Патент на изобретение №2350840

(54) ПАРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА ПОЛИГРАДОВА Б.Г.

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике распыливания жидкости и может быть использовано в энергетической, металлургической, химической и других отраслях промышленности. В паромеханической форсунке, содержащей корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, накидную гайку, фильтр-завихритель распыливаемой жидкости, включающий фильтр с системой периферийных отверстий, оси которых расположены под углом к оси форсунки, и распылитель с тангенциальными топливными каналами и вихревой камерой, плавно по тороиду переходящей в жидкостное сопло, завихритель распыливающего агента с тангенциальными каналами, образующий с накидной гайкой кольцевой канал распыливающего агента, и сопло распыливающего агента с горловиной и конусной поверхностью на выходе, фильтр-завихритель распыливаемой жидкости содержит кольцевую камеру, образованную двумя кольцевыми каналами, один из которых расположен в фильтре и имеет глубину, равную не менее 1,3d, и радиальную высоту не менее чем d/cos, где d – диаметр одного отверстия в фильтре, – угол между осью отверстия в фильтре и осью форсунки, а другой расположен в распылителе, при этом внешний и внутренний диаметры кольцевых каналов равны, отверстия в фильтре оканчиваются кольцевым каналом, а образующие этих отверстий не выходят за границы кольцевой камеры. Использование паромеханической форсунки обеспечит повышение качества распыла жидкого топлива. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике распыливания жидкости и может быть использовано в энергетической, металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Из описания к авторскому свидетельству СССР №514155, МПК F23D 11/12, опубл. 1973 г. известна форсунка, содержащая корпус с топливным патрубком, вкладыш с соплом на выходе, распределителем и винтовой вставкой, образующей с вкладышем вихревую камеру, и установленный снаружи вкладыша стакан с завихрителем и выходным соплом для распылителя, выступающим за пределы топливного сопла. Выходное сопло распылителя выполнено тороидальным с конической выходной частью, диаметр среза которой в 1,5-3 раза превышает диаметр узкой части этого сопла, а образующая его выходной части расположена от параллельной ей образующей конуса, построенного на кромке топливного сопла, на расстоянии, составляющем 0,08-0,2 его диаметра.

Недостатком этой форсунки является то, что в каналах, имеющих постоянное проходное сечение по ходу движения в них распыливающего агента (воздуха или пара), имеют место большие потери энергии последнего на входе в каналы и неполное использование его потенциальной энергии на выходе из каналов, а также при встрече потока распыливающего агента с потоком жидкости, истекающей из сопла.

Известна форсунка, содержащая корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, завихритель жидкости с тангенциальными каналами, распылитель с тангенциальными каналами для завихривания распыливающего агента, установленный с образованием с завихрителем вихревой камеры, переходящей в жидкостное сопло, размещенное снаружи и выступающее за пределы жидкостного сопла (см. описание к авторскому свидетельству СССР №937885, МПК3 F23D 11/10, опубл. 1982 г.).

Недостатком этой форсунки является кавитационное разрушение металла на границе между тангенциальными каналами и вихревой топливной камерой, которое изменяет расходную характеристику форсунки, что приводит к нарушению соотношения расходов жидкости (топлива) и воздуха, что приводит к ухудшению экономических показателей топочного процесса.

Патентом Российской Федерации №2118205, МПК6 В05В 11/34, 7/10, опубл. 1998 г. охраняется форсунка, содержащая корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, завихритель жидкости с тангенциальными каналами, распылитель с тангенциальными каналами для завихривания распыливающего агента, установленный с образованием с завихрителем жидкости вихревой камеры, переходящей в жидкостное сопло, и выходное сопло, размещенное снаружи и выступающее за пределы жидкостного сопла. Вихревая камера выполнена с тороидальной выпуклостью, обращенной внутрь и переходящей в поверхность жидкостного сопла, причем радиус тороидальной поверхности выбран равным 0,7-1,5 радиуса вихревой камеры в начальном поперечном сечении. Завихритель жидкости выполнен отдельно от жидкостного сопла и установлен с возможностью осевого перемещения к вихревой камере под действием набегающего потока распыливаемой жидкости. Завихритель жидкости выполнен с щелями, расположенными в теле его хвостовой части, имеющей форму полого цилиндра, размещенного по скользящей посадке в центральном отверстии корпуса, причем поперечный размер каждой щели выбран меньшим любого размера тангенциальных каналов завихрителя жидкости. Недостатком этой форсунки является недостаточная скорость столкновения распыливающего агента и капель распыливаемой жидкости, что снижает коэффициент использования потенциальной энергии распыливающего агента для дробления жидкости на капли и качество распыла жидкого топлива.

В качестве прототипа заявляемой паромеханической форсунке принята паромеханическая форсунка “ТАГПОЛ”, известная из описания к патенту Российской Федерации №2202734, МПК7 F23D 11/10, опубл. 2003 г. Эта паромеханическая форсунка содержит корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, накидную гайку, фильтр, в котором отверстия расположены под углом к оси форсунки, распылитель с кольцевой камерой и тангенциальными топливными каналами, вихревой камерой, плавно по тороиду переходящей в сопло, завихритель с тангенциальными паровыми каналами, образующий с накидной гайкой кольцевой канал, и паровое сопло с горловиной и конусной поверхностью на выходе.

Недостаток такой форсунки – нестабильность ее расходной характеристики, приводящей к снижению качества распыла жидкого топлива из-за того, что распыливаемая жидкость поступает в тангенциальные топливные каналы от отверстий в фильтре с неравномерным полем давлений.

Технический результат от использования заявляемой форсунки – повышение качества распыла жидкого топлива.

Указанный технический результат достигается тем, что в паромеханической форсунке, содержащей корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, накидную гайку, фильтр-завихритель распыливаемой жидкости, включающий фильтр с системой периферийных отверстий, оси которых расположены под углом к оси форсунки, и распылитель с тангенциальными топливными каналами и вихревой камерой, плавно по тороиду переходящей в жидкостное сопло, завихритель распыливающего агента с тангенциальными каналами, образующий с накидной гайкой кольцевой канал распыливающего агента, и сопло распыливающего агента с горловиной и конусной поверхностью на выходе, фильтр-завихритель распыливаемой жидкости содержит кольцевую камеру, образованную двумя кольцевыми каналами, один из которых расположен в фильтре и имеет глубину, равную не менее 1,3d, и радиальную высоту не менее чем d/cos, где d – диаметр одного отверстия в фильтре, – угол между осью отверстия в фильтре и осью форсунки, а другой расположен в распылителе, при этом внешний и внутренний диаметры кольцевых каналов равны, отверстия в фильтре оканчиваются кольцевым каналом, а образующие этих отверстий не выходят за границы кольцевой камеры. На внешней поверхности завихрителя распыливающего агента имеется кольцевое углубление, образующее к выходу конусную поверхность, в которой прорезаны входы в тангенциальные каналы. Накидная гайка выходит своей кромкой за пределы кромки сопла распыливающего агента на величину, равную 0,01…0,03 диаметра парового сопла на его выходе. Длина контактной поверхности фильтра с завихрителем распыливающего агента равна 0,15…0,30 D_f, где D_f – наружный диаметр фильтра, равный внутреннему диаметру накидной гайки с допуском скользящей посадки.

Заявляемая паромеханическая форсунка иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.

На фиг.1 показан продольный разрез заявляемой паромеханической форсунки. На фиг.2 показан вид на разрез по А-А.

Паромеханическая форсунка содержит корпус 1 с центральным отверстием 2 для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями 3 для распыливающего агента (пара), накидную гайку 4, фильтр-завихритель распыливаемой жидкости, включающий фильтр 5, в котором отверстия 6 расположены под углом к оси форсунки, распылитель 7 с тангенциальными топливными каналами 16 (фиг.2) и вихревую камеру 10. Фильтр-завихритель распыливаемой жидкости содержит кольцевую камеру, образованную кольцевым каналом 8 в фильтре 5 и кольцевым каналом 9 в распылителе 6. Кольцевой канал 8 имеет глубину h, равную не менее 1,3 диаметра d отверстия 6, и радиальную высоту b, равную , где – угол между осью отверстия 6 и осью отверстия 2. Кольцевой канал 10 имеет внешний и внутренний диаметры, равные внешнему и внутреннему диаметрам кольцевого канала 9, при этом отверстия 6 в фильтре 5 оканчиваются кольцевым каналом 9, причем образующие этих отверстий не выходят за границы кольцевого канала 9. Распылитель 7 и фильтр 5 прижаты к центральному отверстию 2 завихрителем 11 распыливающего агента с тангенциальными каналами 12, соединенного с корпусом 1 резьбовым соединением, при этом контактная поверхность фильтра 5 с завихрителем 11 распыливающего агента имеет длину, равную 0,15…0,30 D_f – наружного диаметра фильтра. Вихревая камера 10 плавно по тороиду переходит в сопло 13 распыливающего агента. Завихритель 11 и накидная гайка 4 образуют между собой кольцевой канал 15 распыливающего агента. Углубление в теле завихрителя распыливающего агента для формирования расширения канала 15 составляет 0.02…0.05 наружного диаметра завихрителя распыливающего агента. Накидная гайка 4 выходит своей кромкой за пределы кромки сопла 13 на величину, равную 0,01…0,03 диаметра сопла 13 на его выходе. Направление вращения потока пара в тангенциальных каналах 12 завихрителя 11 противоположно направлению вращения потока жидкости в тангенциальных топливных каналах 16 распылителя 7. Поверхность горловины 14 сопла 13 имеет тороидальную форму, переходящую на выходе в конусную поверхность. Конусная поверхность и косой срез сопла 13 направлены в сторону выхода из форсунки. На внешней поверхности завихрителя 11 с торца, примыкающего к соплу 13, имеется V-образное биконическое углубление, глубина которого плавно увеличивается к началу тангенциальных каналов 12 и плавно уменьшается на протяжении входных отверстий тангенциальных каналов 12. Так как входные отверстия тангенциальных каналов 12 располагаются на конусной поверхности, появляется возможность реализации отношения размеров входных отверстий тангенциальных каналов 12 к размерам выходных отверстий более чем в 2 раза.

Собирается форсунка в следующей последовательности: в завихритель 11 вставляются последовательно распылитель 7 и фильтр 5. Поскольку внешние диаметры распылителя 7 и фильтра 5 равны внутреннему диаметру завихрителя 11 с допусками скользящей посадки, длина контактной поверхности фильтра 5 с завихритепем 11 превышает величину, равную пятнадцати сотым наружного диаметра фильтра 5, обеспечивается надежная фиксация фильтра 5 в завихрителе 11. Далее завихритель 11 резьбовым соединением скрепляется с корпусом 1, на завихритель 11 устанавливается сопло 13 и фиксируется накидной гайкой 4. Форсунка готова к работе.

Работа паромеханической форсунки осуществляется следующим образом.

Жидкое топливо через центральное отверстие 2 корпуса 1 и отверстия диаметром 3…5 мм в фильтре 6 поступает в кольцевую камеру, включающую кольцевой канал 8 в фильтре 6 и кольцевой канал 9 в распылителе 7, откуда по тангенциальным каналам 12 входит в вихревую камеру 10 распылителя 7 и через паровое сопло в виде конуса, распадающегося на капли, поступает в объем топки котла. Распыливающий агент, например пар через периферийные каналы 3 корпуса 1 по кольцевому каналу 15, образованному внутренней поверхностью накидной гайки 4 и внешней поверхностью завихрителя 11, через тангенциальные каналы 12, имеющие косой срез на выходе, закручивается вокруг конусной струи жидкого топлива в горловине 14 сопла 13, создавая дополнительную энергию для дробления капель. Направление вращения потока пара в тангенциальных каналах 12 завихрителя 11 противоположно направлению вращения потока жидкости в тангенциальных топливных каналах распылителя 7. Это увеличивает относительную скорость столкновения потока капель жидкости с потоком пара на 10%, т.к. векторы этих скоростей встречаются между собой под углом 90°.

Поскольку кольцевая камера содержит два кольцевых канала – кольцевой канал 8 в фильтре 5 глубиной h, превышающей величину, равную 1.3 диаметра отверстия 6 в фильтре 5, и кольцевой канал 9 в распылителе 7, а отверстия 6 в фильтре 5 заканчиваются на входе кольцевого канала 8, жидкое топливо в кольцевом канале 9 подходит к тангенциальным топливным каналам распылителя 7 сплошным потоком. Это создает стабильность расходной характеристики форсунки за счет выравнивания поля давления на входах топливных каналов в распылителе 7, что положительно сказывается на качестве топочного процесса в случае, если работу топки обеспечивает не одна, а несколько горелок. Угол выбирается в пределах 5…25°.

Расширение кольцевого канала 15 за счет конструктивного выполнения завихрителя 11 уменьшает входные потери энергии распыливающего агента (пара) без ухудшения качества распыла. Наличие выступа С наружной гайки 5 за пределы сопла 6 в пределах 0,01…0,03 выходного диаметра D сопла 13 создает защиту выходной кромки от механических повреждений, которые могут отрицательно сказаться на качестве распыла, т.к. наличие всяких зазубрин на выходной кромке сопла 13 может затормозить часть паромазутного потока и создать полосы с крупными каплями. Если этот выступ менее 0,01D, то он защитить кромку парового сопла 13 не сможет, а если он больше 0,03D, то он сам может стать причиной плохого распыла.

Заявляемая паромеханическая форсунка в отличие от известных устойчиво работает даже при снижении нагрузки до 10% от номинальной.

Формула изобретения

1. Паромеханическая форсунка, содержащая корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, накидную гайку, фильтр-завихритель распыливаемой жидкости, включающий фильтр с системой периферийных отверстий, оси которых расположены под углом к оси форсунки, и распылитель с тангенциальными топливными каналами и вихревой камерой, плавно по тороиду переходящей в жидкостное сопло, завихритель распыливающего агента с тангенциальными каналами, образующий с накидной гайкой кольцевой канал распыливающего агента, и сопло распыливающего агента с горловиной и конусной поверхностью на выходе, отличающаяся тем, что фильтр-завихритель распыливаемой жидкости содержит кольцевую камеру, образованную двумя кольцевыми каналами, один из которых расположен в фильтре и имеет глубину, равную не менее 1,3d, и радиальную высоту не менее чем d/cos, где d – диаметр одного отверстия в фильтре, – угол между осью отверстия и осью форсунки, а другой расположен в распылителе, при этом внешний и внутренний диаметры кольцевых каналов равны, отверстия в фильтре оканчиваются кольцевым каналом, а образующие этих отверстий не выходят за границы кольцевой камеры.

2. Паромеханическая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что на внешней поверхности завихрителя распыливающего агента имеется кольцевое углубление, образующее к выходу конусную поверхность, в которой прорезаны входы в тангенциальные каналы.

3. Паромеханическая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что накидная гайка выходит своей кромкой за пределы кромки парового сопла на величину, равную 0,01 – 0,03 диаметра парового сопла на его выходе.

4. Паромеханическая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что длина контактной поверхности фильтра с накидной гайкой равна 0,15 – 0,30 D_f, где D_f – наружный диаметр фильтра, равный внутреннему диаметру накидной гайки с допуском скользящей посадки.

РИСУНКИ