ФОРСУНКА ДЛЯ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ПРИБОРА С УЛУЧШЕННЫМ ОТРАЖАТЕЛЬНЫМ ДИСКОМ 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 по существу симметричной относительно оси камерой сгорания и расположенным в камере сгорания отражательным диском.

Подобного рода форсунки, которые еще называются распыляющими форсунками или спрей-фосунками, находят применение, в частности, при дополнительном обогреве и стационарном отоплении для 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 горения, 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 отражательный диск в осевом направлении имеет заданную выпуклость, и что выпуклость предусмотрена в направлении зоны выгорания. Благодаря выпуклости отражательного диска имеет место не зависимое от температуры определенное формообразование отражательного диска. У отражательных дисков, выполненных в соответствии с уровнем техники, этого нет, и в зависимости от температуры могут происходить внезапные изменения формы, которые могут отрицательно сказываться на режиме горения форсунки. Благодаря выпуклости в направлении зоны выгорания в области камеры пуска образуется достаточное пространство. Далее оказалось, что выпуклость в направлении зоны выгорания не оказывает отрицательного влияния на поведение потока в этой зоне. В частности, сохраняется имеющая завихрение выраженная область возвратного потока в радиально лежащей 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 расположена на расстоянии, которая определена приведенным отношением.

В этой связи, в частности, предпочтительно, что 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 имеет величину около 5,7 мм.

Согласно особо предпочтительному варианту выполнения изобретения предусмотрено сопло форсунки для подвода топлива и первичного воздуха, между соплом форсунки и камерой сгорания предусмотрен теплозащитный щиток, при этом теплозащитный щиток имеет отверстия для подвода вторичного воздуха в камеру сгорания, и эти отверстия снабжены элементами, направляющими воздух. Теплозащитный щиток в принципе нужен для того, чтобы сопло и подвод топлива защитить от тепловой энергии, присутствующей в камере сгорания. Далее через теплозащитный щиток в камеру сгорания подводится вторичный воздух. Благодаря тому, что отверстия для подвода вторичного воздуха снабжены элементами, направляющими воздух, подвод этого вторичного воздуха может быть осуществлен целенаправленно, так что можно оказывать влияние на режим горения, как применительно к пусковому режиму, так и режиму длительной работы.

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 образом, 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 места чрезмерное завихрение, которое отрицательным образом сказалось 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 этого щитка. Благодаря коллективной ориентировке язычков создаются определенные состояния потока в камере сгорания.

Далее, изобретение усовершенствовано за счет того, что форсунка имеет зону выгорания, и вторичный воздух, подводящийся к зоне выгорания, имеет более сильное завихрение, чем вторичный воздух, подводящийся 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 подвода воздуха для горения в форсунку, и за счет выбора внутреннего диаметра иглы форсунки задается скорость выхода топлива, причем во время пусковой фазы форсунки топливо по существу в не распыленном виде поступает в зону пуска. За счет 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 к тому же иметь лишь небольшое завихрение, по существу не распыленная струя топлива может достигать зоны пуска. В результате происходит надежный пуск форсунки, и образование дыма во время пуска существенно уменьшается.

Предпочтительно 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 предпочтительно, если 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 области 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 достигнуто 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 сгорания, так что стенка камеры сгорания и смежные конструктивные элементы после их нагревания служат в качестве стенового испарителя.

В основе изобретения лежат знания о том, что с помощью выпуклого отражательного диска предлагаемого типа, в частности в комбинации с подачей топлива предлагаемого типа и теплозащитным щитком предлагаемого типа, может быть существенно улучшен режим работы форсунки. Это касается, в частности, пусковых характеристик, устойчивости режима горения и возможностей в отношении положения установки в безрельсовом транспортном средстве с моторным приводом.

Ниже изобретение поясняется с помощью ссылки на приложенные 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 вместе с трубой 40 камеры сгорания, соединенной с теплозащитным щитком 24, определяет 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 расположен подвод 50 топлива, который имеет металлическую трубу 52 для подачи топлива, а также иглу 14 форсунки для впрыскивания 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 формы отражательного диска 36, обусловленным жаром. 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 на 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 24 далее предусмотрены крепежные штифты 44, 46, к которым крепится сопло 12. Далее теплозащитный щиток 24 имеет множество отверстий 26, через которые в камеру 22 сгорания может поступать вторичный воздух. На стороне теплозащитного щитка 24, обращенной к камере сгорания 22, 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 незначительным 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 выходных потоков через которые показано другой стрелкой, этот вторичный воздух подается в центральную область пламени с незначительным 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 по существу симметричную относительно оси камеру сгорания и расположенный в камере отражательный диск, который имеет заданную выпуклость в осевом направлении, выпуклость предусмотрена в направлении зоны выгорания, наружная окружность отражательного диска определяет плоскость, отношение между максимальным осевым расстоянием отражательного диска от этой плоскости и диаметром отражательного диска лежит между 0,07 и 0,21. Предусмотрено сопло форсунки для подвода топлива и первичного воздуха. Предусмотрен теплозащитный щиток между соплом форсунки и камерой сгорания, причем теплозащитный щиток имеет отверстия для подвода вторичного воздуха в камеру сгорания, при этом отверстия снабжены элементами, направляющими воздух. Указанные элементы образованы язычками, выступающими в направлении камеры сгорания, выполненными заодно с теплозащитным щитком. Язычки образованы под различными углами к поверхности теплозащитного щитка и/или к радиусу теплозащитного щитка. Язычки образованы в виде групп с по существу одинаковыми углами к поверхности теплозащитного щитка и/или к радиусу теплозащитного щитка. Форсунка имеет зону пуска и зону выгорания, подводимый к зоне выгорания вторичный воздух имеет более сильное 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 в форсунку. Путем выбора внутреннего диаметра иглы форсунки скорость выхода топлива задается так, что во время фазы пуска форсунки топливо достигает зоны пуска по существу в нераспыленном виде. Внутренний диаметр иглы форсунки лежит между 0,5 и 0,7 мм. Изобретение позволяет обеспечить надежный пуск форсунки. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Форсунка для нагревательного прибора, в частности, для применения в безрельсовых транспортных средствах с моторным приводом, содержащая
по существу, симметричную относительно оси камеру (22) сгорания и
расположенный в камере (22) отражательный диск (36),
отличающаяся тем, что
отражательный диск (36) имеет заданную выпуклость в осевом направлении, и
выпуклость предусмотрена в направлении зоны (32) выгорания,
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.

2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что отношение между максимальным осевым расстоянием отражательного диска (36) от плоскости и диаметром отражательного диска (36) составляет около 0,14.

3. Форсунка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что
предусмотрено сопло (12) форсунки для подвода топлива и первичного воздуха,
предусмотрен теплозащитный щиток (24) между соплом (12) форсунки и камерой (22) сгорания, причем теплозащитный щиток имеет отверстия для подвода вторичного воздуха в камеру сгорания, и
отверстия снабжены элементами (28, 30), направляющими воздух.

4. Форсунка по п.3, отличающаяся тем, что элементы (28, 30), направляющие воздух, образованы язычками, выступающими в направлении камеры (22) сгорания, выполненными заодно с теплозащитным щитком (24).

5. Форсунка по п.4, отличающаяся тем, что язычки (28, 30) образованы под различными углами к поверхности теплозащитного щитка (24) и/или к радиусу теплозащитного щитка.

6. Форсунка по п.4, отличающаяся тем, что язычки (28, 30) образованы в виде групп с, по существу, одинаковыми углами к поверхности теплозащитного щитка (24) и/или к радиусу теплозащитного щитка.

7. Форсунка по п.3, отличающаяся тем, что
форсунка (10) имеет зону (18) пуска и зону (32) выгорания, и
подводимый к зоне выгорания вторичный воздух имеет более сильное завихрение, чем вторичный воздух, подводимый к зоне пуска.

8. Форсунка по п.3, отличающаяся тем, что теплозащитный щиток (24) имеет отверстие (34) для пропуска воспламеняющего элемента (20).

9. Форсунка по п.3, отличающаяся тем, что
сопло (12) форсунки имеет иглу (14) форсунки для подвода топлива в форсунку (10) и область подачи первичного воздуха для горения в форсунку, и
путем выбора внутреннего диаметра иглы (14) форсунки скорость выхода топлива задается так, что во время фазы пуска форсунки топливо достигает зоны (18) пуска, по существу, в нераспыленном виде.

10. Форсунка по п.9, отличающаяся тем, что внутренний диаметр иглы (14) форсунки лежит между 0,5 и 0,7 мм.

11. Форсунка по п.9 или 10, отличающаяся тем, что внутренний диаметр иглы (14) форсунки составляет около 0,6 мм.

12. Форсунка по п.7 или 8, отличающаяся тем, что зона (18) пуска выполнена в виде пусковой камеры, в которую выступает воспламеняющий элемент (20).