ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА Российский патент 2023 года по МПК B05B7/08 

Изобретение относится к энергетике и предназначено для распыливания жидкостей, эмульсий и суспензий (например, водоугольного топлива (ВУТ)).

Известна пневматическая форсунка [Патент РФ № 2390386. B05B 7/10, 27.02.2009], содержащая корпус с внутренней кольцевой камерой и патрубок для подвода в нее сжатого газа, установленную по оси корпуса трубу для подачи жидкости, переходящую в диффузор, на торце которого расположена кольцевая насадка, в форме сходящейся к оси корпуса осесимметричной головки, и кольцевое щелевое газовое сопло на выходе из кольцевой камеры, образованное корпусом и наружной границей кольцевой насадки, имеющей вогнутую форму границы. Труба для подачи жидкости оснащена дополнительным патрубком для подмешивания к основной жидкости другой жидкости на распыливание. Кольцевая камера для сжатого газа оснащена дополнительным патрубком для подачи в нее другого газа или пара. Патрубки для подвода сжатого газа и пара имеют оси, смещенные относительно плоскости симметрии форсунки, благодаря чему патрубки осуществляют тангенциальный подвод газа и пара в газовую камеру.

В указанной пневматической форсунке не всегда удается обеспечить конструктивно тангенциальный подвод газа в газовую камеру, а также сохранить осевую симметрию потока газа на выходе из сопла, что неизбежно сказывается на форме факела и качестве распыления жидкости.

Известна пневматическая форсунка [Патент РФ № 155956. B05B 7/10, 18.06.2015], содержащая корпус с патрубком для подвода воздуха, установленную по оси корпуса трубу для подачи ВУТ, переходящую в диффузор, и газовое сопло. На конце трубы выполнен завихритель, который выполнен в виде плавно изогнутых вдоль оси пластин, равномерно установленных и жестко закрепленных меньшими основаниями на конце трубы. ВУТ подается под давлением по трубе, воздух под давлением подается через патрубок во внутреннюю кольцевую камеру корпуса, двигаясь по которой, попадает во входной усеченный конус сопла и проходит завихритель, формируя вихрь. Интенсивное и длительное перемешивание топливной струи с воздушным вихрем происходит в выходном усеченном конусе сопла с последующим выходом факела из сопла форсунки в топочную камеру котла.

В данной форсунке распыляемая жидкость тонкой струей выбрасывается из осевого жидкостного сопла, а газовый поток, формируемый щелевым газовым соплом и завихрителем, примыкает к выходным стенкам конического сопла, в силу эффекта Коанда, а также центробежных эффектов. В результате, взаимодействие газового и капельного потока оказывается слабым, что отрицательно сказывается как на качестве распыления жидкости, так и на управлении углом раскрытия факела.

Известна пневматическая форсунка [EA030084, 29.06.2018, B05B7/00; F23D11/00], содержащая корпус с внутренней кольцевой газовой камерой и патрубок для подвода в нее сжатого газа, установленную по оси корпуса трубу подачи жидкости, переходящую в диффузор, и кольцевое щелевое газовое сопло, сформированное кольцевой насадкой и корпусом форсунки на выходе из внутренней кольцевой камеры. Согласно изобретению, кольцевое щелевое газовое сопло установлено на срезе диффузора и имеет коническую форму с углом конусности от 60 до 150°, внутренняя кольцевая газовая камера форсунки дополнительно снабжена двумя соплами, установленными напротив друг друга, причем оси сопел пересекаются или скрещиваются так, что угол между осью каждого сопла и осью симметрии пневматической форсунки составляет от 30° до 90°, при этом суммарная площадь поперечных выходных сечений сопел составляет 0,3 - 1 площади поперечного выходного сечения щелевого кольцевого газового сопла.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является пневматическая форсунка [Патент РФ № 2346756, B05B 7/08, 15.05.2007], содержащая корпус с патрубком для подвода сжатого газа, установленную по оси корпуса трубу с осесимметричным пережатием для подачи жидкости, переходящую в диффузор, и газовое сопло, образованное выступом на внутренней стенке корпуса и кольцевой насадкой на трубе для подачи жидкости. Кольцевую насадку на трубе ниже газового сопла выполняют в форме сходящейся к оси корпуса выпуклой головки. За счет конструктивного выполнения струя жидкости растекается тонкой пленкой по стенкам диффузора и пересекает сходящуюся выходящую из щелевого газового сопла струю газа. В результате их взаимодействия образуется газокапельный поток. Форсунка не содержит узких жидкостных каналов. Уменьшение толщины жидкой пленки происходит за счет ее растекания на стенках диффузора. Поэтому для успешной работы форсунки даже в случае большой вязкости жидкости или суспензии не требуются высокие давления и большие скорости потока жидкости внутри форсунки, что предохраняет форсунку от абразивного износа.

Недостатком известных технических решений является тот факт, что конструкции форсунок не дают возможности эффективно управлять углом раскрытия факела.

Задача - создание пневматической форсунки для сжигания жидких топливных смесей, включая водоугольное топливо, позволяющей управлять углом раскрытия газокапельного факела.

Поставленная задача решается путем закрутки потока газа, вытекающего из щелевого газового сопла пневматической форсунки. В пневматической форсунке, содержащей корпус с патрубком для подвода сжатого газа, установленную по оси корпуса трубу для подачи жидкости с осесимметричным пережатием и последующим переходом в диффузор, и газовое сопло, образованное выступом на внутренней стенке корпуса и кольцевой насадкой на трубе для подачи жидкости, внутри кольцевого газового канала устанавливают завихритель.

Завихритель представляет собой участок внешней поверхности головки форсунки, на котором выполнены винтовые ребра, количество которых, форма, толщина и угол наклона подобраны в зависимости от требуемой величины угла раскрытия газокапельного факела. причем завихритель расположен в непосредственной близости к месту перехода кольцевого газового канала в щелевое сопло.

Согласно изобретению, высота винтовых ребер завихрителя равна высоте кольцевого газового канала.

На фиг. 1 представлен продольный разрез предложенной пневматической форсунки. На фиг. 2 - завихритель. Где: 1 - корпус, 2 - патрубок для подачи газа, 3 - труба для подачи жидкого топлива, 4 - головка форсунки, 5 - диффузор, 6 - щелевое газовое сопло, 7 - завихритель, 8 - кольцевой газовый канал.

Форсунка содержит корпус 1 с патрубком 2 для подачи воздуха, трубу 3 для подачи водоугольного топлива, переходящую в диффузорное сопло. Завихритель 7 установлен в кольцевом газовом канале 8 пневматической форсунки. С помощью завихрителя регулируют степень закрутки потока газа, что позволяет управлять углом раскрытия газокапельного факела. Кроме того, завихритель жестко фиксирует положение трубы подачи топлива в корпусе форсунки и обеспечивает постоянство ширины выходного сечения щелевого газового сопла.

Завихритель представляет собой участок внешней поверхности головки форсунки, на котором выполнены винтовые ребра, причем винтовые ребра выполнены в непосредственной близости к месту перехода кольцевого газового канала в щелевое сопло. Высота ребер равна высоте кольцевого газового канала. Варьирование такими параметрами, как количество ребер, их форма, толщина, угол наклона, позволяет подбирать степень закрутки потока газа, что позволяет управлять углом раскрытия газокапельного факела.

Для оребрения участка поверхности головки форсунки можно использовать, например следующие производственные процессы выполнения ребер на поверхности трубы: холодная прокатка; оребрение дуговой или контактной сваркой; навивка металлической ленты с натяжением; оребрение методом обжима; оребрение токами высокой частоты и др.

Предложенная пневматическая форсунка работает следующим образом.

Газ подают в корпус 1 через патрубок 2. Поток газа движется вдоль кольцевого газового канала 8, проходя по каналам завихрителя, приобретает вращательное движение вокруг своей оси симметрии. Капли водоугольного топлива, попавшие во вращающийся поток газа, приобретают вращательно-поступательное движение, и угол раскрытия газокапельного факела за счет центробежных сил увеличивается. Таким образом, варьируя с помощью завихрителя степень закрутки потока газа, удается управлять углом раскрытия газокапельного факела.

На предложенную пневматическую форсунку разработана техническая документация, изготовлены и испытаны опытные образцы. Испытания на водоугольном топливе показали хорошее качество распыления, высокую износоустойчивость форсунки и возможность управлять углом раскрытия газокапельного факела.

Изобретение относится к распыливанию жидкостей и суспензий. Пневматическая форсунка содержит корпус с патрубком для подвода сжатого газа, установленную по оси корпуса трубу для подачи жидкости с осесимметричным пережатием и последующим переходом в диффузор и газовое сопло, образованное выступом на внутренней стенке корпуса и кольцевой насадкой на трубе для подачи жидкости. Внутри кольцевого газового канала дополнительно выполнен завихритель, представляющий собой участок внешней поверхности головки форсунки, на котором выполнены винтовые рёбра, количество которых, форма, толщина и угол наклона подобраны в зависимости от требуемой величины угла раскрытия факела. Завихритель расположен в непосредственной близости к месту перехода кольцевого газового канала в щелевое сопло. Техническим результатом является повышение качества распыления и обеспечение возможности управления углом раскрытия газокапельного факела. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пневматическая форсунка, содержащая корпус с патрубком для подвода сжатого газа, установленную по оси корпуса трубу для подачи жидкости с осесимметричным пережатием и последующим переходом в диффузор и газовое сопло, образованное выступом на внутренней стенке корпуса и кольцевой насадкой на трубе для подачи жидкости, отличающаяся тем, что внутри кольцевого газового канала дополнительно выполнен завихритель, представляющий собой участок внешней поверхности головки форсунки, на котором выполнены винтовые рёбра, количество которых, форма, толщина и угол наклона подобраны в зависимости от требуемой величины угла раскрытия факела, при этом завихритель расположен в непосредственной близости к месту перехода кольцевого газового канала в щелевое сопло.

2. Пневматическая форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что высота винтовых рёбер завихрителя равна высоте кольцевого газового канала.