Акустическая форсунка

 

Изобретение относится к устройствам для распыливания различных жидкостей, в том числе топлив, и может быть использовано в энергетической, химической, металлургической областях промышленности. Технический результат, заключающийся в повышении качества распыливания и интенсивности сжигания жидкого топлива, обеспечивается за счет того, что в акустической форсунке, содержащей корпус с выходным соплом и кольцевым резонатором на торцевой стенке, по оси которого расположен топливный распыливатель, согласно изобретению на топливном распыливателе установлен сопловый блок, выполненный в виде многогранника, образующего с внутренней поверхностью корпуса замкнутый по кольцу ряд входных конфузорных щелей, плавно переходящих с образованием пережима в диффузорные щели с калибрующим выступом, образующие в сечении сегментные сопла, в которых одна часть диффузорных щелей с калибрующим выступом выполнена в плоскостях, перпендикулярных к нормали, под углом к оси, а вторая - наклонно к касательной плоскости в тангенциальном направлении. 3 з. п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для распыливания различных жидкостей, в том числе топлив, и может быть использовано в энергетической, химической, металлургической областях промышленности.

Известна акустическая форсунка, содержащая корпус с выходным соплом, по оси которого расположен топливный распыливатель с дисковым отражателем, образующим кольцевую резонирующую полость, обращенную к перпендикулярному относительно оси форсунки кольцевому соплу для подачи распылителя, причем резонирующая полость составляет 2,8-4,3 ширины кольцевого сопла (см. описание изобретения к авт. свидетельству 909430, МПК 3 F 23 D 11/34 от 22.05.80 г.).

Недостатком данной конструкции является низкое диспергирование топлива, поступающего из распыливателя, ввиду получения слабой ударной волны при взаимодействии распылителя с дном резонирующей полости.

Известна также акустическая форсунка, содержащая корпус с выходным соплом, по оси которого расположен топливный распыливатель с дисковым отражателем, образующим кольцевую резонирующую полость, обращенную к перпендикулярному относительно оси форсунки кольцевому сгибу для подачи распылителя, которое выполнено в виде входного конфузорного участка и выходного диффузорного участка, сопряженных кольцевой щелью, образующей пережим, а диффузорный участок на выходе снабжен выступами,... (см. SU 1502902 F 23 D 11/34).

Данная конструкция принята в качестве прототипа.

По отношению к известному техническому решению использование акустической форсунки - прототипа позволяет несколько увеличить эффективность сжигания топлива за счет увеличения скорости потока распылителя при столкновении с дном резонирующей камеры, которая получена при прохождении диффузорного и конфузорного каналов.

Недостатком данной конструкции является недостаточная эффективность сжигания топлива, обусловленная уменьшением угла факела за счет кольцевого его обжатия (обжима) расширяющимся потоком отработанного распылителя, а также невозможность использования пара в качестве распылителя.

Задачей заявляемого технического решения является повышение качества распыливания и интенсивности сжигания жидкого топлива.

Поставленная задача достигается тем, что в акустической форсунке, содержащей корпус с выходным соплом и кольцевым резонатором на торцевой стенке, по оси которого расположен топливный распыливатель, на топливном распыливателе установлен сопловый блок, выполненный в виде многогранника, образующего с внутренней поверхностью корпуса замкнутый по кольцу ряд входных конфузорных щелей, плавно переходящих с образованием пережима в диффузорные щели с калибрующим выступом, образующие в сечении сегментные сопла, в которых одна часть щелей с калибрующим выступом выполнена в плоскостях, перпендикулярных к нормали под углом к оси, а вторая - наклонно к касательной плоскости в тангенциальном направлении. При этом сопловый блок форсунки может быть выполнен в виде шестигранника. Кроме того, сопловый блок может быть установлен с возвратно-поступательным перемещением в осевом направлении. Кроме того, торцевая поверхность соплового блока выполнена в виде сопла с конической, сферической или параболической поверхностями.

Установка на топливном распыливателе соплового блока, выполненного в виде многогранника, образующего с внутренней поверхностью корпуса замкнутый по кольцу ряд входных конфузорных щелей, плавно переходящих с образованием пережима в диффузорные щели с калибрующим выступом, образующие в сечении сегментные сопла, в которых одна часть диффузорных щелей выполнена в плоскостях, перпендикулярных к нормали под углом к оси, а вторая - наклонно к касательной плоскости в тангенциальном направлении, позволяет образовывать двуродные потоки скорости - с тангенциально направленным вектором скорости и вектором скорости, направленным параллельно оси форсунки.

При взаимодействии двуродных потоков между собой и с дном резонирующей камеры образуются мощные ударные волны высокой частоты, которые соответственно приобретают тангенциальные и радиально направленные векторы скорости, которые посредством торцевой поверхности соплового блока совместно с отработанным в резонаторе потоком распылителя оказывают соответственно двойное воздействие, что позволяет усилить эффект воздействия за счет взаимодействия двуродных потоков.

Выполнение соплового блока в виде шестигранника позволяет наиболее эффективно повысить качество распыливания и интенсивность сжигания жидкого топлива.

Установка соплового блока с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно резонирующей камеры позволяет периодически осуществлять кратковременную продувку щелей многократно превышающим потоком распылителя и, тем самым, предупредить их засорение.

Выполнение соплового блока с конической, сферическою или параболической поверхностями позволяет фокусировать воздействие ударной волны и отработанного распылителя на топливо.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена форсунка в продольном разрезе, на фиг.2 - в поперечном.

Акустическая форсунка содержит корпус 1 с выходным соплом 5 и кольцевым резонатором 2 на торцевой стенке, по оси которого расположен центробежный топливный распыливатель 3. На топливном распыливателе 3 установлен сопловый блок 4, в данном варианте в виде шестигранника, образующего с внутренней поверхностью корпуса 1 замкнутый по кольцу 9 ряд входных конфузорных щелей 6, плавно переходящих с образованием пережима 8 в диффузорные щели 7 с калибрующим выступом 10 с образованием, в данном варианте, шести сегментных сопел. Часть диффузорных щелей 7 с калибрующим выступом 10 выполнены не перпендикулярно к нормали соплового блока 4, а наклонно под углом α (см. фиг.2) к касательной плоскости в тангенциальном направлении. Сопловый блок 4 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении.

Форсунка работает следующим образом.

Распылитель, в данном варианте пар, поступает по кольцевому каналу 9 в корпус 1 с сопловым блоком 4, где при прохождении шести конфузорных щелей 6, пережима 8, диффузорных щелей 7 и калибрующих выступов 10 достигает сверхзвуковой скорости, причем три из шести потоков приобретают преимущественно тангенциально направленный вектор скорости в отличие от трех других, которые имеют вектор скорости, направленный параллельно оси форсунки. При взаимодействии двуродных потоков между собой и с дном кольцевого резонатора 2 образуются мощные ударные волны высокой частоты, которые соответственно приобретают тангенциальные и радиально направленные векторы скорости, последние посредством торцевой поверхности (в данном случае конической) 11 соплового блока 4, совместно с отработанным в резонаторе потоком распылителя, оказывают соответственно и двойное воздействие. Так радиально направленная высокочастотная ударная волна совместно с аэродинамическим потоком осуществляют диспергирование топлива, в частности мазута, поступающего из центробежного распыливателя 3, а тангенциально направленная волна и выходящий закрученный аэродинамический поток распылителя оказывают диспергирующее воздействие на более крупные частицы топлива, одновременно максимально увеличивают угол истечения распыленного топлива - факела, создавая при этом на поверхности выходного сопла 5 вихревую газовую подушку, которая защищает его от забрасывания капельками топлива и в последствии от закоксовывания.

Использование заявленного технического решения позволяет значительно повысить качество распыливания и интенсивность сжигания жидкого топлива.

Формула изобретения

1. Акустическая форсунка, содержащая корпус с выходным соплом и кольцевым резонатором на торцевой стенке, по оси которого расположен топливный распыливатель, отличающаяся тем, что на топливном распыливателе установлен сопловый блок, выполненный в виде многогранника, образующего с внутренней поверхностью корпуса замкнутый по кольцу ряд входных конфузорных щелей, плавно переходящих с образованием пережима в диффузорные щели с калибрующим выступом, образующие в сечении сегментные сопла, в которых одна часть диффузорных щелей с калибрующим выступом выполнена в плоскостях, перпендикулярных к нормали под углом к оси, а вторая – наклонно к касательной плоскости в тангенциальном направлении.

2. Акустическая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что сопловый блок выполнен в виде шестигранника.

3. Акустическая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что сопловый блок установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении.

4. Акустическая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что торцевая поверхность соплового блока выполнена в виде конической, сферической или параболической поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2