RU2069813C1

RU2069813C1 - Injector

Info

Publication number: RU2069813C1
Application number: RU94033552/06A
Authority: RU
Inventors: Вечаслав Михайлович Карпенко; Kz]; Раиса Викторовна Конакова; Александр Федорович Стеблевский; Петр Леонидович Гусика; Вадим Петрович Гусика; Павел Олегович Бредун; Эдуард Петрович Бурминский; Ru]
Original assignee: Эдуард Петрович Бурминский
Priority date: 1994-09-13
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 1996-11-27
Also published as: RU94033552A

Abstract

FIELD: spraying of fuel for burning it. SUBSTANCE: located coaxially in housing 1 are two bushes 2 and 3 forming inner and peripheral passages for supply of sprayer and intermediate passage for supply of liquid. Bushes have slots 5 made in circular rows which are directed towards each other and are shifted circumferentially in adjacent rows; longitudinal axes of slots 5 located in outer row 6 are intersected with axis of injector after its outlet shear; in inner row 7, these axes intersect before outlet shears of in ejector in housing 1. Side walls of larger area of slots 5 on bushes 2 and 3 are located in planes intersecting the axis of injector at one point located at level of its outlet shear or after it; longitudinal axes of slots 5 of outer and inner rows 6 and 7 are inclined towards each other at angle not exceeding 90 deg. EFFECT: enhanced reliability. 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике распыления, в частности, жидкостей (пульп, растворов, жидкого топлива, суспензий) сжатым воздухом или паром. Форсунка может быть использована в энергетике при сжигании топлива. The invention relates to techniques for spraying, in particular liquids (pulps, solutions, liquid fuels, suspensions) with compressed air or steam. The nozzle can be used in energy when burning fuel.

Анализ отобранной патентной и научно-технической информации показал, что одним из главных направлений в совершенствовании конструкции современных форсунок является повышение эффективности и качества распыления, например, путем перераспределения общего потока распылителя с помощью специальных устройств внутри форсунки. The analysis of the selected patent and scientific and technical information showed that one of the main directions in improving the design of modern nozzles is to increase the efficiency and quality of spraying, for example, by redistributing the total flow of the spray using special devices inside the nozzle.

Известны форсунки, в которых повышение эффективности и качества распыления решается путем подачи топлива и распылителя в независимые проточные контуры на входе форсунки, при выходе из которых потоки взаимодействуют между собой. Наиболее близким техническим решением является форсунка, содержащая корпус, втулки, коаксиально установленные в нем с образованием кольцевой топливной щели и внутреннего и периферийного каналов для подачи распылителя с соответствующими выходными соплами в виде кольцевых рядов щелевых прорезей, смещенных в окружном направлении в смежных рядах, причем продольные оси прорезей наружного ряда ориентированы к оси форсунки, а внутреннего ряда от оси форсунки (см. Авторское свидетельство СССР N 876179, М. кл. F 23 D 11/12, 1977). Nozzles are known in which the increase in the efficiency and quality of atomization is solved by supplying fuel and a spray to independent flow paths at the nozzle inlet, at the exit of which the flows interact with each other. The closest technical solution is a nozzle containing a housing, bushings, coaxially mounted in it with the formation of an annular fuel gap and internal and peripheral channels for supplying a spray with corresponding output nozzles in the form of ring rows of slotted slots displaced in the circumferential direction in adjacent rows, and longitudinal the axes of the slots of the outer row are oriented to the axis of the nozzle, and the inner row of the axis of the nozzle (see USSR author's certificate N 876179, M. class. F 23 D 11/12, 1977).

Вышеописанная форсунка позволяет разделить распыленную жидкость на два независимых потока, один из которых направлен к оси форсунки, а другой от нее. Такие потоки обеспечивают получение широкого факела распыления, в котором менее выражен эффект коагуляции капель в силу более развитой поверхности контакта с окружающей средой и удлинения пути раздельного движения потоков, улучшающего смесеобразование с окружающей средой и уменьшающего концентрацию капель в потоке. The nozzle described above allows the atomized liquid to be divided into two independent flows, one of which is directed to the axis of the nozzle and the other from it. Such flows provide a wide spray pattern, in which the effect of droplet coagulation is less pronounced due to a more developed contact surface with the environment and lengthening of the separate flow paths, which improves mixture formation with the environment and reduces the concentration of droplets in the stream.

Недостатком известной форсунки является то, что оба независимых потока распылителя имеют крутку в разных направлениях вокруг оси форсунки, что приводит к схлопыванию факела распыления в осевой зоне течения, появлению наростообразования на торце форсунки, снижению надежности работы форсунки. A disadvantage of the known nozzle is that both independent nozzle flows are twisted in different directions around the axis of the nozzle, which leads to the collapse of the spray torch in the axial zone of the flow, the appearance of buildup on the nozzle end face, and the reliability of the nozzle.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности и качества распыления, улучшении смесеобразования, т.е. получении однородной по составу смеси жидкости с воздухом или другим газообразным веществом, и повышении надежности работы посредством исключения попадания капель распыляемой жидкости на наружные поверхности форсунки. The problem to which the invention is directed, is to increase the efficiency and quality of spraying, to improve mixing, i.e. obtaining a homogeneous mixture of a liquid with air or other gaseous substance, and increasing the reliability by eliminating droplets of sprayed liquid on the outer surfaces of the nozzle.

Поставленная задача достигается тем, что в форсунка содержит корпус и втулки, коаксиально установленные в нем с образованием внутреннего и периферийного каналов для подачи распылителя и промежуточного канала для подачи жидкости, подключенные к сопловому аппарату, выполненному в виде кольцевых рядов щелевых прорезей, смещенных в окружном направлении в смежных рядах,( в наружном продольные оси прорезей ориентированы к оси форсунки, а во внутреннем от оси форсунки); продольные оси прорезей наружного и внутреннего рядов наклонены друг к другу под углом, не превышающем 90^o, а боковые стенки большей площади этих прорезей расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или выше ее выходного среза.This object is achieved in that the nozzle contains a housing and bushings that are coaxially mounted in it with the formation of an internal and peripheral channels for supplying a spray gun and an intermediate channel for supplying liquid, connected to a nozzle device made in the form of annular rows of slotted slots displaced in the circumferential direction in adjacent rows (in the outer, the longitudinal axis of the slots are oriented to the axis of the nozzle, and in the inner from the axis of the nozzle); the longitudinal axis of the slots of the outer and inner rows are inclined to each other at an angle not exceeding 90 ^o , and the side walls of a larger area of these slots are located in planes intersecting the axis of the nozzle at one point located at or above its outlet cut.

От прототипа заявленное изобретение отличается тем, что продольные оси прорезей наружного и внутреннего рядов наклонены друг к другу под углом, не превышающим 90^o, а боковые стенки большей площади этих прорезей расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или выше ее выходного среза. Каждый из этих признаков является существенным и в совокупности решает поставленную задачу, а именно, расположение на коаксиальных втулках прорезей так, что продольные оси и на наружном и во внутреннем рядах наклонены друг к другу под углом, не превышающим 90^o, способствует уменьшению потерь энергии встречных струй на взаимодействие, повышению интенсивности крутки потока распылителя, снижению статического давления по периметру топливной (жидкостной) щели, уменьшению вихреобразования в зоне взаимодействия жидкости с распылителем. Выполнение прорезей так, что боковые стенки их с большей площадью расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или выше ее выходного среза, обеспечивает истечение струй обеих потоков с закруткой в одном направлении вокруг оси форсунки. Общая интенсивность крутки потока распылителя от этого возрастает, что исключает возможность схлопывания факела распыления в осевой зоне течения, так как при усилении центробежного эффекта возникает интенсивный газовый поток вдоль оси форсунки из свободного пространства, удаленного от форсунки к ее центру. Этот поток, не содержащий капель жидкости, омывает торец форсунки, сохраняет его чистым и исключает наростообразование.The claimed invention differs from the prototype in that the longitudinal axis of the slots of the outer and inner rows are inclined to each other at an angle not exceeding 90 ^° , and the side walls of a larger area of these slots are located in planes intersecting the axis of the nozzle at one point located at or above her output cut. Each of these signs is significant and together solves the task, namely, the location on the coaxial bushings of the slots so that the longitudinal axes and on the outer and inner rows are inclined to each other at an angle not exceeding 90 ^o , which helps reduce the energy losses of the oncoming jets to interact, increase the intensity of the twist of the spray flow, reduce the static pressure around the perimeter of the fuel (liquid) gap, reduce vortex formation in the area of interaction of the liquid with the spray. The execution of the slots so that their side walls with a larger area are located in planes intersecting the nozzle axis at one point located at or above its outlet cut, the jets of both streams flow with a swirl in the same direction around the nozzle axis. The total intensity of the twist of the spray flow from this increases, which eliminates the possibility of the collapse of the spray jet in the axial zone of the flow, since when the centrifugal effect intensifies, an intense gas flow occurs along the axis of the nozzle from the free space remote from the nozzle to its center. This stream, which does not contain liquid droplets, washes the nozzle end face, keeps it clean and prevents buildup.

Кроме того, увеличение интенсивности крутки потока и уменьшение угла встречи струй, ослабляющие эффект их столкновения, снижают статическое давление по периметру топливной щели и, тем самым, увеличивают эжекцию. Это, с одной стороны, повышает качество распыления, и, с другой стороны, усиливает эффект омывания наружных поверхностей форсунки в окрестности выпускных отверстий потоком газа, подсасываемым в радиальном направлении из окружающего пространства и не содержащим капель жидкости. При этом наружные поверхности форсунки также сохраняются чистыми и надежность ее работы возрастает. В совокупности всех вышеперечисленных признаков предлагаемая форсунка обеспечивает повышение эффективности и качества распыления, улучшает смесеобразование и повышает надежность работы. In addition, an increase in the intensity of the flow twist and a decrease in the angle of the jets, weakening the effect of their collision, reduce the static pressure around the perimeter of the fuel gap and, thereby, increase the ejection. This, on the one hand, improves the quality of spraying, and, on the other hand, enhances the effect of washing the outer surfaces of the nozzle in the vicinity of the outlet openings with a gas stream that is sucked in in the radial direction from the surrounding space and does not contain liquid droplets. At the same time, the outer surfaces of the nozzle are also kept clean and the reliability of its operation increases. In the aggregate of all of the above features, the proposed nozzle provides increased efficiency and quality of spraying, improves mixing and improves reliability.

На фиг. 1 показан общий вид форсунки, продольный разрез; на фиг. 2 - распылительная головка, на наружной втулке которой в увеличенном масштабе выполнена прорезь; на фиг. 3 вид на распылительную головку сверху с указанием направления закрутки потоков распылителя относительно оси форсунки; на фиг. 4 тот же вид в аксонометрии с прорезью, выполненной в увеличенном масштабе на наружной втулке; на фиг. 5 схема факела распыления, вид сбоку. In FIG. 1 shows a General view of the nozzle, a longitudinal section; in FIG. 2 - spray head, on the outer sleeve of which, on an enlarged scale, a slot is made; in FIG. 3 is a top view of the spray head with an indication of the swirl direction of the spray flows relative to the axis of the nozzle; in FIG. 4 is the same perspective view with a slot made on an enlarged scale on the outer sleeve; in FIG. 5 spray pattern, side view.

Форсунка содержит корпус 1, в котором коаксиально, с зазором между собой, установлены наружная 2 и внутренняя 3 втулки, образующие сопловой аппарат с кольцевой щелью 4 для подачи жидкости. На наружной 2 и внутренней 3 втулках соплового аппарата выполнены прорези 5, направленные навстречу друг другу под углом α (фиг. 4), не превышающем 90^o и смещенных в окружном направлении в смежных рядах: в наружном 6 продольные оси ориентированы к оси форсунки и внутреннем 7 от оси форсунки. Боковые стенки большей площади прорезей 5 расположены в плоскостях, пересекающих ось форсунки в одной точке, расположенной на уровне или выше ее выходного среза (фиг. 2, 4). Такое выполнение и расположение прорезей 5 способствует тому, что каждая пара встречносмещенных прорезей наружной 2 и внутренней 3 втулок лежит в плоскостях, близких к параллельным. В свободном пространстве ряды струй, вытекающие из отверстий 6 и 7, образуют закрученные в одну сторону внутренний 8 и наружный 9 потоки распыляемой жидкости (фиг. 7). В осевой зоне течения образуется закрученный в ту же сторону центральный вихревой поток 10. В задней части форсунки выполнены отверстия 11 и 12 для подвода распылителя во внутренний и периферийный каналы соответственно и отверстие 13 для подвода жидкости (например, мазута) в промежуточный канал. Центральная часть форсунки закрыта крышкой 14.The nozzle contains a housing 1, in which the outer 2 and inner 3 bushings are installed coaxially, with a gap between each other, forming a nozzle apparatus with an annular gap 4 for supplying fluid. On the outer 2 and inner 3 bushings of the nozzle apparatus, slots 5 are made, directed towards each other at an angle α (Fig. 4), not exceeding 90 ^o and offset in the circumferential direction in adjacent rows: in the outer 6, the longitudinal axes are oriented towards the nozzle axis and the inner 7 from the axis of the nozzle. The side walls of the larger area of the slots 5 are located in planes intersecting the axis of the nozzle at one point located at or above its outlet cut (Fig. 2, 4). This embodiment and the location of the slots 5 contributes to the fact that each pair of opposed slots of the outer 2 and inner 3 bushings lies in planes close to parallel. In the free space, the rows of jets flowing from the openings 6 and 7 form the inner 8 and outer 9 sputtered fluid flows (Fig. 7). In the axial flow zone, a central vortex flow 10 is formed, swirled in the same direction. At the rear of the nozzle, openings 11 and 12 are made for supplying the atomizer to the inner and peripheral channels, respectively, and an opening 13 for supplying liquid (for example, fuel oil) to the intermediate channel. The central part of the nozzle is closed by a cover 14.

Форсунка работает следующим образом. В отверстия 11 и 12 подают под давлением воздух или пар, который поступает через периферийный и внутренний каналы, соответственно, в прорези 5 наружной 2 и внутренней 3 втулок и вытекает через ряды выпускных отверстий 6 и 7, топливо подают через отверстие 13 через промежуточный канал. Струи пара, вытекающие из выпускных отверстий 6 и 7, направлены навстречу друг другу со смещением в шахматном порядке и лежат в близких к параллельным плоскостях, что обеспечивает взаимное проникновение струй, вытекающих из выпускных отверстий 6 внешнего ряда между струями, вытекающими из выпускных отверстий 7 внутреннего ряда. Распространяющиеся таким образом ряды струй разделяют распыляемое топливо (жидкость) на два независимых потока, один из которых 8 направлен к оси форсунки, а другой 9 от нее (см. фиг. 5). Эти потоки позволяют получить широкий факел распыления, в котором снижается коагуляция капель жидкости и повышается эффективность смешивания с окружающим воздухом за счет увеличения поверхности контакта и удлинения пути их независимого движения. Расположение прорезей 5 в плоскостях, пересекающих ось форсунки в точке О, находящейся на уровне или выше ее выходного среза, позволяет закрутить в одном направлении струи, вытекающие из этих отверстий (фиг. 3, 4). В свободном пространстве ряды струй, вытекающие из отверстий 6 и 7, формируют закрученные в одну сторону внутренний 8 и наружный 9 потоки распыляемой жидкости (фиг. 5). The nozzle works as follows. Air or steam is supplied into the openings 11 and 12 under pressure, which enters through the peripheral and internal channels, respectively, into the slots 5 of the outer 2 and inner 3 bushes and flows out through the rows of exhaust openings 6 and 7, fuel is supplied through the opening 13 through the intermediate channel. Steam jets flowing from the outlet openings 6 and 7 are directed towards each other with a staggered offset and lie close to parallel planes, which ensures mutual penetration of jets flowing from the outlet openings 6 of the outer row between the jets flowing from the outlet openings 7 of the inner row. The rows of jets distributed in this way divide the atomized fuel (liquid) into two independent flows, one of which 8 is directed to the axis of the nozzle and the other 9 from it (see Fig. 5). These flows make it possible to obtain a wide spray torch, in which the coagulation of liquid droplets is reduced and the mixing efficiency with ambient air is increased by increasing the contact surface and lengthening the path of their independent movement. The location of the slots 5 in the planes intersecting the axis of the nozzle at the point O, located at or above its outlet cut, allows you to twist in one direction the jet flowing from these holes (Fig. 3, 4). In free space, the rows of jets flowing from the openings 6 and 7 form the inner 8 and outer 9 sputtered fluid flows (Fig. 5).

Закручивание в одну сторону вокруг оси рядов струй, вытекающих из выпускных отверстий 6 и 7, улучшает эжекционные свойства факела распыления, способствует снижению статического давления по периметру кольцевой щели 4 для подачи жидкости и повышает качество ее распыления. Закручивание в одном направлении вокруг оси форсунки потоков 8 и 9 способствует увеличению центробежной силы, предотвращающей возможность схлопывания факела распыления, т. е. стягивания потоков к оси форсунки. Это обеспечивает условия для образования у торцевой поверхности форсунки центрального вихревого потока 10, связанного со свободным пространством (фиг. 5). Он интенсифицирует смешение факела распыления с окружающей средой за счет осевого возвратного потока газа, замыкающего вихревое течение. Возвратный газовый поток формируется в свободном пространстве, удаленном от зоны распыления. В нем отсутствуют капли распыленной жидкости (топлива или высушенного материала). Омывание в радиальном направлении от центра к периферии торцевой поверхности форсунки газовым потоком, не содержащим капель жидкости, предотвращает наростообразование на крышке 14. Twisting in one direction around the axis of the rows of jets flowing from the outlet openings 6 and 7 improves the ejection properties of the spray jet, helps to reduce the static pressure around the perimeter of the annular gap 4 for supplying liquid and improves the quality of its spraying. Twisting in one direction around the axis of the nozzle of the flows 8 and 9 contributes to an increase in centrifugal force, preventing the possibility of collapse of the spray nozzle, i.e., contraction of the flows to the axis of the nozzle. This provides conditions for the formation at the end surface of the nozzle of the central vortex flow 10 associated with the free space (Fig. 5). It intensifies the mixing of the spray torch with the environment due to the axial return gas flow closing the vortex flow. Return gas flow forms in a free space remote from the spray zone. It does not contain droplets of atomized liquid (fuel or dried material). Washing in a radial direction from the center to the periphery of the end surface of the nozzle with a gas stream that does not contain liquid droplets prevents build-up on the cover 14.

Расположение продольных осей прорезей 5 под углом, не превышающим 90^o друг к другу, уменьшает угол встречи струй, истекающих из выпускных отверстий обеих втулок, ослабляя эффект их столкновения. Это дополнительно улучшает эжекционные свойства факела распыления, способствует снижению статического давления по периметру жидкостной щели и, только совместно с закруткой в одну сторону рядов струй, вытекающих из выпускных отверстий, создает условия для образования у торцевой поверхности форсунки центрального вихревого потока 10, связанного со свободным пространством (фиг. 5), обеспечивая тем самым высокое качество распыления и эффективное смешение факела распыления с окружающей средой и предотвращение наростообразования на крышке 14 форсунки. При этом, наружные поверхности форсунки, также как и ее торец, сохраняются чистыми, что дополнительно повышает надежность работы форсунки.The location of the longitudinal axes of the slots 5 at an angle not exceeding 90 ^{o to} each other, reduces the angle of the jets flowing from the outlet holes of both bushings, weakening the effect of their collision. This additionally improves the ejection properties of the spray jet, helps to reduce the static pressure around the perimeter of the liquid gap and, only together with the swirling in one direction of the rows of jets flowing from the outlet openings, creates the conditions for the formation of a central vortex flow 10 connected to the free space at the nozzle end surface. (Fig. 5), thereby ensuring high quality spraying and efficient mixing of the spray torch with the environment and preventing build-up on the cover 14 nozzles. At the same time, the outer surfaces of the nozzle, as well as its end face, are kept clean, which further increases the reliability of the nozzle.

При работе появляется еще один эффект почти полное исключение абразивного износа. Это происходит от того, что жидкость истекает из кольцевой щели в виде тонких пленок, имеющих малую скорость у ее стенок. На кромках этих пленок из-за вязкостных сил жидкость тормозится о стенки кольцевой щели и не может приобрести высокой скорости, достаточной для возникновения абразивного износа при наличии в жидкости абразивных частиц, что также повышает срок службы. When working, another effect appears, almost complete elimination of abrasive wear. This is due to the fact that the liquid flows out of the annular gap in the form of thin films having a low velocity near its walls. Due to viscous forces, the liquid at the edges of these films is braked against the walls of the annular gap and cannot acquire a high speed sufficient for abrasive wear to occur when there are abrasive particles in the liquid, which also increases the service life.

Использование предлагаемой форсунки позволяет уменьшить количество горелочных устройств, существенно снизить расход распылителя, стабилизировать горение, а также практически исключить шумы, сопровождающие работу пневматических и паровых распыливающих устройств, и снизить до минимума вредные выбросы в атмосферу. Using the proposed nozzle allows you to reduce the number of burner devices, significantly reduce the consumption of the atomizer, stabilize combustion, and also virtually eliminate the noise accompanying the operation of pneumatic and steam spray devices, and minimize harmful emissions into the atmosphere.

Claims

An injector comprising a housing and bushings coaxially mounted therein with the formation of an internal and peripheral channel for supplying a spray gun and an intermediate channel for supplying liquid, connected to a nozzle apparatus made in the form of annular rows of slotted slots displaced in the circumferential direction in adjacent rows, and the slots the outer row is made with longitudinal axes intersecting with the axis of the nozzle behind its outlet slice, and the slots of the inner row with longitudinal axes intersecting with the axis of the nozzle in front of it output cut inside the housing, characterized in that the longitudinal axis of the slots of the outer and inner rows are inclined to each other at an angle not exceeding 90 ^o , and the side walls of a larger area of these slots are located in planes intersecting the axis of the nozzle at one point located at its level output slice or behind it.