Узел распыливания

 

Использование: в устройствах для распыления различных Жидкостей в энергетической , химической и металлургической отраслях. Сущность изобретения; узел распыливания содержит снабженный патрубком 2 подачи топлива, корпус 1 с резонансной камерой смешения диаметром D - (5...12)da и длиной L.- (3...4)D в днище которой выполнен акустический отражатель и соосное ему сопло для подачи распылителя , а также каналы подачи вторичного воздуха с регулятором расхода. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГО У АРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ (я)з F 23 0 11/34 с д

ВЕДОМСТВО СССР

1 (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

""@0Ð"

/ Еи, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4852662/06 (22) 19.07.90 (46) 15.05.93. Бюл. М 18 (71) Мариупольский металлургический we.:: титут (72) Е.А, Капустин, В.А. Серебряков, И.А.

Ленцов, H,È. Овчинникова, В.П, Деливеров, А.И. Плужников, В.И, Голиков и Ю.П. Иванова (56) Авторское свидетельство СССР

М 328296, кл. F 23 О 11/34, 1970, Изобретение относится к устройствам для распыления различных жидкостей и может быть использовано в энергЕтической, химической и металлургической отраслях.

Целью изобретения является повышение эффективности распыливания в широком диапазоне нагрузок.

На фиг.1 изображен узел распыливания; на фиг.2 — зависимость осевого давления в выходном сечении камеры смешения от давления перед соплом; на фиг,3 — зависимость осевого давления в выходном сечении камеры смешения от диаметра камеры; на фиг.4 — зависимость достижимого разрежения от диаметра камеры смешения; на фиг.5 — - зависимость величины коэффициента ажекции от длины камеры Смешения; на фиг.6 — зависимость осевого давления в выходном сечении камеры смешения от давления перед соплом без акустического отражателя и с акустическим отражателем; на фиг.7- зависимость величины козффици5U 1815495 А1 (54) УЗЕЛ РАСПЫЛИВАНИЯ (57) Использование: в устройствах для распыления различных жидкостей в энергетической, химической и металлургической отраслях. Сущность изобретения: узел распыливания содержит снабженный патрубком 2 подачи топлива, корпус 1 с резонансной камерой смешения диаметром

D =- (5...12)с4 и длиной 1 (3...4)D в днище которой выполнен акустический отражатель и соосное ему сопло для подачи распылите- ля, а также каналы подачи вторичного воздуха с регулятором расхода. 7 ил.

Фь ента эжекции от донного давления в камере смешения.

ЪФ

Узел распыливания содержит снабженный патрубком 2 подачи топлива корпус 1 с в резонансной камерой смешения 5, в днище Ор которой выполнен акустический отражатель

4 и соосное ему сопло 3 для подачи распылителя, а также каналы 6 подачи вторичного воздуха и регулятор расхода 7 установленный в каналах вторичного воздуха. Каналы 6 9 подачи вторичного воздуха могут быть вы- (Я полнены в виде прорезей на образующей резонансной камеры смешения и иметь суммарную площадь S Якс (Зкс — площадь поперечного сечения цилиндрической резонансной камеры смешения), Регулятор расхода 7 выполнен в виде резьбовой обечайки (фиг.1а). На фиг.16 каналы подачи вторичного.воздуха выполнены на торцевой поверх-. ности камеры смешения суммарной площадью Я 1/2$, а регулятор расхода в виде поворотного диска 7.

1815495

Узел распыливания работает следующим образом. Жидкое топливо подается через патрубок 2. Для подачи газа-распылителя используется корпус 1 и сопло 3. Газ и топливо затем попадают в резонансную камеру смешения 5, в днище которой для стабилизации факела выполнен акустический отражатель 4. Под воздействием обратной акустической связи и низко. частотных пульсаций, возникающих в резонансной камере смешения 5, происходит интенсивное дробление топлива и получается однородная по дисперсионному составу газожидкостная струя. Через каналы 6 подается . вторичный эжектируемый воздух.

Коэффициент эжекции регулируется регулятором расхода 7.

На фиг,2...7 приведены результаты экспериментальных исследований, проведенных в лаборатории газодинамики

Мариупольского металлургического института, Все эксперименты проводились на сопле с выходным диаметром da- 5 10 м.

Для определения диаметра камеры смешения проводились эксперименты без подачи топлива (жидкости). На фиг.2 представлена зависимость относительного избыточного осевого давления в выходном сечении камеры смешения Px Px/P» (P» давление в окружающей среде) от перепада давления перед соплом. Для каждого числа

М> сопла можно выделить область режимов истечения П < П», при которых давление Р монотонно растет с увеличением давления перед соплом Ро и уменьшаетса с ростом диаметра камеры смешения D. Для сопел Ì 2,52 П» соответствует значению 5.5 (фиг.2).

При перепадах давления П > fl» характер изменения меняется — увеличение давления перед соплом может обеспечить уменьшение давления в выходном сечении Р при постоянном D, выходное давление отличается значительной нестабильностью. Уровень пульсаций д Р = Ь Р/Р достигает . 40...50%, с длительностью от долей секунды до нескольких секунд. Именно это объясняет улучшение распыления жидкости при диаметрах камеры смешения D -(5.Д12)da. На фиг.3 видно, что при D 4,2с4 и D" 22с4 зависимость P = 1(П) носит монотонный характер и пульсаций не наблюдается. На фиг.3 представлена зависимость осевого давления в выходном сечении камеры смешения от диаметра камеры смешения. При

П > П» (кривая 2) зависимость Р от 0 становится не монотонной, а скорее периодической. Этот эффект наблюдается в определенном диапазоне диаметров камеры смешения: Dmi» < 0 < Овах и затухает при приближении к границам указанного диапазона.

Этот диапазон соответствует (5„,12)d> и при этих диаметрах происходит наиболее эффективное распыливание. Это можно обьяснить появлением обратной акустической связи. Поскольку в проведенных экспериментах истечение в инжекционный патрубок происходило из акустически изо"0 лированных сопел, отражение дискретного излучения могло происходить только от стенок камеры. Появление эффекта обратной акустической связи возможно только тогда, когда стенки патрубка находятся в пределах

"5 конуса направленности дискретного излучения, Этим объясняется тот факт, что при

0 > Dmax т.е. > 12 ни при каких режимах истечения турбулизация гечения в патрубке не обнаружена. Уменьшение турбулизации

20 течения при D < Dmin, т.е. < 5 объясняется стабилизирующим воздействием инжектируемого потока, способного уменьшить, а при числе Маха спутного потока М > 0.5 и исключить эффект обратной акустической

25 связи.

При П < П» (кривая 2) эффект обратной связи не наблюдается. Из вышесказанного следует, что диаметр камеры смешения должен соответствовать 0 = (5...12)с4. посколь30 ку в этом диапазоне диаметров оказывает влияние эффект обратной акустической связи, который повышает эффективность распыливания при различных режимах работы.

При 0 < 5da и D > 12da эффект обратной

35 акустической связи отсутствует, что не позволяет повысить эффективность распыливания.

Кроме того, при D > 5 истечение струй сопрово>кдается значительными низкоча40 стотными пульсациями донного давления, На фиг.4 показана зависимость достижимого разрежении от диаметра камеры смешения. Из графика видно, что при увеличении

0 величина разрежения быстро падает. При

45 5 > 5 истечение струй сопровождается пульсациями; В отдел b H ых случаях изменение давления достигало 70-1007, . Длительность пульсаций находилась в пределах от долей секунды до нескольких секунд. Это

50 явление наблюдалось на всех соплах при различных режимах истечения, включая те, на которых не реализуется эффект обратной акустической связи.

Таким образом. при ранее выбранном

55 диапазоне камеры смешения 0 = (5„.12)da истечение струй кроме высокочастотных пульсаций, вызванных эффектом обратной акустической связи, сопровождается также значительными низкочастотными пульсаци1815495 ями донного давления, приводящим к до- шения от давления перед соплом без акуполнительному улучшению распыливания. стического отражателя (кривая а) и с акустиДля определения длины камеры смеше- ческим отражателем(кривая б). Как видно из ния также проводились экспериментальные графика, кривая а имеет пульсации. Размеисследования, которые начинались с пат- 5 щение в днище камеры смешения акустичерубка максимальной длины L = 8D. В ходе ского отражателя (кривая б) устраняет экспериментов длина камеры смешения пульсации давления на выходе камеры смеуменьшалась. Геометрия сопла и режим ис- шения, но характер сохраняется, т,е. отратечения оставалась неизменными, На фиг,5 жатель стабилизирует факел. Как отмечено показана зависимость величины коэффици- 10 ранее, такой характер кривых объясняется ентаэжекции отдлины камеры смешения, влиянием обратной акустической связи.

Из приведенных данных следует, что Акустический отражатель оказывает домивеличина коэффициента эжекции сущест- нирующее воздействие на эффект обратной венно зависит от длины камеры смешения. акустической связи при сохранении высокоОднако эта зависимость наблюдается толь- 15 го качества распыла. ко при Т (3. При 1 = 3...4 коэффициент Для управления процессом распыливаэжекции принимает максимальное значе- ния при постоянном расходе топлива и гание. При L>4 величина коэффициента эжек- эа-распылителя необходимо управлять ции не зависит от длины камеры смешения. эх<екцией воздуха в резонансную камеру

Анализ поперечных и продольных про- 20 смешения.-С этой целью используется регуфилей скорости в камере смешения пока- лятор расхода. Поскольку в донной области зал, что при истечении из сопла в камеру (т.е. в области, примыкающей к фокусируюсмешения снабженную фокусирующим аку- щему отражателю) присутствуют мощные стическим экраном граничное сечение сов- пульсации донного давления, приводящие к падает с сечением L = (3...4)D. Граничным 25 повышению эффективности распыливания. сечением называется сечение, начиная с ко- то целесообразно каналы подачи вторичноторого пограничный строй эжектирующей го воздуха, снабженные регулятором расхоструй заполняет все сечение патрубка. При да, выполнять в этой области. подаче жидкость в область среза сопла по- На фиг.7 показана зависимость величивышение качества распыла происходит при 30 ны коэффициента эжекции от донного давувеличении длины камеры смешения до L - ления в камере смешения, Эксперименты

=30. Это связано с увеличением коэффици- проводились на узле распыления, имеющем ента эжекции, камеру смешения диаметром О = 12de и длиОднако при L < 3D эффективность рас- ной L = 40. Каналы подачи вторичного возпыливания недостаточно высокая, а наибо- 35 духа были выполнены в виде 4 прорезей лее высокая эффективность распыливания шириной д = 29 мм и длиной i = 24 мм. наблюдается при длине камеры смешения L Изменялась величина каналов при помощи

=(3...4)О,чтосоответствуетдлине гранично- регулятора расхода, выполненного в виде го сечения струи. Т.к. коэффициент эжекции резьбовой обечайки, Донное давление при 1 = (3...4)0 достигает максимального 40 > 2

ЯU значения, т.е. возрастает масса эжектируе- Pi = 4 ° где (= f(Fore) зависит от

2 мого воздуха. Дальнейшее увеличение длины камеры смешения L > 4D не и иво ит к росту коэффициента эжекции, а стенки кар ф д, чт при увеличении донного давления, т.е. меньшении канала капелек жидкости оседает на стенках и объаким о разом, изменение коэ ажекции позволяет управлять процессом единяется в жидкостную пленку, увлекаераспыливания, мую из камеры смешения газовым потоком.

На выходной кромке каме ы ж 50 ния при различных режимах работы и ричных. значительно более крупных капель.

Все это снижает эффективность ть Распылива- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ния, Таким образом, выбираем длину камеры смешения 1 = (3...4)O, зел распыливания, содержащий снабля ста илизации факела целесообраз- резонансной камерой смешения, в днище но резонатор выполнять в виде фокусирую- которой выполнен акустический отражатель щего отражателя, ф а фиг,б показана зависимость осевого и соосное ему сопло для подачи распылитедавления в выходном сечении камеры смеля, а также каналы подачи вто ичного возд ор ного воз1815495

Фиг. 1б духа, расположенные вокруг днища камеры, отличающийся тем,что.сцелью повышения эффективности распыливания в широком диапазоне нагрузок, он дополнительно снабжен регулятором расхода, уста- 5 новленным в каналах вторичного воздуха, выполненных в боковой стенке камеры смешения, последняя выполнена цилиндричеI 2 4 7 6 ской с диаметром 0 и длиной L, определяемыми из соотношений D = (5...12)с4 и L =

=(3.„4)D, где da — диаметр выходного участка сопла для подачи распылителя, а патрубок подачи топлива установлен аксиально соплу по периферии отражателя. выполненного вогнутым, 1815495

1816495

1815 95

Относительный диаметр З = Я

2 4 б 8 lO

I2 I4

Фиг,4

Сопло Ma = 2,23, воздух: 4 - Ро=0,3 МПа, 5 - Р =0,65 MIla, е — Р =0,95 Mila

1815Ч95 х

3? ф

У х

3 4 б б 7

Длина инмекционного патрубка = рМа = 2,23

Фиг.Ю ф(1

Р,РЮ

1815495

ОО 1000 1200 1400 1600

Редактор

Заказ 1629 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101 о ф 2

I l

Донное давление Рс,,Па

Фиг.7

Составитель Н.Овчинникова

Техред М.Моргентал Корректор M,Òêà÷