ФОРСУНКА ДЛЯ РАСПЫЛИВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ
NOZZLE FOR SPRAYING OF LIQUIDS

Изобретение относится к технике распыливания жидкостей, в том числе вязких и содержащих абразивные включения, и может использоваться в различных направлениях производственной деятельности, в частности в различных топливосжигающих агрегатах.
Известна форсунка для распыливания вязких жидкостей, включающая корпус с центральным топливным каналом подачи распылителя, подключенным к камере смешения, а также радиальные сопла первичного распылителя и сопла вторичного распылителя, сообщающие кольцевой канал с камерой смешения. (Авторское свидетельство СССР № 1444585 кл. F23D 11/04, 1987.).
Также известна форсунка для распыливания вязких жидкостей, содержащая корпус с центральным топливным каналом и коаксиальным кольцевым каналом подачи распылителя, подключенными к цилиндрической камере смешения, а также радиальные сопла первичного распылителя и сопла вторичного распылителя, сообщающие кольцевой канал с камерой смешения, причем в корпусе форсунки выполнен кольцевой ряд аксиальных каналов, подключенных на входе к камере смешения, а на выходе к радиальным соплам первичного распылителя, продольные оси которых расположены на расстоянии от выходного среза топливного канала, превышающем их диаметр в 1,5-3,0 раза, выходные срезы указанных радиальных сопл расположены от оси корпуса на расстоянии, превышающем их диаметр в 4-6 раз, а сопла вторичного распылителя выполнены аксиальными и смещены в окружном направлении относительно аксиальных каналов, при этом их продольные оси расположены от оси корпуса на расстоянии, превышающем их диаметр в 1,5-3,0 раза. (Патент РФ № 2039910 кл. F23D 11/10, 1992.).
Известна форсунка для распыливания вязких жидкостей (прототип), включающая корпус с центральным топливным каналом и коаксиальным кольцевым каналом подачи распылителя, подключенными к камере смешения, радиальные сопла первичного распылителя, сопла вторичного распылителя, подключенные к донной части камеры смешения, а также кольцевой ряд аксиальных каналов первичного распылителя и кольцевой ряд каналов вторичного распылителя, подключенные на входе к коаксиальному кольцевому каналу подачи распылителя, а на выходе, соответственно, к соплам первичного распылителя и соплам вторичного распылителя. Выходные срезы радиальных сопел первичного распылителя расположены от оси корпуса на расстоянии, превышающем их диаметр в 4-6 раз, продольные оси сопел расположены от выходного среза центрального топливного канала на расстоянии, превышающем их диаметр также в 1,5-3,0 раза. По окружности на выходе конической части камеры выполнены сопла третичного распылителя, подключенные к кольцевому ряду каналов первичного распылителя, при этом сопла третичного распылителя установлены под углом δ≥15° относительно вертикальной оси форсунки и под углом φ≥15° относительно ее плоскости. (Патент РФ № 2253802 кл. F23D 11/10, 2003.).
Недостатком известных форсунок являются: невысокая экономичность по расходу распыляющего агента, сложная геометрия камеры смешения и сопловых распылителей.
Цель изобретения - повышение эффективности работы форсунки пневматического распыливания путем снижения расхода распыляющего агента, исключения абразивного износа рабочей камеры смешения, улучшения качества распыливания применительно к вязким жидкостям и регулирования геометрии распыла в широком диапазоне расхода распыливаемой жидкости. Кроме того, простота в изготовлении и удобство в эксплуатации, т.к. форсунка не имеет заменяемых частей и выполнена в моноблочном исполнении.
Цель достигается за счет того, что в форсунке для распыливания жидкостей, содержащей корпус с центральным каналом подачи жидкости и коаксиальным кольцевым каналом подачи распыляющего агента, подключенными к камере смешения, а также кольцевой ряд радиальных сопел первичного распылителя и кольцевой ряд радиальных сопел вторичного распылителя, подключенных на входе к коаксиальному кольцевому каналу подачи распыляющего агента, а на выходе к камере смешения, отличающейся тем, что камера смешения выполнена конической формы, выходные срезы радиальных сопел первичного распылителя расположены от горизонтальной оси корпуса на расстоянии, превышающем их диаметр в 4-10 раз, и направлены под углом α в точку пересечения горизонтальной и вертикальной осей корпуса форсунки на срезе камеры смешения, продольные оси сопел расположены от выходного среза центрального канала подачи жидкости на расстоянии, превышающем их диаметр в 4-15 раза, по окружности на выходе камеры смешения выполнены сопла вторичного распылителя, при этом сопла вторичного распылителя установлены под углом δ≥15° относительно вертикальной оси форсунки и под углом φ≥15° относительно ее плоскости (среза камеры смешения). Угол α составляет ≤90°.
Выполнение камеры смешения конической формы в виде диффузора позволяет исключить сопла вторичного распылителя, оптимально разместить нужное количество сопел третичного распылителя по окружности на выходе камеры смешения, создать условия для исключения возможного запирания жидкости в топливном канале. Направление сопел первичного распылителя под углом α к срезу форсунки позволяет создать газодинамическое запирание струи жидкости на выходе из камеры смешения, предварительно раздробить жидкость, полностью исключить абразивный износ камеры смешения и запирание жидкости в топливном канале.
Наличие сопел вторичного распылителя на выходе конической части камеры смешения позволяет значительно сузить область полидисперсности распыла, дополнительно раздробив капельно-воздушную массу до монодисперсного состояния в определенном диапазоне, увеличить угол конусности распыляемой жидкости, уменьшить длину распыла, снизить плотность орошения, создать область разрежения внутри конуса распыла, увеличить пропускную способность форсунки для одного типоразмера.
Установка сопел вторичного распылителя под углом δ≥15° относительно вертикальной оси корпуса форсунки позволяет достичь максимально равномерного взаимодействия потоков за счет захвата струей, истекающей из сопла распыляющего агента, определенного сектора капельно-воздушной массы на выходе камеры смешения при отсутствии взаимодействия этих струй между собой. При изменении количества сопел, для выполнения этих условий, угол δ может изменяться в сторону увеличения.
Установка сопел вторичного распылителя под углом φ≥15° относительно плоскости форсунки позволяет получать нужный угол конусности распыленной капельно-воздушной массы.
Подключение сопел первичного и вторичного распылителя к кольцевому каналу распыляющего агента, как вариант, выполнено для простоты изготовления форсунки.
За счет деления потока распылителя на первичный и вторичный - осуществляется поэтапное дробление, чем достигается максимальное взаимодействие топлива и распылителя, обеспечивающее его качественный распыл, особенно для вязких жидкостей, приближая его к монодисперсному состоянию в определенном диапазоне, т.е. значительно суживается полифракционность распыла, а также придание нужной геометрии. На срезе распылителя отсутствуют пленки, нити и крупные капли, характерные для многих распылителей.
Широкий диапазон регулирования расходов топлива и распылителя без ухудшения качественных показателей распыла осуществляется во время работы форсунки при организации раздельной подачи распылителя в сопла первичного и вторичного потоков.
На фиг.1 представлена форсунка для распыливания жидкостей поперечный разрез; на фиг.2 показан разрез по А-А на фиг.1.
Форсунка содержит корпус 1 с внешней камерой 2 смешения, центральным топливным каналом 3, подключенным к камере смешения, коаксиальным кольцевым каналом 4 подачи распыляющего агента. В корпусе выполнен кольцевой ряд аксиальных каналов 5 для подачи первичного потока распылителя (воздух, пар и т.п.) и кольцевой ряд каналов 6 для подачи вторичного потока распылителя. Каналы 5 и 6 расположены вокруг центрального топливного канала 3 и подключены на входе к коаксиальному кольцевому каналу 4. Радиальные сопла 5 первичного распылителя подключены к боковой стенке камеры смешения 2. Выходные срезы радиальных сопел 5 расположены от оси корпуса на расстоянии, превышающем их диаметр в 4-15 раз, а от выходного среза топливного канала они расположены на расстоянии, превышающем их диаметр в 4-10 раза. По окружности на выходе конической части камеры смешения 2 выполнены сопла 6 вторичного распылителя, подключенные к каналу 4. Сопла 6 вторичного распылителя установлены под углом δ≥15° относительно вертикальной оси форсунки и под углом φ≥15° относительно ее плоскости.
Форсунка работает следующим образом.
По центральному топливному каналу 3 подают в камеру смешения 2 топливо (например, мазут, водоугольное топливо) со скоростью истечения при отсутствии распада струи, распыливающий агент (например, воздух) подают из канала 4 подачи распылителя одновременно в каналы 5 первичного распылителя и каналы 6 вторичного распылителя. При этом потоки воздуха, истекающие из каналов 5 первичного распылителя, направленные к срезу форсунки в точку пересечения оси центрального топливного канала 3 и вертикальной оси форсунки навстречу друг другу, создают эффект газодинамического запирания потока топлива (область 7 фиг.1), вследствие чего струя топлива первоначально дробится на крупные фракции, которые хаотично движутся в турбулентных потоках, возникающих при взаимодействии встречно направленных струй, что приводит к дополнительному дроблению крупных фракций топлива на более мелкие капли, располагающиеся в секторах, образованных истечением потоков воздуха из этих сопел.
Высокоскоростной поток воздуха, истекающий из сопел вторичного распылителя, окончательно дробит полифракционную капельно-воздушную смесь, приближая ее к монодисперсному состоянию, т.е. значительно суживает диапазон дисперсности, и придает ей нужные геометрические характеристики - длину, угол конусности и, соответственно, низкую плотность орошения. Кроме того, истечение воздуха из сопел вторичного распылителя создает эжектирующий эффект как на периферии, так и внутри конуса распыла, необходимый при организации процесса устойчивого воспламенения и горения топлив.
Для регулировки параметров распыла форсунки в широких пределах может быть осуществлена и раздельная подача распыляющего агента в сопла первичного и вторичного распылителя. Изменяя параметры подачи распыляющего агента и его перераспределение по соплам распылителей при определенном конструкционном исполнении сопел и камеры смешения, можно варьировать расходом топлива, дисперсностью распыла, длиной распыла, углом конусности от 15 до 160° и плотностью орошения. Например, форсунка одного типоразмера удовлетворительно работает в диапазоне расхода топлива от 100 до 1000 кг/ч.
Удельный расход распыляющего агента снижается и составляет ≤15% от расхода топлива меньше, чем в прототипе.