RU49182U1

RU49182U1 - NOZZLE

Info

Publication number: RU49182U1
Application number: RU2005102568/22U
Authority: RU
Inventors: В.И. Багрянцев; С.А. Бровченко; В.И. Дорн; А.Г. Лайгер
Original assignee: Багрянцев Виктор Иванович; Бровченко Сергей Алексеевич; Дорн Виктор Иванович; Лайгер Адольф Генрихович
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2005-11-10

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к устройствам подачи и распыления топлива и может быть использована в форсунках распыления топлива в печах. Форсунка содержит газопровод, корпус с отверстием в торце, выполненным соосно топливоподающей трубке, в корпусе размещены камера и диффузор, расположенный между топливоподающей трубкой и завихрителем, выполненным в виде кольца и сообщенным с газопроводом, дополнительное кольцо с равномерно расположенными по окружности сквозными отверстиями, которое установлено под завихрителем между диффузором и корпусом и установленная между завихрителем и топливоподающей трубкой тарель, в периферийной части которой, прикрепленной к дополнительному газопроводу, выполнены равномерно по окружности сквозные отверстия. Использование заявляемой конструкции фурмы обеспечивает снижение расхода топлива за счет повышения эффективности его распыления и увеличения надежности форсунки.The utility model relates to mechanical engineering, in particular, to fuel supply and atomization devices and can be used in fuel atomization nozzles in furnaces. The nozzle contains a gas pipeline, a housing with an opening in the end made coaxially to the fuel supply tube, a chamber and a diffuser located between the fuel supply tube and a swirl made in the form of a ring and in communication with the gas pipeline, an additional ring with through holes evenly spaced around the circumference, which is installed beneath the swirl between the diffuser and the housing and a plate installed between the swirl and the fuel feed tube, in the peripheral part of which is attached to mu gas pipeline, through holes are made evenly around the circumference. Using the inventive lance design provides a reduction in fuel consumption by increasing the efficiency of its atomization and increasing the reliability of the nozzle.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к устройствам подачи и распыления топлива и может быть использовано в форсунках распыления топлива в печах.The utility model relates to mechanical engineering, in particular, to fuel supply and atomization devices and can be used in fuel atomization nozzles in furnaces.

Известна форсунка, содержащая корпус, имеющий камеру смешения с входом и выходом, размещенную в корпусе с образованием кольцевого зазора, сообщенного с газопроводом, сопло и топливоподающую трубку, сообщенную с камерой смешения через тангенциальные каналы в конической проставке, дополнительные проставки с профилированными каналами, размещенные между конической проставкой и соплом, сообщенные между собой и образующие камеру смешения, причем камера смешения сообщена с кольцевым зазором через профилированные каналы в дополнительных проставках (патент RU 2039883, МПК 7 F 02 M 67/10, 1995).Known nozzle containing a housing having a mixing chamber with inlet and outlet, placed in the housing with the formation of an annular gap in communication with the gas pipeline, a nozzle and a fuel supply pipe in communication with the mixing chamber through tangential channels in a conical spacer, additional spacers with shaped channels placed between conical spacer and nozzle, interconnected and forming a mixing chamber, and the mixing chamber is communicated with an annular gap through the profiled channels in additional rates (patent RU 2039883, IPC 7 F 02 M 67/10, 1995).

Недостатками известной форсунки является неудовлетворительное формирование факела распыла из-за наличия дополнительного сопротивления, оказываемого акустическими колебаниями потока газа на закрученный поток, в результате чего не происходит достаточно полного смешения топлива и газа, что приводит к частичному сгоранию топлива. Трудность охлаждения фурмы значительно снижает ее надежность.The disadvantages of the known nozzle are the unsatisfactory formation of the spray pattern due to the presence of additional resistance provided by acoustic vibrations of the gas flow to the swirl flow, as a result of which there is not enough complete mixing of fuel and gas, which leads to partial combustion of fuel. The difficulty of cooling the lance significantly reduces its reliability.

Известна вихревая форсунка, содержащая корпус, размещенный внутри трубы-воздуховода с образованием с ним кольцевого зазора, камеру смешения с входом и выходом, размещенную в корпусе, газопровод и топливоподающую трубку, сообщенные с камерой смешения, причем в корпусе дополнительно установлен диффузор, расположенный между топливоподающей трубкой и завихрителем, при этом последний сообщен с газопроводом и выполнен в виде кольца с прямоугольным вырезом, внутренний радиус которого очерчен по спирали Архимеда и установлен в корпусе между диффузором и камерой смешения (патент RU 2187753, МПК 7 F 23 D 11/10, 2002).Known vortex nozzle containing a housing located inside the pipe-air duct with the formation of an annular gap with it, a mixing chamber with inlet and outlet located in the housing, a gas pipeline and a fuel supply pipe in communication with the mixing chamber, and in the housing there is an additional diffuser located between the fuel supply a tube and a swirl, the latter being connected to the gas pipeline and made in the form of a ring with a rectangular cutout, the inner radius of which is outlined in a spiral of Archimedes and installed in the housing between diffuser and mixing chamber (patent RU 2187753, IPC 7 F 23 D 11/10, 2002).

При работе данной форсунки не обеспечивается необходимое распыление топлива из-за подтекания газа в кольцевой зазор между топливоподающей трубкой и диффузором за счет образования индуцированного вихрем разряжения в центре и подтекания потока незакрученного газа вдоль стенки цилиндрической камеры смешения к завихрителю. Во время распыления часть капель топлива под действием центробежной силы достигает цилиндрической поверхности камеры смешения, где накапливается, стекает по стенке и срывается в виде крупных капель, или коксуется топливо на стенке камеры смешения, причем горячий поток, который подсасывает вихрь и обтекает топливоподводящую трубку, приводит к ее перегреву и вскипанию топлива, что снижает надежность форсунки и приводит к нарушению стабильности подачи топлива.During the operation of this nozzle, the necessary fuel atomization is not provided due to gas leakage into the annular gap between the fuel supply pipe and the diffuser due to the formation of a vortex-induced vacuum discharge in the center and leakage of the untwisted gas flow along the wall of the cylindrical mixing chamber to the swirler. During spraying, part of the fuel droplets under the action of centrifugal force reaches the cylindrical surface of the mixing chamber, where it accumulates, flows down the wall and breaks off in the form of large droplets, or fuel cokes on the wall of the mixing chamber, and the hot stream that draws in the vortex and flows around the fuel supply pipe leads to its overheating and boiling of fuel, which reduces the reliability of the nozzle and leads to a violation of the stability of the fuel supply.

Задачей полезной модели является снижение расхода топлива за счет повышения эффективности его распыления и увеличение надежности форсунки.The objective of the utility model is to reduce fuel consumption by increasing the efficiency of its atomization and increasing the reliability of the nozzle.

Поставленная задача достигается тем, что форсунка, содержащая газопровод, топливоподающую трубку, корпус, в котором размещена камера и диффузор, расположенный между топливоподающей трубкой и завихрителем, выполненным в виде кольца и сообщенным с газопроводом, согласно полезной модели она снабжена дополнительным со сквозными, равномерно расположенными по окружности отверстиями кольцом, установленным под завихрителем между диффузором и корпусом, в торце которого выполнено отверстие соосно топливоподающей трубке, соосно которой установлен дополнительный газопровод, прикрепленный к расположенной над завихрителем тарели, в периферийной части которой равномерно по окружности выполнены сквозные отверстия, причем расстояние между поверхностями тарели и диффузора задано зависимостью:The problem is achieved in that the nozzle containing the gas pipe, the fuel supply tube, the housing in which the chamber and the diffuser are located, located between the fuel supply tube and the swirler, made in the form of a ring and in communication with the gas pipeline, according to a utility model, it is equipped with an additional through, evenly spaced around the circumference with holes, a ring installed under the swirl between the diffuser and the housing, in the end of which an opening is made coaxially with the fuel supply tube, coaxially which is installed an additional gas pipeline is attached, attached to a plate located above the swirl, in the peripheral part of which through holes are uniformly made around the circumference, and the distance between the surfaces of the plate and the diffuser is given by the dependence:

H/H₀=((R-a)/r)ⁿ, при a≤r≤R-a, 01≤n≤0,9, гдеH / H ₀ = ((Ra) / r) ⁿ , with a≤r≤Ra, 01≤n≤0.9, where

Н - расстояние между внутренними поверхностями тарели и диффузора,H is the distance between the inner surfaces of the plate and the diffuser,

Н₀ - ширина завихрителя,H ₀ - the width of the swirl,

R - внутренний радиус завихрителя,R is the inner radius of the swirl,

r - расстояние от оси форсунки,r is the distance from the axis of the nozzle,

а - радиус выхода отверстия диффузора,a is the radius of the outlet of the diffuser,

n - показатель степени.n is an exponent.

Технический результат, который достигается при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в достижении эффективного распыления топлива с возможностью аэродинамического управления его факелом за счет распыления топлива закрученным потоком сжатого газа. В окрестности оси вращения последнего создается давление ниже атмосферного, а окружная скорость газового потока достигает скорость звука. При вводе в центральную область этого газового вихря топлива последнее испытывает огромные разрывающие усилия и распадается на мельчайшие частицы, что достигается конструктивным выполнением тарели, ее местоположением относительно диффузора и завихрителя, установкой в корпусе дополнительных кольца, газопровода, взаимным расположением элементов форсунки. Установка тарели над завихрителем между топливоподающей трубкой и корпусом препятствует подтеканию топлива на стенки камеры, при этом вся энергия вихря концентрируется на выходе топливоподающей трубки. Выполнение на торце корпуса отверстия соосно топливоподающей трубке и установка дополнительного кольца со сквозными, отверстиями, расположенными равномерно по окружности, предназначены для защиты топливоподающей трубки и диффузора от излучения, конвективного воздействия горячих топочных газов для повышения надежности форсунки. Крепление к корпусу дополнительного газопровода посредством тарели, в периферийной части которой выполнены сквозные равномерно расположенные по окружности отверстия, позволяет менять и The technical result, which is achieved by using the proposed utility model, is to achieve effective atomization of fuel with the possibility of aerodynamic control of its torch due to atomization of fuel by a swirling stream of compressed gas. In the vicinity of the axis of rotation of the latter, pressure is created below atmospheric, and the peripheral velocity of the gas stream reaches the speed of sound. When introducing into the central region of this gas vortex of fuel, the latter experiences tremendous breaking forces and breaks up into the smallest particles, which is achieved by constructive design of the plate, its location relative to the diffuser and swirl, installation of additional rings, a gas pipeline in the housing, and mutual arrangement of nozzle elements. Placing a plate above the swirl between the fuel supply tube and the housing prevents fuel from leaking onto the chamber walls, while all the energy of the vortex is concentrated at the exit of the fuel supply tube. Making holes at the end of the housing coaxially with the fuel supply tube and installing an additional ring with through holes, evenly spaced around the circumference, are designed to protect the fuel supply tube and diffuser from radiation, the convective effect of hot flue gases to increase the reliability of the nozzle. The fastening of an additional gas pipeline to the body by means of a plate, in the peripheral part of which there are through holes evenly spaced around the circumference, allows you to change and

управлять параметрами закрутки газового потока в районе завихрителя, меняя при этом угол раскрытия факела при практически неизменной оптимальной эффективности распыления топлива. Задание расстояния между внутренними поверхностями тарели и диффузора по зависимости:to control the parameters of the swirling gas flow in the region of the swirl, while changing the angle of the torch opening with almost constant optimal efficiency of fuel atomization. Setting the distance between the inner surfaces of the plate and the diffuser according to:

Н/Н₀=((К-а)/г)ⁿ необходима для повышения центробежного эффекта распыления топлива за счет регулирования: уменьшения радиальной и увеличения вращательной составляющих скорости вихря.N / N ₀ = ((K-a) / g) ^{n is} necessary to increase the centrifugal effect of fuel atomization by regulating: decreasing the radial and increasing the rotational components of the vortex velocity.

При n=0 расстояние между поверхностями тарели и диффузора равно, что приводит к значительному оттеснению ядра вихря от среза топливоподающей трубки и снижает эффективность распыления, что нежелательно.At n = 0, the distance between the surfaces of the plate and the diffuser is equal, which leads to a significant displacement of the vortex core from the cut of the fuel supply tube and reduces the spraying efficiency, which is undesirable.

При n>0,9 существенны потери на трение вихря о поверхности диффузора и тарели, что значительно снижает скорость вращения вихря, что нецелесообразно.At n> 0.9, significant losses due to friction of the vortex on the surface of the diffuser and plate, which significantly reduces the speed of rotation of the vortex, which is impractical.

Неравенство а≤r≤R-а определяет криволинейную поверхность диффузора.Inequality a≤r≤R-a determines the curved surface of the diffuser.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез форсунки, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1, на фиг.3 - продольный разрез форсунки с дополнительным газопроводом.The utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a longitudinal section of a nozzle, Fig. 2 is a section AA of Fig. 1, Fig. 3 is a longitudinal section of a nozzle with an additional gas pipeline.

Форсунка содержит газопровод 1, корпус 2 с отверстием в торце, выполненным соосно топливоподающей трубке 3, в корпусе размещены камера и диффузор 4, расположенный между топливоподающей трубкой 3 и завихрителем 5, выполненным в виде кольца и сообщенным с газопроводом 1, дополнительное кольцо 6 с равномерно расположенными по окружности сквозными отверстиями, которое установлено под завихрителем 5 между диффузором4и корпусом 2 и неподвижно установленная между завихрителем 5 и топливоподающей трубкой 3 тарель 7, в периферийной части которой, прикрепленной к дополнительному газопроводу 8, выполнены равномерно по окружности сквозные отверстия.The nozzle contains a gas pipe 1, a housing 2 with an opening in the end made coaxially with the fuel supply pipe 3, a chamber and a diffuser 4 located between the fuel supply pipe 3 and the swirl 5 made in the form of a ring and communicated with the gas pipe 1 are placed in the housing, the additional ring 6 is uniformly through holes located around the circumference, which is installed under the swirl 5 between the diffuser 4 and the casing 2 and is fixedly mounted between the swirl 5 and the fuel supply tube 3 of the plate 7, in the peripheral part of which eplennoy to additional pipeline 8, are uniformly formed in the circumferential vias.

Заявляемая форсунка работает следующим образом. Газ подается в форсунку по газопроводу 1, входит в пространство между тарелью 7 и корпусом 2, проходит через завихритель 5, где получает радиальное и вращательное движения. По мере перемещения газа в центр камеры, образованной поверхностями диффузора 4 и тарели 7, он ускоряется, не меняя радиальной составляющей скорости за счет установления требуемого расстояния между внутренними поверхностями диффузора 4 и тарели 7, истекая через отверстие диффузора 4 в окружающее пространство. Топливо подается в форсунку по топливоподающей трубке 3 и впрыскивается в приосевую область воздушного вихря, где оно разрывается на капли, ускоряется потоком газа и распыляется за счет центробежного ускорения, интенсивной турбулентности, достигающей 300%, вследствии чего генерируется большой интенсивности и частоты звук, преградой распространения которого является торец корпуса 2, отражающий звук и направляющий его действие в зону распыления топлива.The inventive nozzle operates as follows. Gas is supplied to the nozzle through the gas pipeline 1, enters the space between the plate 7 and the housing 2, passes through the swirler 5, where it receives radial and rotational movements. As the gas moves to the center of the chamber formed by the surfaces of the diffuser 4 and the plate 7, it accelerates without changing the radial component of the velocity due to the establishment of the required distance between the inner surfaces of the diffuser 4 and the plate 7, flowing out through the hole of the diffuser 4 into the surrounding space. Fuel is supplied to the nozzle through the fuel supply tube 3 and injected into the axial region of the air vortex, where it breaks into droplets, is accelerated by a gas stream and is sprayed by centrifugal acceleration, intense turbulence reaching 300%, as a result of which a high intensity and frequency sound is generated, and the propagation barrier which is the end face of the housing 2, reflecting sound and directing its action into the fuel atomization zone.

Управление закруткой газового потока реализуется следующим образом. Газ, поступающий через сквозные отверстия тарели 7 в камеру, образованную поверхностями диффузора 4 и тарели 7, смешивается с газом, идущим от завихрителя 5 к центру, что приводит к снижению вращательной скорости и росту радиальной газа. На выходе диффузора 4 происходит тоже изменение величин скоростей (осевой и вращательной), что приводит к изменению угла раскрытия факела топливногазовой смеси. Изменяется также давление около среза топливоподающей трубки 3, что приводит к изменению подачи топлива.Control of swirling gas flow is as follows. The gas entering through the through holes of the plate 7 into the chamber formed by the surfaces of the diffuser 4 and the plate 7 is mixed with the gas going from the swirl 5 to the center, which leads to a decrease in rotational speed and an increase in radial gas. At the output of the diffuser 4 there is also a change in the values of the velocities (axial and rotational), which leads to a change in the opening angle of the torch of the gas mixture. The pressure near the cut of the fuel supply tube 3 also changes, which leads to a change in the fuel supply.

Регулировка подачей топлива, изменение угла конуса распыления факела топливногазовой смеси осуществляется изменением подачи газа через дополнительный газопровод 8. Управление подачей топлива и закруткой потока реализуется следующим образом. Часть газа через отверстия тарели 7 подается в окрестность завихрителя 4, при этом основной закрученный поток газа тормозится, что приводит к снижению окружной скорости газового потока. При этом общий расход газа возрастает, что приводит к увеличению радиальной составляющей скорости газа. Изменение составляющих скорости газа приводит к изменению угла раскрытия конуса распыления топливногазовой смеси на выходе последнего из форсунки.Adjustment of the fuel supply, changing the angle of the spray cone of the fuel-gas mixture torch is carried out by changing the gas supply through the additional gas line 8. The fuel supply and flow swirl are controlled as follows. Part of the gas through the openings of the plate 7 is supplied in the vicinity of the swirl 4, while the main swirling gas flow is inhibited, which leads to a decrease in the peripheral velocity of the gas flow. In this case, the total gas consumption increases, which leads to an increase in the radial component of the gas velocity. A change in the components of the gas velocity leads to a change in the opening angle of the spray cone of the fuel-gas mixture at the outlet of the latter from the nozzle.

Использование заявляемой конструкции фурмы обеспечивает оптимальное распыление топлива, например, мазута, подаваемого в печь, при минимальном удельном расходе и повышенной надежности устройства при работе в зоне высоких температур. Управление параметрами распыления топлива позволят гибко регулировать процессом розжига топки или при переходе с одного режима горения топлива на другой без перестройки оборудования.)Using the inventive lance design provides optimal atomization of fuel, for example, fuel oil supplied to the furnace, with a minimum specific consumption and increased reliability of the device when operating in a high temperature zone. The control of fuel atomization parameters will allow flexible control of the furnace ignition process or when switching from one mode of fuel combustion to another without restructuring the equipment.)

Заявляемая полезная модель промышленно применима в печах для распыления форсунками, например, жидкого топлива.The inventive utility model is industrially applicable in furnaces for spraying nozzles, for example, liquid fuel.

Claims

1. An injector containing a gas pipeline, a fuel supply tube, a housing in which a chamber and a diffuser are located, located between the fuel supply tube and a swirl made in the form of a ring and connected to the gas pipeline, characterized in that it is provided with additional openings with holes uniformly arranged around the circumference a ring mounted under the swirl between the diffuser and the housing, in the end of which a hole is made coaxially with the fuel supply tube, which is attached to the plate located above the swirl.

2. The nozzle according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional gas pipe mounted coaxially to the fuel supply pipe, attached to the peripheral part of the plate, in which through holes are made uniformly around the circumference.