ФОРСУНКА

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована для сжигания органических жидких топлив и нефтесодержащих отходов в промышленных печах и топках котлов.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является форсунка по патенту РФ №2396487, МПК F23D 11/10, F23D 11/36, 10.08.2010, состоящая из корпуса со штуцерами для подвода топлива и распылителя, распыливающего насадка, сопла для подвода топлива, выполненного в виде перевернутого стакана с радиальными боковыми отверстиями, расположенными у торца штуцера, угол наклона которых к оси форсунки равен 60°, а в полости стакана для саморегулирования проходного сечения отверстий размещен плунжер с центральной тарированной пружиной, шайбы с отверстиями, установленной между наружной поверхностью сопла и внутренней поверхностью корпуса, образуя полость для распылителя, и имеющей отверстия с углом наклона 30° к оси форсунки, которые расположены попарно с отверстиями сопла, при этом распыливающий насадок смонтирован с противоположной стороны сопла с возможностью перемещения вдоль оси и зафиксирован стопорной гайкой с периферийной тарированной пружиной, образуя с корпусом щелевой зазор.
Основным недостатком известной форсунки является недостаточно высокая эффективность сжигания топлива из-за недостаточного смесеобразования топлива с воздухом.
Это обусловлено невозможностью сохранения идентичности распыливания топлива и оптимальной конфигурации факела при меняющихся давлениях жидкого топлива и газообразного распылителя, а также невозможностью получения мелкодисперсного распыла при очень небольших давлениях газообразного распылителя.
Задачей полезной модели является повышение эффективности сжигания топлива при смене режимов работы форсунки путем обеспечения возможности более полного распыливания топлива при меняющихся давлениях жидкого топлива и газообразного распылителя, а также при снижении давления газообразного распылителя.
Технический результат достигается тем, что в форсунке, состоящей из корпуса со штуцерами для подвода топлива и распылителя, распыливающего насадка, сопла для подвода топлива, выполненного в виде перевернутого стакана с радиальными боковыми отверстиями, расположенными у торца штуцера, угол наклона которых к оси форсунки равен 60°, а в полости стакана для саморегулирования проходного сечения отверстий размещен плунжер с центральной тарированной пружиной, шайбы с отверстиями, установленной между наружной поверхностью сопла и внутренней поверхностью корпуса, образуя полость для распылителя, и имеющей отверстия с углом наклона 30° к оси форсунки, которые расположены попарно с отверстиями сопла, при этом распыливающий насадок смонтирован с противоположной стороны сопла с возможностью перемещения вдоль оси и зафиксирован стопорной гайкой с периферийной тарированной пружиной, образуя с корпусом щелевой зазор, согласно предлагаемой полезной модели, на торцевой поверхности распыливающего насадка выполнен кольцеобразный диспергирующий профиль, обращенный к отверстиям сопла и к отверстиям шайбы, при этом размеры высоты и шага неровностей кольцеобразного диспергирующего профиля выполнены в зависимости от тепловой мощности форсунки, вида сжигаемого топлива, а также величины давления топлива и распылителя, кольцеобразный диспергирующий профиль выполнен треугольным или синусоидальным или трапецеидальным или прямоугольным, причем распыливающий насадок выполнен сменным в зависимости от вида диспергирующего профиля.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена предлагаемая форсунка.
Деталям форсунки на чертеже присвоены следующие позиции:
1 - корпус, 2 - штуцер для подвода топлива, 3 - боковой штуцер для подвода распылителя, 4 - сопло для подвода топлива, 5 - радиальные боковые отверстия для выхода топлива, 6 - плунжер, 7 - центральная тарированная пружина, 8 - шайба, 9 - распыливающий насадок, 10 - стопорная гайка, 11 - периферийная тарированная пружина, 12 - отверстия для выхода распылителя, 13 - кольцеобразный диспергирующий профиль, 14 - гайка, 15 - прокладка, 16 - кольцевой ограничивающий выступ.
Назначение и взаимодействие деталей форсунки следующее.
К корпусу 1 приварен боковой штуцер 3 для подвода распылителя (на чертеже сварка условно не показана). Внутри корпуса 1 ввернута шайба 8 с симметрично расположенными отверстиями 12 для выхода газообразного распылителя с углом наклона 30° к оси форсунки. Число отверстий от трех до восьми в зависимости от производительности форсунки. На чертеже условно показано одно отверстие. В шайбу 8 ввернуто сопло 4 для подвода топлива выполненное в виде перевернутого стакана с радиальными боковыми отверстиями 5, расположенными у торца штуцера 2, угол наклона которых к оси форсунки равен 60°. Радиальные боковые отверстия 5 для выхода топлива расположены напротив отверстий 12 для выхода газообразного распылителя. Число отверстий 5 для выхода топлива соответствует числу отверстий 12 для выхода распылителя. Шайба 8 с отверстиями 12 установлена между наружной поверхностью сопла 4 и внутренней поверхностью корпуса 1, образуя полость для распылителя. По штуцеру 2, ввернутому в сопло 4, подается под давлением жидкое топливо. Хвостовая часть штуцера 2 на выходе из корпуса 1 уплотнена при помощи гайки 14 через прокладку 15. В полости сопла 4 по скользящей посадке для саморегулирования проходного сечения отверстий 5 размещен плунжер 6 цилиндрической формы, с торцевой поверхности которого размещена центральная тарированная пружина 7. Усилие от пружины 7 передается на плунжер 6. В хвостовой части сопла 4 размещен по скользящей посадке распиливающий насадок 9, передвижение которого регулируется за счет усилия от периферийной тарированной пружины 11. Перемещение пружины 11 ограничивается с одной стороны стопорной гайкой 10, а с другой - кольцевым ограничивающим выступом 16 на цилиндрической поверхности сопла 4. Таким образом, распыливающий насадок 9 смонтирован с противоположной стороны сопла 4 с возможностью перемещения вдоль оси форсунки и зафиксирован стопорной гайкой 10 с периферийной тарированной пружиной 11, образуя с корпусом 1 кольцеобразный щелевой зазор.
На торцевой поверхности распыливающего насадка 9 выполнен кольцеобразный диспергирующий профиль 13, обращенный к отверстиям 5 сопла 4 и к отверстиям 12 шайбы 8. Кольцеобразный диспергирующий профиль 13 в зависимости от вида сжигаемого топлива и тепловой мощности форсунки может быть треугольным или синусоидальным или трапецеидальным или прямоугольным. На чертеже показан треугольный диспергирующий профиль 13. Распыливающий насадок 9 выполнен сменным в зависимости от вида диспергирующего профиля 13. Размеры шага и высоты выступов диспергирующего профиля 13 выбираются в зависимости от тепловой мощности форсунки, вида сжигаемого топлива, а также величины давления топлива и распылителя. Первоначальный щелевой зазор между торцом корпуса 1 и распыливающим насадком 9, а также осевое положение шайбы 8 относительно торца корпуса 1 устанавливается в зависимости от расхода и давления топлива, а также газообразного распылителя путем тарировки на стенде.
Форсунка работает следующим образом.
Через штуцера 2 и 3 подаются жидкое топливо и газообразный распылитель, которые выходят соответственно через отверстия 5 и 12 в виде тонких первично диспергированных соударяющихся струй. При соударении струй происходит вторичное диспергирование струй. Вторично диспергированный поток ударяется о диспергирующий профиль 13 и происходит его третичное диспергирование и поток выходит через кольцеобразный щелевой зазор между корпусом 1 и распиливающим насадком 9 в виде веера мелкодисперсных частиц топлива. Этот веер сносится в топку котла вторичным воздухом, подаваемым в горелку, в которой установлена предлагаемая форсунка. В топке происходит сгорание топлива (на чертеже контур горелки и вторичный воздух условно не показаны).
При увеличении тепловой нагрузки котла происходит увеличение давления топлива и затем увеличение подачи вторичного воздуха, подаваемого в топку. Увеличение подачи топлива на форсунку котла производится вручную оператором котла от первичного задатчика тепловой нагрузки со щита управления. Увеличение подачи диспергирующего газообразного распылителя происходит автоматически с некоторым запозданием по времени.
Поэтому в предлагаемой полезной модели, по сравнению с известной конструкцией форсунки, в этот период перемещение вторично диспергированной струи топлива по поверхности распиливающего насадка 9, имеющего диспергирующий профиль 13, вызывает дополнительное дробление капель топлива, что улучшает смесеобразование с воздухом и уменьшает потери от недогорания топлива в факеле.
При уменьшении тепловой нагрузки котла происходит уменьшение давления топлива и уменьшение подачи вторичного воздуха в топку. Так как уменьшение подачи газообразного диспергирующего распылителя происходит автоматически с запозданием по времени, то в предлагаемой полезной модели в этот период, по сравнению с известной конструкцией форсунки, третичное дробление осуществляется за счет ударения капель топлива о неровности диспергирующего профиля 13 и выноса частиц топлива из щелевого зазора за счет избыточного давления газообразного диспергирующего распылителя. При этом, по сравнению с известной конструкцией форсунки, в предлагаемой полезной модели в переходный период происходит улучшение смесеобразования топлива с воздухом и устраняется недожог топлива.
При небольших давлениях диспергирующего газообразного распылителя в предлагаемой полезной модели, по сравнению с известной конструкцией форсунки, третичное дробление капель топлива происходит преимущественно за счет соударение капель о неровности диспергирующего профиля 13 и выноса этих капель в виде веера в топку за счет вторичного воздуха, подаваемого в топку котла. При этом при небольших давлениях газообразного диспергирующего распылителя, по сравнению с известной конструкцией форсунки, в предлагаемой полезной модели улучшается смесеобразование топлива с воздухом и уменьшается недожог топлива.
Распыливающмий насадок 9 является сменным в зависимости от вида выполненного на нем диспергирующего профиля 13.
Центральная тарированная пружина 7 предназначена для устранения забивания радиальных боковых отверстий 5 механическими загрязняющими включениями в топливе. Первоначально площадь проходного сечения отверстий 5 устанавливается путем тарировки форсунки на стенде и подбора пружины 7 на требуемую пропускную способность форсунки по топливу. Пропускная способность форсунки по топливу устанавливается при тарировке ее на стенде за счет частичного перекрытия плунжером 6 площади поперечных сечений отверстий 5 путем подбора усилия пружины 7.
При забивании отверстий 5 посторонними механическими включениями давление топлива перед плунжером 6 возрастает и за счет избыточного давления плунжер 6 перемещается по оси форсунки, преодолевая усилие пружины 7. За счет увеличения проходного сечения отверстий 5 посторонние механические примеси проскакивают через отверстия 5.
Периферийная тарированная пружина 11 предназначена для устранения забивания коксовыми отложениями кольцеобразного щелевого зазора между торцом распыливающего насадка 9 и торцом корпуса 1. При забивании щелевого зазора коксовыми отложениями возрастает давление диспергированной струи топлива и газообразного диспергирующего распылителя на торцевой диспергирующий профиль 13 распыливающего насадка 9. За счет этого избыточного давления преодолевается сопротивление периферийной тарированной пружины 11 и распыливающий насадок 9 перемещается по цилиндрической поверхности сопла 4. При этом увеличивается проходное сечение между торцом корпуса 1 и диспергирующим профилем 13.
Использование предлагаемой полезной модели позволит повысить эффективность сжигания топлива при смене режимов работы форсунки путем обеспечения возможности более полного распыливания топлива при меняющихся давлениях жидкого топлива и газообразного распылителя, а также при снижении давления газообразного распылителя.