Топливовоздушная форсунка Российский патент 2023 года по МПК F23R3/14 

Предполагаемое изобретение предназначено для сжигания газа в тепло вырабатывающих устройствах относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей.

По патенту на изобретение РФ №2 493 490 известна одноконтурная горелка, которая содержит завихритель, в полых лопатках которого выполнены отверстия подвода газа в межлопаточные полости завихрителя, сопло, пустотелый корпус, содержащий на внешней цилиндрической поверхности резьбу для соединения со шлицевой гайкой и отверстия подвода газа к сменной дроссельной шайбе, расположенной внутри корпуса, и далее к полым лопаткам завихрителя.

Недостатками данного устройства являются необеспечение надежного розжига в условиях работы с «бедным» составом смеси, недостаточное качество смешения воздуха с топливом.

По патенту на изобретение РФ№ 2 170 391 известно горелочное устройство, которое содержит вспомогательную центральную горелку диффузионного типа, лопаточный завихритель с полыми лопатками, у которых во внешнем ярусе выполнены щели для раздачи топлива. Лопатки внутреннего яруса лопаточного завихрителя выполнены со сплошными стенками и выходными кромками.

Основными недостатками данного технического решения являются:

- не обеспечивается качество смешения топлива с воздухом,

- не обеспечивает возможность регулировки расхода воздуха через лопатки завихрителей,

- не обеспечивает оптимального теплового состояния, способствует перегреву.

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение РФ №2767678, совпадающее с заявленным техническим решением как по совокупности совпадающих признаков, так и по назначению, а именно, известна также газовоздушная форсунка камеры сгорания двигателя.

Топливовоздушная форсунка, содержащая корпус завихрителя включающего лопаточный завихритель, смесительную втулку, корпус форсунки, содержащий внутренний канал с установленным распылителем, уплотнительные кольца, дросселирующую шайбу, корончатую гайку,

Основными недостатками данного технического решения указанной форсунки являются:

- завышение концентрации оксида азота в продуктах сгорания (более 150мг/м³) из-за высокой температуры на выходе из форсунки, так как по соотношению воздуха и топлива формируется «богатая» топливовоздушная смесь,

- низкое качество смешения топлива с воздухом из-за центральной подачи струй газа,

- недостаточная интенсификация газодинамических процессов, которые формируются одним завихрителем,

- перегрев форсунки из-за высокотемпературных тепловых потоков, формируемых возвратным течением,

- низкая полнота сгорания топлива из-за высокой скорости истечения топливновоздушной смеси.

Указанные выше недостатки в совокупности не позволяют реализовать цели, поставленные в заявленном решении, т.е.:

- не обеспечивают низкой концентрации оксидов азота,

- не обеспечивается качество смешения топлива с воздухом,

- не обеспечивает интенсификации газодинамических процессов,

- не обеспечивает оптимального теплового состояния форсунки,

- не обеспечивает высокой полноты сгорания топлива,

- не обеспечивает надежный розжиг в условиях работы с «бедным» составом смеси,

- не обеспечивает возможность регулировки расхода воздуха через лопатки завихрителей.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:

- снижение концентрации оксидов азота,

- обеспечение высокого качества смешения топлива с воздухом,

- обеспечение интенсификации газодинамических процессов,

- обеспечение оптимального теплового состояния форсунки,

- обеспечение высокой полноты сгорания топлива,

- обеспечение надежного розжига в условиях работы с «бедным» составом смеси,

- обеспечение возможности регулировки расхода воздуха через лопатки завихрителей.

Сущностью заявленного технического решения является то, что топливовоздушная форсунка, содержащая корпус завихрителя, включающего лопаточный завихритель, смесительную втулку, корпус форсунки, содержащий внутренний канал с установленным распылителем, уплотнительные кольца, дросселирующую шайбу, корончатую гайку. Предложенная топливовоздушная форсунка характеризуется некоторыми конструктивными особенностями: лопатки завихрителя имеют два внутренних канала, первый канал ограничен стенкой смесительной втулки, второй канал сквозной, на стенках лопаток в районе первого канала по высоте расположены два ряда отверстий с каждой стороны, смесительная втулка сужающейся формы с переходом на диффузор, смесительная втулка расположена внутри цилиндрической обоймы, формирующей кольцевой канал, в котором располагаются лопатки с противоположным углом закрутки относительно лопаток завихрителя, корпус форсунки полый, выполнен цилиндрическим с переходом на конус с закругленным выходом, в центре закругленного выхода расположено сквозное отверстие.

Таким образом, поставленная задача в целом достигается следующими факторами.

Для обеспечения низкой концентрации оксидов азота смесительная втулка выполнена сужающейся формы с переходом на диффузор, что позволяет сформировать оптимальную скорость перемешанной топливновоздушной смеси.

Для обеспечения высокого качества смешения топлива с воздухом на стенках лопаток по высоте расположены два ряда отверстий с каждой стороны, что позволяет перемешать топливо с воздухом до однородной смеси.

Для обеспечения интенсификации газодинамических процессов смесительная втулка расположена внутри цилиндрической обоймы, формирующей кольцевой канал, в котором располагаются лопатки с противоположным углом закрутки относительно лопаток завихрителя, что позволит улучшить взаимодействие турбулентных вихревых потоков, направленных навстречу друг к другу.

Для обеспечения оптимального теплового состояния форсунки смесительная втулка расположена внутри цилиндрической обоймы, формирующей кольцевой канал, что позволяет уменьшить температуру стенки.

Для обеспечения высокой полноты сгорания топлива лопатки завихрителя имеют второй сквозной канал, через который топливо поступает в кольцевой канал, образованный между смесительной втулкой и цилиндрической обоймой, а также в центре закругленного выхода корпуса форсунки расположено сквозное отверстие, что позволяет увеличить эффективность сжигания топлива и повысить полноту сгорания.

Для обеспечения надежного розжига в условиях работы с «бедным» составом смеси корпус форсунки выполнен полым, цилиндрическим с переходом на конус с закругленным выходом, в центре закругленного выхода расположено сквозное отверстие, что позволяет сформировать в приосевой области диффузионный устойчивый факел пламени.

Для обеспечения возможности регулировки расхода воздуха через лопатки завихрителей имеется дросселирующая шайба с двумя кольцами перекрытия и равнорасположенными окнами, что позволяет выполнить частичное перекрытие воздушных каналов и изменить расход воздуха через них.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом:

Фиг. 1 - общий вид форсунки, продольный разрез.

Топливовоздушная форсунка (фиг.1), содержащая корпус завихрителя (1), включающего лопаточный завихритель (3), смесительную втулку (4), корпус форсунки (2), уплотнительные кольца (19), дросселирующую шайбу (7), корончатую гайку (10).

Заявленная топливовоздушная форсунка характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно лопатки (8) завихрителя (3) имеют два внутренних канала (5), (6), первый канал (5) ограничен стенкой смесительной втулки (4), второй канал (6) сквозной, на стенках лопаток (8) в районе первого канала (5) по высоте расположены два ряда отверстий (9) с каждой стороны, смесительная втулка (4) сужающейся формы с переходом на диффузор (11), смесительная втулка (4) расположена внутри цилиндрической обоймы (12), формирующей кольцевой канал (13), в котором располагаются лопатки (14) с противоположным углом закрутки относительно лопаток (8) завихрителя (3), корпус форсунки (2) полый, выполнен цилиндрическим с переходом на конус с закругленным выходом (15), в центре закругленного выхода (15) расположено сквозное отверстие (16), дросселирующая шайба (7) выполнена с двумя кольцами перекрытия (17) и равнорасположенными окнами (18).

Основываясь на изложенном выше представляется возможным сделать выводы о достижении заявленных целей, а именно:

- обеспечение низкой концентрации оксидов азота смесительная достигается за счет втулки, выполненной сужающейся формы с переходом на диффузор,

- обеспечение высокого качества смешения топлива с воздухом достигается тем, что на стенках лопаток по высоте расположены два ряда отверстий с каждой стороны,

- обеспечение интенсификации газодинамических процессов достигается тем, что смесительная втулка расположена внутри цилиндрической обоймы, формирующей кольцевой канал, в котором располагаются лопатки с противоположным углом закрутки относительно лопаток завихрителя.

Обеспечение оптимального теплового состояния форсунки достигается за счет смесительной втулки, которая расположена внутри цилиндрической обоймы, формирующей кольцевой канал.

Обеспечение высокой полноты сгорания топлива, достигается за счет лопаток завихрителя, которые имеют второй сквозной канал, через который топливо поступает в кольцевой канал, образованный между смесительной втулкой и цилиндрической обоймой, а также в центре закругленного выхода корпуса форсунки расположено сквозное отверстие.

Обеспечение надежного розжига в условиях работы с «бедным» составом смеси достигается за счет корпуса форсунки, выполненного полым, цилиндрическим с переходом на конус с закругленным выходом, в центре закругленного выхода расположено сквозное отверстие.

Обеспечение регулировки расхода воздуха через лопатки завихрителей достигается за счет дросселирующей шайбы с двумя кольцами перекрытия и равнорасположенными окнами.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявленное техническое решение обеспечивает в целом более эффективное использование по назначению, то есть заявленное техническое решение обеспечивает за счет внесения конструктивных изменений в конструкцию газовоздушной форсунки их более эффективное использование в качестве приспособления для сжигания газа в тепловырабатывающих устройствах, а именно: надежный запуск и устойчивое горение камеры сгорания, повышение полноты сгорания, обеспечение высокого качества смешения топлива с воздухом, обеспечение минимальной неравномерности температуры на выходе из форсунки, снижение выбросов вредных загрязняющих веществ и высокой надежности работы.

Поток воздуха (Фиг.1.) движется через лопатки (8) завихрителя (3), топливный газ поступает в отверстие корпуса форсунки (2) и попадает в полость корпуса форсунки (2), затем распределяется между каналами (5), (6) и, пройдя переход на конус с закругленным выходом (15), выходит через сквозное отверстие (16). Топливный газ, прошедший через канал (5), выдувается через отверстия (9) в лопатке (8) и смешивается с воздухом, подаваемым через лопатки завихрителя (3). Полученная топливновоздушная смесь попадает во внутреннюю полость смесительной втулки (4), имеющей смесительную втулку сужающейся формы с переходом на диффузор (11). Топливный газ, прошедший по каналу (6), попадает в канал (13), образованный между смесительной втулкой (4) и обоймой (14) и смешивается с воздухом, движущемся по каналу (13), затем топливновоздушная смесь попадает на лопатки (14), закручиваясь в противоположную сторону относительно потока, идущего через лопатки (8) завихрителя (3).

Изобретение предназначено для сжигания газа в тепловырабатывающих устройствах и относится к камерам сгорания газотурбинных двигателей. Топливовоздушная форсунка содержит корпус завихрителя, включающего лопаточный завихритель, смесительную втулку, корпус форсунки, содержащий внутренний канал с установленным распылителем, уплотнительные кольца, дросселирующую шайбу, корончатую гайку. Лопатки завихрителя имеют два внутренних канала, первый канал ограничен стенкой смесительной втулки, второй канал сквозной, на стенках лопаток в районе первого канала по высоте расположены два ряда отверстий с каждой стороны. Смесительная втулка выполнена сужающейся формы с переходом на диффузор, смесительная втулка расположена внутри цилиндрической обоймы, формирующей кольцевой канал, в котором располагаются лопатки с противоположным углом закрутки относительно лопаток завихрителя. Корпус форсунки полый, выполнен цилиндрическим с переходом на конус с закругленным выходом, в центре закругленного выхода расположено сквозное отверстие, дросселирующая шайба выполнена с двумя кольцами перекрытия и равнорасположенными окнами. Изобретение позволяет снизить концентрацию оксидов азота, обеспечить высокое качество смешения топлива с воздухом и полноту сгорания топлива. 1 ил.

Топливовоздушная форсунка, содержащая корпус завихрителя, включающего лопаточный завихритель, смесительную втулку, корпус форсунки, содержащий внутренний канал с установленным распылителем, уплотнительные кольца, дросселирующую шайбу, корончатую гайку, отличающаяся тем, что лопатки завихрителя имеют два внутренних канала, первый канал ограничен стенкой смесительной втулки, второй канал сквозной, на стенках лопаток в районе первого канала по высоте расположены два ряда отверстий с каждой стороны, смесительная втулка выполнена сужающейся формы с переходом на диффузор, смесительная втулка расположена внутри цилиндрической обоймы, формирующей кольцевой канал, в котором располагаются лопатки с противоположным углом закрутки относительно лопаток завихрителя, корпус форсунки полый, выполнен цилиндрическим с переходом на конус с закругленным выходом, в центре закругленного выхода расположено сквозное отверстие, дросселирующая шайба выполнена с двумя кольцами перекрытия и равнорасположенными окнами.