Газожидкостная форсунка с двухступенчатым подводом распыливающего агента

 

Использование: в различных камерах сгорания и газогенераторах, работающих на газожидкостных компонентах топлива. Сущность изобретения: газожидкостная форсунка содержит первую ступень распыливания 1 и вторую 2, выполненные в одном корпусе 3. Первая ступень распыливания включает насадок 4 подачи топлива в канал 5 топливно воздушной смеси, выполненный в начале сужающимся 6, а затем расширяющимся 7, с образованием минимального проходного сечения F₁ Вторая ступень распыливания включает продолжение расширяющейся части 7 канала 5 с углом α конусности 5 8°, кольцевое щелевое отверстие 10, расположенное в месте проходного сечения F₂ подвод 11 воздуха к отверстию 10 и выход 12 смеси из форсунки. Отверстие 10 расположено на участке с площадью проходного сечения, превышающей в 3 4 раза площадь минимального проходного сечения камеры смешения. 1 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в различных камерах сгорания и газогенераторах, работающих на газожидкостных компонентах топлива.

Известно, что для высокого качества распыла тяжелых топлив (дизельное, печное), наряду с другими форсунками применяют сопловые форсунки Доброхотова и Казанцева [1] и форсунки с двухступенчатым подводом распыляющего агента.

Однако эти форсунки имеют следующий недостаток.

Часть капель топлива при распыле достигает поверхности расширяющейся части сопла и коагулируется. Данный процесс усиливается в нижней части форсунки при ее горизонтальном положении, что снижает полноту сгорания топлива.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является форсунка с двухступенчатым подводом распыливающего агента, содержащая корпус, центральную топливную трубу для подачи распыливающего агента (1 ступень) и диффузорную камеру смешения (2 ступень), в стенке которой выполнено щелевое отверстие для подачи воздуха [2] Недостатком известного решения является то, что расположение второй ступени распыливания относительно первой ступени распыливания не исключает попадание части капель на поверхность форсунки и их коагуляцию после второй ступени распыливания.

Цель изобретения улучшение качества смесеобразования за счет повышения эффективности распыливания второй ступени.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве щелевое отверстие для второй ступени распыливания выполнено кольцевым и расположено на участке с помощью проходного сечения, превышающей в 3-4 раза площади минимального проходного сечения камеры смешения, выполненной с углом раскрытия 5-8^о.

Совокупность технических решений позволяет установить соответствие их критерию "новизна".

Заявленные признаки проявляют в данном устройстве новое свойство в сравнении с известными техническими решениями, заключающиеся в том, что предлагаемая форсунка обеспечивает высокое качество распыливания за счет повышения эффективности распыливания второй ступени, а именно за счет исключения коагуляции капель на стенках форсунки после второй ступени распыливания.

Таким образом, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На чертеже схематически показана предлагаемая форсунка.

В форсунке различают первую ступень 1 распыливания и вторую 2, выполненные в одном корпусе 3.

Первая ступень распыливания включает центральную топливную трубу (насадок) 4 для подачи топлива и канал 5 топливно-воздушной смеси, выполненный сужающимся 6, а затем расширяющимся 7 с образованием минимального проходного сечения F₁. Места подвода воздуха и топлива обозначены соответственно позициями 8 и 9.

Вторая ступень распыливания включает продолжение расширяющейся части 7 канала 5 с углом конусности α, кольцевую щель 10, расположенную в месте проходного сечения F₂, подвод 11 воздуха к щели 10 и выход 12 смеси из форсунки.

Принцип работы заключается в следующем. В канале 5 воздух в сечении F₁ имеет наибольшую скорость и наименьшее значение давления.

По мере движения воздуха к выходу скорость уменьшается, а давление увеличивается. Топливо при выходе из насадка распыливается в основном на участке первой ступени распыливания. Однако на этом участке часть капель достигает поверхности расширяющейся части 7 канала и коагулируется, что снижает качество смесеобразования. Поэтому применена вторая ступень распыливания, которая обеспечивает не только сброс капель с поверхности канала в поток, но и их повторное дробление. Данная ступень распыливания расположена в месте, где отношение площади проходного сечения F₂ к площади F₁ минимального сечения имеет значение 3 < < 4. При этом угол α конусности расширяющейся части выполнен 5-8^о.

Повышение эффективности распыливания второй ступени в предлагаемой форсунке достигается при сочетании указанных значений отношений площадей и угла конусности.

При конусности расширяющейся части 5-8^о достигаются наименьшие потери энергии при восстановлении давления, в сечении F₁ можно достичь скорости звука при давлении выхода из форсунки меньше давления входа на 6-8% В сечении F₁ достигается самая высокая относительная скорость, которая обеспечивает мелкодисперсную смесь на первой ступени распыления. Мелкие капли обладают меньшей инерцией и, как правило, не выходят из струйки тока воздуха. Поэтому число капель, попадающих на стенку при такой организации распыливания, уменьшается, что увеличивает качество смесеобразования. С другой стороны, подвод воздуха ко второй ступени распыливания в сечении F₂ позволяет организовать характер его течения к выходу с уменьшением скорости по длине форсунки. В свою очередь уменьшение скорости воздуха приводит к увеличению площади сечения его потока по мере движения к выходу.

Геометрия форсунки способствует исключению попадания капель на расширяющуюся часть канала, так как она отклоняется от оси, как бы уходит от траектории капель, а с другой стороны, вторичный воздух, выходя из щели, увеличиваясь в сечении, преграждает путь каплям к стенке. Кольцевую щель 10 в сечениях, где отношение площадей 3 > 4, располагать не следует.

При < 3 на первой ступени распыливания не завершается основной процесс восстановления, а скорость воздуха еще велика (более 100 м/с), что приводит к повышенным значениям потерь энергии при восстановлении давления воздуха за счет местных потерь на уступе (конструктивный фактор) и потерь на так называемый удар, имеющий место при смешении потоков с разными скоростями.

При 4 организовать щель нет смысла, так как процесс восстановления давления первой ступени распыливания уже практически завершен (не будет сечения с давлением меньше давления выхода) и нельзя получить необходимое торможение воздуха второй ступени распыливания.

Применение предлагаемой газожидкостной форсунки позволяет по сравнению с известными обеспечить высокое качество распыливания топлива, а следовательно, высокую полноту сгорания, и ее можно рекомендовать для применения в различных камерах сгорания и газогенераторах, работающих на газожидкостных компонентах топлива.

Формула изобретения

ГАЗОЖИДКОСТНАЯ ФОРСУНКА С ДВУХСТУПЕНЧАТЫМ ПОДВОДОМ РАСПЫЛИВАЮЩЕГО АГЕНТА, содержащая корпус, центральную топливную трубу, установленную в нем с образованием кольцевого канала для подачи распыливающего агента, и диффузорную камеру смешения, в стенке которой выполнено щелевое отверстие для подачи распыливающего агента, отличающаяся тем, что щелевое отверстие выполнено кольцевым и расположено на участке с площадью проходного сечения, превышающей в 3 4 раза площадь минимального проходного сечения камеры смешения, выполненной с углом раскрытия 5 8^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 27.03.2006        БИ: 09/2006