Устройство для вихревого рассеивания воздуха для горения в турбулентной форсунке

 

Изобретение относится к устройству для вихревого рассеивания воздушной смеси, поступающей в зону горения турбулентной форсунки, работающей на мазуте. Устройство содержит камеру 5 для рассеивания воздушной смеси, окружающую распылительное сопло 4 и функционирующую и как первая камера сгорания, и как стабилизатор для завихрения и рассеивания второго потока воздуха для горения так же, как и первого, и вторую камеру 6 сгорания, плотно соединенную с рассеивающей камерой 5. Рассеивающая камера 5 содержит цилиндрическую трубчатую часть, соединительную часть, которая непрерывно простирается от трубчатой части и диаметр которой меньше диаметра трубчатой части, и пластинчатую часть 53 для завихрения воздуха, непрерывно простирающуюся от соединительной части через выпуклую периферийную часть 54. Соединительная часть плотно вставлена во вторую камеру 6 сгорания с обеспечением плотной посадки рассеивающей камеры 5 во второй камере 6 сгорания. Пластинчатая часть 53 для завихрения воздуха снабжена наклонными радиальными щелями для завихрения первого потока воздуха для горения. Выпуклая периферийная часть 54 имеет выходные отверстия 54а для завихрения второго потока воздуха для горения. 9 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение в целом относится к устройству для подачи воздуха для горения в мазутную форсунку котла и в особенности к устройству для вихревой подачи воздушной смеси для горения для ее равномерного перемешивания с мазутом, впрыскиваемым через распылительное сопло, и для получения диффузионного пламени.

Известна обычная мазутная форсунка, содержащая пластину для вихревого рассеивания воздуха или кольцевой стабилизатор 3, расположенный в цилиндрической дутьевой трубе 10, как показано на фиг.1 и 2. В этой форсунке часть воздуха для горения, всасываемого в трубу 10 под действием центробежной силы, создаваемой форсуночным мотором (не показан), одновременно с вихревым рассеиванием поступает через завихряющие воздух щели За, наклонно прорезанные в стабилизаторе 3, к передней стороне стабилизатора 3, расположенного, как показано на фиг. 7, перед распылительным соплом 4. Воздух для горения, проходящий через щели За, здесь условно назван первым потоком воздуха. Остальной же воздух для горения или второй поток воздуха поступает из трубы 10 через промежутки 3с между цилиндрической дутьевой трубой 10 и кольцевым стабилизатором 3 и течет в том же направлении, что и первый, окружая при этом диффузионное пламя для поддержания его формы. Однако второй поток воздуха не завихрен, он просто протекает продольно, окружая диффузионное пламя, при этом его скорость настолько велика, что это может вызвать неполное сгорание.

Помимо описанной обычной мазутной форсунки известна мазутная форсунка турбулентного типа, камера сгорания которой разделена на первую камеру 1 и вторую камеру 2 и снабжена стабилизатором 3, расположенным в камере 1, изображенная на фиг. 3 и 6 и предложенная в корейской заявке на патент N 92- 11855, поданной тем же заявителем, что и данная заявка. В этой форсунке первый поток воздуха для горения поступает из первой камеры 1 через завихряющие воздух щели За стабилизатора 3, расположенного перед распылительным соплом 4, и совершает вихревое перемещение для рассеивания до зоны А во второй камере 2, как показано на фиг.8. Одновременно второй поток воздуха для горения поступает из камеры 1 в камеру 2 через промежутки 3с между камерой 1 и стабилизатором 3 и течет горизонтально. Кроме первого и второго потоков воздуха для горения в камеру 2 из зоны В снаружи камеры 2 через выполненные в ней отверстия 2а для дожигания поступает не полностью сгоревший газ. Камера сгорания в мазутной форсунке турбулентного типа разделена на две камеры 1 и 2 с тем, чтобы неполностью сгоревший газ из зоны В поступал в камеру 2, нагретую до температуры 750-1300^oC, через выполненные в ней отверстия 2а и подвергался дожиганию, благодаря чему обеспечивается требуемое полное сгорание газа, не полностью сгоревшего снаружи диффузионного пламени. Однако второй поток воздуха для горения, подаваемый в камеру 2 через промежутки 3с между камерой 1 и стабилизатором 3 для горизонтального протекания по камере 2, имеет такую большую скорость, что требуемое полное сгорание при этом вряд ли возможно.

Более того, камера 1 такой форсунки расположена в таком месте, куда воздух для горения поступает непрерывно, так что камера 1 не подвергается воздействию диффузионного пламени. Таким образом, первая камера не подвергается ни тепловой деформации, ни коррозии из-за окисления, поэтому она может быть сделана из дешевого материала, такого как обычная листовая сталь или нержавеющая листовая сталь марки 27. Вторая же камера 2 расположена перед соплом 4 для распыления мазута и находится таким образом в непосредственном контакте с диффузионным пламенем, имеющим температуру около 750^oC, если форсунка выполнена малоразмерной, около 1100^oC, если она имеет средний размер, и около 1300^oC, если большой. С учетом этого камера 2 должна быть изготовлена из такого дорогостоящего специального сплава, как никеле-марганцевый сплав, с тем, чтобы противостоять воздействию указанной высокой температуры пламени, что требует определенных затрат.

Цель данного изобретения состоит в том, чтобы создать устройство для вихревого рассеивания смешанного воздуха для горения в турбулентной форсунке, в котором преодолены указанные недостатки, обеспечено завихрение воздуха, подаваемого во вторую камеру сгорания, и уменьшена скорость не полностью сгоревшего газа (пламени) для того, чтобы этот газ медленно наталкивался на нагретую до высокой температуры внутреннюю поверхность второй камеры по всей ее протяженности для увеличения тем самым продолжительности сгорания для обеспечения его полноты и улучшения эффективности.

Другая цель изобретения состоит в том, чтобы создать устройство для вихревого рассеивания воздуха для горения в турбулентной форсунке, вторая камера сгорания которого плотно соединена с частью рассеивающей воздух камеры, функционирующей и как первая камера сгорания, и как стабилизатор, благодаря чему повышается удобство сборки и разборки камеры сгорания, обеспечивается экономия дорогостоящего материала второй камеры сгорания, а также вдвое увеличивается эффективность горения.

Для достижения указанных целей предлагаемое устройство для вихревого рассеивания воздуха для горения в форсунке снабжено комбинированной рассеивающей воздух камерой, изготовленной за одно целое, окружающей сопло для распыления мазута и содержащей первую камеру сгорания и стабилизатор, выполненные в виде единого узла для завихрения и рассеивания второго потока воздуха так же, как и первого потока воздуха, и вторую камеру сгорания, плотно соединенную с комбинированной рассеивающей воздух камерой.

В одном варианте выполнения предлагаемого устройства рассеивающая воздух камера содержит цилиндрическую трубчатую часть, соединительную часть, непрерывно простирающуюся от трубчатой части, и пластинчатую часть для завихрения воздуха, непрерывно простирающуюся от соединительной части через выпуклую периферийную часть. Соединительная часть плотно вставлена во вторую камеру сгорания для обеспечения плотной посадки рассеивающей воздух камеры во второй камере сгорания. Пластинчатая часть для завихрения первого потока воздуха имеет наклонные радиальные щели завихрения первого потока воздуха. Выпуклая периферийная часть имеет выходные отверстия для завихрения второго потока воздуха.

На фиг.1 и 2 изображают один вариант выполнения известной обычной мазутной форсунки, при этом: фиг.1 изображает схематический разрез мазутной форсунки; фиг.2 изображает разрез мазутной форсунки по линии А-А на фиг.1; фиг.3-6 изображают один вариант выполнения известной турбулентной мазутной форсунки, при этом: фиг.3 изображает схематический разрез мазутной форсунки; фиг.4 изображает разрез мазутной форсунки по линии В-В на фиг.3; фиг.5 изображает вид сбоку первой камеры сгорания мазутной форсунки; фиг. 6 изображает вид сбоку второй камеры сгорания мазутной форсунки перед ее соединением с первой камерой сгорания; фиг.7 изображает разрез, показывающий поток воздуха, поступающего в зону горения через дутьевую трубу, и стабилизатор обычной мазутной форсунки, показанной на фиг.1; фиг.8 изображает разрез, показывающий поток воздуха для горения в первой и второй камерах сгорания и стабилизатор обычной турбулентной мазутной форсунки, показанной на фиг.3;
фиг. 9-11 изображают один вариант выполнения предлагаемой турбулентной мазутной форсунки, при этом:
фиг.9 изображает вертикальный разрез мазутной форсунки;
фиг.10 изображает разрез мазутной форсунки по линии C-C на фиг.5А;
фиг. 11 изображает вид сбоку в разъединенном состоянии устройства для вихревого рассеивания воздуха, содержащего камеру для рассеивания воздуха и вторую камеру сгорания, перед их плотным соединением между собой;
фиг. 12,13 изображают рассеивающую воздух камеру турбулентной мазутной форсунки, показанной на фиг.9, при этом:
фиг. 12 изображает вид в аксонометрии варианта выполнения рассеивающей воздух камеры, в котором отверстия для выхода воздуха выполнены с наклоном влево;
фиг.13 изображает разрез рассеивающей воздух камеры по линии D-D на фиг. 12;
фиг. 14-18 изображают вид в аксонометрии других предлагаемых вариантов выполнения рассеивающей воздух камеры;
фиг. 19 изображает отверстия для выхода воздуха, выполненные аналогично отверстиям, представленным на фиг.12, 13, но с наклоном направо.

На фиг. 9-11 показан один вариант выполнения предлагаемой турбулентной мазутной форсунки. Форсунка содержит снабженную фланцем камеру 5 для рассеивания воздуха в виде трубы, запрессованной в тело фланца. На фиг.11 видно, что камера 5 имеет выполненную заодно с ней и проходящую от фланцевой части цилиндрическую часть 51, от которой проходит соединительная часть 52, выполненная заодно с ней со ступенчатым уменьшением диаметра. Труба 5 также имеет часть 53 в виде пластины для завихрения воздуха, проходящую от соединительной части 52 и имеющую выпуклую периферийную часть 54 и углубление на удаленном конце камеры 5. Часть 53 имеет прорезанные в ней щели 3а для завихрения воздуха, расположенные наподобие спиц колеса. Диаметр соединительной части 52 меньше диаметра цилиндрической части 51, так что первая может быть плотно вставлена во вторую камеру 6 сгорания, описанную ниже, с тем, чтобы обеспечить плотную посадку камеры 5 в камере 6, в результате чего исключается необходимость сварки или дополнительных средств крепления для их взаимного соединения.

Выпуклая периферийная часть 54, проходящая от части 52 до части 53, имеет наклонные выходные отверстия 54а для воздуха, отстоящие друг от друга на одинаковые расстояния. Отверстия 54а предпочтительно выполнены посредством прорезки верхней поверхности части 54 с нажатием на нее, так что каждое отверстие 54а наклонено на некоторый угол. Благодаря отверстиям 54а второй поток воздуха для горения, поступающий в камеру 5, выходит из нее с завихрением по спирали, осью которой является центральная ось камеры 5. Таким образом, если выходные отверстия выполнены с наклоном вправо, то выходящий воздух подается по правосторонней спирали, если влево, то по левосторонней. Результат будет один и тот же независимо от направления подачи воздуха. В других вариантах выполнения предлагаемого устройства выходные отверстия 54а могут быть выполнены не на верхней поверхности части 54, а в другом месте, или выполнены вертикально, без наклона. Так например, на фиг.14 и 15 показаны варианты выполнения, в которых наклонные выходные отверстия 54а выполнены соответственно на внутренней и наружной поверхностях части 54. Из фиг.16 видно, что отверстия 54а могут быть выполненными вертикально на верхней поверхности части 54, так что второй поток воздуха, поступающий в зону горения, перемещается параллельно центральной оси камеры 5. Выходные отверстия 54а могут быть выполнены и вертикально на внутренней поверхности выпуклой периферийной части 54, как показано на фиг.17, или на наружной поверхности выпуклой периферийной части 54, как показано на фиг.18.

Из фиг.9 и 11 видно, что вторая камера 6 сгорания, плотно насаженная на камеру 5, имеет форму цилиндра. В нижней части камеры 6, которой она насажена на камеру 5, выполнены отверстия 6а для дожигания. В соответствии с данным изобретением каждое из отверстий 6а для дожигания предпочтительно выполнено круглым или прямоугольным. Камера 6 плотно насажена нижней частью на соединительную часть 52 камеры 5 с тем, чтобы обеспечить ее плотную посадку на ней, в результате чего исключается необходимость сварки или дополнительных средств крепления для их соединения. Более того, такая плотная посадка камеры 6 на камеру 5 повышает удобство соединения и разъединения камер 5 и 6. В соответствии с данным изобретением плотную посадку камеры 6 на камеру 5 осуществляют путем надвигания камеры 6 на всю длину ее соединительной части 52 камеры 5, как показано на фиг.9. Таким образом обеспечивается экономия дорогостоящего материала камеры 6. В обычных же турбулентных форсунках вторая камера 2 сгорания должна быть полностью насажена на первую камеру 1 сгорания, до упора во фланец 1а, как показано на фиг.8. Таким образом, для того, чтобы камера доходила до фланца 1а, требуется увеличение ее длины, что вызывает дополнительный расход дорогостоящего материала и следовательно, ухудшает экономичность конструкции.

Камера 5, входящая в состав предлагаемой турбулентной форсунки, выполняет как функции обычной первой камеры сгорания, так и функции обычного стабилизатора, благодаря чему обеспечивается экономия дорогостоящего материала второй камеры сгорания, упрощается процесс сборки и улучшается работа форсунки. Иначе говоря, использование предлагаемой камеры 5 полностью устраняет недостаток известных устройств, состоящий в необходимости выдерживать при сборке точный зазор между первой камерой сгорания и устанавливаемым в ней стабилизатором для подачи в зону горения требуемого количества воздуха с требуемой скоростью, а также повышает устойчивость процесса горения.

Эффективность работы предлагаемого устройства рассмотрена ниже в сопоставлении с обычной турбулентной форсункой, изображенной на фиг.8. При работе обычной турбулентной форсунки мазут, распыляемый из сопла 4, перемешивается с первым потоком воздуха для горения, поступающим из камеры 1 сгорания через стабилизатор 3 для образования топливной смеси, сгорающей в процессе вихревого перемещения в зону A, расположенную в камере 2 сгорания. Не полностью сгоревший газ из зоны B поступает через отверстия 2а в камере 2 в расположенную в ней зону C для дожигания во втором потоке воздуха, поступающем в эту зону горизонтально. Таким образом, в обычной турбулентной форсунке требуемое полное сгорание обеспечено созданием условий для того, чтобы не полностью сгоревший газ, всосанный через отверстия 2а, а также пламя, сформированное у передней части сопла 4, наталкивались на внутреннюю поверхность камеры 2, нагретой до высокой температуры 750- 1300^oC. Однако требуемое полное сгорание вряд ли осуществимо, поскольку второй поток воздуха поступает в зону C у внутренней поверхности камеры 2 с высокой скоростью, так что он вытесняет не полностью сгоревший газ прежде, чем тот подвергнется дожиганию и охлаждает внутреннюю поверхность камеры 2.

В предлагаемом же изобретении второй поток воздуха, подаваемый а зону C в камере 6, напротив, перемещается по камере 6 как и первый, с завихрением, как показано на фиг.9. Таким образом, первый и второй потоки воздуха поступают в зону горения перемешанными в процессе вихревого движения.

Таким образом, воздух для горения всасывается в камеру 5, выполняющую как функции первой камеры сгорания, так и функции стабилизатора. Часть воздуха образует первый поток и поступает в камеру 6 через щели 53а для завихрения воздуха, расположенные в части 53, при этом воздух завихряется и рассеивается в камере. Одновременно с завихрением и рассеиванием второй поток воздуха перемешивается с мазутом, распыляемым через сопло 4, и сжигается.

Остальная часть воздуха для горения, поступающего в зону горения, вводится в камеру 6 в виде второго потока воздуха через отверстия 54а части 54. В то же время второй поток воздуха для горения завихряется для поддержания требуемой формы пламени, снижения до приемлемой величины скорости потока не полностью сгоревшего газа, поступающего во вторую камеру сгорания через отверстие 6а, и завихрения потока не полностью сгоревшего газа. Таким образом, предлагаемое устройство для вихревого рассеивания воздуха для горения позволяет не полностью сгоревшему газу медленно протекать по камере 6, на всей ее протяженности наталкиваясь на внутреннюю поверхность камеры 6, нагретой до высокой температуры 750-1300^oC. Таким образом затягивается время горения с целью обеспечить требуемое дожигание не полностью сгоревшего газа и улучшить эффективность горения.

Как описано выше, предлагаемое устройство для вихревого рассеивания воздуха для горения использует рассеивающую воздух камеру, функционирующую и как первая камера сгорания, и как стабилизатор, и таким образом обеспечивается точное расположение пластинчатой части для завихрения воздуха, функционирующей как стабилизатор. На выпуклой периферийной части рассеивающей воздух камеры имеются выходные отверстия, а на пластинчатой завихряющей части имеются завихряющие щели, посредством чего обеспечивается вихревое рассеивание второго потока воздуха для горения аналогично тому, как происходит рассеивание первого потока. Вихревое рассеивание второго потока воздуха позволяет обеспечить более низкое процентное содержание воздуха, а также требуемую высокую эффективность горения. Кроме того, вторая камера сгорания плотно насажена на переднюю часть рассеивающей воздух камеры, с обеспечением в предлагаемом устройстве плотной посадки, что способствует повышению удобства сборки и разборки устройства, а также экономии дорогостоящего материала второй камеры сгорания.

Выше для примера рассмотрены лишь предпочтительные варианты выполнения предлагаемого устройства, однако возможны различные иные модификации, дополнения и изменения в пределах объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство для вихревого рассеивания воздушной смеси для горения в турбулентной форсунке, содержащее рассеивающую воздух камеру, окружающую распылительное сопло, включающую первую камеру сгорания и стабилизатор и завихряющую и рассеивающую первый поток воздуха для горения, проходящий через отверстия в стабилизаторе, и второй поток воздуха для горения, проходящий через отверстия между рассеивающей воздух камерой и стабилизатором, отличающееся тем, что первая камера сгорания выполнена в виде единого узла со стабилизатором и выполнена за одно целое с рассеивающей воздух камерой, с которой плотно соединена вторая камера сгорания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рассеивающая камера содержит цилиндрическую трубчатую часть, соединительную часть, которая непрерывно простирается от трубчатой части, диаметр которой меньше диаметра трубчатой части, и которая плотно вставлена во вторую камеру сгорания для обеспечения плотной посадки рассеивающей камеры во второй камере сгорания, и завихряющую воздух пластинчатую часть, непрерывно простирающуюся от соединительной части и имеющую радиальные щели, каждая из которых имеет наклонную боковую поверхность для завихрения первого потока воздуха для горения.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что рассеивающая камера дополнительно содержит выпуклую периферийную часть, имеющую выходные отверстия для второго потока воздуха для горения и непрерывно простирающуюся между соединительной частью и завихряющей воздух пластинчатой частью.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что выходные отверстия для второго потока воздуха для горения расположены с правильными интервалами на верхней поверхности указанной выпуклой периферийной части.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что выходные отверстия для второго потока воздуха для горения расположены с правильными интервалами на внутренней поверхности указанной выпуклой периферийной части.

6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что выходные отверстия для второго потока воздуха для горения расположены с правильными интервалами на внешней поверхности указанной выпуклой периферийной части.

7. Устройство по пп.3 - 6, отличающееся тем, что боковая поверхность каждого выходного отверстия для второго потока воздуха для горения расположена наклонно.

8. Устройство по пп.3 - 6, отличающееся тем, что боковая поверхность каждого выходного отверстия для второго потока воздуха для горения расположена вертикально.

9. Устройство по пп.3 - 6, отличающееся тем, что выходные отверстия для второго потока воздуха для горения наклонены влево на заданный угол.

10. Устройство по пп.3 - 6, отличающееся тем, что выходные отверстия для второго потока воздуха для горения наклонены вправо на заданный угол.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19