Ротационная форсунка Советский патент 1982 года по МПК F23D11/06 

(54) РОТАЦИОННАЯ ФОРСУНКА Изобретение относится к устройствам для распыления жидкостей, в частности к топливным форсункам для подачи вязких жидких топлив. По основному авт. св. If 929964 известна форсунка, содержащая насадок с установленным на оси ротационным распылителем Е виде стакана, образующего с выходным участком насадка коль цевой конфузорный к-анал для пода ни первичного воздуха, на внешней поверх ности стакана вблизи его выходной кромки и на внутренней .поверхности насадка выполнены выступы, образующие каналы, перекрываемые выступами стакана при его вращении til Такое выполнение форсунки обеспечивает повышение качества распыливания, однако не позволяет получить равномерного распределения капель по зоне смесеобразования и требует существенных затрат энергии газа для возбуждения достаточно интенсивнь1х колебаний давления. Целью изобретения является повышение дисперсности и равномерности распыливания. Поставленная цель достигается тем, что внутренняя полость распыливающего стакана выполнена в виде четвертьволнового акустического резонатора, а образованный насадком и стаканом кольцевой канал - в виде проточного резонатора Гельмгольца, причем произведение отношений объема кольцевого канала к об-ьему внутренней полости распыливающего стакана, длины выполненных на внешней поверхности стакана выступов к длине его внутренней полости и диаметра кромки распыливающего стакана к высоте выступов составляет 0,,0. На фИг. 1 представлена предложенная форсунка, продольный разрез; на фиг; 2 - вариант выполнения в распылителе ряда выступов снаружи выступов насадка., Форсунка -содержит корпус. 1 -с насадком 2, установленным в нем с возможностью осевого перемещения и фиксации, и размещенный в корпусе 1 полый вал 3 с распылителем топлива в виде стакана , образующего с выходным участком насадка 2 кольцевой конфузорный канал , 5 для подачи первичного воздуха. Ств кан k закреплен на валу 3 с помощью питателя 6, имеющего каналы 7 для подачи топлива во внутреннюю полость стакана Д.,10

На внешней поверхности стакана вблизи его выходной кромки выполнены выступы 8, а на внутренней поверхности насадка 2 выступы 9, образующие каналы 10, перекрываемые выступами 8 j стакана k при вращении последнего. Внутренняя полость распыливающего стакана k выполнена в виде четвертьволнового акустического резонатора, а образованный насадком 2 и стаканом Ц кольцевой канал 5 - в виде проточного резонатора Гельмгольца, причем про изведёние отношений объема кольцевого канала 5 к объему внутренней полости распыливающего стакана 4, длины выполненных на внешней поверхности стакана А выступов 8 к длине его внут.ренней полости и диаметра кромки рас1пыливающего стакана k к высоте выступов составляет 0,. При вращении вала 3 и подачи через канал 7 топлива, оно растекается по внутренней поверхности стакана 4 под действием центробежных сил, истекает в виде тонкой жидкостной пелены с его выходной кромки. При подаче через канал 5 сжатого воздуха он истекает из насадка 2 через каналы 10, периодически перекрываемые выступами 8 и 9 при вращении стакана и распыливает жидкую пелену. Генерируемые выступами 8 и 9 колебания воздушного потока при вращении стакана 4 вызывают образование в его внутренней полости акустической стоячей волны, пучность скорости которой расположена у кромки стакана. Одновременно в канале 5 возбуждаются колебания давления, резонансные к колебаниям скорости у кромок. Это приводит к образованию градиентных колебательных течений воздуха, обтекащих кромку стакана 4 и деформирующих истекающую с нее жидкостную пелену. Это приводит к повышению равномерности распределения образующихся при распаде жидкостной пелены капель по радиусу факела распыливания. В целом, при той же затрате кинематической энергии воздушного потока.,

такая форсунка обеспечивает в 20-30 раз большую амплитуду акустических колебаний, что интенсифицирует распыливание и тепломассоперенос в зоне горения.

Для обеспечения достаточной добротности внутренней полости распыливающего стакана как четвертьволнового акустического резонатора угол конусности его стенок не должен превышать 35 Из условий качественного распыливания и равномерного распределения жидкости по окружности угол конусности стакана должен быть не менее 12. При выполнении этих условий вокруг кромки стакана k образуется возвратно-поступательное течение воздуха, диспергирующее истекающую с нее жидкостную пелену и образующее последовательность тороидальных вихревых колец, зарученных в противоположные стороны. Эти кольца приводят к интенсификации тепломассообмена между распыленным топливом и горячими продуктами сгорания из зоны обратных токов, расположенных по оси горелки. Различие в плотности и составе газа на периферии области тороидальных вихрей и центральной области приводит к тому, что по длине факела образуются кольцевые зоны переменного состава, отличающегося от стехиометрического, в которых в поле создаваемых горелкой акустических колебаний происходит предварительное неполное сгорание жидкого топлива в воздухе. Продукты неполного сгорания, смешиваясь со вторичным воздухом, догорают в нем, обеспечивая требуемую полноту сгорания. В то-же время, пониженный температурный уровень и восстановительная атмосфера зоны основного тепловыделения (в области тороидальных вихрей) препятствует образованию окислов азота. Таким образом, такая форсунка организует двухстадийное сжигание топлива, в котором за счет организации в зоне смесеобразования и горения тороидальных вихрей с противоположной закруткой смежных вихрейобеспечивается повышение скоростей процессов тепломассопереноса, лимитирующих горение, и подвод к продуктам неполного сгорания дополнительного окислителя. Выполнение внутренней полости распыливающего стакана в виде акустического четвертьволнового резонатора, а кольцевого воздушного канала образованного насадком и стаканом - в виде проточного резонатора Гельмгольца, обеспечивает использование энергии акустических колебаний, возбуждаемых выступами 8 и 9 не только для интен- 5 сификации распылнвания и горения жидг ких капель, но и для создания в зоне горения чередующихся тороидальных вихрей , образующих области переменной концентрации.в

Таким образом, предложенная форсунка реализует способ сжигания жидкого топлива, состоящий в том, что его распыливают .в виде конической пелены капель в спутном потоке воздуха, приво-5 дят его в осесимметричное колебательное движение и образуют им в зоне горения систему перемещающихся в осевом направлении тороидальных вихрей, смежные из которых имеют противоположную 20 закрутку..

Такая организация горения обеспечивает одновременное достижение как полноты сгорания, так и уменьшение за- . грязнения окружающей среды токсич- i 2S ными окислами азота.

Формула изЬбретения

Ротационная форсунка по авт. св. № 92996, отличающаяся тем, что, с целью повышения дисперсности иравномерности распыливания, внутренняя полость распыливающего стакана -выполнена в виде четвертьволнового акустического резонатора, а образованный насадком и стаканом кольцевой канал - в виде проточного резонатора Гельмгольца , причем произведение отношений объема кольцевого канала к объему внутренней полости распыливакндего стакана, длины выполненных на внешней поверхности стакана выступов к длине его внутренней полости и диаметра кромки распыливающего стакана к высоте выступов составляет 0,5 1,0.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 92996, кл. F 23 О 11/06, 1977.

fpuz. Z 9 8