форсунка для распыливания вязких жидкостей

Формула изобретения

Форсунка для распыливания вязких жидкостей, содержащая корпус с центральным топливным каналом и коаксиальным кольцевым каналом подачи распылителя, подключенными к камере смешения, радиальные сопла первичного распылителя, сопло вторичного распылителя, подключенное к донной части камеры смешения, а также кольцевой ряд аксиальных каналов первичного распылителя и кольцевой ряд каналов вторичного распылителя, подключенные на входе к коаксиальному кольцевому каналу подачи распылителя, а на выходе соответственно к соплам первичного распылителя и соплу вторичного распылителя, отличающаяся тем, что в корпусе между верхней стенкой коаксиального кольцевого канала подачи распылителя и донной частью камеры смешения выполнено отверстие, в котором коаксиально центральному топливному каналу установлена вставка с образованием между ее боковой стенкой и поверхностью корпуса кольцевого сопла вторичного распылителя, ось которого направлена коаксиально оси центрального топливного канала, при этом выходные срезы радиальных сопел первичного распылителя расположены от оси корпуса на расстоянии, превышающем их диаметр в 3-30 раз, продольные оси сопел расположены от выходного среза центрального топливного канала на расстоянии, превышающем их диаметр также в 3-30 раз.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике распыливания жидкостей, преимущественно вязких и содержащих абразивные включения, и может быть использовано в химической промышленности, производстве стройматериалов, а также в различных топливосжигающих агрегатах.

Известна форсунка для распыливания вязких жидкостей, включающая корпус с центральным топливным каналом подачи распылителя, подключенным к камере смешения, а также радиальные сопла первичного распылителя и сопла вторичного распылителя, сообщающие кольцевой канал с камерой смешения (Авторское свидетельство СССР №1444585, кл. F 23 D 11/04, 1987).

Также известна форсунка для распыливания вязких жидкостей (прототип), содержащая корпус с центральным топливным каналом и коаксиальным кольцевым каналом подачи распылителя, подключенными к камере смешения, а также радиальные сопла первичного распылителя и сопла вторичного распылителя, сообщающие кольцевой канал с камерой смешения, причем в корпусе форсунки выполнен кольцевой ряд аксиальных каналов, подключенных на входе к камере смешения, а на выходе - к радиальным соплам первичного распылителя, продольные оси которых расположены на расстоянии от выходного среза топливного канала, превышающем их диаметр в 1,5-3,0 раза, выходные срезы указанных радиальных сопл расположены от оси корпуса на расстоянии, превышающем их диаметр в 4-6 раз, а сопла вторичного распылителя выполнены аксиальными и смещены в окружном направлении относительно аксиальных каналов, при этом их продольные оси расположены от оси корпуса на расстоянии, превышающем их диаметр в 1,5-3,0 раза (Патент РФ №2039910, кл. F 23 D 11/10, 1992).

Недостатками известных форсунок являются неудовлетворительная дисперсность распыла, узкий угол раскрытия факела и повышенный удельный расход распыливающего агента, особенно при большом расходе топлива, а также абразивный износ выходного топливного отверстия форсунки при подаче топлива, содержащего твердые частицы. Изменение геометрических характеристик известных форсунок позволяет изменять параметры факела только в узких пределах.

Цель изобретения - повышение эффективности работы форсунки путем улучшения качества распыливания и долговечности форсунки.

Цель достигается за счет того, что в форсунке для распыливания вязких жидкостей, содержащей корпус с центральным топливным каналом и коаксиальным кольцевым каналом подачи распылителя, подключенными к камере смешения, радиальные сопла первичного распылителя, сопло вторичного распылителя, подключенное к донной части камеры смешения, а также кольцевой ряд аксиальных каналов первичного распылителя и кольцевой ряд каналов вторичного распылителя, подключенные на входе к коаксиальному кольцевому каналу подачи распылителя, а на выходе соответственно к соплам первичного распылителя и соплу вторичного распылителя, в отличие от прототипа, в корпусе между верхней стенкой коаксиального кольцевого канала подачи распылителя и донной частью камеры смешения выполнено отверстие, в котором коаксиально центральному топливному каналу установлена вставка с образованием между ее боковой стенкой и поверхностью корпуса кольцевого сопла вторичного распылителя, ось которого направлена коаксиально оси центрального топливного канала, при этом выходные срезы радиальных сопел первичного распылителя расположены от оси корпуса на расстоянии, превышающем их диаметр в 3-30 раз, продольные оси сопел расположены от выходного среза центрального топливного канала на расстоянии, превышающем их диаметр также в 3-30 раз.

Вставка, сообщающая через осевое отверстие центральный топливный канал и через сопло вторичного распылителя канал подачи вторичного распылителя с камерой смешения, позволяет организовать короткий факел и с широким углом раскрытия. Длина факела и угол его раскрытия могут быть изменены при изменении площади сечения и профиля сопла вторичного распылителя, что осуществляется заменой вставки. При этом не требуется изготовления новой форсунки.

Для жидкостей с абразивными включениями вставка изготавливается из износостойкого материала. Это позволяет повысить долговечность форсунки и выполнять ее корпус из материалов, не обладающих повышенной износостойкостью. Благодаря расположению камеры смешения снаружи корпуса форсунки и использованию износостойкой вставки на участке топливного канала с наибольшей скоростью топлива обеспечивается отсутствие абразивного износа элементов форсунки.

Исследованиями прототипа предлагаемого к рассмотрению изобретения, проведенными на полигоне ГУЛ НПО Гидротрубопровод, установлено, что большая тонина распыла достигается при увеличении количества сопел распиливающего агента и при приближении сопел вторичного распылителя к топливному каналу. Увеличение количества отверстий имеет предел в связи с необходимостью увеличения расхода и давления распыливающего агента. Уменьшение диаметра сопел для уменьшения расхода и давления распылителя приводит к усложнению изготовления форсунки и необходимости использования высокоточного металлообрабатывающего оборудования. С другой стороны, кольцевое сопло вторичного распылителя в широком диапазоне значений его площади может быть выполнено с использованием простых токарных работ. Условно кольцевое сопло можно представить как ряд сопел очень маленького диаметра, причем эти сопла располагаются максимально близко к топливному каналу.

При больших расходах распыливаемой жидкости кольцевое сопло выполняется с площадью меньшей, чем суммарная площадь сопел вторичного распылителя у прототипа. Этим достигается повышение скорости вторичного распылителя и уменьшение расхода распыливающего агента по сравнению с прототипом.

Изменение профиля сопла вторичного распылителя возможно за счет изменения геометрических характеристик отверстия в корпусе форсунки между верхней стенкой кольцевого канала подачи распылителя и донной частью камеры смешения. Наконечник форсунки, состоящий из корпуса и вставки, может быть выполнен разъемным с кольцевым каналом распылителя, что позволяет менять его при необходимости получения других характеристик факела без изготовления форсунки целиком.

За счет деления потока распылителя на два - первичный и вторичный - достигается максимальная поверхность соприкосновения потоков топлива и распылителя, обеспечивающая его качественный распыл. Угол между осью радиального сопла первичного распылителя и осью форсунки составляет 30-90 градусов, при этом указанные сопла могут быть подключены как к боковой стенке камеры смешения, так и к торцевой стенке корпуса форсунки, причем проекции их осей на поперечный разрез форсунки могут пересекаться не только по оси форсунки, чем достигается более широкий угол раскрытия факела по сравнению с прототипом и обеспечивается размер капель распыливаемой жидкости в более широком диапазоне.

При расстояниях от выходных срезов радиальных сопел первичного распылителя до оси корпуса форсунки, а также при расстояниях от продольных осей сопел первичного распылителя до выходного среза центрального топливного канала меньших трех диаметров и больших 30 диаметров указанных сопел первичного распылителя качество распыла ухудшается, что выражается укрупнением капель распыливаемой жидкости и появлением подтеканий из камеры смешения.

Каналы подачи вторичного распылителя, сообщающие коаксиальный кольцевой канал подачи распылителя с камерой смешения, могут быть выполнены параллельными или иметь угол наклона к оси форсунки 0-60 градусов, что оказывает влияние на длину и угол раскрытия факела, тонину распыла, а также упрощает технологию изготовления форсунки. Эти каналы могут быть выполнены и под углом к горизонтальному продольному разрезу форсунки и под углом к вертикальному продольному разрезу форсунки, обеспечивая тангенциальный подвод распыливающего агента в сопло вторичного распылителя, чем осуществляется закрутка потока вторичного распылителя.

Каналы подачи вторичного распылителя могут иметь форму пересекающихся в теле корпуса форсунки отверстий, чем также обеспечивается тангенциальный подвод распыливающего агента в сопло вторичного распылителя.

Изменением соотношения площадей сопел первичного и вторичного распылителя достигается изменение длины факела.

Широкий диапазон регулирования расходов топлива и распылителя без ухудшения качественных показателей распыла осуществляется во время работы форсунки при раздельной подаче распылителя в каналы первичного и вторичного потоков.

На фиг.1 представлен вариант форсунки для распыливания вязких жидкостей с каналами вторичного распылителя, выполненными под углом к оси форсунки, продольный разрез. На фиг.2 представлен разрез по А-А фиг.1.

Форсунка содержит корпус 1 с внешней камерой 2 смешения, центральным топливным каналом 3, подключенным к камере смешения и коаксиальным кольцевым каналом 4 подачи распылителя. В корпусе выполнен кольцевой ряд аксиальных каналов 5 первичного потока распылителя (воздуха, пара и т.д.) и кольцевой ряд каналов 6 для подачи вторичного потока распылителя. Каналы 5 и 6 расположены вокруг центрального топливного канала 3 и подключены на входе к коаксиальному кольцевому каналу 4. Каналы 5 снабжены на выходе радиальными соплами 7 первичного распылителя, подсоединенными к боковой стенке камеры 2 смешения. Выходные срезы радиальных сопел 7 первичного распылителя расположены от оси корпуса на расстоянии, превышающем их диаметр в 3 - 30 раз, а от выходного среза центрального топливного канала они расположены на расстоянии, превышающем их диаметр в 3-30 раз.

В корпусе 1 между верхней стенкой коаксиального кольцевого канала 4 подачи распылителя и донной частью камеры 2 смешения выполнено отверстие, в котором коаксиально центральному топливному каналу 3 установлена вставка 8 с образованием между ее боковой поверхностью и поверхностью корпуса 1 кольцевого сопла 9 вторичного распылителя, ось которого направлена коаксиально оси центрального топливного канала 3. Кольцевой ряд каналов 6 на выходе подключен к кольцевому соплу 9.

Для изменения геометрии распыла каналы 6 могут быть выполнены под углом к оси форсунки 0-60 градусов просверливанием отверстия со стороны торцевой стенки кольцевого канала 4 подачи распылителя или иметь более сложную форму, выполняемую путем просверливания нескольких пересекающихся в теле корпуса 1 отверстий. Для обеспечения закрутки потока вторичного распылителя каналы 6 могут быть выполнены и под углом к горизонтальному продольному разрезу форсунки, и под углом к вертикальному продольному разрезу форсунки. Другой вариант обеспечения закрутки потока вторичного распылителя - выполнение каналов 6 путем просверливания с торцевой стороны кольцевого канала 4 подачи распылителя горизонтальных отверстий коаксиально оси форсунки и пересекающихся с ними в теле корпуса 1 вертикальных отверстий, тангенциально сообщающихся с кольцевым соплом 9. Указанные вертикальные отверстия целесообразно просверливать с внешней боковой стороны корпуса форсунки. Эти отверстия могут быть не только строго вертикальными, но и иметь угол наклона 0-45 градусов. Кольцевой ряд каналов 6 вторичного распылителя может быть заменен одним каналом, сообщающим кольцевой канала 4 подачи распылителя и кольцевое сопло 9.

Форсунка работает следующим образом.

По центральному топливному каналу 3 подают в камеру 2 смешения вязкое топливо (например, водоугольное топливо (ВУТ)), распылитель (например, воздух) подают из кольцевого канала 4 подачи распылителя одновременно в каналы 5 первичного распылителя и каналы 6 вторичного распылителя. При необходимости более тонкой регулировки форсунки может быть осуществлена и раздельная подача распылителя в каналы 5 и каналы 6. При этом потоки воздуха, истекающие из каналов 5 через сопла 7 первичного распылителя, направленные к оси центрального топливного канала 3 навстречу друг другу, создают эффект газодинамического запирания потока топлива, вследствие чего струя топлива первоначально дробится на крупные фракции, которые хаотично движутся в турбулентных потоках, возникающих при взаимодействии встречно направленных струй, что приводит к дополнительному дроблению крупных фракций топлива на мелкие капли, располагающиеся в секторах, образованных истечением потоков воздуха из этих сопел.

Каналы 6 соединены с кольцевым соплом 9, образованным поверхностями корпуса 1 и вставки 2. Выходящий из кольцевого сопла 9 высокоскоростной поток воздуха дробит капли ВУТ до мелкодисперсного состояния (фракции 200 мкм) и выносит топливовоздушную смесь в камеру сгорания.

Удельный расход распылителя составляет <15% от расхода топлива. Изменением геометрии кольцевого сопла 9 и сопел 7 первичного распылителя, а также изменением способа подвода вторичного распылителя по каналу 6 к кольцевому соплу 9 получают более короткий или более длинный факел или факел с большим или меньшим углом раскрытия.