ВИБРАЦИОННАЯ ФОРСУНКА
VIBRATING ATOMISER

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к котлам низкого, среднего и высокого давления и в частности к средствам подачи и распыления жидкого топлива - топочного мазута, дизельного топлива и т.д. перед сжиганием.
Устройство предназначено для предупреждения забивания сопла форсунки, однако не позволяет получить мелкодисперсную структуру топлива и незначительно улучшает процесс горения.
Известно а.с. №539206 М. кл. F23D 11/34, 1983 г. «Акустическая форсунка», содержащая корпус с патрубком для подвода топлива и распылитель с установленным на нем с возможностью осевого перемещения цилиндром, при этом резонатор выполнен в виде пружины.
Известное изобретение имеет серьезные недостатки, заключающиеся в следующем. Первое - конструктивная сложность и невысокая надежность в работе. Второе - невозможность регулирования в широких пределах частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний в процессе работы, что, в свою очередь, не позволяет оперативно изменить режимы работы форсунки с целью установки оптимальных режимов горения. Кроме того, известное изобретение не позволяет существенно снизить выброс вредных веществ в атмосферу после сгорания жидкого топлива, в частности CO, CH и окислов азота.
В качестве прототипа нами выбран патент РФ №2319070 «Вибрационная форсунка», опубл. 10.03.2008, бюл. №7, содержащая патрубок, подводящий топливо к распределителю (распылителю), и установленную на нем вибрационную систему в виде обмотки, размещенной с внешней стороны патрубка, подключенной к генератору импульсов, отличающаяся тем, что патрубок размещен внутри статора электромашины, которая подключена к сети трехфазного тока через статический преобразователь частоты.
Выбранный прототип (разработан также авторами предлагаемого изобретения) показал достаточно высокую эффективность в работе при установке его пароводяных котлов различной производительности, однако в процессе практической эксплуатации выявились и некоторые недостатки. Первое - возбуждение колебаний в форсунке требует значительных энергозатрат, что во многих случаях неприемлемо, учитывая тенденцию последних лет к непрерывному росту цен на энергоносители. Второе - трудности подбора оптимальных режимов вибрации форсунки при оптимизации согласования выхода статического преобразователя частоты с входом обмотки статора электромашины, что естественно затрудняет подбор мелкодисперсного распыления топлива.
Техническим решением задачи является повышение эффективности работы форсунки и упрощение конструкции за счет существенного повышения частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний и расширения функциональных возможностей.
Задача достигается тем, что вибрационная форсунка, содержащая патрубок, подводящий топливо к распылителю форсунки, и установленную на нем вибрационную систему, согласно изобретению, вибрационная система выполнена в виде отрезка магнитострикционного материала с расположенной на нем обмоткой, подключенной к ультразвуковому генератору.
3
5
Новизна предложенного технического решения заключается в том, что значительно расширяется спектр частот (до сотен кГц) и амплитуд (до десятков микрон), возбуждаемых в форсунке, что позволяет получить более мелкодисперсную структуру топлива, выходящего из распылителя, а это, в свою очередь, повышает эффективность сгорания и уменьшается выброс вредных веществ, в частности CO, CH и окислов азота NO, NO и NO, в окружающий воздушный бассейн.
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена аналогичная совокупность признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложенного технического решения.
На чертеже предложена схема вибрационной форсунки, которая состоит из патрубка 1, распылителя 2, в патрубок вмонтирован отрезок с высокой магнитострикцией 3, например никель, пермендюр и др. (см. Д.А.Гершгал, В.М.Фридман. Ультразвуковая технологическая аппаратура. - М.: Энергия, 1976 г., стр.46) и расположенной вокруг него обмоткой 4, которая, в свою очередь, подключена к ультразвуковому генератору 5.
Форсунка работает следующим образом. При подаче жидкого топлива патрубку 1 одновременно включается ультразвуковой генератор 5, вследствие чего в обмотке 4 создается электромагнитное поле, которое создает в стержне 3, а следовательно и в патрубке 1, механические колебания за счет явления магнитострикции и определяется режимами работы ультразвукового генератора 5. Применение стержня 3 с высокими магнитострикционными качествами позволяет создавать в зоне прохождения топлива кавитационный режим работы, вследствие чего дробление мелкодисперсных фракций топлива, а именно мазута, серы, воды и т.д., достигается практически на молекулярном уровне, вследствие чего эффективность сгорания топлива существенно увеличивается, что было практически недостижимо во всех ранее известных конструкциях.
Следует отметить простоту технической реализации разработки, что позволяет существенно увеличить область применения предложенной разработки.