Центробежная форсунка

Полезная модель относится к средствам распыливания жидкостей, смесей и может применяться в химической промышленности, а также может быть использована в системе топливоподачи различных энергетических устройствах. Из наиболее близких к заявляемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является центробежная форсунка, содержащая корпус с дроссельным отверстием в корпусе форсунки размещена направляющая втулка, в которой установлен шнек, имеющий цилиндрическую и коническую поверхности, в корпусе шнека выполнено осевое сужающее отверстие в виде сопла для подачи газа, при этом шнек имеет возможность осевого перемещения относительно корпуса форсунки, спиральная лента шнека выполнена из эластомера и жестко связана с корпусом форсунки и корпусом шнека, в корпусе форсунки выполнено радиальное отверстие для подачи топлива, и в форсунке установлен регулировочный винт с осевым отверстием для подачи газа и контргайка, в осевом отверстии шнека установлен шнек и пружина, и в регулировочном винте выполнены два тангенциальных канала. (Патент на полезную модель РФ №166129, F23D 11/10, F23D 11/36, заявл. 09.03.2016, опубл. 20.11.2016).
Недостатком форсунки является некачественное распыливание топлива. Это приводит к неоднородности топливовоздушной смеси и, как следствие, некачественное смесеобразование и снижение экономичности энергетической установки.
Задачей полезной модели является повышение топливной экономичности энергетической установки. Техническое решение направлено на улучшение качества смесеобразования и распыливания топлива.
Технический результат достигается тем, что центробежная форсунка, содержащая корпус с дроссельным отверстием в корпусе форсунки размещена направляющая втулка, в которой установлен шнек, имеющий цилиндрическую и коническую поверхности, в корпусе шнека выполнено осевое сужающее отверстие в виде сопла для подачи газа, при этом шнек имеет возможность осевого перемещения относительно корпуса форсунки, спиральная лента шнека выполнена из эластомера и жестко связана с корпусом форсунки и корпусом шнека, в корпусе форсунки выполнено радиальное отверстие для подачи топлива и в форсунке установлен регулировочный винт с осевым и радиальными отверстиями для подачи газа и контргайка, согласно полезной модели в корпусе шнека форсунки выполнены два отверстия для подачи воздуха из осевого отверстия корпуса в межвитковую полость, при этом угол наклона оси отверстия равен углу подъема ленты шнека и находится в пределах 15…24°; и два отверстия для подачи топливовоздушной смеси из межвитковой полости шнека в сужающее отверстие в виде сопла и эти отверстия выполнены по касательной к внутренней поверхности сопла.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является повышение качества топливовоздушной смеси в камере сгорания и, как следствие, повышение экономичности энергетической установки.
Техническая сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами центробежной форсунки, где
Фиг. 1 - центробежная форсунка;
Фиг. 2 - разрез А-А форсунки;
Фиг. 3 - разрез Б-Б форсунки.
Фиг. 4 - разрез В-В.
Заявляемая форсунка содержит корпус 1, радиальное отверстие 2 для подачи топлива, дроссельное отверстие 3, коническая камера смешения 4, корпус шнека 5, ленту шнека 6 из эластомера. В корпусе шнека 5 выполнено осевое сужающееся отверстие в виде сопла 7. Корпус шнека 5 имеет цилиндрическую 8 и коническую 9 поверхности. В корпусе форсунки 1 установлена центрирующая втулка 10, которая накидной гайкой 11 через прокладку 12 фиксируется относительно корпуса форсунки 1. В накидной гайке 11 установлен регулировочный винт 13 с осевым отверстием 14 и тангенциальными каналами 15 и кольцевой проточкой 16, через которые осуществляется подача газа к соплу 7. Регулировочный винт 13 фиксируется контргайкой 17. В накидной гайке 11 выполнено отверстие 18 для подачи газа в кольцевую проточку 16. В осевом отверстии 14 установлен шнек 19 и пружина 20. Пружина 20 обеспечивает фиксированное нахождение шнека 19 в крайнем правом положении в процессе работы форсунки при различных давлениях газа. Это обеспечивает стабильное течение потока газа между витками ленты шнека 19 и на выходе из шнека, что положительно сказывается на качестве смесеобразования. В корпусе шнека 5 выполнены два отверстия 21 под углом α к оси форсунки, для подачи воздуха из осевого сужающего отверстия в межвитковую полость ленты шнека 6. При этом угол α равен углу подъема ленты шнека 19 и составляет 15…24°. Выполнение данных отверстий обеспечивает более ранний момент начала перемешивания воздуха и топлива, что позволяет получить более качественную топливовоздушную смесь. Через отверстия 22 осуществляется подача топливовоздушной смеси из межвитковой полости шнека 6 в сужающее отверстие в виде сопла 7, это позволяет увеличить время взаимодействия топливовоздушной смеси с воздухом. Отверстия 22 выполняются касательными к конической поверхности сопла 7.
Заявляемая центробежная форсунка работает следующим образом.
Подача топлива осуществляется через радиальное отверстие 2 в корпусе 1 форсунки во внешнюю полость между лентой шнека 6. Вращающийся поток топлива из винтовой внешней полости шнека поступает в камеру смешения 4. Одновременно в камеру смешения 4 подается газ, который поступает под давлением через отверстие 18, кольцевую проточку 16, тангенциальные каналы 15, между лентой шнека 19 и сужающее отверстие в виде сопла 7. Выполнение тангенциальных каналов 15 обеспечивает вращательное движение потока газа в осевом отверстии 14, что уменьшает сопротивление при движении газа между витками ленты шнека 19. По мере движения газа в межвитковой плоскости шнека 19 часть газа поступает через отверстие 21 в межвитковую полость ленты шнека 6. При дальнейшем движении топливовоздушной смеси в межвитковой полости шнека 6 увеличивается время смешивания этих компонентов. При достижении смесью отверстия 22 часть ее поступает через это отверстие в сужающее отверстие в виде сопла 7, а оставшаяся часть поступает в коническую камеру смешения 4 и далее в дроссельное отверстие 3. Это позволяет увеличить время взаимодействия смеси с воздухом.
В результате взаимодействия вращающихся потоков при выходе смеси через дроссельное отверстие 3 происходит распад струи на мелкодисперсные фракции (капли). Размер капель может изменяться за счет корректирования скорости газового потока выходящего из сопла 7. Скорость газового потока может изменяться за счет регулирования давления газа. Количество топливовоздушной смеси, подаваемого в камеру сгорания, регулируется положением шнека 5 относительно корпуса форсунки 1. Для этого отворачивается контргайка 16 и вращением регулировочного винта 13 изменяется положение шнека. При перемещении шнека изменяется площадь проходного сечения в зазоре между конусными поверхностями корпуса форсунки и шнека.
Размеры капель топлива, распыливаемых за счет центробежного эффекта, при истечении топлива и газа значительно меньше по размеру, чем при впрыскивании топлива через дроссельное отверстие без центробежного эффекта истечения газа.
Увеличение времени перемешивания топлива с воздухом в корпусе форсунки позволяет получить более качественную топливовоздушную смесь перед началом воспламенения, что положительно сказывается на процессе сгорания.
Таким образом, предполагаемая полезная модель позволяет получить мелкодисперсное распыливание топлива, что обеспечивает более качественное смесеобразование и, как следствие, повышение экономичности энергетической установки.