ФОРСУНКА

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к устройствам подачи и распыления топлива и может быть использовано в форсунках распыления топлива в печах.
Известна форсунка, содержащая корпус, имеющий камеру смешения с входом и выходом, размещенную в корпусе с образованием кольцевого зазора, сообщенного с газопроводом, сопло и топливоподающую трубку, сообщенную с камерой смешения через тангенциальные каналы в конической проставке, дополнительные проставки с профилированными каналами, размещенные между конической проставкой и соплом, сообщенные между собой и образующие камеру смешения, причем камера смешения сообщена с кольцевым зазором через профилированные каналы в дополнительных проставках (патент RU 2039883, МПК 7 F 02 M 67/10, 1995).
Недостатками известной форсунки является неудовлетворительное формирование факела распыла из-за наличия дополнительного сопротивления, оказываемого акустическими колебаниями потока газа на закрученный поток, в результате чего не происходит достаточно полного смешения топлива и газа, что приводит к частичному сгоранию топлива. Трудность охлаждения фурмы значительно снижает ее надежность.
Известна вихревая форсунка, содержащая корпус, размещенный внутри трубы-воздуховода с образованием с ним кольцевого зазора, камеру смешения с входом и выходом, размещенную в корпусе, газопровод и топливоподающую трубку, сообщенные с камерой смешения, причем в корпусе дополнительно установлен диффузор, расположенный между топливоподающей трубкой и завихрителем, при этом последний сообщен с газопроводом и выполнен в виде кольца с прямоугольным вырезом, внутренний радиус которого очерчен по спирали Архимеда и установлен в корпусе между диффузором и камерой смешения (патент RU 2187753, МПК 7 F 23 D 11/10, 2002).
При работе данной форсунки не обеспечивается необходимое распыление топлива из-за подтекания газа в кольцевой зазор между топливоподающей трубкой и диффузором за счет образования индуцированного вихрем разряжения в центре и подтекания потока незакрученного газа вдоль стенки цилиндрической камеры смешения к завихрителю. Во время распыления часть капель топлива под действием центробежной силы достигает цилиндрической поверхности камеры смешения, где накапливается, стекает по стенке и срывается в виде крупных капель, или коксуется топливо на стенке камеры смешения, причем горячий поток, который подсасывает вихрь и обтекает топливоподводящую трубку, приводит к ее перегреву и вскипанию топлива, что снижает надежность форсунки и приводит к нарушению стабильности подачи топлива.
Задачей полезной модели является снижение расхода топлива за счет повышения эффективности его распыления и увеличение надежности форсунки.
Поставленная задача достигается тем, что форсунка, содержащая газопровод, топливоподающую трубку, корпус, в котором размещена камера и диффузор, расположенный между топливоподающей трубкой и завихрителем, выполненным в виде кольца и сообщенным с газопроводом, согласно полезной модели она снабжена дополнительным со сквозными, равномерно расположенными по окружности отверстиями кольцом, установленным под завихрителем между диффузором и корпусом, в торце которого выполнено отверстие соосно топливоподающей трубке, соосно которой установлен дополнительный газопровод, прикрепленный к расположенной над завихрителем тарели, в периферийной части которой равномерно по окружности выполнены сквозные отверстия, причем расстояние между поверхностями тарели и диффузора задано зависимостью:
0
n
H/H=((R-a)/r), при a≤r≤R-a, 01≤n≤0,9, где
Н - расстояние между внутренними поверхностями тарели и диффузора,
0
Н - ширина завихрителя,
R - внутренний радиус завихрителя,
r - расстояние от оси форсунки,
а - радиус выхода отверстия диффузора,
n - показатель степени.
Технический результат, который достигается при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в достижении эффективного распыления топлива с возможностью аэродинамического управления его факелом за счет распыления топлива закрученным потоком сжатого газа. В окрестности оси вращения последнего создается давление ниже атмосферного, а окружная скорость газового потока достигает скорость звука. При вводе в центральную область этого газового вихря топлива последнее испытывает огромные разрывающие усилия и распадается на мельчайшие частицы, что достигается конструктивным выполнением тарели, ее местоположением относительно диффузора и завихрителя, установкой в корпусе дополнительных кольца, газопровода, взаимным расположением элементов форсунки. Установка тарели над завихрителем между топливоподающей трубкой и корпусом препятствует подтеканию топлива на стенки камеры, при этом вся энергия вихря концентрируется на выходе топливоподающей трубки. Выполнение на торце корпуса отверстия соосно топливоподающей трубке и установка дополнительного кольца со сквозными, отверстиями, расположенными равномерно по окружности, предназначены для защиты топливоподающей трубки и диффузора от излучения, конвективного воздействия горячих топочных газов для повышения надежности форсунки. Крепление к корпусу дополнительного газопровода посредством тарели, в периферийной части которой выполнены сквозные равномерно расположенные по окружности отверстия, позволяет менять и
управлять параметрами закрутки газового потока в районе завихрителя, меняя при этом угол раскрытия факела при практически неизменной оптимальной эффективности распыления топлива. Задание расстояния между внутренними поверхностями тарели и диффузора по зависимости:
0
n
Н/Н=((К-а)/г) необходима для повышения центробежного эффекта распыления топлива за счет регулирования: уменьшения радиальной и увеличения вращательной составляющих скорости вихря.
При n=0 расстояние между поверхностями тарели и диффузора равно, что приводит к значительному оттеснению ядра вихря от среза топливоподающей трубки и снижает эффективность распыления, что нежелательно.
При n>0,9 существенны потери на трение вихря о поверхности диффузора и тарели, что значительно снижает скорость вращения вихря, что нецелесообразно.
Неравенство а≤r≤R-а определяет криволинейную поверхность диффузора.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез форсунки, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1, на фиг.3 - продольный разрез форсунки с дополнительным газопроводом.
Форсунка содержит газопровод 1, корпус 2 с отверстием в торце, выполненным соосно топливоподающей трубке 3, в корпусе размещены камера и диффузор 4, расположенный между топливоподающей трубкой 3 и завихрителем 5, выполненным в виде кольца и сообщенным с газопроводом 1, дополнительное кольцо 6 с равномерно расположенными по окружности сквозными отверстиями, которое установлено под завихрителем 5 между диффузором4и корпусом 2 и неподвижно установленная между завихрителем 5 и топливоподающей трубкой 3 тарель 7, в периферийной части которой, прикрепленной к дополнительному газопроводу 8, выполнены равномерно по окружности сквозные отверстия.
Заявляемая форсунка работает следующим образом. Газ подается в форсунку по газопроводу 1, входит в пространство между тарелью 7 и корпусом 2, проходит через завихритель 5, где получает радиальное и вращательное движения. По мере перемещения газа в центр камеры, образованной поверхностями диффузора 4 и тарели 7, он ускоряется, не меняя радиальной составляющей скорости за счет установления требуемого расстояния между внутренними поверхностями диффузора 4 и тарели 7, истекая через отверстие диффузора 4 в окружающее пространство. Топливо подается в форсунку по топливоподающей трубке 3 и впрыскивается в приосевую область воздушного вихря, где оно разрывается на капли, ускоряется потоком газа и распыляется за счет центробежного ускорения, интенсивной турбулентности, достигающей 300%, вследствии чего генерируется большой интенсивности и частоты звук, преградой распространения которого является торец корпуса 2, отражающий звук и направляющий его действие в зону распыления топлива.
Управление закруткой газового потока реализуется следующим образом. Газ, поступающий через сквозные отверстия тарели 7 в камеру, образованную поверхностями диффузора 4 и тарели 7, смешивается с газом, идущим от завихрителя 5 к центру, что приводит к снижению вращательной скорости и росту радиальной газа. На выходе диффузора 4 происходит тоже изменение величин скоростей (осевой и вращательной), что приводит к изменению угла раскрытия факела топливногазовой смеси. Изменяется также давление около среза топливоподающей трубки 3, что приводит к изменению подачи топлива.
Регулировка подачей топлива, изменение угла конуса распыления факела топливногазовой смеси осуществляется изменением подачи газа через дополнительный газопровод 8. Управление подачей топлива и закруткой потока реализуется следующим образом. Часть газа через отверстия тарели 7 подается в окрестность завихрителя 4, при этом основной закрученный поток газа тормозится, что приводит к снижению окружной скорости газового потока. При этом общий расход газа возрастает, что приводит к увеличению радиальной составляющей скорости газа. Изменение составляющих скорости газа приводит к изменению угла раскрытия конуса распыления топливногазовой смеси на выходе последнего из форсунки.
Использование заявляемой конструкции фурмы обеспечивает оптимальное распыление топлива, например, мазута, подаваемого в печь, при минимальном удельном расходе и повышенной надежности устройства при работе в зоне высоких температур. Управление параметрами распыления топлива позволят гибко регулировать процессом розжига топки или при переходе с одного режима горения топлива на другой без перестройки оборудования.)
Заявляемая полезная модель промышленно применима в печах для распыления форсунками, например, жидкого топлива.