое направление, первый раз на уровне второго яруса, а второй раз на уровне первого яруса.

Изобретение относится к энергетике, а именно к технике распыления текучих сред сжатым воздухом или паром в технологических камерах для сжигания жидкого (газообразного) топлива в котлоагрегатах и для распыления жидкостей, в частности пульп, растворов, суспензий. Технический результат, заключающийся в повышении качества распыления и ресурса работы форсунки без ее разборки, обеспечивается за счет того, что в форсунке, содержащей корпус, коаксиально расположенные в корпусе каналы для создания параллельных потоков рабочих сред и размещенный до выходного сопла закручиватель потока, представляющий собой равномерно расположенные по кольцевой образующей входные, сквозные каналы, выполненные тангенциально в боковой стенке канала для перемещения потока закручиваемой рабочей среды и соединяющие его с каналом для перемещения закручивающей среды, согласно изобретению, каждый из входных сквозных каналов дополнительно ориентирован внутри боковой стенки с углом наклона по ходу истечения среды. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Форсунка, содержащая корпус, коаксиально расположенные в корпусе каналы для создания параллельных потоков рабочих сред и размещенный, до выходного сопла, закручиватель потока, представляющий собой равномерно расположенные по кольцевой образующей входные сквозные каналы, выполненные тангенциально в боковой стенке канала для перемещения потока закручиваемой рабочей среды и соединяющие его с каналом для перемещения закручивающей среды, отличающаяся тем, что каждый из входных сквозных каналов дополнительно ориентирован внутри боковой стенки с углом наклона по ходу истечения среды.2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что входные сквозные каналы расположены, по меньшей мере, в один ярус.3. Форсунка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в каждом последующем ярусе входные сквозные каналы расположены со сдвигом относительно предыдущего яруса.4. Форсунка по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что по мере удаления яруса от выходного сопла форсунки уменьшается тангенциальная составляющая сквозного канала и увеличивается угол его наклона.