ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ФОРСУНКА Российский патент 2019 года по МПК F23D11/10 

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей, растворов и может применяться в химической, пищевой промышленности, а также может быть использована в системе топливоподачи различных энергетических устройств.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является центробежная форсунка, содержащая корпус с камерой, в которую запрессован шнек, причем в днище корпуса выполнено дроссельное отверстие, а в верхней части размещен штуцер с цилиндрическим отверстием, внутри шнека выполнено отверстие с винтовой нарезкой, а под дроссельным отверстием расположена коническая камера смешения для формирования суммарного мелкодисперсного вращающегося потока, при этом штуцер снабжен диффузором и прокладкой, направление винтовой нарезки указанного отверстия либо совпадает, либо противоположно направлению внешней винтовой нарезки шнека, при этом шнек форсунки выполнен из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина или сапфира (Патент RU 2339875, С1, МПК F23D 11/04. МПК B05B 1/34, опубл. 27.11.2008 г. )

Недостатком известной форсунки является низкое качество смесеобразования, вызванное неоднородностью топливно-воздушной смеси, а также не способностью управлять (регулировать) процессами смесеобразования при изменяющихся природно-климатических и географических условиях эксплуатации.

Техническими результатами изобретения служат повышение качества смесеобразования и улучшение топливной экономичности энергетической установки, достигаемые за счет улучшения качества распыливания топлива, а также регулирования количества подаваемого топлива, проходимого через форсунки.

Технический результат достигается тем, что в центробежной форсунке, состоящей из корпуса, шнека, в нижней части корпуса выполнено дроссельное отверстие и первый штуцер подачи топлива, при этом в осевой части шнека выполнено отверстие, внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность шнека образуют цилиндрическую полость, переходящую в нижней части в усеченный конус, в которой установлена спираль, в верхней части корпус форсунки снабжен крышкой с выполненными во внутренней ее части регулировочным механизмом, кольцевой канавкой и радиальными отверстиями, в отверстие крышки и шнека установлен подпружиненный в верхней части винт Архимеда, первый штуцер подачи рабочего тела установлен радиально полости корпуса, а в крышке выполнена радиальное отверстие, соединяющее второй штуцер подачи воздуха (газа) через кольцевую канавку и радиальные отверстия в шнеке расположенные по окружности с его осевым отверстием, спираль шнека выполнена из эластичного материала, с диаметром , где - расстояние между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью шнека.

Сущность изобретения заключается в том, что внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность шнека образуют цилиндрическую полость, переходящую в нижней части в усеченный конус, в которой установлена спираль, в верхней части корпус форсунки снабжен крышкой с выполненными во внутренней ее части регулировочным механизмом, кольцевой канавкой и радиальными отверстиями, в отверстие крышки и шнека установлен подпружиненный в верхней части винт Архимеда, первый штуцер подачи рабочего тела установлен радиально полости корпуса, а в крышке выполнено радиальное отверстие, соединяющее второй штуцер подачи воздуха (газа) через кольцевую канавку и радиальные отверстия в шнеке расположенные по окружности с его осевым отверстием.

Кроме этого спираль шнека выполнена из эластичного материала, с диаметром , где - расстояние между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью шнека.

На фиг. 1, 2 и 3 приведен вариант исполнения центробежной форсунки в разрезе, где обозначены: 1 - корпус форсунки, 2 - корпус шнека, 3 - дроссельное отверстие для подачи воздушно-топливной (горючей) смеси, 4 - коническая камера смешения, 5 - спиральная лента, 6 - спираль шнека, 7 - осевое сужающееся отверстие в виде сопла, 8-1 - штуцер подвода воздуха (газа) к осевому отверстию шнека (внутренней полости винта Архимеда), 8-2 - штуцер подачи топлива к полости спирали шнека, 9 - радиальные отверстия для подачи воздуха (газа), 10 - радиальное отверстие для подачи топлива, 11 - радиальные отверстия, 12 - кольцевая канавка крышки форсунки, 13 - крышка форсунки с регулировочным механизмом, 14 - осевое отверстие (полость винта Архимеда), 15 - регулировочный механизм крышки форсунки.

В качестве внесенных к раннее известным деталям (элементам) форсунки относится:

штуцер 8-2 подачи топлива через радиальное отверстие 10 в полость спирали шнека установлен в плоскости перпендикулярной продольной ось форсунки; штуцер 8-1 подвода воздуха (газа), через радиальное отверстие 9 подвода воздуха (газа) в крышке и радиальные отверстия 11 подвода воздуха (газа) в шнеке к осевому отверстию, установлен в плоскости перпендикулярной продольной ось форсунки; форсунка 1 в верхней части снабжена крышкой в виде накидной гайки совместно с механизмом перемещения 13 в осевом направлении, позволяющим изменять величину проходного сечения в полости спирали 6 шнека 2 и соответственно изменять объем и скорость подаваемого в сопло топлива, причем герметичность обеспечивается материалом и размером спирали шнека; спираль 6 шнека выполнена из эластичного материала (с диаметром , где - расстояние между внутренней поверхностью корпуса форсунки и наружной поверхности шнека), с шагом более грех диаметров спирали шнека из эластичного материала, позволяет при перемещении шнека вдоль продольной оси изменять размер полости между внутренней поверхностью форсунки 1 и внешней поверхностью шнека 2 и дополнительно за счет эластичности при сжатии и изменении формы канавки (принимая вид элипса) - уменьшает расстояние между шагами канавки и тем самым изменяет скорость прохождения топлива [Способ дегазации жидкости и устройство для его осуществления, патент RU 2627369 С1] к камере смешения с завихрением по направлению витков спирали; крышка форсунки 13 выполнена в виде накидной гайки с встроенным в нее регулировочным механизмом 15, позволяющим перемещать шнек в осевой плоскости относительно форсунки; в осевом отверстии шнека установлен подпружиненный винт Архимеда 5 в виде спиральной ленты, выполненный из полимерного материала с возможностью перемещения в продольном направлении и закрепленный одной стороной к регулировочному механизму 15 крышки, а другой к шнеку 2 и осуществляющий завихрение потоков воздуха (газа) в полости спиральная ленты шнека; кольцевая канавка 12, по диаметру равная двум расстояниям перемещения механизма, расположена в теле крышки 13 [Устройство для регулирования скорости потока жидкости в гидроприводе Патент RU 170799 U1] и служит для постоянного сообщения штуцера 8-1 и радиального отверстия 9 в крышке с радиальными отверстиями 11, расположенными по окружности в корпусе шнека, и подачи воздуха (газа) к осевому отверстию шнека (в полость спиральной ленты винта Архимеда); камера смешения 4 изготовлена в виде усеченного конуса для уменьшения проходного сечения и увеличения скорости прохождения струи воздуха (газа) при соединении с потоком топлива.

Заявляемая центробежная форсунка работает следующим образом.

Топливо подается через штуцер 8-2, радиальное отверстие 10 в корпусе 1 форсунки в полость между внутренней поверхностью корпуса форсунки 1 и внешней поверхностью корпуса шнека 2 (полость спирали шнека). Поток топлива вращается и подается по направлению спирали 6 шнека в камеру смешения 4. Одновременно в камеру смешения 4 поступает воздух (газ) и (или) воздух) под давлением через штуцер 8-1, отверстие 9 с кольцевой канавкой 12, радиальные отверстия 11 в шнеке, в полость 14 спиральной ленты шнека (винта Архимеда) с завихрением по направляющим спиралей винта Архимеда 5. В результате взаимодействий при слиянии в камере смешения вращающихся потоков топлива и воздуха (газа) и нагнетании совместного потока через сопло (осевое сужающееся отверстие в виде сопла) 7 и дроссельное отверстие 3 - происходит распад струи на мелкодисперсные фракции (капли) [Пучков Н.Г. Дизельные топлива. М.: Машиностроение, 1953. 195 с.]. При перемещении шнека за счет регулировочного механизма накидной гайки 13 [Устройство для регулирования скорости потока жидкости в гидроприводе Патент RU 170799 U1] изменяется величина проходного сечения полости спирали шнека за счет изменения межвиткового расстояния при сжатии и расширении спирали шнека и изменении площади сечения полости, тем самым изменяется скорость потока топлива.

При перемещении шнека в направлении на дроссельного отверстия (ввинчивается крышка) происходит сужение полости между внутренней поверхностью корпуса форсунки и наружной поверхностью шнека, т.е. проходное сечение топлива уменьшается. Благодаря выполнению спирали шнека из эластичного материала витки спирали также сжимаются приобретая форму овала. Следовательно, уменьшается шаг спирали, т.е. проходное сечение топлива также уменьшается. Это приводит к повышению давления топлива, проходящего через сечение [Дизель начинается со смесеобразования. http://avtodvor.com.ua/vprysk.php (дата обращения 20.08.2017 г. )]. и как следствие его скорости сечения. При вывинчивании крышки сечение полости спирали шнека увеличивается, т.е. возвращается в исходное положение и скорость уменьшается.

Состав и скорость воздушно-топливной (горючей) смеси может изменяться за счет корректирования скорости газового потока воздуха (газа), подводимого, например от нагнетающего устройства, расположенного перед штуцером 8-1 подвода воздуха (газа) к полости винта Архимеда, а также за счет изменения регулировочным механизмом крышки 13 [Способ дегазации жидкости и устройство для его осуществления, патент RU 2627369 С1] проходного сечения полости спирали шнека, перемещая шнек по направлению спиральной ленты 2 внутри форсунки 1.

Размеры капель и равномерность состава топлива, распыливаемого за счет центробежного эффекта от вращений в полости спирали шнека при дополнительном взаимодействии с вихревым потоком воздуха (газа), уменьшаются по размеру (дробятся), что приводит к лучшему воспламенению и более полному сгоранию всей смеси, чем при работе известной форсунки | Более полное сгорание - топливо, http://www.ngpedia.ru/id415965p1.html. Дата обращения 20.08.2017)].

Таким образом, предполагаемое решение позволяет получить мелкодисперсное распыливание топлива [Дизель начинается со смесеобразования. http://avtodvor.com.ua/vpiysk.php (дата обращения 20.08.2017 г. )], что обеспечивает более качественное смесеобразование, улучшение мощностных характеристик и, как следствие повышение экономичности энергетической установки.

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей, растворов и может применяться в химической, пищевой промышленности, а также может быть использовано в системе топливоподачи различных энергетических устройств. Центробежная форсунка состоит из корпуса, шнека, в нижней части корпуса выполнено дроссельное отверстие и первый штуцер подачи топлива, при этом в осевой части шнека выполнено отверстие, внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность шнека образуют цилиндрическую полость, переходящую в нижней части в усеченный конус, в которой установлена спираль, в верхней части корпус форсунки снабжен крышкой с выполненными во внутренней ее части регулировочным механизмом, кольцевой канавкой и радиальными отверстиями, в отверстие крышки и шнека установлен подпружиненный в верхней части винт Архимеда, первый штуцер подачи топлива установлен радиально полости корпуса, а в крышке выполнены радиальные отверстия, соединяющие второй штуцер подачи воздуха или газа через кольцевую канавку и радиальные отверстия в шнеке, расположенные по окружности с его осевым отверстием. Технический результат – повышение качества смесеобразования, улучшение качества распыливания топлива. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Центробежная форсунка, состоящая из корпуса, шнека, в нижней части корпуса выполнено дроссельное отверстие и первый штуцер подачи топлива, при этом в осевой части шнека выполнено отверстие, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность шнека образуют цилиндрическую полость, переходящую в нижней части в усеченный конус, в которой установлена спираль, в верхней части корпус форсунки снабжен крышкой с выполненными во внутренней ее части регулировочным механизмом, кольцевой канавкой и радиальными отверстиями, в отверстие крышки и шнека установлен подпружиненный в верхней части винт Архимеда, первый штуцер подачи топлива установлен радиально полости корпуса, а в крышке выполнены радиальные отверстия, соединяющие второй штуцер подачи воздуха или газа через кольцевую канавку и радиальные отверстия в шнеке, расположенные по окружности с его осевым отверстием.

2. Центробежная форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что спираль шнека выполнена из эластичного материала с диаметром Д≤1,2 × l_n, где l - расстояние между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью шнека.