СТЕНД ДЛЯ ТАРИРОВКИ МАЗУТНЫХ ФОРСУНОК

Полезная модель относится к области устройств в теплоэнергетике для испытаний топливного оборудования, в частности форсунок для энергетических котлов, на предмет определения оптимальных расходных и регулировочных характеристик форсунок.
Наиболее близким к заявляемому устройству является стенд для тарировки мазутных форсунок, содержащий электронный блок сбора сигналов и управления стендом, камеру впрыска, трубу для подачи воды, расходный бак для воды, поддон, трубу слива воды, трубопровод для подачи распыливающего воздуха, приемный воздушный короб, трубопровод подачи воздуха на лопатки завихрителя, лопатки завихрителя, диффузор, вытяжной короб, кронштейны, стойки, основание, защитный колпак, координатные линейки, расходомер, термометр, манометр, запорно-регулирующий вентиль, электрический насос, электровентилятор выброса воздуха в атмосферу, осветительную лампу, видеокамеру, узел поворота лопаток завихрителя, соединенных электрическими связями с электронным блоком сбора сигналов и управления стендом (см. патент на полезную модель №105438 от 10 июня 2011 г. - стенд для тарировки мазутных форсунок).
Недостатки известного стенда:
1. Отсутствие возможности воздействия на процесс распыливания закрученной воздушно-водяной смеси с помощью автоматизированного осевого перемещения форсунки.
2. Отсутствие возможности автоматизированного выбора оптимального положения форсунки относительно диффузора для получения наилучших результатов распыливания.
Указанные недостатки устранены в заявляемой полезной модели, которая направлена на решение задачи улучшения распыливания и выбора оптимального положения форсунки относительно диффузора в топке и, как следствие, устранение недогорания мазута в топке.
В заявляемой конструкции указанная задача решается применением узла автоматизированного осевого перемещения форсунки относительно диффузора, позволяющего воздействовать на аэродинамику смесеобразования путем изменения точек контакта струй закрученных потоков воздуха с распыливаемой аэродисперсной жидкой средой и автоматизированным определением оптимального положения форсунки в топке относительно диффузора по компьютерной программе.
Схема заявляемого устройства показана на фиг. 1 при виде сбоку, на фиг. 2 показан вид камеры впрыска в поперечном сечении. На фиг. 1 тонкими линиями показаны электрические связи между первичными датчиками и узлами с электронным блоком 28 сбора сигналов и управления. Толстыми линиями показаны основные узлы стенда. На фиг. 2 в поперечном сечении камеры впрыска электрические связи условно не показаны.
На фиг. 1, 2 позициями обозначены следующие узлы и элементы заявляемой конструкции:
1 - форсунка,
2 - камера впрыска,
3 - труба для подачи воды,
4 - расходомер,
5 - термометр,
6 - манометр,
7 - запорно-регулирующий вентиль,
8 - электрический насос,
9 - расходный бак для воды,
10 - поддон,
11 - труба слива воды,
12 - трубопровод для подачи распыливающего воздуха,
13 - приемный воздушный короб,
14 - трубопровод подачи воздуха на лопатки завихрителя,
15 - лопатки завихрителя,
16 - диффузор,
17 - диспергированная и закрученная воздушно-водяная смесь,
18 - вытяжной короб,
19 - электровентилятор выброса воздуха в атмосферу,
20 - кронштейны,
21 - стойки,
22 - основание,
23 - осветительная лампа,
24 - защитный колпак,
25 - видеокамера,
26 - координатные линейки,
27 - узел поворота лопаток завихрителя,
28 - электронный блок сбора сигналов и управления стендом,
29 - узел автоматизированного осевого перемещения форсунки.
Назначение и взаимодействие узлов и элементов следующее. Камера впрыска 2 предназначена для удерживания распыленной диспергированной и закрученной воздушно-водяной смеси 17 во взвешенном состоянии, имитирующей факел в топке котла.
Труба 3 для подачи воды с расходомером 4, термометром 5, манометром 6 и запорно-регулирующим вентилем 7, соединенные электрическими связями с электронным блоком сбора сигналов и управления стендом, служат для измерения и регулирования параметров модельной среды - воды на форсунку 1.
Электрический насос 8 подает воду из расходного бака 9 по компьютерной программе электронного блока 28. После прохождения через форсунку 1 и пребывания в виде мелко раздробленных частиц во взвешенном состоянии в камере 2 в виде «холодного тумана» вода конденсируется и стекает в поддон 10, откуда стекает через трубу слива 11 в отстойник (на фиг. не показан) для последующего использования.
С помощью трубопровода 12 для подачи распыливающего воздуха производится дробление капель воды потоком воздуха непосредственно в форсунке 1. Размещенные на трубопроводе 12: расходомер 4, термометр 5, манометр 6 и запорно-регулирующий вентиль 7 (для упрощения чертежа фиг. 1 обозначения позиций: расходомер 4, термометр 5, манометр 6 и запорно-регулирующий вентиль 7 идентичны показанным на трубе 3 для воды) служат для измерения температуры и давления и регулирования расхода воздуха, подаваемого из ресивера и нагнетаемого компрессором при различных давлениях (на фиг. 1 и 2 ресивер и компрессор не показаны).
Приемный воздушный короб 13 (выполнен идентичным коробу горелок на котле) служит для равномерного подвода по окружности воздуха, подаваемого через трубопровод 14 на лопатки завихрителя 15, который создает закрученные струи воздуха для дальнейшего перемешивания частиц жидкости с воздухом. В окончательном в виде образуется диспергированная и закрученная воздушно-водяная смесь 17, моделирующая аэродинамику струи факела в топке котла. Параметры этой взвеси: диаметр, длина, конфигурация факела и размер микрочастиц в этой факельной струе, регистрируются видеокамерой 25 с помощью оптических датчиков координатных линеек 26 (на фиг. 1 датчики условно не показаны).
Поворот лопаток завихрителя 15 производится узлом 27 по команде компьютерной программы с электронного блока 28 сбора сигналов и управления стендом. Воздух в трубопровод 14 подается от ресивера компрессора (на фиг. 1 и 2 ресивер и компрессор не показаны).
Диффузор 16 служит для первоначального развертывания под определенным углом выхода диспергированной и закрученной воздушно-водяной смеси 17 от торца форсунки 1 (на фиг. 1 торец показан утолщенной линией).
Вытяжной короб 18 и электровентилятор 19 служат для выброса избыточных воздушно-капельных взвесей в атмосферу и моделируют разрежение в топке котла.
Стойки 21 и основание 22 служат для поддержания веса форсунки 1 при ее размещении на стенде. Кронштейны 20 служат для направления корпуса форсунки 1 при ее продольном движении при помощи узла 29 автоматизированного осевого перемещения форсунки, управляемого по команде компьютерной программы электронного блока 28 сбора сигналов и управления стендом.
Защитный колпак 24 предохраняет лампу 23 от попадания на нее капель воды.
Координатные линейки 26 имеют оптические датчики фиксирования в плоскостном и объемном изображении границ взвеси - диспергированной и закрученной воздушно-водяной смеси 17, представляющей собой конфигурации модельного факела (на фиг. 1 и 2 датчики не показаны).
Компьютеризированный электронный блок 28 сбора сигналов и управления стендом имеет монитор с дублированием записи на бумажном носителе всех параметров диспергированной и закрученной воздушно-водяной смеси 17, давлений воды и воздуха и датчиков сигнала с координатных линеек 26 и сигнала с видеокамеры 25. С блока 28 производится управление и регистрация продольных осевых перемещений форсунки 1 относительно диффузора 16, осуществляемых узлом 29.
От линейного расстояния по оси торца форсунки 1 относительно пережима диффузора 17 (на фиг. 1 пережим - наименьший диаметр диффузора позицией не обозначен) зависит угол раскрытия факела - диспергированной и закрученной воздушно-водяной смеси 17 и длина факела, которая необходима для полного выгорания мазута в реальных условиях. В известном стенде эта оптимальная длина не определяется, и, следовательно, в реальных условиях горения мазута в топке невозможно точно установить оптимальное положение торца форсунки относительно диффузора амбразуры топки котла и исключить недогорание мазута в топке. Это является положительным эффектом заявляемого стенда по отношению к известной конструкции.
Заявляемая конструкция стенда работает следующим образом. Тарируемая форсунка 1 устанавливается в направляющих кронштейнах 20 и крепится в узле 29 автоматизированного осевого перемещения форсунки.
Уплотняется место прохода форсунки 1 через приемный воздушный короб 13. К форсункам 1 подсоединяются трубы подачи воды 3, трубопроводы для подачи распыливающего воздуха 12.
С блока 28 включаются последовательно вентилятор 19 выброса влажного воздуха, лампа 23, видеокамера 25, датчики координатных линеек 26, подача воздуха 14 в приемный воздушный короб 13 и на лопатки 15 завихрителя, подача воздуха 12 в форсунку 1, подача воды по трубе 3 в форсунку 1.
В форсунке 1 происходит дробление воды на капли с помощью распыливающего воздуха и давления воды и последующая закрутка смеси потоком воздуха, выходящим после лопаток завихрителя 15.
С помощью видеокамеры 25 и датчиков на координатных линейках 26 регистрируются длина, диаметр и границы конфигурация модельного факела, которые получаются в результате дробления капель воды в форсунке при заданном положении относительно диффузора 16 среза форсунки 1, отмечаемого с помощью узла 29 автоматизированного осевого перемещения форсунки 1 на мониторе электронного блока 28.
Регистрация линейного расстояния автоматически перемещаемого торца форсунки 1 относительно пережима (наименьшего диаметра) диффузора 16 (на фиг. 1 пережим не обозначен), при котором получаются оптимальные параметры модельного факела, является положительным эффектом по сравнению с известной конструкцией, в которой форсунка неподвижна.
Сигналы с видеокамеры 25 и датчиков на координатных линейках 26 передаются с помощью электрической связи на электронный блок 28, на который также подаются давление, температура и расход распыливающего воздуха, воды и значения углов расположения лопаток 15 крутки воздуха.
На основании этих сигналов в табличной и графической форме по компьютерной программе строятся зависимости расхода от давления воды и воздуха, диаметра капель от давления воды и воздуха, длины и диаметра модельного факела от давления воды и воздуха, в зависимости от направления крутки воздуха на лопатках 15 и положения торца форсунки 1 относительно диффузора 16. Выбирается оптимальное положение торца форсунки 1 относительно диффузора 16, при котором получается необходимая длина и диаметр факела и мелкодисперсность дробления жидкости. Затем производится перерасчет расходных и регулировочных характеристик форсунки с модельной среды - воды на мазут.