Форсунка

 

Использование: для распыления и последующего сжигания топлива. Сущность изобретения: в корпусе 1 размещены две коаксиально установленные втулки 2, 3 с образованием внутреннего и периферийного каналов для подачи распылителя и промежуточного канала для подачи жидкости. На втулках кольцевыми рядами выполнены прорези 5, направленные навстречу друг к другу и смещенные в окружном направлении в смежных рядах, в наружном 6 из которых продольные оси прорезей 5 пересекают ось форсунки за ее выходным срезом, а во внутреннем 7 - перед ее выходным срезом внутри корпуса 1. Боковые стенки большей площади прорезей 5 на втулках 2, 3 расположены в плоскостях , пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или за ее выходным срезом, а продольные оси прорезей 5 наружного и внутреннего рядов 6, 7 соответственно наклонены друг к другу под углом, не превышающим 90^o. 5 ил.

Изобретение относится к технике распыления, в частности, жидкостей (пульп, растворов, жидкого топлива, суспензий) сжатым воздухом или паром. Форсунка может быть использовано в энергетике при сжигании топлива.

Анализ патентной и научно-технической информации по странам СССР, США, Великобритании, Франции, ФРГ, Японии за период с 1972 года показал, что одним из главных направлений в совершенствовании конструкции современных форсунок является повышение эффективности и качества распыления, например, путем перераспределения общего потока распылителя с помощью специальных устройств внутри форсунки.

Известны патенты Великобритании N 1378307 и N 1420027. В первом используется перегородка с двумя дефлекторами, создающими два потока, закрученные в противоположные стороны, а во втором трубчатый элемент в форме цилиндра или усеченного конуса. Наличие дополнительных устройств в корпусе форсунки усложняет ее конструкцию и снижает надежность.

Известны форсунки, в которых повышение эффективности и качества распыления решается путем подачи топлива и распылителя в независимые проточные контуры на входе форсунки, при выходе из которых потоки взаимодействуют между собой.

Наиболее близким техническим решением является форсунка, содержащая корпус, втулки, коаксиально установленные в нем с образованием кольцевой топливной щели и внутреннего и периферийного каналов для подачи распылителя с соответствующими выходными соплами в виде кольцевых рядов щелевых прорезей, смещенных в окружном направлении в смежных рядах, причем продольные оси прорезей наружного ряда ориентированы к оси форсунки, а внутреннего ряда от оси форсунки (авт. св. СССР N 876179). Описанная форсунка позволяет разделить распыленную жидкость на два независимых потока, один из которых направлен к оси форсунки, а другой от нее. Такие потоки обеспечивают получение широкого факела распыления, в котором менее выражен эффект коагуляции капель в силу более развитой поверхности контакта с окружающей средой и удлинения пути раздельного движения потоков, улучшающего смесеобразование с окружающей средой и уменьшающего концентрацию капель в потоке.

Недостатком известной форсунки является то, что оба независимых потока распылителя имеют крутку в разных направлениях вокруг оси форсунки, что приводит к схлопыванию факела распыления в осевой зоне течения, появлению наростообразования на торце форсунки, ухудшению надежности работы форсунки.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности и качества распыления, улучшение смесеобразования, т. е. получение однородной по составу смеси жидкости с воздухом или другим газообразным веществом, и повышение надежности работы посредством исключения попадания капель распыляемой жидкости на наружные поверхности форсунки.

Поставленная цель достигается тем, что в форсунке, содержащей корпус и втулки, коаксиально установленные в нем с образованием внутреннего и периферийного каналов для подачи распылителя и промежуточного канала для подачи жидкости, подключенных к сопловому аппарату, выполненному в виде кольцевых рядов щелевых прорезей, смещенных в окружном направлении в смежных рядах, в наружном из которых продольные оси прорезей ориентированы к оси форсунки, а во внутренней от оси форсунки, продольные оси прорезей наружного и внутреннего рядов наклонены друг к другу под углом, не превышающим 90^о, а боковые стенки большей площади этих прорезей расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или выше ее выходного среза.

От прототипа заявленное изобретение отличается тем, что продольные оси прорезей наружного и внутреннего рядов наклонены друг к другу под углом, не превышающим 90^о, а боковые стенки большей площади этих прорезей расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или выше ее выходного среза. Каждый из этих признаков является существенным и в совокупности решает поставленную задачу, а именно, расположение на коаксиальных втулках прорезей так, что продольные оси и на наружном и на внутреннем рядах наклонены друг к другу под углом, не превышающим 90^о, способствует уменьшению потерь энергии встречных струй на взаимодействие, повышению интенсивности крутки потока распылителя, снижению статического давления по периметру топливной (жидкостно) щели, уменьшению вихреобразования в зоне взаимодействия жидкости с распылителем. Выполнение прорезей так, что боковые стенки их с большей площадью расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или выше ее выходного среза, обеспечивает истечение струй обоих потоков с закруткой в одном направлении вокруг оси форсунки. Общая интенсивность крутки потока распылителя от этого возрастает, что исключает возможность схлопывания факела распыления в осевой зоне течения, так как при усилении центробежного эффекта возникает интенсивный газовый поток вдоль оси форсунки из свободного пространства, удаленного от форсунки, к ее центру. Этот поток, не содержащий капель жидкости, омываeт торец форсунки, сохраняет его чистым и исключает наростообразование.

Кроме того, увеличение интенсивности крутки потока и уменьшение угла встречи струй, ослабляющие эффект их столкновения, снижают статическое давление по периметру топливной щели и тем самым увеличивают эжекцию. Это, с одной стороны, повышает качество распыления, а, с другой стороны, усиливает эффект омывания наружных поверхностей форсунки в окрестности выпускных отверстий потоком газа, подсасываемым в радиальном направлении из окружающего пространства и не содержащим капель жидкости. При этом наружные поверхности форсунки также сохраняются чистыми и надежность ее работы возрастает.

В совокупности все выше перечисленные признаки предлагаемой форсунки обеспечивают повышение эффективности и качества распыления, улучшают смесеобразование и повышают надежность работы.

На фиг. 1 показан общий вид форсунки, продольный разрез; на фиг. 2 распылительная головка, на наружной втулке которой в увеличенном масштабе выполнена прорезь; на фиг. 3 вид на распылительную головку сверху с указанием направления закрутки потоков распылителя относительно оси форсунки; на фиг. 4 тот же вид в аксонометрии с прорезью, выполненной в увеличенном масштабе на наружной втулке; на фиг. 5 схема факела распыления, вид сбоку.

Форсунка содержит корпус 1, в котором коаксиально с зазором между собой установлены наружная 2 и внутренняя 3 втулки, образующие сопловый аппарат с кольцевой щелью 4 для подачи жидкости. На наружной 2 и внутренней 3 втулках соплового аппарата выполнены прорези 5, направленные навстречу друг другу под углом (фиг. 4), не превышающим 90^о, и смещенные в окружном направлении в смежных рядах, в наружном ряду 6 продольные оси ориентированы к оси форсунки, во внутреннем ряду 7 от оси форсунки.

Боковые стенки большей площади прорезей 5 расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или выше ее выходного среза (фиг. 4). Такое выполнение и расположение прорезей 5 способствует тому, что каждая пара встречно смещенных прорезей наружной 2 и внутренней 3 втулок лежит в плоскостях, близких к параллельным. В свободном пространстве ряды струй, вытекающие из отверстий 6 и 7, образуют закрученные в одну сторону внутренний 8 и наружный 9 потоки распыляемой жидкости. В осевой зоне течения образуется закрученный в ту же сторону центральный вихревой поток 10. В задней части форсунки выполнены отверстия 11 и 12 для подвода распылителя во внутренний и периферийный каналы соответственно и отверстие 13 для жидкости (например, мазута) в промежуточный канал. Центральная часть форсунки закрыта крышкой 14.

Форсунка работает следующим образом.

В отверстия 11 и 12 подают под давлением воздух или пар, который поступает через периферийный и внутренний каналы соответственно в прорези 5 наружной 2 и внутренней 3 втулок и вытекает через ряды выпускных отверстий 6 и 7, топливо подают через отверстием 13 в промежуточный канал. Струи пара, вытекающие из выпускных отверстий 6 и 7, направлены навстречу друг другу со смещением в шахматном порядке и лежат в близких к параллельным плоскостях, что обеспечивает взаимное проникновение струй, вытекающих из выпускных отверстий 6 внешнего ряда, между струями, вытекающими из выпускных отверстий 7 внутреннего ряда. Распространяющиеся таким образом ряды струй разделяют распыляемое топливо (жидкость) на два независимых потока, один из которых 8 направлен к оси форсунки, а другой 9 от нее (фиг. 5). Эти потоки позволяют получить широкий факел распыления, в котором снижается коагуляция капель жидкости и повышается эффективность смешивания с окружающим воздухом за счет увеличения поверхности контакта и удлинения пути их независимого движения.

Расположение прорезей 5 в плоскостях, пересекающих ось форсунки в точке О, находящейся на уровне или выше ее выходного среза, позволяет закрутить в одном направлении струи, вытекающие из этих отверстий. В свободном пространстве ряды струй, вытекающие из отверстий 6 и 7, формируют закрученные в одну сторону внутренний 8 и наружный 9 потоки распыляемой жидкости. Закручивание в одну сторону вокруг оси форсунки рядов струй, вытекающих из выпускных отверстий 6 и 7, улучшает эжекционные свойства факела распыления, способствует снижению статического давления по периметру кольцевой щели 4 для подачи жидкости и повышает качество ее распыления. Закручивание в одном направлении вокруг оси форсунки потока 8 и 9 способствует увеличению центробежной силы, предотвращающей возможность схлопывания факела распыления, т.е. стягивания потоков к оси форсунки. Это обеспечивает условия для образования у торцевой поверхности форсунки центрального вихревого потока 10, связанного со свободным пространством (фиг. 5). Он интенсифицирует смешение факела распыления с окружающей средой за счет осевого возвратного потока газа, замыкающего вихревое течение. Возвратный газовый поток формируется в свободном пространстве, удаленном от зоны распыления. В нем отсутствуют капли распыленной жидкости (топлива или высушенного материала). Омывание в радиальном направлении от центра к периферии торцевой поверхности форсунки газовым потоком, не содержащим капель жидкости, предотвращает наростообразование на крышке 14.

Расположение продольных осей прорезей 5 под углом, не превышающим 90^о друг к другу, уменьшает угол встречи струй, истекающих из выпускных отверстий обеих втулок, ослабляя эффект их столкновения. Это дополнительно улучшает эжекционные свойства факела распыления, способствует снижению статического давления по периметру жидкостей щели и только совместно с закруткой в одну сторону рядов струй, вытекающих из выпускных отверстий, создает условия для образования у торцевой поверхности форсунки центрального вихревого потока 10, связанного со свободным пространством (фиг. 5), обеспечивает тем самым высокое качество распыления и эффективное смешение факела распыления с окружающей средой и предотвращая наростообразование на крышке 14 форсунки. При этом наружные поверхности форсунки так же, как и ее торец, сохраняются чистыми, что дополнительно повышает надежность работы форсунки.

При работе появляется еще один эффект почти полное исключение абразивного износа. Это происходит от того, что жидкость истекает из кольцевой щели в виде тонких пленок, имеющих малую скорость у ее стенок. На кромках этих пленок из-за вязкостных сил жидкости тормозится о стенки кольцевой щели и не может приобрести высокой скорости, достаточной для возникновения абразивного износа при наличии в жидкости абразивных частиц, что тоже повышает срок службы.

Использование предлагаемой форсунки позволяет уменьшить количество горелочных устройств, существенно снизить расход распылителя, стабилизировать горение, а также практически исключить шумы, сопровождающие работу пневматических и паровых распыливающих устройств, и снизить до минимума вредные выбросы в атмосферу.

Формула изобретения

ФОРСУНКА, содержащая корпус и втулки, коаксиально установленные в нем с образованием внутреннего и периферийного каналов для подачи распылителя и промежуточного канала для подачи жидкости, подключенных к сопловому аппарату, выполненному в виде кольцевых рядов щелевых прорезей, смещенных в окружном направлении в смежных рядах, причем прорези наружного ряда выполнены с продольными осями, перекрещивающимися с осью форсунки за ее выходным срезом, а прорези внутреннего ряда - с продольными осями, перекрещивающимися с осью форсунки перед ее выходным срезом внутри корпуса, отличающаяся тем, что продольные оси прорезей наружного и внутреннего рядов наклонены одна к другой под углом, не превышающим 90^o, а боковые стенки большей площади этих прорезей расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне ее выходного среза или за ним.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5