RU2457396C1

RU2457396C1 - Vibrating atomiser

Info

Publication number: RU2457396C1
Application number: RU2010149556/06A
Authority: RU
Inventors: Константин Алексеевич Гарькавый (RU); Константин Алексеевич Гарькавый; Вячеслав Васильевич Алмазов (RU); Вячеслав Васильевич Алмазов; Константин Владимирович Ермолаев (RU); Константин Владимирович Ермолаев; Дмитрий Олегович Мирошников (RU); Дмитрий Олегович Мирошников
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-07-27
Also published as: RU2010149556A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: vibrating atomiser includes branch pipe supplying the fuel to atomiser injector and vibration system installed on it; vibration system is made in the form of a piece of magnetostriction material with winding connected to ultrasonic generator.

EFFECT: invention allows improving fuel combustion effectiveness and reduction of hazardous substances and reducing the emission of hazardous substances to atmosphere.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к котлам низкого, среднего и высокого давления и в частности к средствам подачи и распыления жидкого топлива - топочного мазута, дизельного топлива и т.д. перед сжиганием.The invention relates to the field of heat engineering, in particular to boilers of low, medium and high pressure, and in particular to means for supplying and spraying liquid fuel - heating oil, diesel fuel, etc. before burning.

Устройство предназначено для предупреждения забивания сопла форсунки, однако не позволяет получить мелкодисперсную структуру топлива и незначительно улучшает процесс горения.The device is designed to prevent clogging of the nozzle nozzle, however, it does not allow to obtain a finely dispersed fuel structure and slightly improves the combustion process.

Известно а.с. №539206 М. кл. F23D 11/34, 1983 г. «Акустическая форсунка», содержащая корпус с патрубком для подвода топлива и распылитель с установленным на нем с возможностью осевого перемещения цилиндром, при этом резонатор выполнен в виде пружины.It is known A.S. No. 539206 M. cl. F23D 11/34, 1983 “Acoustic nozzle”, comprising a housing with a nozzle for supplying fuel and a spray with a cylinder mounted on it with the possibility of axial movement, while the resonator is made in the form of a spring.

Известное изобретение имеет серьезные недостатки, заключающиеся в следующем. Первое - конструктивная сложность и невысокая надежность в работе. Второе - невозможность регулирования в широких пределах частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний в процессе работы, что, в свою очередь, не позволяет оперативно изменить режимы работы форсунки с целью установки оптимальных режимов горения. Кроме того, известное изобретение не позволяет существенно снизить выброс вредных веществ в атмосферу после сгорания жидкого топлива, в частности CO, CH и окислов азота.The known invention has serious disadvantages, which are as follows. The first is structural complexity and low reliability. The second is the impossibility of regulating, within wide limits, the frequency and amplitude of the excited oscillations during operation, which, in turn, does not allow you to quickly change the operating modes of the nozzle in order to establish optimal combustion modes. In addition, the known invention does not significantly reduce the emission of harmful substances into the atmosphere after combustion of liquid fuels, in particular CO, CH and nitrogen oxides.

В качестве прототипа нами выбран патент РФ №2319070 «Вибрационная форсунка», опубл. 10.03.2008, бюл. №7, содержащая патрубок, подводящий топливо к распределителю (распылителю), и установленную на нем вибрационную систему в виде обмотки, размещенной с внешней стороны патрубка, подключенной к генератору импульсов, отличающаяся тем, что патрубок размещен внутри статора электромашины, которая подключена к сети трехфазного тока через статический преобразователь частоты.As a prototype, we have chosen the patent of the Russian Federation No. 2319070 "Vibration nozzle", publ. 03/10/2008, bull. No. 7, comprising a nozzle supplying fuel to the distributor (atomizer), and a vibration system installed on it in the form of a winding placed on the outside of the nozzle connected to a pulse generator, characterized in that the nozzle is placed inside the stator of the electric machine, which is connected to a three-phase network current through a static frequency converter.

Выбранный прототип (разработан также авторами предлагаемого изобретения) показал достаточно высокую эффективность в работе при установке его пароводяных котлов различной производительности, однако в процессе практической эксплуатации выявились и некоторые недостатки. Первое - возбуждение колебаний в форсунке требует значительных энергозатрат, что во многих случаях неприемлемо, учитывая тенденцию последних лет к непрерывному росту цен на энергоносители. Второе - трудности подбора оптимальных режимов вибрации форсунки при оптимизации согласования выхода статического преобразователя частоты с входом обмотки статора электромашины, что естественно затрудняет подбор мелкодисперсного распыления топлива.The selected prototype (also developed by the authors of the present invention) showed a fairly high efficiency in the installation of its steam-water boilers of various capacities, however, in the process of practical operation, some shortcomings were revealed. The first one is that exciting vibrations in the nozzle requires significant energy costs, which in many cases is unacceptable, given the tendency of recent years to a continuous increase in energy prices. The second is the difficulty in selecting the optimal modes of nozzle vibration when optimizing the matching of the output of the static frequency converter with the input of the stator winding of the electric machine, which naturally complicates the selection of fine fuel atomization.

Техническим решением задачи является повышение эффективности работы форсунки и упрощение конструкции за счет существенного повышения частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний и расширения функциональных возможностей.The technical solution to the problem is to increase the efficiency of the nozzle and simplify the design by significantly increasing the frequency and amplitude of the excited oscillations and expanding the functionality.

Задача достигается тем, что вибрационная форсунка, содержащая патрубок, подводящий топливо к распылителю форсунки, и установленную на нем вибрационную систему, согласно изобретению, вибрационная система выполнена в виде отрезка магнитострикционного материала с расположенной на нем обмоткой, подключенной к ультразвуковому генератору.The objective is achieved in that the vibration nozzle containing the nozzle supplying fuel to the nozzle atomizer and the vibration system installed on it, according to the invention, the vibration system is made in the form of a piece of magnetostrictive material with a winding located on it, connected to an ultrasonic generator.

Новизна предложенного технического решения заключается в том, что значительно расширяется спектр частот (до сотен кГц) и амплитуд (до десятков микрон), возбуждаемых в форсунке, что позволяет получить более мелкодисперсную структуру топлива, выходящего из распылителя, а это, в свою очередь, повышает эффективность сгорания и уменьшается выброс вредных веществ, в частности CO, CH и окислов азота NO, NO₃ и NO₅, в окружающий воздушный бассейн.The novelty of the proposed technical solution lies in the fact that the spectrum of frequencies (up to hundreds of kHz) and amplitudes (up to tens of microns) excited in the nozzle is significantly expanded, which makes it possible to obtain a finer-dispersed structure of the fuel leaving the atomizer, and this, in turn, increases combustion efficiency and reduced emissions of harmful substances, in particular CO, CH and nitrogen oxides NO, NO ₃ and NO ₅ , into the surrounding air basin.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена аналогичная совокупность признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложенного технического решения.According to the patent and scientific and technical literature, no similar set of features was found, which allows us to judge the inventive step of the proposed technical solution.

На чертеже предложена схема вибрационной форсунки, которая состоит из патрубка 1, распылителя 2, в патрубок вмонтирован отрезок с высокой магнитострикцией 3, например никель, пермендюр и др. (см. Д.А.Гершгал, В.М.Фридман. Ультразвуковая технологическая аппаратура. - М.: Энергия, 1976 г., стр.46) и расположенной вокруг него обмоткой 4, которая, в свою очередь, подключена к ультразвуковому генератору 5.The drawing proposes a diagram of a vibration nozzle, which consists of a nozzle 1, a spray 2, a section with high magnetostriction 3, for example, nickel, permendure, etc., is mounted in the nozzle (see D.A. Gershgal, V.M. Fridman. Ultrasonic technological equipment . - M .: Energy, 1976, p. 46) and a winding 4 located around it, which, in turn, is connected to an ultrasonic generator 5.

Форсунка работает следующим образом. При подаче жидкого топлива патрубку 1 одновременно включается ультразвуковой генератор 5, вследствие чего в обмотке 4 создается электромагнитное поле, которое создает в стержне 3, а следовательно и в патрубке 1, механические колебания за счет явления магнитострикции и определяется режимами работы ультразвукового генератора 5. Применение стержня 3 с высокими магнитострикционными качествами позволяет создавать в зоне прохождения топлива кавитационный режим работы, вследствие чего дробление мелкодисперсных фракций топлива, а именно мазута, серы, воды и т.д., достигается практически на молекулярном уровне, вследствие чего эффективность сгорания топлива существенно увеличивается, что было практически недостижимо во всех ранее известных конструкциях.The nozzle works as follows. When liquid fuel is supplied to the pipe 1, the ultrasonic generator 5 is simultaneously turned on, as a result of which an electromagnetic field is created in the winding 4, which creates in the rod 3, and therefore in the pipe 1, mechanical vibrations due to the magnetostriction phenomenon and is determined by the operating modes of the ultrasonic generator 5. Application of the rod 3 with high magnetostrictive qualities makes it possible to create a cavitation mode of operation in the fuel passage zone, as a result of which crushing of finely dispersed fractions of fuel, namely fuel oil , Sulfur, water, etc., is achieved substantially on a molecular level, whereby the fuel combustion efficiency is increased significantly, which was practically unattainable in all previously known constructions.

Следует отметить простоту технической реализации разработки, что позволяет существенно увеличить область применения предложенной разработки.It should be noted the simplicity of the technical implementation of the development, which can significantly increase the scope of the proposed development.

Claims

A vibration nozzle containing a nozzle supplying fuel to the nozzle atomizer and a vibration system mounted on it, characterized in that the vibration system is made in the form of a piece of magnetostrictive material with a winding located on it and connected to an ultrasonic generator.