ФОРСУНКА ДЛЯ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ПРИБОРА С УЛУЧШЕННЫМ ТЕПЛОЗАЩИТНЫМ ЩИТКОМ Российский патент 2009 года по МПК F23D11/36 

Изобретение относится к форсунке для нагревательного прибора, в частности, для применения в безрельсовых транспортных средствах с моторным приводом, с соплом форсунки для подвода топлива и первичного воздуха, камерой сгорания и теплозащитным щитком между соплом форсунки и камерой сгорания, при этом теплозащитный щиток имеет отверстия для подвода вторичного воздуха в камеру сгорания.

Подобного рода форсунки, которые называются также распыляющими форсунками или спрей-форсунками, находят применение, в частности, при дополнительном обогреве и стационарном отоплении безрельсовых транспортных средств с моторным приводом.

Существуют многочисленные требования к таким форсункам, в частности, заключающиеся в надежном и в значительной мере свободном от выбросов пуске, а также устойчивом режиме горения. Далее стремятся конструировать нагревательные приборы таким образом, чтобы их можно было применять в различных положениях при установке.

В отношении пусковых характеристик между собой должны быть согласованы различные рабочие параметры. Во-первых, требуется, чтобы во время пуска форсунки в зоне пуска была относительно жирная воздушно-топливная смесь, а с другой стороны требуется подготавливать достаточное количество первичного воздуха для того, чтобы обеспечить транспортировку топлива от иглы форсунки в зону пуска.

Требование возможности установки нагревательного прибора в различных положениях связано с проблемами, касающимися пусковых характеристик. Чтобы именно при небольшой подаче первичного воздуха транспортировать топливо в зону пуска, до сих пор мирились с ориентированием на иглу форсунки с выходным отверстием, направленным вниз, а это имело следствием то, что всю форсунку нужно было устанавливать в вертикальном положении.

Чтобы обеспечить устойчивый режим горения форсунки, необходимо выполнить иной раз противоречащие друг другу требования. Во-первых, требуется хорошее перемешивание топлива и воздуха, во-вторых, в центральной области пламени, в частности, во время пусковой фазы нежелательно иметь слишком высокую воздушную составляющую и слишком сильное завихрение.

Задачей изобретения является, по меньшей мере, частичное решение описанных проблем уровня техники и, в частности, сделать возможным поведение при пуске, которое было бы надежным, не сопровождалось бы значительным выбросом, соответственно дымом, в различных положениях установки.

Эта задача решается признаками независимого пункта формулы изобретения.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение усовершенствует форсунку рассмотренного вначале рода за счет того, что отверстия снабжены элементами, направляющими воздух. Теплозащитный щиток в принципе нужен для того, чтобы защитить сопло и подвод топлива от тепловой энергии, присутствующей в камере сгорания. Далее, через теплозащитный щиток в полость сгорания подводится вторичный воздух. За счет того, что отверстия для подвода вторичного воздуха снабжены элементами, направляющими воздух, подвод этого вторичного воздуха может осуществляться целенаправленно, так чтобы можно было целенаправленно оказывать влияние на режим горения как при пусковом режиме, так и при длительном режиме.

Целесообразно предусмотреть, чтобы элементы, направляющие воздух, были образованы язычками, выступающими в направлении камеры сгорания и выполненными заодно с теплозащитным щитком. Такой теплозащитный щиток может быть изготовлен самым простым способом, например путем формирования v-образным штампом язычков, которые после штамповки или одновременно с процессом штамповки отгибаются из плоскости теплозащитного щитка.

Изобретение усовершенствовано также в плане того, что язычки образованы под различными углами к поверхности теплозащитного щитка и/или к радиусу теплозащитного щитка. Если язычки направлены почти перпендикулярно к радиусу теплозащитного щитка, то в этом случае создается более сильное завихрение, в то время как при язычках с меньшим углом к радиусу создается незначительное завихрение. Язычки, которые образуют небольшой угол с поверхностью теплозащитного щитка, создают воздушные потоки, которые имеют большую радиальную составляющую и малую осевую составляющую, в то время как при язычках с большими углами к поверхности теплозащитного щитка доминирует осевая составляющая. Таким образом, возникает возможность направлять вторичный воздух в центральную область образования пламени с небольшим завихрением. Таким путем с одной стороны подается необходимый для горения воздух; при этом не имеет место чрезмерное завихрение, которое отрицательным образом сказывалось бы на устойчивости пламени. В частности, может быть осуществлено распределение вторичного воздуха в зависимости от направленности отдельных элементов, направляющих воздух.

Согласно другому варианту выполнения предусмотрено, что язычки образованы в виде групп по существу с одинаковыми углами к поверхности теплозащитного щитка и/или к радиусу теплозащитного щитка. Благодаря коллективной ориентировке язычков создаются определенные состояния потока в камере сгорания.

Далее изобретение усовершенствовано за счет того, форсунка имеет зону выгорания, и вторичный воздух, подводимый к зоне выгорания, имеет более сильное завихрение, чем вторичный воздух, подводимый к зоне пуска. В зоне выгорания желательно иметь более сильное завихрение. В частности, лежащая радиально внутри, имеющая завихрение область возвратного потока улучшает выгорание и обеспечивает хорошее использование объема камеры сгорания.

Далее предусмотрено, что теплозащитный щиток имеет отверстие для пропуска воспламеняющего элемента.

Согласно особо предпочтительному варианту выполнения изобретения далее предусмотрено, что сопло форсунки имеет иглу форсунки для подвода топлива в форсунку и область подачи первичного воздуха для горения в форсунку, и с помощью выбора внутреннего диаметра иглы форсунки скорость выхода топлива задается так, что во время пусковой фазы топливо по существу в не распыленном виде поступает в зону пуска. С помощью уменьшения внутреннего диаметра иглы форсунки, по сравнению с иглами форсунок в нагревательных приборах в соответствии с уровнем техники, при одинаковых объемах транспортируемого топлива повышается скорость его выхода. Благодаря этому при любом положении установки можно обеспечить попадание струи топлива из выходного отверстия иглы форсунки в зону пуска. В частности, при небольшом количестве первичного воздуха, причем подводимый первичный воздух должен иметь к тому же лишь небольшое завихрение, по существу не распыленная струя может достигать зоны пуска. В результате происходит надежный пуск форсунки, и образование дыма во время пуска существенно уменьшается.

Предпочтительно, что внутренний диаметр иглы форсунки лежит между 0,5 и 0,7 мм. По сравнению со скоростям выхода у игл форсунок в соответствии с уровнем техники, у которых внутренний диаметр лежит в области 0,8 мм, скорость выхода при внутренних диаметрах между 0,5 и 0,7 мм может почти удваиваться или даже более чем удваиваться.

Особенно предпочтительным является то, что внутренний диаметр иглы форсунки составляет около 0,6 мм. При таком внутреннем диаметре в режиме полной нагрузки, т.е. при массовом потоке топлива 0,5 кг/час, скорости выхода возможны свыше 0,6 м/c, в то время как при внутреннем диаметре 0,8 мм скорость выхода лежит в диапазоне 0,35 м/c. Соответственно повышается скорость выхода при неполной нагрузке, т.е. при массовом потоке топлива 0,2 кг/час с около 0,14 м/c до около 0,25 м/c. При соответствующем выборе конструктивных качеств или параметров работы получение по существу не распыленной струи, которая при пуске нагревательного прибора направляется в зону пуска, может быть достигнута и при существующих иглах форсунки с внутренним диаметром около 0,8 мм.

Целесообразно предусмотреть, чтобы зона пуска была выполнена в виде пусковой камеры, в которую выступает воспламеняющий элемент. Стенка камеры сгорания, таким образом, может окружать воспламеняющий элемент. В таком случае во время пускового режима “баллистическая“ струя топлива может смачивать топливом воспламеняющий элемент и стенку камеры, так что стенка камеры и смежные конструктивные элементы после их нагревания служат в качестве стенового испарителя.

В особо предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения далее предусмотрено, что камера сгорания по существу симметрична относительно оси, в камере сгорания расположен отражательный диск, и отражательный диск имеет заданную выпуклость в осевом направлении. Благодаря выпуклости отражательного диска он сохраняет свою форму не зависимо от температуры. У отражательных дисков, соответствующих уровню техники, подчас имеют место случаи, когда в зависимости от температуры могут происходить внезапные изменения формы, которые могут отрицательно сказываться на режиме горения форсунки.

Предпочтительно, что выпуклость предусмотрена в направлении зоны выгорания. Таким образом, создается достаточное пространство в области пусковой камеры. Далее было обнаружено, что выпуклость в направлении зоны выгорания не влияет отрицательно на поведение воздушного потока в этой зоне. В частности, сохраняется выраженная имеющая завихрение область возвратного потока в лежащей радиально внутри области зоны выгорания.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения предусмотрено, что наружная окружность отражательного диска определяет плоскость, и отношение между максимальным осевым расстоянием отражательного диска от этой плоскости и диаметром отражательного диска лежит между 0,07 и 0,21. Наиболее удаленная точка выпуклости отражательного диска лежит относительно радиальной координаты предпочтительно по существу в центре конструкции. От плоскости, которая определяется наружной окружностью отражательного диска, эта точка имеет осевое расстояние, которое определено указанным отношением к диаметру.

В этой связи особенно предпочтительным является, если отношение между максимальным осевым расстоянием отражательного диска от плоскости и диаметром отражательного диска составляет около 0,14. Например, диаметр отражательного диска составляет около 40 мм, в то время как выпуклость составляет величину около 5,7 мм.

В основе изобретения лежат знания о том, что с помощью предлагаемого теплозащитного щитка с элементами, направляющими воздух, в частности, в комбинации с подводом топлива согласно изобретению и отражательным диском согласно изобретению может быть существенно улучшен режим работы форсунки. Это касается, в частности, пусковых характеристик, устойчивости режима горения и возможностей в отношении положения установки форсунки в безрельсовом транспортном средстве с моторным приводом.

Ниже изобретение поясняется с помощью ссылки на прилагаемые чертежи на примере предпочтительных вариантов выполнения. При этом показано:

Фиг.1 - Разрез форсунки согласно изобретению;

Фиг.2 - Вид в перспективе фланца форсунки с установленным на нем теплозащитным щитком; и

Фиг.3 - Вид в перспективе теплозащитного щитка.

В нижеследующем описании предпочтительных вариантов выполнения изобретения одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые или сравнимые составные части.

На фиг.1 показан разрез форсунки согласно изобретению. Предложенная согласно изобретению форсунка 10 имеет сопло 12, которое жестко соединено с теплозащитным щитком 24. Теплозащитный щиток 24 определяет вместе с трубой 40 камеры сгорания, соединенной с теплозащитным щитком 24, камеру 22 сгорания. Труба 40 камеры сгорания окружена наружной трубой 42, которая образует фланец форсунки. К этой наружной трубе 42 прикреплена жаровая труба 38. Соединения между теплозащитным щитком 24 и трубой 40 камеры сгорания или между трубой 40 камеры сгорания, наружной трубой 42 и жаровой трубой 38 представляют собой, в общем, сварные соединения. На топливном сопле 12 расположен подвод 50 топлива, который имеет металлическую трубу 52 для подачи топлива, а также иглу 14 форсунки для вспрыскивания топлива в камеру 22 сгорания. Далее, в области 16 топливного сопла предусмотрены каналы для подвода в топливное сопло 12 первичного воздуха для горения, который проходит мимо топливной иглы 14, чтобы потом направиться по радиально расширяющемуся воздухопроводу топливного сопла 12 в направлении камеры сгорания и, наконец, в саму камеру 22 сгорания. С помощью радиального расширения воздухопровода благодаря эффекту Вентури достигается улучшенное распыление. Внутри камеры 22 сгорания далее расположен отражательный диск 36, который предпочтительно имеет выпуклость. Эта выпуклость в направлении зоны выгорания препятствует внезапным изменениям, обусловленным жаром, формы отражательного диска 36. Благодаря выпуклости отражательного диска 36 в направлении зоны 32 выгорания, кроме того, появляется достаточное пространство для размещения пусковой камеры 18. Стенка, определяющая пусковую камеру 18, приварена к отражательному диску 36.

На фиг.2 показан вид в перспективе фланца форсунки с установленным в нем теплозащитным щитком и на фиг.3 показан вид в перспективе теплозащитного щитка. Далее также осуществляется ссылка на составные части форсунки согласно фиг.1. Теплозащитный щиток 24 имеет центральное отверстие 48, через которое воздушно-топливная смесь, направляемая соплом 12, поступает в камеру сгорания. Далее предусмотрено расположенное сбоку отверстие 34 для пропуска воспламеняющего элемента 20. На теплозащитном щитке далее предусмотрены крепежные штифты 44, 46, к которым крепится сопло 12. Далее теплозащитный щиток 24 имеет большое количество отверстий 26, через которые в камеру 22 сгорания может поступать вторичный воздух. На стороне теплозащитного щитка 24, обращенной к камере 22 сгорания, предусмотрены имеющие треугольную форму элементы 28, 30, направляющие воздух. Благодаря различным углам к радиусу теплозащитного щитка 24 они обеспечивают распределение вторичного воздуха. Первая группа элементов, направляющих воздух, частично обозначенных позицией 28, направлена под большим углом к радиусу теплозащитного щитка 24, т.е. имеет по существу или почти тангенциальную направленность. Благодаря такой направленности вторичный воздух, проходящий через соответствующие отверстия 26, направление выходных потоков через которые обозначено стрелкой, с более высоким завихрением мимо отражательного диска 36 переходит в зону выгорания 32. Этот воздух с высоким завихрением направляется в лежащую радиально снаружи область зоны 32 выгорания в задней области камеры 22 сгорания, т.е. в область камеры 22 сгорания, обращенную от теплозащитного щитка 24, и потом под значительным завихрением назад в центральную область в направлении отражательного диска 36. В результате этого происходит успешное перемешивание газообразных компонентов в зоне 32 выгорания. Другая группа элементов, направляющих воздух, направлена под небольшим углом к радиусу теплозащитного щитка 24. Эти элементы, направляющие воздух, частично обозначены позицией 30. Кроме того, эти элементы 30, направляющие воздух, имеют меньший угол к поверхности теплозащитного щитка 24, чем элементы 28, направляющие воздух. В результате прохода через элементы 30, направляющие воздух, направление выходного потока через которые показано другой стрелкой, вторичный воздух подается в центральную область пламени с небольшим завихрением, что, в частности, благоприятствует стабильному поведению при горении.

Таким образом, предлагается спрей-форсунка согласно изобретению, которая улучшена в отношении возможного расположения при установке, пусковых характеристик и поведения при продолжительной работе. Кроме того, снимается проблема в части обусловленных температурой изменений формы отражательного диска.

Представленные в приведенном описании на чертежах, а также раскрытые в формуле изобретения признаки как по отдельности, так и в любой комбинации существенны для осуществления изобретения.

Перечень позиций

10 - Форсунка

12 - Сопло форсунки

14 - Игла форсунки

16 - Область подачи воздуха для горения

18 - Зона пуска

20 - Воспламеняющий элемент

22 - Камера сгорания

24 - Теплозащитный щиток

26 - Отверстие

28 - Элемент, направляющий воздух

30 - Элемент, направляющий воздух

32 - Зона выгорания

34 - Отверстие

36 - Отражательный диск

38 - Жаровая труба

40 - Труба камеры сгорания

42 - Наружная труба

44 - Крепежный штифт

46 - Крепежный штифт

48 - Отверстие

50 - Подача топлива

52 - Металлическая труба.

Изобретение относится к области энергетики. Форсунка для нагревательного прибора, в частности, для применения в безрельсовых транспортных средствах с моторным приводом содержит сопло форсунки для подвода топлива и первичного воздуха, камеру сгорания и теплозащитный щиток между соплом форсунки и камерой сгорания, причем теплозащитный щиток имеет отверстия для подвода вторичного воздуха в камеру сгорания, отверстия снабжены элементами, направляющими воздух, причем элементы, направляющие воздух, образованы язычками, выступающими в направлении камеры сгорания и выполненными заодно с теплозащитным щитком, причем либо язычки выполнены под различными углами к поверхности теплозащитного щитка и/или к радиусу теплозащитного щитка, либо язычки образованы группами по существу с одинаковыми углами к поверхности теплозащитного щитка и/или к радиусу теплозащитного щитка. Форсунка имеет зону пуска и зону выгорания и вторичный воздух, подводимый к зоне выгорания, имеет меньшее завихрение, чем вторичный воздух, подводимый к зоне пуска. Теплозащитный щиток имеет отверстие для пропуска воспламеняющего элемента. Сопло форсунки имеет иглу форсунки для подвода топлива в форсунку и область подачи первичного воздуха для горения, и за счет выбора внутреннего диаметра иглы скорость выхода топлива задается таким образом, что во время пусковой фазы форсунки топливо достигает зоны пуска, по существу, в не распыленном виде. Внутренний диаметр иглы форсунки лежит между 0,5 и 0,7 мм. Зона пуска выполнена в виде пусковой камеры, в которую выступает воспламеняющий элемент. Камера сгорания, по существу, симметрична относительно оси. В камере сгорания расположен отражательный диск, и отражательный диск имеет заданную выпуклость в осевом направлении. Выпуклость предусмотрена в направлении зоны выгорания. Внешняя окружность отражательного диска определяет плоскость и отношение между максимальным осевым расстоянием (b) отражательного диска от этой плоскости и диаметром (а) отражательного диска лежит между 0,07 и 0,21. Отношение между максимальным осевым расстоянием (b) отражательного диска от этой плоскости и диаметром (а) отражательного диска лежит около 0,14. Изобретение позволяет обеспечить надежность при пуске, снизить выбросы дыма. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Форсунка для нагревательного прибора, в частности, для применения в безрельсовых транспортных средствах с моторным приводом, содержащая
сопло (12) форсунки для подвода топлива и первичного воздуха,
камеру (22) сгорания и
теплозащитный щиток (24) между соплом форсунки и камерой сгорания, причем теплозащитный щиток имеет отверстия (26) для подвода вторичного воздуха в камеру сгорания,
отличающаяся тем, что отверстия снабжены элементами (28, 30), направляющими воздух, причем элементы (28, 30), направляющие воздух, образованы язычками (28, 30), выступающими в направлении камеры (22) сгорания и выполненными заодно с теплозащитным щитком, причем либо язычки выполнены под различными углами к поверхности теплозащитного щитка (24) и/или к радиусу теплозащитного щитка, либо язычки образованы группами, по существу, с одинаковыми углами к поверхности теплозащитного щитка и/или к радиусу теплозащитного щитка.

2. Форсунка (10) по п.1, отличающаяся тем, что
форсунка имеет зону (18) пуска и зону (32) выгорания и
вторичный воздух, подводимый к зоне (32) выгорания, имеет меньшее завихрение, чем вторичный воздух, подводимый к зоне (18) пуска.

3. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что теплозащитный щиток имеет отверстие (34) для пропуска воспламеняющего элемента (20).

4. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что
сопло (12) форсунки имеет иглу (14) форсунки для подвода топлива в форсунку и область подачи первичного воздуха для горения и
за счет выбора внутреннего диаметра иглы (14) скорость выхода топлива задается таким образом, что во время пусковой фазы форсунки (10) топливо достигает зоны (18) пуска, по существу, в нераспыленном виде.

5. Форсунка по п.4, отличающаяся тем, что внутренний диаметр иглы (14) форсунки лежит между 0,5 и 0,7 мм.

6. Форсунка по п.4 или 5, отличающаяся тем, что внутренний диаметр иглы форсунки составляет около 0,6 мм.

7. Форсунка по п.2, отличающаяся тем, что зона (18) пуска выполнена в виде пусковой камеры, в которую выступает воспламеняющий элемент.

8. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что
камера сгорания, по существу, симметрична относительно оси,
в камере (22) сгорания расположен отражательный диск и
отражательный диск (36) имеет заданную выпуклость в осевом направлении.

9. Форсунка по п.8, отличающаяся тем, что выпуклость предусмотрена в направлении зоны (32) выгорания.

10. Форсунка по п.8 или 9, отличающаяся тем, что
внешняя окружность отражательного диска определяет плоскость и
отношение между максимальным осевым расстоянием (b) отражательного диска от этой плоскости и диаметром (а) отражательного диска лежит между 0,07 и 0,21.

11. Форсунка по п.10, отличающаяся тем, что отношение между максимальным осевым расстоянием (b) отражательного диска (36) от этой плоскости и диаметром (а) отражательного диска (36) лежит около 0,14.