Вихревая форсунка

 

Использование: в камерах сгорания. Сущность изобретения: вихревая форсунка снабжена центральным каналом для подачи жидкости и тангенциальными каналами 2 для подачи распылителя, а также патрубками , размещенными в тангенциал ьн ЫХ каналах 2, выполненных в виде продольных щелей по всей высоте камеры. Патрубки установлены с возможностью перемещения для совмещения их внутренней образующей с торцовыми стенками камеры 1 и выполнены с высотой, составляющей 0,6-0,8 от высоты камеры 1, центральный канал 4 выполнен с диаметром, составляющим 0,05-0,2, а минимальный диаметр диффузорного выходного сопла 5-0,1-0,6 от диаметра камеры 1 соответственно. 2 ил. С5 Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 23 D 11/34

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 4

О

C)

ЭЮЕРганоситспь (21) 4854195/06 (22) 31,07,90 (46) 23,01,93. Бюл. ¹ 3 (71) Казахский научно-исследовательский институт энергетики (72) Б. П, Устименко, В. Б. Иванов, B, B, Логвиненко, P. С. Вольф, Б. О. Ривин и И, М.

Пак (73) Казахский научно-исследовательский институт энергетики (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 970040,,кл. F 23 0 11/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1373976, кл. F 23 D 11/34, 1977.

Авторское свидетельство СССР

¹1268877,,кл. F 23 D 11/34, 1985. (54) ВИХРЕВАЯ ФОРСУНКА. Ы „„1790717 А3 (57) Использование: в камерах сгоранйя, Сущность изобретения: вихревая форсунка снабжена центральным каналом для подачи жидкости и тангенциальными каналами 2 для подачи распылителя, а также патрубками, размещенными в тангенцйальйых каналах 2, выполненных в виде продольных щелей по всей высоте камеры. Патрубки установлены с возможностью перемещения для совмещения их внутренней образующей с торцовыми стенками камеры 1 и выполнены с высотой, составляющей 0,6-0,8 от высоты камеры 1, центральный канал 4 выполнен с диаметром, составляющим

0,05 — 0,2, а минимальный диаметр диффузорного выходного сопла 5-0,1 — 0,6 от диаметра камеры 1 соответственно, 2 ил.

1790717

Изобретение относится к устройствам для распыливания жидкого топлива и может быть использовано в камерах сгорания.

Несмотря на то, что в настоящее время существует множество изобретений, которые посвящены вопросам эффективного распыливания тяжелых топлив (нефть, мазут и т. д.) с последующим сжиганием в топочных устройствах, вопрос создания эффективных форСунок с высоким качеством распыла является актуальным. Хороший распыл мазута до мелкодисперсного состояния повышает динамичность процесса сжигания топлива и улучшает экологию.

Известны различные типы форсунок.

Так, известно устройство, где топливо под давлением через топливный канал корпуса попадает в боковые тангенциальные каналы, стены которых сужаются под углом, что обеспечивает лучшие условия для ввода 20 топлива в камеру закручивания. Из нее топливо через сопло распыливается в пространство и сгорает.

Известно также устройство, где топливо подается по трубе, проходит через кольце- 25 вые ряды тангенциальных отверстий, приобретает вращательное движение в кольцевых камерах и истекает в виде контрольных факелов с большим углом раскрытия встречно один другому. Недостатком З0 этой форсунки является сложность изготовления, недостаточно эффективный распыл, особенно на тяжелых топливах, В паромеханической форсунке распыливающий газ через тангенциальные кана- З5 лы поступает в пазы втулки, где в результате

его взаимодействия с препятствиями-в виде " стенки, происходит резкое его торможение, сопровождаемое скачкообразным измене40 нием статического давления, Это приводит к образованию ударной волны, которая распространяется в окружную среду через отверстия, прерывая при этом вытекающие иэ каналов струи распыливающего газа, течение которых приобретает автоколебатель- 45 ный режим, Отработанный в пазах распыливающий газ в виде закрученного потока поступает в зону распыливания, где совместно с излученными ударными волнами осуществляет измельчение выходящего 50 из вихревой камеры предварительно распыленного топлива.

Известные форсунки не обеспечивают возможность получения факела с интенсив- 55 ной турбулизацией струи и равномерной интенсивности горения по всей длине зоны горения форсунки. Они сложны в изготовлении, в них затруднена организация процесса на тяжелых топливах.

Известна вихревая мельница, которая состоит из помольной камеры, центральной топки для подачи исходного материала, тангенциальных патрубков для подачи энергоносителя и вывода продуктов помола, резонаторов.

Материал через точку поступает в центральную часть камеры, где за счет многократного удара о стенки камеры и резонансных ударных волн происходит измельчение до мелкодисперсной пыли, Первоначально мельница использовалась для измельчения твердых материалов s воде дробленки (уголь, камень, известь, кирпич, цемент и т. д,). На перечисленных материалах устройство работает достаточно эффективно и производительно. При распыливании в таком устройстве жидкости (вода, соляровое масло, бензин, мазут) происходит диспергирование жидкости до мелкодисперсной фракции.

В камере известной мельницы, где вывод продуктов помола организован через тангенцильный патрубок против основного движения потока, создается избыточное давление, Поэтому для подачи материала в камеру необходимы специальные устройства и приспособления — эжектор, бункер (емкость) под давлением и т. д, Это не эффективно.

Цель изобретения — повышение эффективности распыливания и сжигания тяжелых жидких топлив.

В такой форсунке можно диспергировать эффективно различные виды жидких топлив, Происходит тонкое распыливание материала и его испарение, после чего сжигается газ. Это приводит к улучшению полного сгорания топлива, снижению вредных выбросов.

Поставленная цель достигается тем, что выход полученной в помольной камере газовой смеси организован через диффузорное сопло в нижней крышке, находящейся на одной оси с центральным корпусом для ввода жидкого топлива. При этом диаметр входного центрального канала и минимальный диаметр выходного сопла связаны определенным соотношением с диаметром камеры, За счет вихревого, высокоскоростного потока происходит многократный удар в стенку капель топлива, создается акустическоe резонансное поле, что приводит к диспер гированию материала до мелкодисперсной фракции. Такое распыливание и большая свободная поверхность топлива сокращает время, требуемое для тепло-и) массообменных процессов, регулирующих испарение капель. Одновременно

1790717

20

30

55 ускоряются термохимические процессы газификации твердых коксовых остатков капель. Последующие стадии процесса горения показывают, что тонкий распыл уменьшает общую продолжительность процесса горения и длину факела, позволяет обеспечить полное выгорание топлива в короткое время и в ограниченных габаритах камер сгорания, что очень важно, В результате такого активного процесса в объеме форсунки происходит предварительная обработка материала, после которой частично испарившийся материал и коксовые остатки поступают в камеру сгорания. Вывод) продуктов диспергирования осуществляется через нижнюю крышку, это новое, проверенное решение, которое позволяет хорошо решать компонованные вопросы, Благодаря интенсивным процессам, которые происходят в камере, можно подавать в качестве добавки в топливо воду. В камере происходит хорошее диспергирование и перемешивание топлива с водой. Это резко сокращает расход дорогостоящих жидких топлив. Кроме этих признаков, которые обеспечивают положительный эффект, следует отметить еще одну особенность вихревой форсунки, В существующих многочисленных форсунках топливо распыливают в топочное пространство, где происходят процессы смещения с воздухом, испарение и горение практически одновременно. В предлагаемой форсунке сначала происходит смещение, диспергирование и испарение, а затем возникшая газовая смесь воспламеняется в топке, Благодаря этому улучшается горение, образуется меньше сажи и окиси углерода, т, е. факел как бы приближается к параметрам газового факела. Для успешной работы форсунки в оптимальном режиме важны соотношения параметров — диаметра входного центрального канала, минимального диаметра выходного сопла и высоты тангенциальных патрубков.

На основании экспериментальных данных соотношение диаметра входного центрального канала с диаметром камеры находится в пределах 0,05 — 0,2. Чтобы материал хорошо поступал в камеру, его необходимо подавать в область отрицательного статического давления, Нижний предел характеризует минимальный размер центрального канала, через который проходит материал, а верхний — границу зоны отрицательного давления в камере. Кроме того, размеры зависят также и от физико-химических свойств топлив. Важный, параметр— минимальный диаметр выходного сопла через который формулируется факел. Здесь также играют роль физикохимические свойства топлив. Соотношение этого параметра с диаметром камеры составляет 0,1 — 0,6. Если для легких топлив процесс испарения идет быстрее, то для тяжелых дольше. При этом надо учитывать и то, что маленькое отверстие для тяжелых топлив может забиваться, закоксовываться. Экспериментально показано, что минимальный диаметр выходного сопла от диаметра камеры составляет 0,1. При уменьшении этого параметра резко увеличивается сопротивление камеры. При увеличении верхнего предела свыше 0,6 происходит срыв факела и появляются капли.

Известно, что в такой камере огромную роль играют, так называемые, торцовые токи, которые формируют течение потока вблизи верхней и нижней крышек.

Чтобы влиять на аэродинамику потока, на поступающий через верхнюю крышку материал и на условие выхода, высота патрубка, через который подается энергоноситель, варьируется, Патрубки выполнены в виде продольных щелей по всей высоте камеры, Они установлены с возможностью перемещения до совмещения внутренней образующей с торцовыми стенками камеры и выполнены с высотой, составляющей 0,60,8 от высоты камеры. При перемещении к верхней торцовой крышке практически исчезают торцовые токи в верхней части камеры и увеличиваются в нижней, и наоборот, Благодаря этому, в зависимости от физикохимических свойств топлива, можно устанавливать патрубок в любое положение.

На фиг, 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 — конструкция подвижных планок.

Устройство (фиг, 1) содержит цилиндрическую камеру 1, тангенциальные подводы энергоносителя 2, резонаторы 3, центральный канал для подачи материала 4 и выходное диффузорное сопло 5. Сопла форсунки выполнены из двух частей — верхней 6 и нижней 7, которые плотно стягиваются гайкой 8, Перемещение патрубка в вертикальном положении может осуществляться перемещением подвижных планок 1 вдоль входной щели цилиндрической камеры по образующим каналам 2 (фиг. 2) с помощью регулировочных винтов 3.

1790717

Формула изобретения

Вихревая форсунка, содержащая вихревую цилиндрическую камеру с диффузорным выходным соплом, центральным 5 каналом для подачи жидкости в днище и тангенциальными каналами для подачи распылителя в боковой ее стенке и резонаторы, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности распыливания и 10 сжигания тяжелых жидких топлив, она дополнительно снабжена патрубками, размещенными втангенциальных каналах, выполненных в виде продольных щелей по всей высоте камеры, патрубки установлены с возможностью перемещения до совмещения их внутренней образующей с торцовыми стенками камеры и выполнены с высотой, составляющей 0,6...0,8 высоты камеры, центральный канал выполнен диаметром, составляющим 0,05.„0,2 диаметра камеры, а выходное сопло — с минимальным диаметром, составляющим 0,1...0,6 диаметра камеры.