ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ФОРСУНКА

Техническое решение относится к устройствам распыления жидкостей, растворов и предназначено для использования в системах охлаждения оборотной воды, которые применяются в теплоэнергетике, химической, нефтехимической, металлургической промышленности, а также в массообменных процессах химической технологии.
2
1
2
1
3
3
2
1
1
1
1
Из предшествующего уровня техники известна конструкция центробежной широкофакельной форсунки / пат. на изобретение RU 2383821, МПК F23D 11/04, 2010/, содержащей корпус с камерой завихрения, при этом корпус, который выполнен со впускным отверстием в виде конфузора и соосного с ним дроссельного отверстия, а камера завихрения выполнена в виде цилиндрического стакана, ось которого в плоскости чертежа перпендикулярна оси впускного и дроссельного отверстий в профильной плоскости расположена касательно по отношению к камере завихрения, причем соосно камере завихрения расположен сопловый вкладыш, внутри которого выполнены последовательно расположенные и соосные друг другу и цилиндрической поверхности камеры завихрения три калиброванных отверстия: коническое отверстие, центральное цилиндрическое и выходное цилиндрическое отверстие, при этом диаметр центрального цилиндрического отверстия соплового вкладыша равен диаметру верхнего основания усеченного конуса конического отверстия, при этом сопловый вкладыш форсунки выполнен из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира, при этом отношение диаметра d цилиндрического отверстия соплового вкладыша к диаметру d дроссельного отверстия корпуса форсунки лежит в оптимальном интервале величин: d/d=1,4÷2,22; отношение диаметра d выходного цилиндрического отверстия соплового вкладыша к диаметру центрального цилиндрического отверстия лежит в оптимальном интервале величин: d/d=1,5÷2,5; отношение внешнего диаметра D соплового вкладыша к диаметру D нижнего основания усеченного конуса конического отверстия вкладыша лежит в оптимальном интервале величин: D/D=1,2÷1,8; отношение длины L корпуса форсунки к длине L конфузора впускного отверстия лежит в оптимальном интервале величин: L/L=2,0÷2,5.
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится низкая эффективность распыления всего факела, выполнение впускного отверстия в виде конфузора увеличивает гидравлическое сопротивление, отсутствие фаски в выходном цилиндрическом отверстии не обеспечивает широкий угол распыления жидкости, снижая плотность орошения распыляемой жидкости. Высокая стоимость изготовления форсунки, так как сопловый вкладыш выполнен из карбида вольфрама, рубина, сапфира.
Известна конструкция эжекционной центробежной форсунки с тангенциальным входом и изменяемым сечением выходного сопла /пат. на полезную модель RU 124890, МПК B05B 1/34, F23D11/06, F23D11/36, 2013/, содержащей корпус, камеру завихрения, выходное сопло с изменяемым сечением, при этом на боковой поверхности корпуса выполнено впускное отверстие, расположенное тангенциально, камера завихрения выполнена в виде цилиндра и присоединенного к нему соосно расположенного конфузора, причем ось камеры завихрения в плоскости чертежа перпендикулярна оси впускного отверстия, выходное сопло образовано конфузором камеры завихрения и внешнего диффузора, соединенными между собой, внутри камеры завихрения размещен цилиндрический полый стержень, который установлен с возможностью регулирования площади сечения выходного сопла.
Достижению технического результата препятствует низкая эффективность распыления всего факела, при полном вкручивании полого цилиндрического стержня образуется мелкодисперсное распыление с диаметром капель менее 1 мм, что вызывает повышенный капельный унос при охлаждении воды, кроме того изменение площади сечения выходного сопла форсунки незначительно влияет на сам распыл жидкости, при полном вкручивании полого цилиндрического стержня образуется наименьшая площадь сечения выходного сопла, следовательно, увеличивается гидравлическое сопротивление.
Известна конструкция центробежной форсунки /пат. на полезную модель RU 134829, МПК B05B 1/34, 2013/, содержащей корпус, крышку с размещенным внутри завихрителем и отверстием для подачи жидкости, при этом корпус содержит две разъемные крышки, выполненные в виде цилиндрических стаканов, каждая из которых снабжена штуцером подвода жидкого компонента и цилиндрическими площадками с внешней и внутренней резьбой соответственно, в верхней крышке установлен завихритель, выполненный в виде цилиндрического стакана, как минимум, с двумя уровнями тангенциальных отверстий и буртиком между ними, опирающийся на дно верхней крышки через упругий элемент с образованием верхнего кольцевого зазора, в нижней крышке установлена соосно цилиндрической поверхности профилированная шайба с кольцевой проточкой с образованием нижнего кольцевого зазора и внутренней полости форсунки.
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность изготовления конструкции форсунки, отсутствие фаски в выходном сопле форсунки не обеспечивает широкий угол распыления жидкости, снижая плотность орошения распыляемой жидкости, низкая эффективность распыления всего факела, наличие двух штуцеров на форсунке усложняет процесс подключения форсунки к коллектору, отсутствует возможность очистки форсунки без остановки работы.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению и принятому за прототип является центробежная форсунка /пат. на изобретение RU 2326743, МПК B05B 1/34, 2008/, содержащая корпус, крышку с размещенным внутри завихрителем и отверстием для подачи жидкости, при этом корпус выполнен со впускным отверстием, а между корпусом и крышкой расположен завихритель, выполненный в виде перевернутого днищем вверх цилиндрического стакана, установленного относительно корпуса с кольцевым зазором, причем в завихрителе выполнено, по меньшей мере, два ряда дроссельных отверстий, а в каждом ряду выполнено, по меньшей мере, два равномерно расположенных по кольцевой стенке завихрителя тангенциальных дроссельных отверстия, а в нижней части корпуса установлен в виде конической шайбы сопловый вкладыш с калиброванным коническим отверстием, соосным с цилиндрической поверхностью завихрителя, и конусностью, обратной конусности конической шайбы вкладыша, причем сопловый вкладыш форсунки выполнен из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира.
Заданный технический результат не может быть достигнут, так как сложно выполнить конструкцию форсунки, изготовление соплового вкладыша форсунки из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира увеличивает стоимость изготовления форсунки, низкий расход распыляемой жидкости при достаточно большом давлении, следовательно, увеличиваются энергозатраты для распыления жидкости, низкая эффективность распыления всего факела, отсутствует возможность очистки форсунки без остановки работы.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в разработке конструкции центробежной форсунки, отвечающей современным требованиям по качеству распыления жидкости, снижению энергозатрат.
Техническим результатом предлагаемой центробежной форсунки является повышение эффективности охлаждения жидкости оборотного водоснабжения.
Поставленный технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, достигается тем, что центробежная форсунка содержит корпус с впускным отверстием, завихритель, выполненный в виде перевернутого днищем вверх цилиндрического стакана, установленного относительно корпуса с кольцевым зазором, с равномерно расположенными по кольцевой стенке завихрителя тангенциальными дроссельными отверстиями, крышку, сопловый вкладыш в нижней части корпуса и выходное коническое отверстие корпуса, причем сопловое отверстие соплового вкладыша и выходное коническое отверстие корпуса расположены соосно с цилиндрической поверхностью завихрителя, при этом завихритель установлен в крышке форсунки посредством резьбового соединения, тангенциальные дроссельные отверстия выполнены в виде щелей, расположенных по нисходящей многозаходной спирали, сопловой вкладыш со сферической внутренней поверхностью жестко смонтирован на выходе из завихрителя, с образованием регулируемого зазора относительно внутренней поверхности корпуса, причем диаметр соплового отверстия не больше меньшего диаметра выходного конического отверстия, впускное отверстие выполнено тангенциально к внутренней поверхности корпуса, а на наружной поверхности днища завихрителя выполнено углубление под ключ в форме многогранника.
Установка завихрителя в крышке форсунки посредством резьбового соединения позволяет менять положение завихрителя внутри корпуса форсунки, то есть регулировать зазор между сопловым вкладышем и внутренней поверхностью корпуса, тем самым изменяя дальность действия факела, площадь орошаемой поверхности, время контакта распыляемой жидкости с воздухом, плотность орошения за счет изменения производительности периферийного закрученного потока жидкости, где в итоге регулируется процесс распыления жидкости и, следовательно, повышается эффективность охлаждения жидкости оборотного водоснабжения.
Выполнение тангенциальных дроссельных отверстий в виде щелей и их расположение по нисходящей многозаходной спирали позволяют заполнить жидкостью полое пространство завихрителя одновременно по всей его высоте, при этом обеспечивая закрутку потока жидкости внутри завихрителя, в результате чего создается осевой закрученный поток жидкости, который повышает эффективность распыления всей жидкости и тем самым увеличивается эффективность охлаждения жидкости оборотного водоснабжения.
Жестко смонтированный на выходе из завихрителя, с образованием регулируемого зазора относительно внутренней поверхности корпуса, сопловой вкладыш со сферической внутренней поверхностью и диаметром соплового отверстия не больше меньшего диаметра выходного конического отверстия, позволяет снизить гидравлическое сопротивление периферийного закрученного потока жидкости и полностью заполнить закрученным периферийным потоком жидкости регулируемый зазор, что исключает образование застойных зон над сопловым вкладышем.
Выполнение впускного отверстия тангенциально к внутренней поверхности корпуса придает вращение периферийному потоку жидкости, в результате чего увеличивается эффективность распыления всего факела, а значит, повышается эффективность охлаждения распыляемой жидкости.
Выполнение углубления под ключ в форме многогранника на наружной поверхности днища завихрителя позволяет с помощью ключа менять положение завихрителя внутри форсунки, следовательно, регулировать процесс распыления жидкости и тем самым повысить эффективность охлаждения жидкости оборотного водоснабжения. Также с помощью ключа можно полностью откручивать завихритель из крышки форсунки и прочищать в случае ее засорения, при этом не снимая саму форсунку из патрубка коллектора, что позволяет сэкономить время на очистку форсунки.
На фиг. 1 изображен главный вид центробежной форсунки, продольный разрез, на фиг. 2 - центробежная форсунка, вид справа.
Центробежная форсунка содержит корпус 1 с впускным отверстием 2, завихритель 3, выполненный в виде перевернутого днищем 4 вверх цилиндрического стакана, установленного относительно корпуса 1 с кольцевым зазором 5, с равномерно расположенными по кольцевой стенке завихрителя 3 тангенциальными дроссельными отверстиями 6, крышку 7, сопловый вкладыш 8 в нижней части корпуса 1 и выходное коническое отверстие 9 корпуса 1, причем сопловое отверстие 10 соплового вкладыша 8 и выходное коническое отверстие 9 корпуса 1 расположены соосно с цилиндрической поверхностью завихрителя 3. Завихритель 3 установлен в крышке 7 форсунки посредством резьбового соединения 11. Тангенциальные дроссельные отверстия 6 выполнены в виде щелей, расположенных по нисходящей многозаходной спирали. Сопловой вкладыш 8 со сферической внутренней поверхностью жестко смонтирован на выходе из завихрителя 3 с образованием регулируемого зазора 12 относительно внутренней поверхности корпуса 1. Диаметр соплового отверстия 10 не больше меньшего диаметра выходного конического отверстия 9. Впускное отверстие 2 выполнено тангенциально к внутренней поверхности корпуса 1. На наружной поверхности днища 4 завихрителя 3 выполнено углубление 13 под ключ 14 в форме многогранника.
Центробежная форсунка работает следующим образом.
Жидкость под давлением через впускное отверстие 2 поступает в форсунку, где благодаря тангенциальному расположению отверстия 2 к внутренней поверхности корпуса 1 форсунки, часть жидкости закручивается в кольцевом зазоре 5, образуя периферийный закрученный поток жидкости, а другая часть жидкости поступает в тангенциальные дроссельные отверстия 6, благодаря которым жидкость закручивается внутри завихрителя 3, образуя осевой закрученный поток жидкости. Периферийный закрученный поток жидкости проходя через регулируемый зазор 12, а осевой закрученный поток жидкости проходя через сопловое отверстие 10 соплового вкладыша 8, удаляются из выходного конического отверстия 9 корпуса 1 форсунки в виде конуса факела, полностью заполненного мелкими каплями распыляемой жидкости. За счет установки завихрителя 3 в крышке 7 форсунки посредством резьбового соединения 11 можно изменять положение завихрителя 3 внутри корпуса 1 форсунки в зависимости от определенных технологических условий проводимого процесса, где регулируется распыление жидкости и повышается эффективность ее охлаждения. При выполнении тангенциальных дроссельных отверстий 6 в виде щелей и их расположении по нисходящей многозаходной спирали жидкость одновременно заполняет всю высоту завихрителя 3, приобретая вращательное движение, позволяющее повысить эффективность распыления и охлаждения жидкости. Жестко смонтированный на выходе из завихрителя 3 сопловой вкладыш 8 со сферической внутренней поверхностью, который образует регулируемый зазор 12 относительно внутренней поверхности, где диаметр соплового отверстия 10 не больше меньшего диаметра выходного конического отверстия 9, уменьшает гидравлическое сопротивление при преодолении периферийного потока жидкости зазора 12, а также жидкость полностью заполняет данный зазор 12, исключая застойные зоны. При подаче жидкости во впускное отверстие 2 тангенциально к внутренней поверхности жидкость раскручивается вокруг завихрителя 3, в результате чего увеличивается эффективность распыления всего факела.
Изменяя положение завихрителя 3, который установлен в крышке 7 форсунки, при помощи резьбового соединения 11 с помощью ключа 14, который вставляется в углубление в форме многогранника, выполненное на наружной поверхности днища завихрителя 3, регулируется зазор 12 между сопловым вкладышем 8 и внутренней поверхность корпуса 1 форсунки, а значит, изменяется дальность действия факела, площадь орошаемой поверхности, время контакта распыляемой жидкости с воздухом, плотность орошения, то есть регулируется процесс распыления жидкости. В случае засорения форсунки с помощью ключа 14 откручивается завихритель 3 и форсунка прочищается, при этом не останавливая весь процесс распыления и не откручивая саму форсунку из патрубка коллектора, что позволяет значительно сэкономить время.
Таким образом, заявленная центробежная форсунка позволяет регулировать процесс распыления и за счет повышения качества распыления жидкости, обеспечиваемого наложением двух закручивающихся потоков с регулируемым зазором, повышает эффективность распыления жидкости и как следствие, повышает эффективность охлаждения жидкости оборотного водоснабжения.