РАСПЫЛИВАЮЩИЙ УЗЕЛ РОТАЦИОННОЙ ГОРЕЛКИ ДЛЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА
SPRAY UNIT OF ROTARY BURNER FOR LIQUID FUEL

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к ротационным горелкам, предназначенным для подачи любых видов жидкого топлива и воздуха в топки котлов, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где используются топливосжигающие устройства.
Известен распыливающий узел ротационной горелки (SU №781496, F23D 11/06, 1975), предназначенный для распыливания и сжигания жидкого, преимущественно вязкого, топлива, содержащий корпус с воздухоподводящим патрубком и ротор с топливопроводом и распылителем, соосно которому установлен на полом валу вентилятор. К полому валу с укрепленным на нем вентилятором и топливопроводу с укрепленным на нем распылителем подключен привод, обеспечивающий их вращение в противоположные стороны.
Закрутка воздуха вентилятором в сторону, противоположную вращению пелены топлива, повышает качество его распыливания, однако не обеспечивает необходимой для полного сгорания топлива степени диспергирования. Вместе с тем недостатком данной форсунки является некомпактность конструкции, обусловленная выполнением привода.
Известен также распыливающий узел ротационной горелки для жидкого топлива, содержащий распыливающий стакан, зафиксированный у конца, установленного с возможностью вращения приводного полого вала, конец которого, выступающий в полость распыливающего стакана, выполнен с возможностью фиксации на нем разбрызгивающей гайки, коаксиально с продольной осью распыливающего стакана, при этом в стенке разбрызгивающей гайки выполнены, предпочтительно, равноудаленные друг от друга разбрызгивающие отверстия, при этом распыливающий стакан коаксиально смонтирован в полости выпускного патрубка кожуха рабочего колеса вентилятора (см. патент РФ №2203449, 2003 г.).
В известном решении в условиях сжигания высоковязких тяжелых топлив не обеспечивается достаточная степень дисперсности, кроме того, при сжигании высоковязкого топлива в переменных режимах процессе остановки горелки идет интенсивное образование нагара на поверхности распыливающего стакана, что ухудшает параметры распыла топлива и требует более частых остановок для очистки его поверхности.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является обеспечение стабильности параметров распыла высоковязкого тяжелого топлива.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении качественного распыла высоковязкого тяжелого топлива, при увеличении продолжительности периодов эксплуатации горелки между чистками распыливающего стакана.
Поставленная задача решается тем, что распыливающий узел ротационной горелки для жидкого топлива, содержащий распыливающий стакан, зафиксированный у конца, установленного с возможностью вращения приводного полого вала, конец которого, выступающий в полость распыливающего стакана, выполнен с возможностью фиксации на нем разбрызгивающей гайки, коаксиально с продольной осью распыливающего стакана, при этом в стенке разбрызгивающей гайки выполнены, предпочтительно, равноудаленные друг от друга разбрызгивающие отверстия, при этом распыливающий стакан коаксиально смонтирован в полости выпускного патрубка кожуха рабочего колеса вентилятора, отличается тем, что приводной полый вал выполнен с возможностью вращения с частотой 7500-8000 об/мин, поверхность рабочего колеса вентилятора, обращенная к распыливающему стакану, снабжена цилиндрическим выступом, соосным с осью вращения полого вала, при этом днище распыливающего стакана снабжено выступом, с цилиндрической выточкой в торце, выполненной с возможностью плотной посадки на цилиндрический выступ рабочего колеса вентилятора, при этом тыльная сторона разбрызгиващей гайки снабжена кольцевой канавкой, внешний бортик которой выполнен с возможностью плотного прилегания к поверхности дна распыливающего стакана, причем в днище распыливающего стакана выполнено сквозное отверстие с возможностью сообщения полости кольцевой канавки и полости кожуха рабочего колеса вентилятора, кроме того, в объеме разбрызгивающей гайки, в промежутках между разбрызгивающими отверстиями выполнены, предпочтительно, равноудаленные друг от друга сквозные воздухонаправляющие отверстия, продольные оси которых ориентированы вдоль оси симметрии разбрызгивающей гайки, предпочтительно, под углом к поверхности распыливающего стакана.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:
Признаки «…приводной полый вал выполнен с возможностью вращения с частотой не менее 7500-8000 об/мин…» обеспечивают качественное распыливание высоковязких тяжелых топлив за счет повышения энергетических характеристик распылителя.
Признаки «…поверхность рабочего колеса вентилятора, обращенная к распыливающему стакану, снабжена цилиндрическим выступом, соосным с осью вращения полого вала, при этом днище распыливающего стакана снабжено выступом, с цилиндрической выточкой в торце, выполненной с возможностью плотной посадки на цилиндрический выступ рабочего колеса вентилятора…» обеспечивают надежную фиксацию распыливающего стакана на конце рабочего колеса вентилятора и, соответственно, на полом валу, несмотря на высокую скорость его вращения.
Признаки «…тыльная сторона разбрызгивающей гайки снабжена кольцевой канавкой, внешний бортик которой выполнен с возможностью плотного прилегания к поверхности днища распыливающего стакана…» обеспечивают образование кольцевого «воздухораспределяющего» канала на стороне разбрызгивающей гайки, обращенной к днищу распыливающего стакана, после сборки устройства и поджатия разбрызгивающей гайки к поверхности дна распыливающего стакана.
Признаки «…в днище распыливающего стакана выполнено сквозное отверстие с возможностью сообщения полости кольцевой канавки и полости кожуха рабочего колеса вентилятора…» обеспечивают подвод воздуха в кольцевой «воздухораспределяющий» канал из полости кожуха рабочего колеса вентилятора.
Признаки «…в объеме разбрызгивающей гайки… выполнены сквозные… воздухонаправляющие отверстия, продольные оси которых ориентированы вдоль оси симметрии разбрызгивающей гайки…» обеспечивают вывод воздуха из кольцевого «воздухораспределяющего» канала в полость распыливающего стакана.
Признаки, указывающие, что в объеме разбрызгивающей гайки сквозные воздухонаправляющие отверстия «размещены в промежутках между разбрызгивающими отверстиями» исключают преждевременное смешение топлива и воздуха, поступающего через воздухонаправляющие отверстия.
Признаки, указывающие, что сквозные воздухонаправляющие отверстия «выполнены, предпочтительно, равноудаленными друг от друга» обеспечивают равномерное распределение воздуха, поступающего через воздухонаправляющие отверстия по периметру внутренней поверхности распыливающего стакана.
Признаки, указывающие, что продольные оси сквозных воздухонаправляющих отверстий «ориентированы вдоль оси симметрии разбрызгивающей гайки, предпочтительно, под углом к поверхности распыливающего стакана» обеспечивают равномерное распределение воздуха, поступающего через воздухонаправляющие отверстия, по периметру внутренней поверхности распыливающего стакана и, кроме того, обеспечивают увеличение длины обдуваемой зоны его внутренней поверхности для более резкого снижения температуры поверхности стакана при его остановке и уменьшении нагара на его поверхности.
Заявляемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлен общий вид распыливающего узла ротационной горелки для жидкого топлива, продольный разрез.
На чертеже показаны: распыливающий стакан 1, полый вал 2, разбрызгивающая гайка 3, продольная ось 4, регулируемый выпускной патрубок 5, рабочее колесо 6 вентилятора, цилиндрические выступы 7 и 9 рабочего колеса 6 вентилятора и днища 8 распыливающего стакана 1 соответственно, днище 8 распыливающего стакана 1, разбрызгивающие отверстия 10 гайки 3, кольцевая канавка 11, внешний бортик 12, сквозные отверстия 13, кожух 14, сквозные воздухонаправляющие отверстия 15, их продольные оси 16 и направляющие 17.
Распыливающий узел ротационной горелки для жидкого топлива содержит распыливающий стакан 1, зафиксированный на конце, установленном с возможностью вращения приводного полого вала 2, конец которого, выступающий в полость распыливающего стакана 1, выполнен с возможностью фиксации на нем разбрызгивающей гайки 3, коаксиально с продольной осью 4 распыливающего стакана 1. Приводной полый вал 2 выполнен с возможностью вращения с частотой 7500-8000 об/мин.
Теоретические исследования показали, что дальнейшее повышение числа оборотов не приводит к уменьшению дисперсности распыла, вызывая рост энергозатрат. Распыливающий стакан 1 расположен в полости регулирующего выпускного патрубка 5 (выполненного в виде конуса), установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения по ступице рабочего колеса 6 вентилятора и закреплен разбрызгивающей гайкой 3, посредством резьбового соединения с возможностью замены распыливающего стакана 1 одной длины и/или конусности на распыливающий стакан другой длины и/или конусности, причем регулирующий выпускной патрубок 5 коаксиально охватывает распыливающий стакан 1, а его тыльная сторона обращена к топке котла. Поверхность рабочего колеса 6 вентилятора, обращенная к распыливающему стакану 1, снабжена цилиндрическим выступом 7, соосным с осью 4 вращения полого вала 2, при этом днище 8 распыливающего стакана 1 снабжено выступом 9, с цилиндрической выточкой в торце, выполненной с возможностью плотной посадки на цилиндрический выступ 7 рабочего колеса вентилятора. В стенке разбрызгивающей гайки 3 выполнены, предпочтительно, равноудаленные друг от друга разбрызгивающие отверстия 10. Тыльная сторона разбрызгивающей гайки 3 снабжена кольцевой канавкой 11, внешний бортик 12 которой выполнен с возможностью плотного прилегания к поверхности днища 8 распыливающего стакана 1. В днище 8 распыливающего стакана 1 выполнено сквозное отверстие 13 с возможностью сообщения полости кольцевой канавки 11 и полости кожуха 14 рабочего колеса 6 вентилятора. В объеме разбрызгивающей гайки 3, в промежутках между разбрызгивающими отверстиями 10 выполнены, предпочтительно, равноудаленные друг от друга сквозные воздухонаправляющие отверстия 15, продольные оси 16 которых ориентированы вдоль оси симметрии разбрызгивающей гайки 3, совпадающей с продольной осью 4 приводного полого вала 2, предпочтительно, под углом к поверхности распыливающего стакана 1, что в конечном итоге, при подаче через них воздуха, приводит к охлаждению распыливающего стакана 1 от температурного напора из топки котла и снижению нагара во время эксплуатации и вывода котла из рабочего состояния.
Работу распыливающего узла ротационной горелки осуществляют следующим образом.
2
Вращение распыливающего стакана 1, закрепленного на полом валу 2, осуществляют от установленного на полом валу 2 электропривода (не показан). Жидкое топливо, подогретое до температуры (80…90)°С (в зависимости от вязкости топлива и его марки), под избыточным давлением (1,0…3,0) кгс/см подают через узел топливоподачи (не показан) во внутреннюю полость разбрызгивающей гайки 3, откуда она разбрызгивается на поверхность конусного распыливающего стакана 1. При вращении полого вала 2 от электропривода, а следовательно, вращении разбрызгивающей гайки 3 и рабочего колеса 6 вентилятора под действием центробежной силы топливо равномерно распределяется по стенке распыливающего стакана 1 в тонкую пленку и, благодаря конусности, подается на край распыливающего стакана 1, стекая равномерно с определенной дисперсностью, где подхватывается струей воздуха, поступающего в щель между распыливающим стаканом 1 и регулирующим выпускным патрубком 5 (воздух нагнетается лопастями рабочего колеса 6 вентилятора и закручен за счет воздействия направляющих 17). Происходит интенсивное распыливание топлива, при этом полученную мелкодисперсную составляющую топлива подают в зону образования факела и горения.