Центробежно-струйная форсунка

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к форсункам для распыления жидкости, и может быть применено, например, в градирнях, а также на других промышленных объектах, где требуется распыление воды или других жидкостей. Периферийные каналы наклонены к продольной оси форсунки под углом, равным 5 - 30^o, и выполнены переменного сечения или прямоугольной, или круглой, или овальной формы с площадью, уменьшающейся по ходу движения жидкости, между цилиндрической вставкой и сужающимся коническим отверстием установлено дистанционное кольцо, подводящий штуцер и дистанционное кольцо частично перекрывают поперечные сечения каналов соответственно на их входах и выходах, образуя свободные проходные сечения, при этом площадь свободного проходного сечения на входе каждого канала равна площади свободного проходного сечения на его выходе. Изобретение позволяет повысить качество распыливания жидкости и производительность форсунки. 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к форсункам для распыления жидкости, и может быть применено, например, в градирнях, а также на других промышленных объектах, где требуется распыление воды или других жидкостей.

Известна форсунка, содержащая корпус, завихрительную цилиндрическую камеру с сужающимся коническим отверстием, переходящим в цилиндрическое сопло, завихривающую вставку с центральным цилиндрическим отверстием и периферийными наклоненными канавками.

(см. а.с. СССР N 503600, МПК B 05 B 1/34, F 23 D 11/04, 1976) Недостатком указанной форсунки является низкое качество распыливания подаваемого агента.

Наиболее близкой к настоящему изобретению является центробежно-струйная форсунка, содержащая корпус, завихрительную цилиндрическую камеру с сужающимся коническим отверстием, переходящим в цилиндрическое сопло, плоскую цилиндрическую завихривающую вставку с центральным цилиндрическим отверстием и периферийными наклонными каналами, подводящий штуцер, подпирающий вставку.

(см. патент РФ N 2010613, МПК B 05 B 1/34, 1994).

Недостатком указанной форсунки является низкое качество распыливания жидкости из-за низкой турбулизации выходящего из завихрительной камеры потока.

Задачей изобретения является повышение качества распыливания жидкости, производительности форсунки.

Поставленная задача решается тем, что периферийные каналы наклонены к продольной оси форсунки под углом, равным 5 - 30^o, и выполнены переменного сечения или прямоугольной, или круглой, или овальной формы с площадью, уменьшающейся по ходу движения жидкости, между цилиндрической вставкой и сужающимся коническим отверстием установлено дистанционное кольцо, подводящий штуцер и дистанционное кольцо частично перекрывают поперечные сечения каналов соответственно на их входах и выходах, образуя свободные проходные сечения, при этом площадь свободного проходного сечения на входе каждого канала равна площади свободного проходного сечения на его выходе, отношение суммы площадей свободных проходных сечений каналов к площади поперечного сечения центрального отверстия равно 4,3.

Отношение площади поперечного сечения каждого канала на входе к площади поперечного сечения на выходе больше 1, но меньше 2.

Высота h дистанционного кольца составляет 0,075 - 0,16 от высоты вставки.

Внутренний диаметр d дистанционного кольца составляет 0,85 - 0,95 от диаметра D_кам завихрительной камеры.

Угол конусности конического отверстия определяется соотношением 0^o < β ≅ 60^o. Осевые линии каналов вставки могут быть выполнены либо прямолинейными, либо винтовыми.

Такое выполнение форсунки позволяет увеличить производительность форсунки на 10-20 % за счет оптимизации площадей проходного сечения на входе во вставку и выходе из нее. Угол наклона 5 - 30^o периферийных наклонных каналов определен экспериментально и зависит от заданного угла раскрытия факела и производительности форсунки. Углы наклона, выходящие за пределы, определенные экспериментально, не позволяют получить требуемый угол раскрытия факела распыливаемой жидкости при одновременном соблюдении однородности и равномерности распределения капель в факеле распыла форсунки. Угол наклона менее 5^o дает угол раскрытия факела распыла, приближенный к факелу распыла струйной форсунки, т.е. не более 15 - 20^o, а угол наклона более 30^o приводит к росту потерь давления при возрастании угла α. Это, в свою очередь, приводит к резкому снижению производительности форсунки.

Подводящий штуцер, подпирая плоскую цилиндрическую завихривающую вставку, одновременно уменьшает сечение периферийных наклонных каналов на входе, а дальнейшее расширение каналов при больших напорах может приводить к кавитационным явлениям, а это, в свою очередь, к существенному гидравлическому сопротивлению, резко снижающему производительность, в особенности при больших напорах. Равенство площадей свободных проходных сечений на входе и выходе каждого периферийного наклонного канала позволяет устранить дисбаланс расхода жидкости в различных сечениях плоской цилиндрической завихривающей вставки.

Дистанционное кольцо, с одной стороны, создает дополнительный объем в сужающемся коническом отверстии завихрительной камеры, который позволяет наилучшим образом соединиться потоку, проходящему через центральное отверстие и наклонные периферийные каналы, а с другой стороны, создает турбулизационную ступеньку, позволяющую уменьшить объемно-поверхностный диаметр капель без потери напора и производительности форсунки. Для создания равномерности заполненного факела распыла форсунки оптимальное отношение суммы площадей свободных проходных сечений периферийных наклонных каналов (f_к) к площади (f_о) поперечного сечения центрального отверстия, при использовании известных теоретических и экспериментальных данных, определяется соотношением 5 > f_о / f_о > 4.

На основании ряда экспериментов эмпирическим путем было получено, что при отношении суммы площадей свободных проходных сечений периферийных наклонных каналов к площади поперечного сечения центрального отверстия, равном 4,3, достигается дисперсность при размерах среднего диаметра капель 0,5 - 0,8 мм для 90% общего объема жидкости.

При отношении площади поперечного сечения каждого периферийного наклонного канала на входе к площади поперечного сечения на выходе большем 1, но меньшем 2 достигается оптимальное ускорение потока в указанных каналах.

При высоте дистанционного кольца, составляющей 0,075-0,16 от высоты плоской цилиндрической завихривающей вставки, и при внутреннем диаметре дистанционного кольца, составляющем 0,85 - 0,95 от диаметра завихрительной цилиндрической камеры, достигается оптимальная величина турбулизации на выходе каналов.

При угле конусности конического отверстия 0^o < β ≅ 60^o достигается оптимальная турбулизация смешивающихся потоков.

Относительный угол сужения периферийного наклонного канала можно определить из формулы где D_кам - диаметр завихрительной цилиндрической камеры; D_шт - внутренний диаметр подводящего штуцера; H - высота плоской цилиндрической завихривающей вставки.

Дистанционное кольцо, с одной стороны, создает дополнительный объем в сужающемся коническом отверстии завихрительной камеры, который позволяет наилучшим образом соединиться потоку, проходящему через центральное отверстие и периферийные наклонные каналы, а с другой стороны, создает турбулизационную ступеньку, позволяющую уменьшить объемно-поверхностный диаметр капель без потери напора и производительности форсунки.

На фиг. 1 изображена форсунка, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Центробежно-струйная форсунка для распыления жидкости содержит корпус 1, рабочую камеру 2, завихрительную цилиндрическую камеру 3 с сужающимся коническим отверстием 4, переходящим в цилиндрическое сопло 5, плоскую цилиндрическую завихривающую вставку 6 с центральным цилиндрическим отверстием 7 и периферийными наклонными каналами 8 с сечением или прямоугольной, или круглой, или овальной формы и подводящий штуцер 9, подпирающий вставку 6. Периферийные каналы 8 наклонены к продольной оси форсунки под углом λ, равным 5 - 30^o, и выполнены переменного сечения с площадью, уменьшающейся по ходу движения жидкости. Между цилиндрической вставкой 6 и сужающимся коническим отверстием 4 установлено дистанционное кольцо 10, подводящий штуцер 9 и дистанционное кольцо 10 частично перекрывают поперечные сечения каналов 8 соответственно на их входах и выходах, образуя свободные проходные сечения (через которые проходит жидкость), при этом площадь свободного проходного сечения на входе каждого канала 8 равна площади свободного проходного сечения на его выходе, отношение суммы площадей свободных проходных сечений каналов 8 к площади поперечного сечения центрального отверстия 7 вставки равно 4,3.

Отношение площади поперечного сечения каждого канала 8 на входе к площади поперечного сечения на выходе больше 1, но меньше 2. Высота h дистанционного кольца 10 составляет 0,075-0,16 от высоты H вставки 6 (h = 0,075-0,16 H). Внутренний d диаметр дистанционного кольца 10 составляет 0,85-0,95 от диаметра D_кам завихрительной камеры 3. Угол β конусности конического отверстия 4 определяется соотношением 0^o < β ≅ 60^o. Осевые линии каналов 8 вставки 6 могут быть выполнены либо прямолинейными, либо винтовыми.

Форсунка работает следующим образом.

Жидкость подается через подводящий штуцер 9 в рабочую камеру 2. При резком расширении потока на переходе от свободного проходного сечения на входе к поперечному входному сечению каждого периферийного наклонного канала или прямоугольного, или круглого, или овального сечения образуется местный вихрь, турбулизирующий поток на входе. Далее часть жидкости проходит по периферийным наклонным каналам 8 плоской цилиндрической завихривающей вставки 6, образуя вращающийся поток. Другая часть жидкости проходит через центральное отверстие 7 плоской цилиндрической завихривающей вставки 6, образуя сплошную струю, при этом ее диаметр должен быть несколько больше диаметра внутреннего потока, вращающегося в сопле 5. На выходе наклонных каналов 8 на дистанционном кольце 10 поток дополнительно турбулизируется, что улучшает однородность и качество распыла. В результате взаимодействия вращающаяся жидкость будет закручивать центральную струю, создавая единый поток, который на выходе из сопла образует факел в виде сплошного конуса.

Дистанционное кольцо 10 выполняют высотой в пределах 1-10 мм и толщиной стенки 0,5-5,0 мм. Такие размеры определены экспериментально и зависят от диаметра сопла форсунки и ее производительности. За пределами этих размеров эффективность работы форсунки резко снижается.

Изобретение позволяет значительно повысить производительность форсунки, создавая при этом факел распыла жидкости с углом раскрытия в диапазоне 30 - 80^o, т.е. создавать оптимальный по своим характеристикам факел для применения в скоростных прямоточных распылительных аппаратах (эжекционные градирни с различным расположением форсунок, форсуночные абсорберы Вентури).

Формула изобретения

1. Центробежно-струйная форсунка для распыления жидкости, содержащая корпус, завихрительную цилиндрическую камеру с сужающимся коническим отверстием, переходящим в цилиндрическое сопло, плоскую цилиндрическую завихривающую вставку с центральным цилиндрическим отверстием и периферийными наклонными каналами, подводящий штуцер, подпирающий вставку, отличающаяся тем, что периферийные каналы наклонены к продольной оси форсунки под углом, равным 5 - 30^o, и выполнены переменного сечения или прямоугольной, или круглой, или овальной формы с площадью, уменьшающейся по ходу движения жидкости, между цилиндрической вставкой и сужающимся коническим отверстием установлено дистанционное кольцо, подводящий штуцер и дистанционное кольцо частично перекрывают поперечные сечения каналов соответственно на их входах и выходах, образуя свободные проходные сечения, при этом площадь свободного проходного сечения на входе каждого канала равна площади свободного проходного сечения на его выходе, отношение суммы площадей свободных проходных сечений каналов к площади поперечного сечения центрального отверстия равно 4,3.

2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что отношение площади поперечного сечения каждого канала на входе к площади поперечного сечения на выходе больше 1, но меньше 2.

3. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что высота дистанционного кольца составляет 0,075 - 0,16 от высоты вставки.

4. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что внутренний диаметр дистанционного кольца составляет 0,85 - 0,95 от диаметра завихрительной камеры.

5. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что угол конусности конического отверстия определяется соотношением 0^o < β ≅ 60^o. 6. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что осевые линии каналов вставки выполнены прямолинейными.

7. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что осевые линии каналов вставки выполнены винтовыми.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3