МЕХАНИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА
MECHANICAL ATOMISER

Изобретение относится к устройствам для впрыска и распыливания жидкости и может быть использовано в различных тепловых двигателях, сопловых энергетических установках, машинах и аппаратах химической промышленности.
Известна механическая форсунка, содержащая ствол для подачи жидкости, головку с выходным отверстием, примыкающую к выходному концу ствола, завихритель [А.И.Карабин и др. Сжигание жидкого топлива. М.: Металлургия, 1966. - С.116, рис.31].
Недостатком известной форсунки является низкая эффективность работы из-за того, что на выходе из форсунки образуется неравномерный факел распыления, в результате чего при сжигании жидкого топлива получается разорванный факел, а при подаче жидкости с целью ее испарения наблюдается проскок капель через факел.
Известна механическая форсунка, содержащая ствол для подачи жидкости, распределительную шайбу с отверстиями и кольцевой проточкой для раздачи топлива по тангенциальным каналам камеры завихривания, шайбу распределительную, диск камеры завихривания, сопловой диск и накидную гайку головки форсунки [Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. - Л.: Недра, 1989. - С.115-117, рис.4.33].
Известна также механическая форсунка для распыливания жидкого топлива, содержащая цилиндрический корпус с соплом, внутренняя поверхность которого выполнена в форме непрерывно сужающегося конуса, переходящего в цилиндр, размещенный внутри корпуса вкладыш с продольным каналом для подачи жидкости и соединенными с последним с сообщающимися через кольцевую полость во вкладыше с каналом подачи жидкости спиралевидными канавками на наружной поверхности выходного по ходу движения жидкости участка вкладыша [RU 2011428 С1, 30.04.1994, В05В 1/34]
Данная форсунка также имеет низкую эффективность и недостаточный ресурс работы.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является механическая форсунка без камеры завихрения, содержащая цилиндрический корпус, завихритель топливный со спиралевидными каналами и технологической резьбой в нем, сопло, внутренняя поверхность которого выполнена в форме непрерывно сужающегося конуса, переходящего в цилиндр, а также накидную гайку [SU 17561 А1, 30.09.1930, F23D 11/26 (прототип)].
Однако известное устройство также обладает вышеуказанными недостатками.
Задачей изобретения является повышение эффективности и ресурса работы форсунки путем поддержания заданной скорости движения мелкодисперсного жидкого топлива при небольшом давлении.
Указанная задача достигается тем, что в механической форсунке, содержащей цилиндрический корпус, завихритель топливный со спиралевидными каналами и технологической резьбой в нем, сопло, внутренняя поверхность которого выполнена в форме непрерывно сужающегося конуса, переходящего в цилиндр, а также накидную гайку, согласно изобретению продолжение образующей непрерывно сужающегося конуса сопла составляет зазор между линией, проведенной параллельно ей через нижнюю точку цилиндрической части сопла.
Предложенная конструкция механической форсунки обеспечивает интенсивную вихревую подачу мелкодисперсных капель жидкого топлива через сопло наружу, причем наличие зазора при непосредственной подаче жидкого топлива из тангенциальных каналов на стенки конусообразной стенки сопла создает условия, необходимые для повышения эффективности работы горелки.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается выполнением сопла таким образом, что продолжение образующей непрерывно сужающегося конуса сопла составляет зазор между линией, проведенной параллельно ей через нижнюю точку цилиндрической части сопла.
Схема заявляемой форсунки приведена на чертежах. На фиг.1 изображена механическая форсунка; на фиг.2 - сопло.
Форсунка состоит из корпуса 1, завихрителя 2 с технологической резьбой, сопла 3 с непрерывно сужающейся внутренней поверхностью конуса, переходящего в цилиндр, накидной гайки 4. В сопле 3 продолжение образующей непрерывно сужающегося конуса сопла составляет зазор Δ между линией, проведенной параллельно ей через нижнюю точку цилиндрической части сопла.
Работа механической форсунки происходит следующим образом.
Распыливаемая жидкость под давлением через осевой продольный канал попадает на завихритель, проходя через спиралевидные тангенциальные каналы завихрителя 2, жидкость раскручивается и попадает на внутренние стенки конусообразной части сопла, растекается по ним тонкой пленкой, продолжая вращение, устремляется к цилиндрической части сопла 3. При этом ввиду отсутствия камеры завихрения скорость движения жидкости не падает, а поскольку сопло в начальной части конусообразное, то скорость движения жидкости еще выше. Вращающаяся жидкость преодолевает силу натяжения образующейся на стенках конусообразной поверхности сопла пленки, на срезе цилиндрической части сопла 3 под воздействием внутренних гидромеханических сил пленка топлива дробится на мелкие каплеобразные фракции и в виде мелкодисперсных капель выбрасывается в зону подготовки топливоздушной смеси.
Пример.
Были изготовлены механические форсунки для распыления жидкого топлива - нефтяное котельное топливо (с вязкостью 2-4° ВУ) в горелках котлов малой и средней мощности при давлении топлива 0,1 МПа и более. Корпус и завихритель изготовлены из стали, а сопло - из стали или бронзы. Внутренняя поверхность корпуса в месте установки завихрителя обработана с чистотой шероховатости Ra 0,32-0,08. Завихритель изготовлен в виде цилиндра с тангенциальными каналами, выполненными в виде ленточной резьбы, под углом 10-80° к центральной оси завихрителя. Количество тангенциальных каналов от 2 до 6. Чистота обработки внутренней поверхности ленточной резьбы - Ra 0,32-0,08. Технологическая резьба упрощает съемку завихрителя при разборке форсунки. Угол раствора конусной части сопла составляет 90-160°. Чистота обработки внутренней поверхности сопла - Ra 0,32-0,08. Размер зазора между продолжением образующей непрерывно сужающегося конуса сопла и линией, проведенной параллельно ей через нижнюю точку цилиндрической части сопла, составляет Δ. Завихритель и сопло прижимаются к топливопроводу с помощью накидной гайки.
Прямое поступление жидкого топлива из спиралевидных тангенциальных каналов на стенки конуса сопла (ввиду отсутствия камеры завихрения) способствует работе горелки при небольших давлениях топлива 0,1 МПа при его достаточной дисперсности. Давление подаваемого в форсунку воздуха регулируется в зависимости от типа котла и требуемой длины факела. Форсунки предложенной конструкции показали устойчивую работу в течение четырех сезонов, технологичны в изготовлении и сборке/разборке, удобны в обслуживании. Если чистку стандартных (заводских) форсунок необходимо производить один раз в смену, то предложенных форсунок - только один раз в неделю. Следует отметить также малую засоряемость форсунки, поскольку поперечное сечение каналов и диаметр сопла достаточно большие.
Предложенная конструкция механической форсунки с завихрителем без камеры завихрения способствует интенсивной вихревой подаче жидкого топлива на стенки конусообразной части сопла, а конструктивное выполнение сопла с зазором между продолжением образующей непрерывно сужающегося конуса сопла и линией, проведенной параллельно ей через нижнюю точку цилиндрической части сопла, обеспечивает эффективное дробление жидкого топлива при перекрестном сталкивании выходящих из тангенциальных каналов потоков топлива на выходе из сопла. Создаются условия для эффективной, устойчивой и надежной работы форсунки.