CZ296739B6

CZ296739B6 - Three-medium nozzle

Info

Publication number: CZ296739B6
Application number: CZ20050309A
Authority: CZ
Inventors: Jícha@Miroslav; Jedelský@Jan; Sláma@Jaroslav
Original assignee: VUT v Brne Fakulta strojní
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-06-14
Also published as: CZ2005309A3

Abstract

In the present invention, there is disclosed a three-medium nozzle comprising a central tube (2) the inlet of which being connected to the inlet (7) of a first fuel while the outlet thereof is connected with a mixing whirl chamber (11), wherein an atomizing medium supply pipe is adjacent to said central tube (2. Said atomizing medium supply pipe is connected with the central tube (2) interior through the mediation of radial openings (21) being performed in the central tube (2) perimeter wall and being connected with said whirl chamber (11). In immediate proximity of said whirl chamber (11) outlet neck there is arranged an outlet neck of an outlet channel (20) of at least one Y-type nozzle formed by an atomizing channel (18), a fuel channel (19) and the outlet channel (20), whereby a second fuel supply pipe enters said fuel channel (19) and the atomizing medium supply pipe has its outlet in the atomizing channel (18), too.

Description

Třímédiová tryskaThree-media nozzle

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká třímédiové trysky, která zahrnuje centrální trubici spojenou svým vstupem se vstupem prvního paliva a svým výstupem se směšovací vířivou komůrkou, přičemž k centrální trubici přiléhá potrubí přívodu atomizačního média, které je s vnitřním prostorem centrální trubice propojeno radiálními otvory, vytvořenými po obvodu centrální trubice.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a three-fluid nozzle comprising a central tube connected by its inlet to the first fuel inlet and its outlet to a mixing vortex chamber, the central tube adjacent to the atomizing medium supply conduit connected to the inner space of the central tube by radial openings tube.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Atomizace kapalin s vysokou či proměnlivou viskozitou a/nebo pevnými částicemi je v součas15 nosti prováděna zejména dvoumédiovými tryskami typu airblast, air-assist nebo effervescent za pomoci atomizačního plynu. Jsou známa řešení třímédiových trysek typu air-assist určených zejména pro sušení sprejů.Atomization of liquids with high or variable viscosity and / or solid particles is currently carried out, in particular, by two-medium airblast, air-assist or effervescent nozzles with the aid of atomizing gas. There are known solutions of three-medium air-assist nozzles designed especially for spray drying.

Známé effervescent trysky sice umožňují spalovat nekvalitní palivo, aniž by docházelo k zanáše20 ní, a rovněž vyžadují relativně nízký tlak pro atomizaci a nízký poměr vzduch/palivo, jejich nevýhodou však je nízká stabilita spreje při nízkém průtoku paliva.The known effervescent nozzles, while allowing to burn poor quality fuel without fouling, also require relatively low atomization pressure and low air / fuel ratio, but have the disadvantage of low spray stability at low fuel flow.

Žádná tryska podle dosavadního stavu techniky však neumožňuje současně atomizovat dvě kapaliny s odlišnými vlastnostmi, jako je povrchové napětí a hustota, ani kapaliny s vysokou či 25 proměnlivou viskozitou a/nebo kapaliny obsahující pevné částice.However, no prior art nozzle makes it possible to simultaneously atomize two liquids with different properties, such as surface tension and density, or liquids of high or variable viscosity and / or liquids containing solid particles.

Úkolem tohoto vynálezu tedy je vytvořit konstrukčně jednoduchou, pneumatickou trysku, která by umožňovala kvalitní spalování paliva s vysokou viskozitou a/nebo podílem pevných částic až do velikosti 2 mm.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a structurally simple, pneumatic nozzle which enables high-viscosity fuel with a high viscosity and / or solids content of up to 2 mm.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Tento úkol je vyřešen třímédiovou tryskou, která zahrnuje centrální trubici spojenou svým 35 vstupem se vstupem prvního paliva a svým výstupem se směšovací vířivou komůrkou, přičemž k centrální trubici přiléhá potrubí přívodu atomizačního média, které je s vnitřním prostorem centrální trubice propojeno radiálními otvory, vytvořenými v obvodové stěně centrální trubice, a které je propojeno s vířivou komůrkou. Podstatou tohoto vynálezu je, že v bezprostřední blízkosti výstupního hrdla vířivé komůrky je uspořádáno výstupní hrdlo výstupního kanálku alespoň jedné 40 trysky typu Y, tvořené atomizačním kanálkem, palivovým kanálkem a výstupním kanálkem, přičemž do palivového kanálku je zaústěno přívodní potrubí druhého paliva a potrubí přívodu atomizačního média je svým výstupním otvorem zaústěno do atomizačního kanálku. První palivo představuje nekvalitní palivo s vysokou nebo proměnlivou viskozitou a/nebo s obsahem hrubých příměsí a druhé palivo je palivo kvalitní.This object is solved by a three-medium nozzle comprising a central tube connected by its 35 inlet to the first fuel inlet and its outlet to the mixing vortex chamber, and adjacent to the central tube is an atomizing medium supply line connected to the inner space of the central tube by radial openings the peripheral wall of the central tube, and which is connected to the swirl chamber. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an outlet throat of the outlet duct of at least one Y-type nozzle consisting of an atomization duct, a fuel duct and an outlet duct in immediate proximity to the outlet throat of the swirl chamber. of the medium is through its outlet opening into the atomization channel. The first fuel is a poor quality fuel with high or variable viscosity and / or coarse content, and the second fuel is a high quality fuel.

Ve výhodném provedení tato třímédiová tryska zahrnuje soustavu trysek typu Y, přičemž obzvláště výhodné je, když trysky typu Y jsou uspořádány symetricky kolem výstupního hrdla vířivé komůrky.In a preferred embodiment, the three-medium nozzle comprises a set of Y-type nozzles, and it is particularly preferred that the Y-type nozzles are arranged symmetrically around the outlet throat of the swirl chamber.

V dalším výhodném provedení třímédiové trysky potrubí přívodu atomizačního média zahrnuje vstupní otvor pro atomizační médium, uspořádaný v přívodním dílci, průchod, tvořený mezikružím mezi vnější stěnou centrální trubice a vnitřní stěnou vsuvky, která je nasunuta na centrální trubici a částečně vložená v přívodním dílci, a průchozí podélná vybrání a kruhovou drážku, uspořádané v přírubě centrální trubice. Přívodní potrubí druhého paliva pak ve výhodném proveIn a further preferred embodiment of the three-medium nozzle of the atomization medium supply line, the atomization medium inlet opening arranged in the feed member comprises a passage formed between the outer wall of the central tube and the inner wall of the nipple which is slid on the central tube and partially inserted in the feed member. longitudinal recesses and a circular groove arranged in the flange of the central tube. The second fuel supply line is then in a preferred embodiment

- 1 CZ 296739 B6 dění může zahrnovat vstup druhého paliva, uspořádaný v přívodním dílci, alespoň jeden podélný kanálek, utvořený ve stěně vsuvky, a druhou kruhovou drážku, podélné otvory a třetí kruhovou drážku, uspořádané v podélném směru za sebou v přírubě centrální trubice.The process may include an inlet of a second fuel arranged in the lance, at least one longitudinal channel formed in the wall of the nipple, and a second circular groove, longitudinal openings and a third circular groove arranged longitudinally in a flange of the central tube.

Rovněž je výhodné, když je tryska typu Y je utvořena ve výstupním dílci, v jehož centrálním otvoru je rovněž utvořena vířivá komůrka.It is also preferred that the Y-type nozzle is formed in an outlet member in whose central opening a swirl chamber is also formed.

Velké průtočné průřezy třímédiové trysky podle tohoto vynálezu zamezují ucpávání trysky a umožňují atomizaci kapalin s obsahem pevných příměsí do velikosti kolem 1 až 2 mm nebo io kapalin s vysokou viskozitou. Dále je zajištěno snadnější zapalování a případně stabilizace spalování nekvalitního paliva za pomoci malého množství kvalitnějšího paliva bez nutnosti předmíchání obou paliv. Rovněž regulace průtoku obou kapalin i atomizačního média je nezávislá.The large flow cross-sections of the three-medium nozzle of the present invention prevent clogging of the nozzle and allow atomization of solids containing liquids up to about 1 to 2 mm or even high viscosity liquids. Furthermore, easier ignition and possibly stabilization of combustion of low-quality fuel is ensured with the help of a small amount of higher quality fuel without the need to pre-mix both fuels. Also the flow control of both liquids and the atomizing medium is independent.

Dále je výhodné, že je dosaženo kvalitní atomizace a stabilního provozu při nízkém hmotnostním 15 poměru plynné a kapalné fáze a při nízkém provozním tlaku všech médií, přičemž kvalita atomizace je jen málo citlivá na velikost výstupního průřezu, vlastnosti atomizované kapaliny a na nastavení vstupních tlaků atomizačního média a atomizovaných médií. Obzvláště výhodné je, že třímédiová tryska podle tohoto vynálezu je konstrukčně jednoduchá, s malým počtem dílů, bez nároků na vysokou kvalitu povrchu či speciální způsoby obrábění.Furthermore, it is advantageous to achieve good atomization and stable operation at a low gas / liquid phase weight ratio and low operating pressure of all media, while the atomization quality is little sensitive to the size of the outlet cross section, the atomized liquid properties and the atomization input pressure settings media and atomized media. It is particularly advantageous that the three-medium nozzle according to the invention is structurally simple, with a small number of parts, without requiring high surface quality or special machining methods.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález je dále podrobněji popsán pomocí příkladného provedení a výkresu, kde na obr. 1 je 25 znázorněn podélný osový řez třímédiovou tryskou.The invention is further described in more detail by way of an exemplary embodiment and drawing, in which Fig. 1 is a longitudinal axial section of a three-medium nozzle.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Jak je zřejmé z obr. 1, třímédiová tryska sestává z přívodního dílce 1, do něhož je vsunuta centrální trubice 2 a vsuvka 3, která je současně nasunuta na centrální trubici 2. Na ni pak navazuje vířivá komůrka 11, vytvořená ve výstupním dílci 5, který se opírá o přírubu 6 centrální trubice 2 a zároveň je přichycen ke vsuvce 3 pomocí převlečné matice 4. Všechny uvedené součásti jsou uspořádány se společnou podélnou osou X. Přívodní dílec 1 je opatřen jednak 35 vstupem 7 prvního paliva, který je uspořádán ve směru podélné osy X, a jednak vstupním otvorem 8 pro atomizační médium a vstupem 9 pro druhé palivo, které jsou uspořádány kolmo k podélné ose X. Při ústí vstupního otvoru 8 do vnitřní části přívodního dílce 1 je vnitřní průměr přívodního dílce 1 stupňovitě rozšířen a při ústí vstupu 9 pro druhé palivo je vnitřní průměr přívodního dílce 1 znovu stupňovitě rozšířen. Do vnitřního osazení přívodního dílce 1 je zasaze40 na centrální trubice 2, jejíž vnitřní průměr je na výstupním konci zúžený a část její obvodové stěny je opatřena radiálními otvory 21. Na centrální trubici 2 je nasunuta vsuvka 3, která je současně připojena k přívodnímu dílci 1, nejlépe závitovým spojem. Mezi vnější stěnou centrální trubice 2 a vnitřní stěnou vsuvky 3 je vytvořen průchod 22 ve tvaru mezikruží, přičemž vstupní strana průchodu 22 je otevřena do vnitřního prostoru vstupního dílce 1 při vstupním otvoru 8.As can be seen from FIG. 1, the three-medium nozzle consists of a supply panel 1 into which the central tube 2 and a nipple 3 are inserted, which are simultaneously slid onto the central tube 2. The swirl chamber 11 formed in the outlet panel 5 is then connected thereto. which is supported by the flange 6 of the central tube 2 and at the same time is attached to the nipple 3 by means of the union nut 4. All said components are arranged with a common longitudinal axis X. The feed member 1 is provided with a first fuel inlet 7 the inlet opening 8 for the atomization medium and the inlet 9 for the second fuel, which are arranged perpendicular to the longitudinal axis X. At the inlet opening 8 into the inner part of the feed element 1, the inner diameter of the feed element 1 is widened stepwise and 9 for the second fuel, the inner diameter of the feeder element 1 is again increased in steps. The inner fitting of the feeder panel 1 is fitted 40 on the central tube 2, the inner diameter of which is tapered at the outlet end and a portion of its peripheral wall is provided with radial openings 21. A nipple 3 is connected to the central tube 2. preferably a threaded connection. An annular passage 22 is formed between the outer wall of the central tube 2 and the inner wall of the nipple 3, the inlet side of the passage 22 being open to the interior of the inlet panel 1 at the inlet opening 8.

Stěnami vsuvky 3 prochází podélné kanálky 10, které jsou rovnoběžné s podélnou osou X, jejich vstupní strana je otevřena do vnitřního prostoru přívodního dílce 1 při vstupu 9 pro druhé palivo a na výstupním konci jsou propojené první kruhovou drážkou 12. Centrální trubice 2 je opatřena vnější přírubou 6, jíž procházejí podélné otvory 13, propojené druhou kruhovou drážkou 14 na vstupní straně a třetí kruhovou drážkou 15 na výstupní straně, přičemž druhá kruhová drážka 14 50 lícuje s první kruhovou drážkou 12. Příruba 6 je rovněž opatřena průchozími podélnými vybráními 16, která na vstupní straně navazují na průchod 22 a na výstupní straně jsou propojena čtvrtou kruhovou drážkou 17. Na centrální výstupní otvor centrální trubice 2 navazuje vířivá komůrka 11 vytvořená ve výstupním dílci 5. Ve výstupní části se vnitřní průměr dílce 5 postupně rozšiřuje a tvoří výstupní ústí 23. Ve stěně výstupního dílce 5 jsou uspořádány jednak atomizační kanálkyThe walls of the nipple 3 extend through the longitudinal channels 10, which are parallel to the longitudinal axis X, the inlet side of which is open to the interior of the inlet 1 at the second fuel inlet 9 and connected at the outlet end by a first annular groove 12. a flange 6 through which the longitudinal openings 13 are connected, connected by a second circular groove 14 on the inlet side and a third circular groove 15 on the outlet side, the second circular groove 14 50 aligns with the first circular groove 12. The flange 6 is also provided with continuous longitudinal recesses 16 on the inlet side they are connected to the passageway 22 and on the outlet side they are connected by a fourth circular groove 17. The central outlet opening of the central tube 2 is followed by a swirl chamber 11 formed in the outlet panel 5. 23. At the same time, atomization channels are arranged in the wall of the outlet panel 5

-2CZ 296739 B6-2GB 296739 B6

18, jejichž vstupní části jsou propojeny se čtvrtou kruhovou drážkou 17 a které vyúsťují vždy do jednoho z výstupních kanálků 20, a jednak palivové kanálky 19 pro přívod druhého, kvalitního paliva, které jsou na vstupní straně propojeny se třetí kruhovou drážkou 15 a také vyúsťují vždy do jednoho z výstupních kanálků 20. Atomizační kanálky 18, palivové kanálky 19 a výstupní kanálky 20 tvoří společně tzv. Y trysku pro atomizaci druhého paliva. Těchto Y trysek je v dílci 5 vytvořeno několik symetricky kolem osy X. Propojovací kanálky 24 pro přívod atomizačního média do vířivé komůrky 11 navazují na čtvrtou kruhovou drážku 17 a jsou propojeny přes neznázoměné tangenciální kanálky s vířivou komůrkou EL Výstupní dílec 5 je na vstupní straně opatřen vnější přírubou, přes kterou je pomocí převlečné matice 4 upevněn ke vsuvce 3, přičemž převlečná matice 4 je ke vsuvce 3 upevněna nejlépe závitovým spojem. Pro lepší přehlednost nejsou zmíněny některé technické prvky, jako například těsnicí kroužky a podobně, jejichž použití je odborníkovi z dané oblasti zřejmé.18, the inlet portions of which interconnect with the fourth circular groove 17 and which terminate in one of the outlet passages 20, and the fuel channels 19 for supplying the second, high-quality fuel, which inlet interconnect with the third circular groove 15 and also The atomization channels 18, the fuel channels 19 and the exit channels 20 together form a so-called Y nozzle for atomizing the second fuel. These Y nozzles are formed several symmetrically about the X axis in panel 5. Interconnection channels 24 for supplying atomizing medium to the swirl chamber 11 are connected to a fourth circular groove 17 and are connected via a tangential channel (not shown) to the swirl chamber EL. an outer flange through which it is attached to the nipple 3 by means of a cap nut 4, the cap nut 4 being preferably secured to the nipple 3 by a threaded connection. For the sake of clarity, some technical elements, such as gaskets and the like, whose use is obvious to those skilled in the art, are not mentioned.

Třímédiová tryska pracuje následovně:The three-media nozzle works as follows:

Nekvalitní, vysoce viskózní nebo znečištěná kapalina je jakožto první palivo přiváděna prvním vstupem 7 pro první palivo ve vstupním dílci 1 do centrální trubice 2, kde se mísí s atomizačním médiem prostupujícím skrz radiální otvory 21 ve stěně centrální trubice 2, čímž se vytváří dvoufázová směs. Atomizované první palivo postupuje dále přes vířivou komůrku 11, do níž přes neznázoměné tangenciální kanálky rovněž proudí atomizační médium, až do rozšiřujícího se výstupního ústí 23 výstupního dílce 5. Ve vířivé komůrce 11 je vlivem vysoké rychlosti rotujícího vzduchu zlepšeno míšení a dochází k fragmentaci dvoufázového toku. Toto uspořádání umožňuje použití velkých průtočných průřezů pro směs. Následuje expanze dvoufázové směsi ve výstupním průřezu 23 výstupního dílce 5. Jedná se o tzv. effervescent atomizaci.The poor quality, highly viscous or contaminated liquid is supplied as the first fuel through the first fuel inlet 7 in the inlet 1 to the central tube 2, where it mixes with the atomizing medium passing through radial openings 21 in the wall of the central tube 2 to form a two-phase mixture. The atomized first fuel continues to pass through the swirl chamber 11 into which the atomizing medium also flows through tangential channels (not shown), to the widening outlet orifice 23 of the outlet panel 5. In the swirl chamber 11, mixing is improved due to high rotating air velocity and biphasic flow fragmentation . This arrangement allows the use of large flow cross sections for the mixture. This is followed by the expansion of the two-phase mixture in the outlet cross-section 23 of the outlet 5. This is called effervescent atomization.

Druhé palivo ve formě kvalitnější kapaliny, která je určena pro zkvalitnění procesu spalování nebo zapalování, je přiváděno vstupem 9 pro druhé palivo a následně prochází podélnými kanálky 10 a první kruhovou drážkou 12 ve vsuvce 3, pak drahou kruhovou drážkou 14, podélnými otvory 13 a třetí kruhovou drážkou 15 v přírubě 6 a následně palivovým kanálkem 19 je přiváděno do výstupního kanálku 20, kde se mísí s atomizačním médiem přiváděným atomizačními kanálky 18 a nakonec vystupuje z třímédiové trysky. To znamená, že druhé palivo je atomizováno víceotvorovou tryskou typu Y za pomoci atomizačního média. Několik soustav palivových kanálků 19, atomizačních kanálků 18 a výstupních kanálků 20 rozmístěných symetricky vzhledem k ose X umožňuje vhodně definovat výstupní kužel spreje a penetraci do okolního vzduchu.The second fuel in the form of a better liquid, which is intended to improve the combustion or ignition process, is supplied through the second fuel inlet 9 and then passes through the longitudinal channels 10 and the first circular groove 12 in the nipple 3, then the expensive circular groove 14, the longitudinal holes 13 and the third. the circular groove 15 in the flange 6 and then the fuel channel 19 is fed to the outlet channel 20 where it mixes with the atomizing medium supplied through the atomization channels 18 and finally exits the three-medium nozzle. That is, the second fuel is atomized by a Y-type multi-orifice nozzle using an atomizing medium. Several sets of fuel ducts 19, atomization ducts 18, and outlet ducts 20 symmetrically spaced from the X-axis make it possible to appropriately define the spray exit cone and the penetration into ambient air.

Atomizační médium, obvykle plyn, je přiváděno vstupním otvorem 8 do průchodu 22, odkud se dostává, jak již bylo uvedeno, přes radiální otvory 21 ve stěně centrální trubice 2 a přes neznázorněné tangenciální kanálky náležející k vířivé komůrce 11 do prvního paliva, a přes atomizační kanálky 18 do drahého paliva.The atomization medium, typically gas, is fed through the inlet port 8 to the passageway 22 from where it is introduced, as mentioned above, through the radial ports 21 in the wall of the central tube 2 and through tangential channels not shown in the swirl chamber 11 into the first fuel. channels 18 into expensive fuel.

Třímédiová tryskaje určena pro současnou atomizaci dvou kapalin s odlišnými vlastnostmi,jako je například povrchové napětí a hustota za pomoci atomizačního média. Typické použití může být např. spalování méně kvalitního paliva s obsahem pevných částic a/nebo vysokou či proměnlivou viskozitou. Obvykle se jedná o těžké topné oleje, odpadní paliva, směsi paliv a emulze, živočišné tuky. Druhé, kvalitnější palivo je použito pouze při startu hořáku nebo v menším množství při provozu za účelem zajištění kvalitnějšího spalování a nižších emisí. V tomto provedení EY se předpokládá atomizace kvalitnějšího paliva pomocí Y trysky a atomizace méně kvalitního paliva v effervescent části.The three-fluid nozzle is designed to simultaneously atomize two liquids with different properties, such as surface tension and density, using an atomizing medium. Typical applications can be, for example, combustion of a lower quality fuel with a particulate content and / or a high or variable viscosity. Usually these are heavy fuel oils, waste fuels, blends of fuels and emulsions, animal fats. The second, higher quality fuel is used only when the burner is started or in smaller quantities during operation to ensure better combustion and lower emissions. In this embodiment, EY assumes atomization of a higher quality fuel using a Y nozzle and atomization of a lower quality fuel in the effervescent portion.

Claims

A three-fluid nozzle comprising a central tube (2) connected by its inlet to the first fuel inlet (7) and its outlet to the mixing vortex chamber (11), and adjacent to the central tube (2) is an atomization medium supply line which is the space of the central tube (2) interconnected by radial openings (21) formed in the peripheral wall of the central tube (2) and connected to the swirl chamber (11), characterized in that in the immediate vicinity of the outlet neck of the swirl chamber (11) an outlet orifice (20) of at least one Y-type nozzle comprising an atomization channel (18), a fuel channel (19), and an outlet channel (20) is provided, wherein a second fuel supply line and an atomization supply line extend into the fuel channel (19) the outlet of the medium also flows into the atomization channel (18) through its outlet.

A three-fluid nozzle according to claim 1, characterized in that the first fuel is a low-quality fuel with high or variable viscosity and / or coarse impurities and the second fuel is a high-quality fuel.

A three-fluid nozzle according to claim 1 or 2, characterized in that the Y-type nozzles are arranged symmetrically around the outlet throat of the swirl chamber.

A three-medium nozzle according to any one of the preceding claims, characterized in that the atomization medium supply line comprises an atomization medium inlet (8) arranged in the supply member (1), a passage (22) formed by an annular between the outer wall of the central tube (8). 2) and an inner wall of the nipple (3) which is slid onto the central tube (2) and partially inserted in the feed member (1), and through longitudinal recesses (16) and an annular groove (17) arranged in the central flange (6) tube (2).

A three-fluid nozzle according to claim 4, characterized in that the second fuel supply line comprises a second fuel inlet (9) arranged in the supply panel (1), at least one longitudinal channel (10) formed in the wall of the nipple (3), and an annular groove (14), longitudinal openings (13) and a third annular groove (15) arranged in a longitudinal direction in a flange (6) of the central tube (2).

A three-medium nozzle according to any one of the preceding claims, characterized in that the Y-type nozzle is formed in an outlet member (5), in whose central opening a swirl chamber (11) is also formed.