RU2103601C1

RU2103601C1 - Acoustic injector

Info

Publication number: RU2103601C1
Application number: RU96105340A
Authority: RU
Inventors: Олег Александрович Солин; Сергей Станиславович Шаренков; Кирилл Олегович Солин; Лия Петровна Трубникова
Original assignee: Олег Александрович Солин; Сергей Станиславович Шаренков; Кирилл Олегович Солин; Лия Петровна Трубникова
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1998-01-27

Abstract

FIELD: power engineering; devices for spraying fuels, including heavy fuels. SUBSTANCE: acoustic injector includes housing 1 with outlet hole 2 and pipe 3 mounted along axis of hole 2 and used for supply of liquid to be atomized. Pipe 3 is provided with vortex chamber 4 with contraction cylindrical section 5 terminating in reflector 6 over periphery. Reflector 6 forms circular resonating cavity 7 together with end of pipe 3. Inlet of cavity 7 is directed towards circular slit 8 which is perpendicular to axis of injector and its outlet is directed towards outlet hole 2. Ratio of passage area at inlet of resonating cavity 7 to passage area at its outlet ranges form 0.4 to 0.6; ratio of volume of resonating cavity 7 to passage area at its outlet ranges from (1-3)•10^-3. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для распыливания различных жидкостей, в том числе тяжелых топлив, и может быть использовано в энергетической, химической, металлургической и других отраслях промышленности. The invention relates to devices for spraying various liquids, including heavy fuels, and can be used in energy, chemical, metallurgical and other industries.

Известна акустическая форсунка, содержащая корпус с каналами для подачи топлива и распыливающего агента и распылитель в виде стержневого излучателя акустических колебаний с резонатором, который снабжен направляющим кольцом и соединен осесимметричными отверстиями с каналом для подачи топлива [1]. Known acoustic nozzle containing a housing with channels for supplying fuel and a spraying agent and a sprayer in the form of a rod emitter of acoustic vibrations with a resonator, which is equipped with a guide ring and connected by axisymmetric holes to the channel for supplying fuel [1].

Недостатком известной форсунки является то, что отверстия для прохода топлива после непродолжительной работы засоряются, что влечет изменение производительности, а следовательно, режима горения и уменьшение КПД форсунки. A disadvantage of the known nozzle is that the openings for the passage of fuel after a short operation are clogged, which entails a change in performance, and consequently, a combustion mode and a decrease in the efficiency of the nozzle.

Известна также акустическая форсунка, содержащая корпус с осевой топливоподающей трубой, имеющей радиальные отверстия для выхода топлива в расположенную между корпусом и топливоподающей трубой кольцевую щель для подачи распылителя, на выходе из которой размещен резонатор акустических колебаний типа Гартмана [2]. Also known is an acoustic nozzle comprising a housing with an axial fuel supply pipe having radial openings for fuel exit into an annular slot for supplying a spray located between the housing and the fuel supply pipe, at the outlet of which there is a Hartmann-type acoustic oscillator [2].

Недостатком известной форсунки является низкая экономичность из-за недостаточной полноты сгорания при плохом распыливания жидкости. A disadvantage of the known nozzle is its low efficiency due to insufficient completeness of combustion with poor atomization of the liquid.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является акустическая форсунка для распыливания жидкого топлива, содержащая корпус с выходным отверстием, по оси которого установлена труба для подачи распыляемой жидкости, имеющая камеру завихрения с конфузорно-цилиндрическим выходным участком, завершающимся по периферии трубы отражателем, который образует с торцом трубы кольцевую резонирующую полость, обращенную входом к кольцевой щели для подачи распылителя, которая расположена перпендикулярно оси форсунки, а выходом - к выходному отверстию [3]. The closest technical solution to the proposed one is an acoustic nozzle for spraying liquid fuel, comprising a housing with an outlet, along the axis of which a pipe for supplying a spray liquid is installed, having a swirl chamber with a confuser-cylindrical outlet section ending at the periphery of the pipe with a reflector that forms with an end the pipe has an annular resonating cavity facing the entrance to the annular slot for feeding the atomizer, which is perpendicular to the axis of the nozzle, and the exit to the outlet bottom hole [3].

В описании конструкции газ (распылитель) подается через кольцевую щель в кольцевую резонирующую полость, где постоянное давление газа преобразуется в переменное звуковое давление, которое, воздействуя на выходящую из конфузорно-цилиндрического выходного участка жидкость осуществляет ее дробление на капли. In the design description, a gas (atomizer) is fed through an annular slot into an annular resonant cavity, where a constant gas pressure is converted into an alternating sound pressure, which, acting on the liquid leaving the confuser-cylindrical outlet section, crushes it into droplets.

Недостатком описанной конструкции форсунки является то, что в кольцевой резонирующей полости не создается наивыгоднейший режим, сочетающий оптимальные значения звукового давления и частоты ультразвуковых колебаний распылителя, наиболее эффективно воздействующий на пленку жидкости. The disadvantage of the described nozzle design is that the most advantageous regime is not created in the annular resonating cavity, combining the optimal values of sound pressure and the frequency of ultrasonic vibrations of the atomizer, most effectively affecting the liquid film.

Задача изобретения - создание новой конструкции акустической форсунки, гарантирующей более высокую эффективность распыливания жидкостей. The objective of the invention is the creation of a new design of an acoustic nozzle, guaranteeing a higher efficiency of spraying liquids.

Поставленная задача решается тем, что в акустической форсунке, содержащей корпус с выходным отверстием, по оси которого установлена труба для подачи распыляемой жидкости, имеющая камеру завихрения с конфузорно-цилиндрическим выходным участком, завершающимся по периферии трубы отражателем, образующим с торцом трубы кольцевую резонирующую полость, обращенную входом к кольцевой щели для подачи распылителя, расположенной перпендикулярно оси форсунки, а выходом - к выходному отверстию, согласно изобретению отношение площади входа в резонирующую полость к площади выхода из нее 0,4:0,6, а отношение объема резонирующей полости к площади выхода из нее (1:3)•10³ м.The problem is solved in that in an acoustic nozzle containing a housing with an outlet, along the axis of which a pipe for spraying liquid is installed, having a swirl chamber with a confuser-cylindrical outlet section ending on the periphery of the pipe with a reflector forming a ring resonating cavity with the pipe end, facing the entrance to the annular slit for supplying the atomizer located perpendicular to the axis of the nozzle, and the output to the outlet, according to the invention, the ratio of the entrance area to the resonance ruyuschuyu cavity to exit therefrom area 0.4: 0.6, and the ratio of the volume of the resonant cavity to exit therefrom area (1: 3) • March ¹⁰ m.

Акустическая форсунка выполнена с такими размерами, что:
отношение площади входа в ее резонирующую полость к площади выхода из нее составляет 0,4:0,6, что обеспечивает оптимальную величину звукового давления распылителя, которая по результатам экспериментальных исследований составляет (0,05-0,005)•10⁵ Н/м²;
отношение объема резонирующей полости к площади выхода из нее составляет (1:3)•10^-3 м, что обеспечивает оптимальную величину частоты созданных в полости ультразвуковых колебаний, которая по результатам экспериментальных исследований определяется величиной ≈ 40 кГц.The acoustic nozzle is made with such dimensions that:
the ratio of the area of entry into its resonating cavity to the area of exit from it is 0.4: 0.6, which ensures the optimal value of the sound pressure of the atomizer, which according to the results of experimental studies is (0.05-0.005) • 10 ⁵ N / m ² ;
the ratio of the volume of the resonating cavity to the exit area from it is (1: 3) • 10 ^-3 m, which ensures the optimal value of the frequency of ultrasonic vibrations created in the cavity, which is determined by the results of experimental studies at ≈40 kHz.

При оптимальных величинах звукового давления и частоты ультразвуковых колебаний, создаваемых в резонирующей полости форсунки по данным экспериментальных исследований, средний диаметр капель, на которые дробится пленка распыляемой жидкости, составляет 16:19 мкм, что значительно меньше размера капель, получаемых при других соотношениях соответствующих размеров резонирующей полости форсунки. At optimal values of sound pressure and the frequency of ultrasonic vibrations generated in the resonating cavity of the nozzle according to experimental studies, the average diameter of the droplets into which the sprayed liquid film is crushed is 16:19 μm, which is significantly smaller than the droplets obtained at other ratios of the corresponding resonant sizes nozzle cavity.

Эти соотношения, отличные от предлагаемых, определяют совсем другие величины звуковых давлений и частот ультразвуковых колебаний распылителя в резонирующей полости форсунки, которые приводят к дроблению распыляемой жидкости на более крупные капли, что снижает эффективность форсунки. Таким образом, предлагаемая конструкция акустической форсунки обладает большей эффективностью по сравнению с прототипом. These ratios, different from those proposed, determine completely different values of the sound pressures and frequencies of the ultrasonic vibrations of the atomizer in the resonating cavity of the nozzle, which lead to crushing of the sprayed liquid into larger droplets, which reduces the efficiency of the nozzle. Thus, the proposed design of the acoustic nozzle has greater efficiency compared to the prototype.

Сопоставительный анализ прелагаемого изобретения с прототипом показывает, что изобретение отличается от прототипа тем, что отношение площади входа в резонирующую полость форсунки к площади выхода из нее составляет 0,4:0,6; а отношение объема резонирующей полости к площади выхода из нее составляет (1:3)•10^-3 м.A comparative analysis of the proposed invention with the prototype shows that the invention differs from the prototype in that the ratio of the area of entry into the resonant cavity of the nozzle to the area of exit from it is 0.4: 0.6; and the ratio of the volume of the resonating cavity to the exit area from it is (1: 3) • 10 ^-3 m.

Таким образом, заявляемая акустическая форсунка соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the claimed acoustic nozzle meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими технологическими решениями в данной области техники позволило сделать вывод, что оно явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень". Comparison of the proposed solutions not only with the prototype, but also with other technological solutions in the art led to the conclusion that it clearly does not follow from the prior art and, therefore, meets the criterion of "inventive step".

Использование предлагаемого изобретения в энергетической, химической, металлургической и других отраслях промышленности обеспечивает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость". The use of the invention in the energy, chemical, metallurgical and other industries ensures that the invention meets the criterion of "industrial applicability".

На фиг. 1 представлен общий вид устройства, разрез; на фиг. 2 - график, где представлен относительный уровень шума истекающей смеси, из которого видно, что наибольшую долю распыленной жидкости составляют капли диаметром 16: 19 мкм. In FIG. 1 shows a General view of the device, section; in FIG. 2 is a graph showing the relative noise level of the outflowing mixture, from which it can be seen that the largest proportion of the atomized liquid is droplets with a diameter of 16: 19 microns.

Акустическая форсунка содержит корпус 1 с выходным отверстием 2, по оси которого установлена труба 3 для подачи распыляемой жидкости, имеющая камеру завихрения 4 с конфузорно-циилиндрическим выходным участком 5, завершающаяся по периферии отражателем 6, образующим с торцом трубы 3 кольцевую резонирующую полость 7, обращенную входом к кольцевой щели 8 для подачи распылителя, расположенной перпендикулярно оси форсунки, а выходом - к выходному отверстию 2. Отношение площади проходного сечения на входе в резонирующую полость 7 к площади проходного сечения на выходе из нее составляет 0,4:0,6; а отношение объема резонирующей полости 7 к площади проходного сечения на выходе из нее составляет (1:3)•10^-3 м.The acoustic nozzle contains a housing 1 with an outlet 2, the axis of which is installed a pipe 3 for supplying atomized liquid, having a swirl chamber 4 with a confuser-cylindrical outlet section 5, ending at the periphery with a reflector 6, forming an annular resonating cavity 7 facing the pipe 3, facing the entrance to the annular gap 8 for supplying the atomizer located perpendicular to the axis of the nozzle, and the exit to the outlet 2. The ratio of the area of the passage at the entrance to the resonating cavity 7 to the area of the passage section of the outlet from it is 0.4: 0.6; and the ratio of the volume of the resonating cavity 7 to the area of the passage section at the exit from it is (1: 3) • 10 ^-3 m.

Форсунка работает следующим образом. The nozzle works as follows.

Газ из кольцевой щели 8 поступает в резонирующую полость 7, где постоянное давление газа преобразуется в переменное звуковое давление, которое, воздействуя на выходящую из конфузорно-цилиндрического выходного участка 5 жидкость, осуществляет ее дробление на капли. Gas from the annular gap 8 enters the resonating cavity 7, where the constant gas pressure is converted into alternating sound pressure, which, acting on the liquid exiting the confuser-cylindrical outlet section 5, carries out its crushing into droplets.

При конструкции форсунки, когда отношение площади входа в резонирующую полость 7 к площади выхода из нее составляет 0,4:0,6, звуковое давление распылителя будет оптимальным и составит (0,05:0,005)•10⁵ Н/м², а при отношении объема резонирующей полости 7 к площади выхода из нее составляющим (1: 3)•10³, м обеспечивается оптимальная величина частоты созданных в полости ультразвуковых колебаний, которая составляет ≈ 40 кГц.In the design of the nozzle, when the ratio of the area of the entrance to the resonant cavity 7 to the area of the exit from it is 0.4: 0.6, the sound pressure of the atomizer will be optimal and will be (0.05: 0.005) • 10 ⁵ N / m ² , and at the ratio of the volume of the resonating cavity 7 to the area of exit from it by the components (1: 3) • 10 ³ , m ensures the optimal value of the frequency of ultrasonic vibrations created in the cavity, which is ≈40 kHz.

При одновременном обеспечении оптимальных величин звукового давления и частоты ультразвуковых колебаний происходит наиболее эффективное разрушающее воздействие на пленку жидкости, вытекающую из конфузорно-цилиндрического выходного участка топливной трубы, которая в результате дробится на капли размером ≈ 16-19 мкм. While ensuring optimal values of sound pressure and frequency of ultrasonic vibrations, the most effective destructive effect on the liquid film occurs, resulting from the confuser-cylindrical exit section of the fuel pipe, which as a result is crushed into droplets of size ≈ 16-19 μm.

При испытании форсунки, сконструированной с такими размерами, что отношение площади входа в резонирующую полость к площади выхода из нее составляет 0,4: 0,6; а отношение объема резонирующей полости к площади выхода из нее составляет (1: 3)•10^-3 экспериментально получен диаметр частиц распыленной жидкости ≈ (16-19) мкм при звуковом давлении распылителя (0,05-0,005)•10⁵ Н/м² и частоте его колебаний ≈ 40 кГц, что видно из графика, представленного на фиг. 2.When testing a nozzle designed with such dimensions that the ratio of the area of entry into the resonant cavity to the area of exit from it is 0.4: 0.6; and the ratio of the volume of the resonating cavity to the exit area from it is (1: 3) • 10 ^-3 experimentally obtained is the particle diameter of the atomized liquid ≈ (16-19) μm at a sound pressure of the atomizer (0.05-0.005) • 10 ⁵ N / m ² and its oscillation frequency ≈ 40 kHz, as can be seen from the graph shown in FIG. 2.

Отсутствие относительного уровня интенсивности шума слева и справа от графика свидетельствует о том, что в распыленной жидкости отсутствуют частицы других размеров. The absence of a relative level of noise intensity to the left and right of the graph indicates that there are no particles of other sizes in the sprayed liquid.

При других конструкциях форсунок, т.е. при других соотношениях геометрических размеров резонирующей полости, экспериментально получены размеры частиц распыленной жидкости большие, чем 40 мкм при отличных от предлагаемой конструкции значениях звукового давления и частоты ультразвуковых колебаний распылителя в резонирующей полости. Следовательно, в предлагаемой конструкции обеспечивается высокая эффективность работы форсунки, что выгодно отличает ее от прототипа. With other nozzle designs, i.e. with other ratios of the geometric dimensions of the resonating cavity, the particle sizes of the atomized liquid are larger than 40 μm experimentally, with sound pressure and the frequency of ultrasonic vibrations of the atomizer in the resonating cavity that are different from the proposed design. Therefore, the proposed design ensures high efficiency of the nozzle, which distinguishes it from the prototype.

Литература
1. Авторское свидетельство N 399681, кл. F 23 D 11/34, 1973.Literature
1. Copyright certificate N 399681, cl. F 23 D 11/34, 1973.

2. Авторское свидетельство N 309306, кл. F 23 D 11/34, 1969. 2. Copyright certificate N 309306, cl. F 23 D 11/34, 1969.

3. Авторское свидетельство N 464213, кл. F 23 D 11/12, 1973. 3. Copyright certificate N 464213, cl. F 23 D 11/12, 1973.

Claims

An acoustic nozzle comprising a housing with an outlet, along the axis of which a pipe for supplying the sprayed liquid is installed, a swirl chamber with a confuser-cylinder outlet section provided with a reflector at the periphery, forming an annular resonating cavity with the pipe end facing the entrance to the annular slot for feeding the atomizer, located perpendicular to the axis of the nozzle, and the output to the outlet, characterized in that the ratio of the area of the passage at the entrance to the resonating cavity to the area of the passage th section at the outlet therefrom is 0.4 0.6 and the ratio of the resonant cavity to the passage area at the outlet therefrom is (1 3) • 10 ^- ³ m.