Электростатическая форсунка для сжигания жидкого топлива в факельных топках теплогенерирующих установок
Владельцы патента RU 2564365:
Государственное автономное образовательное учреждение Астраханской области высшего профессионального образования "Астраханский инженерно-строительный институт" (RU)
Изобретение относится к оборудованию для распыления жидких топлив электростатическим способом и может быть использовано в тепловых двигателях, в факельных топках теплогенерирующих установок, сопловых энергетических установках, машинах и аппаратах химической промышленности. Электростатическая форсунка содержит корпус с каналом для подвода распыляемой жидкости, систему металлических электродов, подключенных к полюсам высоковольтного блока питания. Один из элементов электродной системы представляет собой комплекс цилиндрических металлических штуцеров, запрессованных в металлический электрод, подключенный к положительному полюсу высоковольтного блока питания, причем поверхность выходных отверстий штуцеров располагается в одной плоскости с нижней поверхностью другого дырчатого электрода, подключенного к отрицательному полюсу высоковольтного блока питания, и диаметры круговых отверстий дырчатого электрода составляют от 10 до 15 наружных диаметров штуцеров, установленных соосно с круговыми отверстиями дырчатого электрода, отделенного от штуцеров диэлектрическими вставками. Изобретение позволяет улучшить качество распыления топлива. 1 ил.
Изобретение относится к оборудованию для распыления жидких топлив электростатическим способом и может быть использовано в тепловых двигателях, в факельных топках теплогенерирующих установок, сопловых энергетических установках, машинах и аппаратах химической промышленности для расширении функциональных возможностей, повышении качества распыления и производительности.
Известна механическая форсунка, содержащая ствол для подачи жидкости, головку с выходным отверстием, примыкающую к выходному концу ствола, завихритель [А.И. Карабин и др. Сжигание жидкого топлива. М.: Металлургия, 1966. - С. 116, рис. 31].
Недостатками известной форсунки является неравномерность (неоднородность) по размерам распыляемых частиц, что обуславливается низкой эффективностью процесса горения из-за разной скорости сгорания частиц топлива различного диаметра.
Известна механическая форсунка, содержащая ствол для подачи жидкости, распределительную шайбу с отверстиями и кольцевой проточкой для раздачи топлива по тангенциальным каналам камеры завихривания, шайбу распределительную, диск камеры завихривания, сопловой диск и накидную гайку головки форсунки [Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. - Л.: Недра, 1989. - С. 115-117, рис. 4.33].
Недостатками механической форсунки является сложность конструкции, из-за наличия движущихся частей понижается надежность, неравномерность (неоднородность) по размеру частиц распыляемого топлива, сказывающиеся на эффективности его сгорания.
Известна пневматическая форсунка, имеющая в своем составе внешнюю и внутреннюю трубу, сопла, спиральный завихритесь, втулку форсунки [Пажи Д.Г., Гаустов B.C. Основы техники распыливания жидкостей. - М.: Химия, 1984. - С. 169, рис. 7.8].
Недостатком пневматической форсунки является высокая неоднородность частиц распыляемого топлива и низкая экономичность, обусловленная тем, что качество диспергирования зависит не только от скорости истечения жидкости, но и от энергии распыливающего агента, за счет этого требуется значительная энергия для распыления.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является электростатический распылитель, содержащий корпус с каналом для подвода жидкости и присоединенный к одному полюсу высоковольтного блока питания электрод с отверстиями, в которых размещены с зазором распылительные сопла, распылитель снабжен установленной на выходе перед распылительными соплами с регулируемым зазором к электроду пластиной с отверстиями, соосными с отверстиями электрода, подсоединенной к другому полюсу высоковольтного блока питания. При этом пластина с отверстиями закреплена на корпусе посредством регулировочных винтов, а корпус выполнен разъемным (SU №1789293 А1).
Недостатком распылителя является то, что распыляемая жидкость заряжается от источника высокого напряжения индукционным, малоэффективным способом, что обуславливается необходимостью использования высоковольтного блока питания повышенной мощности и, соответственно, процесс электризации жидкости имеет низкую эффективность. В связи с тем, что процесс диспергирования начинается в межэлектродном пространстве, частицы распыляемой жидкости поступают на нижний электрод с отверстиями, где происходит их осаждение и агломерация в пленку жидкости, истекающей из круглых отверстий нижнего электрода сплошной струей. Последнее по нашему мнению позволяет сделать вывод о малоэффективной работе данного устройства и низком качестве диспергирования.
Целью изобретения является усовершенствование существующего электростатического распылителя и использование его в качестве топливной форсунки для теплогенерирующих установок, расширение функциональных возможностей форсунки, повышение качества распыления и производительности.
Техническая задача - создание высокоэффективной электростатической форсунки для распыления жидкого топлива в топочную камеру теплогенерирующих установок с использованием высокопотенциального электростатического поля. Данная электростатическая форсунка может быть установлена как на эксплуатируемые в настоящее время теплогенерирующие установки, так и на вновь проектируемые.
Технический результат данного изобретения состоит в усовершенствовании топливной форсунки посредством снабжения ее устройством электростатического распыливания топлива, обеспечивающего улучшение степени распыления топлива, и как следствие, улучшение общей топливной экономичности тепловых установок и экологической чистоты их отходящих газов.
Указанный технический результат достигается тем, что электростатическая форсунка содержит корпус с каналом для подвода распыляемой жидкости, систему металлических электродов, подключенных к полюсам высоковольтного блока питания.
Согласно изобретению один из элементов электродной системы представляет собой комплекс цилиндрических металлических штуцеров, запрессованных в металлический электрод, подключенный к положительному полюсу высоковольтного блока питания, причем поверхность выходных отверстий штуцеров располагается в одной плоскости с нижней поверхностью другого дырчатого электрода, подключенного к отрицательному полюсу высоковольтного блока питания, и диаметры круговых отверстий дырчатого электрода составляют от 10 до 15 наружных диаметров штуцеров, установленных соосно с круговыми отверстиями дырчатого электрода, отделенного от штуцеров диэлектрическими вставками.
Данная конструкция форсунки позволит обеспечить контактную электризацию распыляемого топлива (в прототипе малоэффективный индукционный способ), тем самым увеличить действие высоковольтного электростатического поля на распыляемое топливо.
На рис. 1 изображена схема электростатической форсунки для распыления жидкого топлива при помощи высокопотенциального электростатического поля.
Электростатическая форсунка, содержащая в своем составе разъемный корпус, выполненный из двух частей - цилиндрического основания, выполненного из диэлектрического материала 1 и крышки 2, электрода 3, подключенного проводом 4 к положительному полюсу высоковольтного блока питания 5. В электроде 3 выполнены отверстия, в которых запрессован комплекс штуцеров 7. Распылительные штуцера 7 через канал 8 присоединены к штуцеру подвода топлива 9 и образуют узел подачи топлива. Штуцера 7 устанавливаются относительно друг друга с таким расчетом, чтобы обеспечить перекрытие факелов распыла, получаемых от распыления струй жидкого топлива, вытекающего из данных штуцеров 7. В нижней части электростатической форсунки установлен металлический дырчатый электрод 11, имеющий отверстия, соосные с отверстиями электрода 3. Через эти отверстия проходят штуцера 7, отделенные от дырчатого электрода 11 диэлектрическими вставками 6. Диаметры отверстий в дырчатом электроде 11 составляют от 10 до 15 наружных диаметров штуцеров. Металлический дырчатый электрод 11 с помощью провода 12 подключен к отрицательному полюсу высоковольтного блока питания 5. Электрод 3 со штуцерами 7, подключенными к положительному полюсу высоковольтного блока питания, и дырчатый электрод 11 подключенный к отрицательному полюсу высоковольтного блока питания 5, образуют электродную систему для контактной зарядки и диспергирования жидкого топлива.
Для исключения электрического пробоя между электродами 3 и 11 установлена диэлектрическая пластина 14.
Электростатическая форсунка работает следующим образом:
Жидкое топливо по штуцеру подачи топлива 9 и по каналу 8 поступает в штуцера 7, которые через электрод 3 проводом 4 подключены к положительному полюсу высоковольтного блока питания 5, при этом оно заряжается положительным зарядом. Далее заряженное жидкое топливо подается в зону электростатического поля, образованного металлическими цилиндрическими штуцерами 7, запрессованными в электрод 3, и дырчатым электродом 11, подключенным к отрицательному полюсу высоковольтного блока питания 5 посредством провода 14. Для защиты от пробоя цилиндрических штуцеров 7 в дырчатом электроде 11 в отверстиях установлены цилиндрические диэлектрические вставки. Далее на выходе из отверстий штуцеров 7 происходит расщепление струи на отдельные капли под действием созданного электродной системой электростатического поля. В результате на некотором расстоянии от дырчатого электрода 11 образуется факел распыла, причем угол распыла тем больше, чем больше величина подаваемого на электроды напряжения.
За счет наложения факелов распыла, возникающих от каждой струи, образуется один большой факел распыла, состоящий из монодисперсных частиц распыливаемого материала.
Электростатическая форсунка, содержащая корпус с каналом для подвода распыляемой жидкости, систему металлических электродов, подключенных к полюсам высоковольтного блока питания, отличающаяся тем, что один из элементов электродной системы представляет собой комплекс цилиндрических металлических штуцеров, запрессованных в металлический электрод, подключенный к положительному полюсу высоковольтного блока питания, причем поверхность выходных отверстий штуцеров располагается в одной плоскости с нижней поверхностью другого дырчатого электрода, подключенного к отрицательному полюсу высоковольтного блока питания, и диаметры круговых отверстий дырчатого электрода составляют от 10 до 15 наружных диаметров штуцеров, установленных соосно с круговыми отверстиями дырчатого электрода, отделенного от штуцеров диэлектрическими вставками.
