Паромеханическая форсунка "тагпол"

 

Изобретение относится к технике распыливания жидкости и может быть использовано в энергетической, металлургической, химической и других отраслях промышленности. Технический результат, заключающийся в повышении коэффициента использования потенциальной энергии распыливающего агента и надежности уплотнения форсунки при упрощении ее конструкции, обеспечивается за счет того, что в паромеханической форсунке, содержащей корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, фильтр, распылитель с тангенциальными топливными каналами, завихритель пара с тангенциальными паровыми каналами, паровое сопло с конусной поверхностью и наружную накидную гайку, согласно изобретению тангенциальные паровые каналы завихрителя пара на входе по своей глубине имеют размер, составляющий 1,2-2 их размера на выходе, выполненном в виде косого среза, образованном в результате прохода через конусную поверхность, а направление вращения потока пара в паровых каналах завихрителя противоположно направлению вращения потока жидкости в топливных каналах распылителя. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к технике распыливания жидкости и может быть использовано в энергетической, металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Известна форсунка, содержащая корпус с топливным патрубком, вкладыш с соплом на выходе, распределителем и винтовой вставкой, образующей с вкладышем вихревую камеру, и установленный снаружи вкладыша стакан с завихрителем и выходным соплом для распылителя, выступающим за пределы топливного сопла. Выходное сопло распылителя выполнено тороидальным с конической выходной частью, диаметр среза которой в 1,5-3 раза превышает диаметр узкой части этого сопла, а образующая его выходной части расположена от параллельной ей образующей конуса, построенного на кромке топливного сопла, на расстоянии, составляющем 0,08-0,2 его диаметра, (см. авт. св. 514155, кл. F 23 D 11/12 от 16.04.73 г.).

Недостатком этой форсунки является то, что в каналах, имеющих постоянное проходное сечение по ходу движения в них распыливающего агента (воздуха или пара), имеют место большие потери энергии последнего на входе в каналы и неполное использование его потенциальной энергии на выходе из каналов, а также при встрече потока распыливающего агента с потоком жидкости, истекающей из сопла.

Известна форсунка, содержащая корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, завихритель жидкости с тангенциальными каналами, распылитель с тангенциальными каналами для завихривания распыливающего агента, установленный с образованием с завихрителем вихревой камеры, переходящей в жидкостное сопло, размещенное снаружи и выступающее за пределы жидкостного сопла. (см. авт. св. 937885, кл. F 23 D 11/10, 1982 г.).

Недостатком этой форсунки является кавитационное разрушение металла на границе между тангенциальными каналами и вихревой топливной камерой, которое изменяет расходную характеристику форсунки, что приводит к нарушению соотношения расходов жидкости (топлива) и воздуха, что приводит к ухудшению экономических показателей топочного процесса. Требуется частая (не реже одного раза в месяц) замена изношенных деталей новыми. Изготовление этих деталей из порошков карбидов ванадия и других дефицитных материалов несколько смягчает проблему, но кардинального решения не дает.

Известна также форсунка, содержащая корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, завихритель жидкости с тангенциальными каналами, распылитель с тангенциальными каналами для завихривания распыливающего агента, установленный с образованием с завихрителем жидкости вихревой камеры, переходящей в жидкостное сопло, и выходное сопло, размещенное снаружи и выступающее за пределы жидкостного сопла. Вихревая камера выполнена с тороидальной выпуклостью, обращенной внутрь и переходящей в поверхность жидкостного сопла, причем радиус тороидальной поверхности выбран равным 0,7-1,5 радиуса вихревой камеры в начальном поперечном сечении. Завихритель жидкости выполнен отдельно от жидкостного сопла и установлен с возможностью осевого перемещения к вихревой камере под действием набегающего потока распыливаемой жидкости. Завихритель жидкости выполнен с щелями, расположенными в теле его хвостовой части, имеющей форму полого цилиндра, размещенного по скользящей посадке в центральном отверстии корпуса, причем поперечный размер каждой щели выбран меньшим любого размера тангенциальных каналов завихрителя жидкости (см. патент RU 2118205 С1, кл. В 05 В 11/34, 7/10 от 27.08.98 г.).

Недостатком этой форсунки является недостаточная скорость столкновения распыливающего агента и капель распыливаемой жидкости, что снижает коэффициент использования потенциальной энергии распыливающего агента для дробления жидкости на капли.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения коэффициента использования потенциальной энергии распыливающего агента для распыливания жидкости и повышения надежности уплотнения форсунки при упрощении ее конструкции.

Для достижения указанного технического результата в паромеханической форсунке, содержащей корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, фильтр, распылитель с тангенциальными топливными каналами, завихритель пара с тангенциальными паровыми каналами, паровое сопло с конусной поверхностью и наружную накидную гайку, конфигурация паровых каналов и их ориентация относительно жидкостных (топливных) каналов выполнены так, что потоки распыливающего агента (пара) и жидкости (топлива) встречаются между собой (сталкиваются) со скоростью в 1,5 раза большей, чем у существующих форсунок.

Отличительными признаками предлагаемой паромеханической форсунки от указанных выше известных является то, что тангенциальные паровые каналы завихрителя пара на входе имеют размер в 1,2-2 раза больший, чем их размер на выходе, а выход оформлен в виде косого среза, обращенного к выходу, причем диаметр условной окружности, к которой по касательной выходят осевые линии каналов завихрителя пара, меньше диаметра горловины парового сопла на удвоенную ширину одного из этих каналов.

Дополнительно к этому направление вращения, задаваемое каналами завихрителя пара, противоположно направлению вращения, задаваемого каналами завихрителя распиливаемой жидкости (топлива).

Благодаря наличию этих признаков скорость пара на выходе из каналов возрастает приблизительно на 36%, а за счет встречного вращения потоков распыливающего агента (пара) и жидкости (топлива) скорость столкновения потоков возрастает еще на 10% (т.е. в 1,1 раза).

Таким образом скорость столкновения пара и топлива возрастает в 1,36.1,1≅1,5 раза. Диаметр капель распыливаемой жидкости приближенно обратно пропорционален этой самой скорости столкновения, т.е. при ее возрастании в 1,5 раза во столько же раз уменьшается средний диаметр капель в потоке распыливаемой жидкости при сохранении на прежнем уровне энергозатрат на распыливание жидкости, что и является конечной целью изобретения.

Предлагаемая паромеханическая форсунка иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.

На фиг.1 показана паромеханическая форсунка, продольный разрез; на фиг.2 - поперечный разрез по линии А-А; на фиг.3 - поперечный разрез по линии Б-Б.

Паромеханическая форсунка содержит корпус 1 с центральным отверстием 2 для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями 3 для распыливающего агента, накидную гайку 4, фильтр 5, в котором отверстия расположены под углом α к оси форсунки, распылитель 6 с кольцевой камерой 7 и тангенциальными топливными каналами 8, вихревой камерой 9, плавно по тороиду переходящей в сопло 10 (как в патенте 2118205), завихритель 11 с тангенциальными паровыми каналами 12 шириной "а", паровое сопло 13 с горловиной диаметром "D₂" и конусной поверхностью 14. Завихритель 11 и накидная гайка 4 образуют между собой кольцевой канал 15. Тангенциальные паровые каналы 12 завихрителя 11 на входе по своей глубине имеют размер "b", составляющий 1,2-2 размера "С" на выходе, выполненного в виде косого среза 16, образованного в результате прохода через конусную поверхность 16.

Конусная поверхность и косой срез 16 направлены в сторону выхода из форсунки. Направление вращения потока пара в тангенциальных паровых каналах 12 завихрителя 11 противоположно направлению вращения потока жидкости в тангенциальных топливных каналах 8 распылителя 6. Диаметр условной окружности "D₁", к которой по касательной выходят осевые линии тангенциальных паровых каналов 12 завихрителя 11 меньше диаметра горловины "D₂" парового сопла 13 на удвоенную ширину "а" одного парового канала 12 завихрителя 11, D₁=D₂-2а.

Поверхность горловины парового сопла 13 имеет тороидальную форму 17, переходящую на выходе в конусную поверхность 14.

Длина конусной поверхности 14 парового сопла 13 составляет 0,2-0,3 диаметра ⊘ D₂ горловины парового сопла 13.

Конусная поверхность выходной части 14 сопла 13 расположена от параллельной ей образующей конуса, построенного на кромке топливного сопла 10 на расстоянии "е", составляющем 0,08-0,2 его диаметра ⊘ D₀ (как в а.с. 514155).

Отверстия в фильтре 5 расположены под углом α к оси форсунки, а диаметр отверстий меньше любого размера тангенциальных каналов 8 распылителя 6.

Работа паромеханической форсунки осуществляется следующим образом.

Жидкое топливо поступает через центральное отверстие 2 корпуса 1 в фильтр 5 и через его отверстия в кольцевую камеру 7, откуда по тангенциальным топливным каналам 8 закручивается по часовой стрелке в вихревой камере 9, движется по тороиду и выходит через сопло 10 в виде конусной струи, распадаясь на капли параллельно конусной поверхности 14 парового сопла 13. Распыливающий агент (пар или воздух) по периферийным отверстиям 3 и кольцевому каналу 15 попадает в тангенциальные паровые каналы 12 завихрителя 11 и скорость его движения постепенно возрастает, т.к. сечение тангенциальных каналов 12 к выходу постепенно уменьшается. На выходе из тангенциальных каналов 12 ускорение продолжается за счет косого среза 16, обладающего свойством сопла Лаваля. Этому способствует то, что выход из тангенциальных каналов 12 не зажат горловиной парового сопла 13, т.к. диаметр условной окружности, к которой по касательной выходят осевые линии тангенциальных паровых каналов 12 завихрителя 11 меньше диаметра горловины парового сопла 13 на удвоенную ширину одного парового котла 12 завихрителя 11. Именно это обстоятельство позволяет вписать все сечение выхода из тангенциальных каналов 12 в плоскость косого среза 16 и не затормозить поток пара до встречи с каплями жидкости. То, что направление вращения потока пара в тангенциальных паровых каналах 12 завихрителя пара 11 противоположно направлению вращения потока жидкости в тангенциальных топливных каналах 8 распылителя 6 увеличивает относительную скорость столкновения потока капель жидкости с потоком пара на 10%, т.к. векторы этих скоростей встречаются между собой под углом 90^o.

Таким образом, за счет большей скорости истечения пара и встречного вращения почти в 1,5 раза увеличивается скорость столкновения распыливающего агента и капель распыливаемой жидкости, что значительно увеличивает коэффициент использования потенциальной энергии распыливающего агента для дробления жидкости на капли в сравнении с известными конструкциями паромеханических форсунок.

В результате получается меньший диаметр капель распыливаемой жидкости при одинаковых затратах энергии на распыл, либо экономится на расходе распыливающего агента при одинаковой дисперсности распыла. Последнее обстоятельство позволяет получить более устойчивое горение, что часто бывает в растопочном режиме горения, т.к. паровой поток из форсунки часто нарушает аэродинамику воздушного потока горелки. Таким образом обеспечивается более высокая надежность работы вихревых мазутных горелок.

Экономический эффект от использования предлагаемых паромеханических форсунок на котле к блоку 300 МВт составляет приблизительно 100000 руб. в год по состоянию на 01.01.2001 года.

Формула изобретения

1. Паромеханическая форсунка, содержащая корпус с центральным отверстием для распыливаемой жидкости и периферийными отверстиями для распыливающего агента, фильтр, распылитель с тангенциальными топливными каналами, завихритель пара с тангенциальными паровыми каналами, паровое сопло с конусной поверхностью и наружную накидную гайку, отличающаяся тем, что тангенциальные паровые каналы завихрителя пара на входе по своей глубине имеют размер, составляющий 1,2-2 их размера на выходе, выполненном в виде косого среза, образованного в результате прохода через конусную поверхность, а направление вращения потока пара в паровых каналах завихрителя противоположно направлению вращения потока жидкости в топливных каналах распылителя.

2. Паромеханическая форсунка по п.2, отличающаяся тем, что диаметр условной окружности, к которой по касательной выходят осевые линии тангенциальных паровых каналов завихрителя пара, меньше диаметра горловины парового сопла на удвоенную ширину одного парового канала завихрителя.

3. Паромеханическая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что длина конусной поверхности парового сопла составляет 0,2-0,3 диаметра горловины парового сопла.

4. Паромеханическая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что отверстия в фильтре расположены под углом к оси форсунки, а диаметр отверстий меньше любого размера тангенциальных топливных каналов распылителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3