ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ФОРСУНКА

Полезная модель относится к устройствам распыления жидкостей, в частности к центробежным форсункам глубокого регулирования. Предлагаемая центробежная форсунка может использоваться при распылении топливных жидкостей в камерах сгорания для создания глубокого регулирования энергетических характеристик.
Известна конструкция двухступенчатой центробежной форсунки (патент DE 909389, опубл. 1954.04.15), состоящей из цилиндрического стакана с каналами в стенке и профилированным выходным отверстием, с установленной проставкой, разделяющей полость форсунки на полость завихрителя и полость с жидким компонентом.
Недостатком данной конструкции является сложность изготовления каналов, расположенных в стенке цилиндрического стакана, сложность организации подключения каналов независимо друг от друга, некачественное распыление при изменении расхода в силу отсутствия цилиндрического сопла.
Известна конструкция форсунки (SU 1719785 A1, F23D 11/04), содержащая коаксиальный трубопровод с двумя каналами подвода компонента, один ряд тангенциальных форсунок, сопловой насадок.
Недостатком данной схемы является невозможность закрутки компонента при подаче через второй канал подвода, что влияет на качество распыла; излишнее трение, создающее сопловым насадком.
Известна схема центробежной форсунки (SU 797782, опубл. 1981.01.23, B05B 1/30, B05B 1/34), содержащая корпус форсунки с двумя уровнями тангенциальных отверстий, один уровень тангенциальных отверстий снабжен упругими шторками, открывающимися при достижении определенного давления.
Недостатком данной схемы является сложность изготовления конструкции с упругими элементами, сложность калибровки упругих элементов, возможность нестабильной работы упругих элементов при глубоком изменении расхода через форсунку.
Известна схема центробежной широкофакельной форсунки (RU 2383821 C1, F23D 11/04, заявка 2008140143/06, 13.10.2008), содержащая корпус с камерой завихрения и тангенциальным отверстием, связанным со штуцером подвода компонента, а также сопловой вкладыш, образующий внутреннюю полость форсунки при смыкании с корпусом форсунки.
Недостатком данной схемы является сложность изготовления конструкции, невозможность обеспечения качественного распыла при глубоком регулировании расхода через форсунку в силу зависимости качества распыла от скорости подачи компонента через тангенциальные отверстия; невозможность обеспечения большой глубины регулирования расхода через форсунку.
Известна схема центробежной широкофакельной форсунки (RU 2441708 C1, B05B 1/34, заявка 2010134699/05, 20.08.2010), содержащая корпус с камерой завихрения снабженная тангенциальными отверстиями, впускной цилиндрический патрубком, расположенный соосно камере завихрения и корпусу форсунки, сопловой вкладыш, образующий внутреннюю полость форсунки при смыкании с корпусом завихрителя.
Недостатком данной схемы является сложность изготовления конструкции, невозможность обеспечения качественного распыла при глубоком регулировании расхода через форсунку в силу зависимости качества распыла от скорости подачи компонента через тангенциальные отверстия; невозможность обеспечения большой глубины регулирования расхода через форсунку.
Наиболее близким техническим решением является конструкция центробежной форсунки (RU 2326743 C1, B05B 1/34, заявка 2006136170/12, 13.10.2006), содержащая корпус с впускным отверстием, крышку с размещенным внутри завихрителем снабженным несколькими рядами тангенциальных отверстий и выполненный в виде перевернутого днищем вверх цилиндрического стакана, установленного относительно корпуса с кольцевым зазором и опирающийся на дно крышки через упругий элемент, сопловой вкладыш в виде конической шайбы с калиброванным коническим отверстием, установленный соосно с цилиндрической поверхностью завихрителя.
Недостатком данной схемы является невозможность обеспечения качественного распыления при глубоком регулировании расхода через форсунку в силу зависимости качества распыления от скорости подачи компонента через тангенциальные отверстия; невозможность обеспечения большой глубины регулирования расхода через форсунку; сложность однозначного позиционирования соплового вкладыша относительно цилиндрического завихрителя, невозможности обеспечения уменьшенного диапазона угла распыления при глубоком регулировании.
Технической задачей предлагаемого технического решения является расширение границ изменения расхода жидкого компонента через центробежную форсунку при сохранении высокого качественного распыления и уменьшении диапазона угла распыливания при глубоком изменении расхода через форсунку.
Технический результат достигается тем, что в центробежной форсунке, содержащей корпус, крышку с размещенным внутри завихрителем и отверстием для подачи жидкости, согласно полезной модели, 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. Внутренняя полость форсунки образуется в результате смыкания профилированной шайбы с цилиндрическим стаканом, после соединения верхней и нижней крышек с помощью резьбового соединения.
Предлагаемое техническое решение позволяет расширить границы изменения расхода жидкого компонента через центробежную форсунку и сохранить при этом высокое качество распыления, за счет наличия двух уровней тангенциальных отверстий в стенке завихрителя, каждый их которых связан с независимой магистралью через подводной штуцер и кольцевой зазор, а также за счет отключения или включения болынерасходной магистрали; уменьшить диапазон угла распыливания при глубоком изменении расхода через форсунку, т.е. при отключении или включении болынерасходной магистрали, за счет наличия профилированной кольцевой проточки в сопловом вкладыше, что позволяет отклонять закрученный поток и уменьшать площадь свободного сечения на выходном срезе сопла форсунки, что напрямую влияет на коэффициент расхода, который в свою очередь определяет угол распыливания.
Выполнение двух уровней тангенциальных отверстий, имеющих разные диаметры и сообщающихся соответственно с верхним кольцевым зазором и нижним кольцевым зазором большерасходной и малорасходной магистралей соответственно, необходимо для обеспечения закрутки подаваемого компонента во внутреннюю полость форсунки и качественного распыления при глубоком регулировании расхода через форсунку.
Техническое решение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема центробежной форсунки глубокого регулирования, а на фиг.2 а, 6 представлены разрезы по Α-A и Б-Б центробежной форсунки.
Центробежная форсунка глубокого регулирования (фиг.1) содержит корпус, состоящий из двух разъемных крышек 1 и 2, выполненных в виде цилиндрических стаканов, каждая из которых снабжена штуцером подвода жидкого компонента и цилиндрическими площадками с внешней и внутренней резьбой соответственно. В верхней крышке 1, снабженной кольцевым уплотнением 6, установлен завихритель 3, выполненный в виде цилиндрического стакана, как минимум, с двумя уровнями тангенциальных отверстий и буртиком между ними с кольцевыми уплотнениями 7. Стакан, опирается на дно верхней крышки через упругий элемент 5 и создает верхний кольцевой зазор. В нижней крышке 2 установлена соосно цилиндрической поверхности профилированная шайба 4 с кольцевой проточкой, снабженная кольцами уплотнения 8 и кольцевым выступом. Профилированная шайба образует нижнюю кольцевую полость и геометрию внутренней полости форсунки при смыкании с цилиндрическим стаканом в месте, где цилиндрический стакан имеет кольцевой паз, а профилированная шайба кольцевой выступ, после соединения нижней и верхней крышек с помощью резьбового соединения.
Жидкий компонент по независимым, большерасходной и малорасходной магистралям (не показано на фиг.) через штуцеры подвода поступает в верхний и нижний кольцевые зазоры крышек 1 и 2 соответственно, далее из кольцевых полостей компонент проходит через тангенциальные отверстия завихрителя, приобретает закрутку и попадает во внутреннюю цилиндрическую полость завихрителя. Создавшийся закрученный поток под действием центростремительных сил прижимается к цилиндрической стенке завихрителя и движется в направлении профилированной шайбы и, достигая выходного сопла форсунки распыляется, создавая при этом конус распыливания.
При глубоком регулировании расхода или при отключении большерасходной магистрали, геометрическая характеристика форсунки изменяется, что приводит к изменению угла распыливания, при этом толщина вихря в зоне кольцевой проточки профилированной шайбы уменьшается, и когда толщина становится сопоставимой с глубиной кольцевой проточки вихрь после прохождения кольцевой проточки отклоняется, увеличивая свою толщину на срезе сопла форсунки, тем самым увеличивая коэффициент расхода, что в свою очередь изменяет угол распыливания.
Изменение углов δ,θ в диапазоне δ=45°-90°, θ=45°-90° придает потоку осевую составляющую скорости.
Изменение угла γ в диапазоне γ=30°-70° влияет на толщину вихря.
1
2
1
c
c
2
c
c
Изменение углов α, β (причем α≥β) в диапазоне α=45°-90°, β=10°-80° и геометрических параметров h, h в диапазоне h=0,1d-0,6d, h=0,2d-2d, влияет на толщину вихря за кольцевой проточкой.
1
2
Подбор геометрических параметров таких, как α, β, γ, δ, θ и h, h определенным образом обеспечивает уменьшение угла распыливания и даже его стабилизацию при глубоком регулировании расхода через форсунку при изменении давления подачи или отключения одной из магистралей.
С помощью предлагаемой центробежной форсунки решена поставленная задача по расширению границы изменения расхода жидкого компонента через центробежную форсунку и сохранению при этом высокого качества распыления, за счет наличия двух уровней тангенциальных отверстий в стенке завихрителя, каждый их которых связан с независимой магистралью через подводной штуцер и кольцевую полость, а также за счет отключения или включения той или другой (большерасходной или малорасходной) магистрали; уменьшению диапазона угла распыливания и его стабилизации при определенных условиях при глубоком изменении расхода через форсунку, т.е. при отключении или включении большерасходной магистрали или изменении давления подачи, за счет наличия профилированной кольцевой проточки в сопловом вкладыше, что позволяет отклонять закрученный поток и уменьшать площадь свободного сечения на выходном срезе сопла форсунки, что напрямую влияет на коэффициент расхода, который в свою очередь определяет угол распыливания.