RU2220373C1

RU2220373C1 - Possibly apparatuses for realizing acoustic action upon process of fuel combustion

Info

Publication number: RU2220373C1
Application number: RU2002116493A
Authority: RU
Inventors: А.И. Гавриков; Б.Т. Старцев; В.М. Новиков; М.А. Смекалов
Original assignee: Гавриков Александр Ильич
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2003-12-27

Abstract

SUBSTANCE: acoustic device includes housing with nozzle unit in the form of combined cone with resonator chamber joined with housing by means of threaded joint. In body of nozzle unit there are four nuts with inner spherical surface arranged symmetrically or asymmetrically relative to its lengthwise axis. Inside each nut jet is arranged. Said jet has outer spherical surface passing to outer and inner cylindrical protrusions arranged mutually opposite and inner surface in the form of Laval's nozzle. On nozzle unit springy sleeve with lengthwise grooves for outer cylindrical protrusions is stationary mounted. In resonating chamber sleeve with cross grooves for inner cylindrical protrusions is mounted with use of threaded joint. In bottom of resonating chamber there is threaded recess for placing resonator with possibility of moving it along lengthwise axis of nozzle unit. It is possible to use resonator with working surface having different geometry. EFFECT: possibility for create powerful acoustic action upon process of fuel combustion. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для осуществления акустического воздействия на процесс сгорания топлива. The invention relates to the field of energy and can be used to implement acoustic effects on the fuel combustion process.

Известна акустическая форсунка, содержащая корпус с выходным соплом, подключенным к источнику распылителя посредством конусного кольцевого канала, расположенного в плоскости, перпендикулярной оси форсунки и снабженного на входе кольцевой обечайкой с отверстиями, и распылитель топлива с внешним отражателем, образующим кольцевой резонатор, обращенный к выходному соплу. Отверстия кольцевой обечайки выполнены в виде тангенциальных каналов с противоположной ориентацией (см. описание изобретения к авт. св-ву 1451459, кл. F 23 D 11/34 на "Акустическую форсунку"). Known acoustic nozzle containing a housing with an output nozzle connected to the source of the atomizer through a conical annular channel located in a plane perpendicular to the axis of the nozzle and provided with an annular shell with holes at the inlet, and a fuel atomizer with an external reflector forming a ring resonator facing the output nozzle . The holes of the annular shell are made in the form of tangential channels with the opposite orientation (see the description of the invention to ed. St. 1451459, class F 23 D 11/34 for “Acoustic nozzle”).

Недостатком известной конструкции является невысокая мощность акустического воздействия на процесс сгорания топлива ввиду отсутствия диффузорного участка, не позволяющего получить сверхзвуковую скорость входящего в резонирующую камеру распылителя. Кроме того, использование данной конструкции приводит к значительному расходу распылителя ввиду большой площади сечения выходного отверстия пережима при минимальных размерах кольцевой щели, что ограничивает применение пара. A disadvantage of the known design is the low power of the acoustic impact on the fuel combustion process due to the lack of a diffuser section that does not allow to obtain the supersonic speed of the atomizer entering the resonant chamber. In addition, the use of this design leads to a significant consumption of the atomizer due to the large cross-sectional area of the pinch outlet with the minimum size of the annular gap, which limits the use of steam.

Далее, ввиду практической невозможности выполнить сопрягаемые детали кольцевых каналов с достаточной точностью, не обеспечивается равномерное истечение газа через кольцевые каналы пережима, что снижает эффективность работы устройства. Further, due to the practical impossibility of completing the mating parts of the annular channels with sufficient accuracy, the uniform flow of gas through the annular channels of the clamping is not ensured, which reduces the efficiency of the device.

Известна также акустическая форсунка, содержащая корпус с выходным соплом, по оси которого расположен топливный распылитель с отражателем, образующим кольцевую резонирующую полость, обращенную к перпендикулярному относительно оси форсунки кольцевому соплу для подачи распылителя, которое выполнено в виде входного конфузорного и выходного диффузорного участков, сопряженных кольцевой щелью, образующей пережим. Диффузорный участок на выходе снабжен выступами, образующими кольцевой канал, причем внутренний диаметр пережима превышает диаметр отражателя на величину, равную 8,6-11,3 ширины пережима, а отношение площади сечения кольцевого канала к площади сечения пережима составляет 1,2-1,8 (см. описание изобретения к авт. св-ву 1502902, кл. F 23 D 11/34 на "Акустическую форсунку"). Это решение принято в качестве прототипа. Also known is an acoustic nozzle containing a housing with an output nozzle, the axis of which is a fuel atomizer with a reflector forming an annular resonating cavity facing the annular nozzle for perpendicular to the nozzle axis, which is made in the form of an inlet confuser and an outlet diffuser, conjugated by an annular a slit forming a pinch. The outlet diffuser section is provided with protrusions forming an annular channel, the inner pinch diameter exceeds the reflector diameter by an amount equal to 8.6-11.3 pinch widths, and the ratio of the annular channel cross-sectional area to the pinch cross-sectional area is 1.2-1.8 (see the description of the invention to ed. sv-vu 1502902, class F 23 D 11/34 on the "Acoustic nozzle"). This decision is made as a prototype.

Использование данной конструкции позволяет несколько повысить мощность акустического воздействия на процесс сгорания факела топлива за счет создания сверхзвуковой скорости потока распылителя. Using this design allows you to slightly increase the power of the acoustic impact on the combustion process of the fuel jet due to the creation of a supersonic spray flow rate.

Однако мощность акустического воздействия на процесс сгорания факела топлива остается невысокой, а другие недостатки известного решения-аналога присутствуют и в прототипе. However, the acoustic impact on the combustion process of the fuel torch remains low, and other disadvantages of the known solution-analogue are present in the prototype.

Задачей заявляемого технического решения является создание устройства с эффективным акустическим воздействием на процесс сгорания топлива, позволяющим улучшить тепло, физико-химические характеристики факела сгораемого топлива. The objective of the proposed technical solution is to create a device with effective acoustic impact on the fuel combustion process, which improves heat, physico-chemical characteristics of the torch of combustible fuel.

Поставленная задача достигается тем, что в акустическом устройстве, содержащем корпус с сопловым блоком, сопловый блок выполнен в виде комбинированного конуса с резонирующей камерой, скрепленного с корпусом резьбовым соединением, в теле соплового блока установлены четыре гайки с внутренней сферической поверхностью со скосами, симметрично или асимметрично расположенные относительно его продольной оси, внутри каждой гайки установлен жиклер с внешней сферической поверхностью, переходящей в противоположно расположенные наружные и внутренние цилиндрические выступы, и с внутренней поверхностью, выполненной в виде сопел Лаваля, поверх соплового блока неподвижно установлена пружинящая втулка с продольными пазами под наружные цилиндрические выступы жиклеров, в резонирующей камере посредством резьбы установлена втулка с поперечными пазами под внутренние цилиндрические выступы жиклеров, а в дне резонирующей камеры выполнено резьбовое углубление, в котором установлен резонатор с возможностью перемещения вдоль оси соплового блока. This object is achieved in that in an acoustic device containing a housing with a nozzle block, the nozzle block is made in the form of a combined cone with a resonating chamber, fastened to the housing by a threaded connection, four nuts with an internal spherical surface with bevels are installed in the nozzle block body, symmetrically or asymmetrically located relative to its longitudinal axis, a nozzle is installed inside each nut with an external spherical surface turning into oppositely located external and internal early cylindrical protrusions, and with an inner surface made in the form of Laval nozzles, a spring sleeve with longitudinal grooves for the outer cylindrical protrusions of the nozzles is fixedly mounted on top of the nozzle block, a sleeve with transverse grooves for the inner cylindrical protrusions of the nozzles is installed in the resonating chamber by means of a thread, and in the bottom The resonating chamber has a threaded recess in which the resonator is mounted with the possibility of movement along the axis of the nozzle block.

Выполнение соплового блока в виде комбинированного конуса, скрепленного с корпусом резьбовым соединением, обеспечивает надежное соединение корпуса и соплового блока. The implementation of the nozzle block in the form of a combined cone, fastened to the housing by a threaded connection, provides a reliable connection between the housing and the nozzle block.

Установка в теле соплового блока четырех гаек с внутренней сферической поверхностью со скосами обеспечивает надежное соединение каждой гайки с сопловым блоком и позволяет установить в каждой гайке жиклер с внешней сферической поверхностью, переходящей в противоположно расположенные цилиндрические выступы. The installation in the body of the nozzle block of four nuts with an internal spherical surface with bevels ensures a reliable connection of each nut with the nozzle block and allows you to install a nozzle in each nut with an external spherical surface turning into opposite cylindrical protrusions.

Установка поверх соплового блока неподвижно пружинящей втулки с продольными пазами под наружные цилиндрические выступы жиклеров позволяет обеспечить постоянное прижатие жиклеров в гайках и исключить перемещение жиклеров в тангенциальном направлении. The installation of a fixed spring sleeve with longitudinal grooves under the outer cylindrical protrusions of the nozzles over the nozzle block allows for a constant pressure of the nozzles in the nuts and excludes the movement of the nozzles in the tangential direction.

Установка в резонирующей камере посредством резьбы втулки с поперечными пазами под внутренние цилиндрические выступы жиклеров обеспечивает возможность изменения угла наклона жиклеров по отношению к продольной оси соплового блока. Installation in the resonating chamber by means of a thread of a sleeve with transverse grooves under the inner cylindrical protrusions of the nozzles provides the possibility of changing the angle of inclination of the nozzles relative to the longitudinal axis of the nozzle block.

В совокупности указанная установка жиклеров с наружными и внутренними цилиндрическими выступами в продольные и поперечные пазы втулок позволяет уменьшить степень свободы перемещения жиклеров до одной, а именно по отношению только к продольной оси соплового блока, и обеспечить тем самым получение заданного, необходимого угла наклона жиклеров в резонирующей камере. In aggregate, the indicated installation of nozzles with external and internal cylindrical protrusions in the longitudinal and transverse grooves of the bushings allows one to reduce the degree of freedom of movement of the nozzles to one, namely with respect only to the longitudinal axis of the nozzle block, and thereby provide a predetermined, necessary angle of inclination of the nozzles in the resonating the camera.

Выполнение внутренней поверхности каждого жиклера в виде сопла Лаваля и их симметричное или асимметричное расположение относительно продольной оси соплового блока позволяет получить сверхзвуковую заданную скорость истечения потока струи газа и приводить в зависимости от состава текущей среды к различным физико-химическим процессам. The execution of the inner surface of each nozzle in the form of a Laval nozzle and their symmetric or asymmetric arrangement relative to the longitudinal axis of the nozzle block allows you to obtain a supersonic predetermined flow rate of the gas stream and lead to different physicochemical processes depending on the composition of the current medium.

Выполнение в дне резонирующей камеры резьбового углубления, в котором установлен резонатор с возможностью перемещения вдоль оси соплового блока, позволяет установить резонаторы различной конфигурации и на определенном расстоянии по оси резонирующей камеры для воздействия на конкретную среду. The execution of a threaded recess in the bottom of the resonating chamber, in which the resonator is mounted with the possibility of movement along the axis of the nozzle block, allows you to install resonators of various configurations and at a certain distance along the axis of the resonating chamber to affect a specific medium.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано устройство в разрезе, на фиг.2 - вид I на фиг.1, на фиг.3 - вид Б-Б на фиг.1. The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a sectional view of a device, Fig. 2 is a view I in Fig. 1, Fig. 3 is a view B-B in Fig. 1.

Акустическое устройство содержит корпус 1, сопловый блок 2 с резонирующей камерой 3, гайки 4 в сопловом блоке 2, жиклеры 5, выполненные с внутренней поверхностью в виде сопел Лаваля, с наружными 6 и внутренними 7 цилиндрическими выступами, втулку 8 поверх соплового блока 2 с продольными пазами 9, втулку 10 в резонирующей камере 3 с поперечными пазами 11, резьбовое углубление 12 с резонатором 13. The acoustic device comprises a housing 1, a nozzle block 2 with a resonating chamber 3, nuts 4 in the nozzle block 2, jets 5 made with an inner surface in the form of Laval nozzles, with outer 6 and inner 7 cylindrical protrusions, a sleeve 8 over the nozzle block 2 with longitudinal grooves 9, the sleeve 10 in the resonating chamber 3 with transverse grooves 11, the threaded recess 12 with the resonator 13.

Акустическое устройство работает следующим образом. The acoustic device operates as follows.

Поток распылителя (пар, воздух) подается в корпус 1 и далее поступает через жиклеры 5, выполненные в виде сопел Лаваля, в резонирующую камеру 3. Жиклеры 5 установлены в гайках 4, закрепленных в теле соплового блока 2, а их наружные цилиндрические выступы 6 установлены в продольных пазах 9 втулки 8 с фиксаторами - винтами (на чертеже не показаны) относительно соплового блока 2. Такое конструктивное выполнение исключает не санкционированное перемещение жиклеров 5 в тангенциальном направлении. The spray stream (steam, air) is supplied to the housing 1 and then passes through the nozzles 5, made in the form of Laval nozzles, into the resonating chamber 3. The nozzles 5 are installed in the nuts 4, mounted in the body of the nozzle block 2, and their outer cylindrical protrusions 6 are installed in the longitudinal grooves 9 of the sleeve 8 with clamps - screws (not shown in the drawing) relative to the nozzle block 2. This design eliminates the unauthorized movement of the nozzles 5 in the tangential direction.

Внутренние цилиндрические выступы 7 жиклеров 5 установлены в поперечных пазах 11 резьбовой втулки 10, выполненной в резонирующей камере 3. Такое конструктивное выполнение позволяет путем перемещения резьбовой втулки 10 устанавливать угол наклона жиклеров 5 по отношению к продольной оси резонирующей камеры 3 на заданный, исключая остальные степени свободы перемещения жиклеров 5. The inner cylindrical protrusions 7 of the nozzles 5 are installed in the transverse grooves 11 of the threaded sleeve 10, made in the resonating chamber 3. This design allows you to move the threaded sleeve 10 to set the angle of inclination of the nozzles 5 relative to the longitudinal axis of the resonating chamber 3 to a predetermined, excluding other degrees of freedom jet movement 5.

Потоки струй газа, истекая из сопел Лаваля и поступая в резонирующую камеру 3 в направлении друг к другу со сверхзвуковой скоростью, соударяются, вызывая при этом мощные акустические колебания. Затем суммарный газовый поток со сверхзвуковой скоростью взаимодействует с резонатором 13 и, отражаясь, пронизывая межсопловое пространство жиклеров 5, потоки соударяются с перекрестными сверхзвуковыми потоками газа, исходящего из сопел Лаваля, вызывают при этом мощное высокочастотное пульсирующее акустическое воздействие на процесс сгорания топлива. The streams of gas jets, flowing out of the Laval nozzles and entering the resonating chamber 3 in the direction towards each other with supersonic speed, collide, causing powerful acoustic vibrations. Then, the total gas flow interacts with the resonator 13 at a supersonic speed and, reflecting, penetrating the inter-nozzle space of the nozzles 5, the flows collide with the cross supersonic gas flows emanating from the Laval nozzles, causing a powerful high-frequency pulsating acoustic effect on the fuel combustion process.

Кроме того, установка жиклеров с соплами Лаваля асимметрично в радиальном направлении позволяет получить тангенциальную составляющую движения потока относительно оси акустического устройства, что создает дополнительную пульсацию соудрений газовых потоков и соответствующее акустическое воздействие
При этом установка резонатора 13 в вариантах с различной геометрией форм рабочей поверхности (плоская - см. фиг.1, вогнутая, выпуклая конусоидальная и т.д.) и на определенном расстоянии по отношению к соплам Лаваля позволяет получить гамму частот с требуемыми технологическими параметрами.In addition, the installation of nozzles with Laval nozzles asymmetrically in the radial direction makes it possible to obtain the tangential component of the flow motion relative to the axis of the acoustic device, which creates additional pulsation of the collisions of the gas flows and the corresponding acoustic effect
In this case, the installation of the resonator 13 in variants with different geometry of the shapes of the working surface (flat - see Fig. 1, concave, convex cone-shaped, etc.) and at a certain distance with respect to Laval nozzles allows you to obtain a gamma of frequencies with the required technological parameters.

Использование заявляемого акустического устройства позволяет создавать мощное акустическое воздействие на процесс сгорания топлива и повышает эффективность его работы. Using the inventive acoustic device allows you to create a powerful acoustic effect on the combustion process of fuel and increases its efficiency.

Claims

An acoustic device comprising a housing with a nozzle block, characterized in that the nozzle block is made in the form of a combined cone with a resonating chamber, fastened to the housing by a threaded connection, four nuts with an internal spherical surface, symmetrically or asymmetrically located relative to its longitudinal axis, are installed in the nozzle block body , inside each nut, a nozzle is installed with an external spherical surface, turning into oppositely located outer and inner cylindrical protrusions, with an inner surface made in the form of a Laval nozzle, a spring sleeve with longitudinal grooves for the outer cylindrical protrusions of the nozzles is fixedly mounted on top of the nozzle block, a sleeve with transverse grooves for the internal protrusions of the nozzles is installed in the resonating chamber, and a threaded recess is made in the bottom of the resonating chamber, in which the resonator is mounted with the ability to move along the longitudinal axis of the nozzle block.