(54) РОТАЦИОННАЯ ФОРСУНКА Изобретение относитс к устройствам дл распылени жидкостей, в частности к топливным форсункам дл подачи в зких жидких топлив. По основному авт. св. If 929964 известна форсунка, содержаща насадок с установленным на оси ротационным распылителем Е виде стакана, образующего с выходным участком насадка коль цевой конфузорный к-анал дл пода ни первичного воздуха, на внешней поверх ности стакана вблизи его выходной кромки и на внутренней .поверхности насадка выполнены выступы, образующие каналы, перекрываемые выступами стакана при его вращении til Такое выполнение форсунки обеспечивает повышение качества распыливани , однако не позвол ет получить равномерного распределени капель по зоне смесеобразовани и требует существенных затрат энергии газа дл возбуждени достаточно интенсивнь1х колебаний давлени . Целью изобретени вл етс повышение дисперсности и равномерности распыливани . Поставленна цель достигаетс тем, что внутренн полость распыливающего стакана выполнена в виде четвертьволнового акустического резонатора, а образованный насадком и стаканом кольцевой канал - в виде проточного резонатора Гельмгольца, причем произведение отношений объема кольцевого канала к об-ьему внутренней полости распыливающего стакана, длины выполненных на внешней поверхности стакана выступов к длине его внутренней полости и диаметра кромки распыливающего стакана к высоте выступов составл ет 0,,0. На фИг. 1 представлена предложенна форсунка, продольный разрез; на фиг; 2 - вариант выполнени в распылителе р да выступов снаружи выступов насадка., Форсунка -содержит корпус. 1 -с насадком 2, установленным в нем с возможностью осевого перемещени и фиксации, и размещенный в корпусе 1 полый вал 3 с распылителем топлива в виде стакана , образующего с выходным участком насадка 2 кольцевой конфузорный канал , 5 дл подачи первичного воздуха. Ств кан k закреплен на валу 3 с помощью питател 6, имеющего каналы 7 дл подачи топлива во внутреннюю полость стакана Д.,10(54) ROTARY JETS The invention relates to devices for spraying liquids, in particular, fuel nozzles for supplying viscous liquid fuels. According to the main author. St. If 929964 a well-known nozzle containing a nozzle mounted on an axis with a rotary atomizer E as a cup, which forms an annular confused k-channel with the outlet nozzle for supplying primary air, is made on the outer surface of the cup near its exit edge and on the inner surface of the nozzle the protrusions forming the channels overlapped by the protrusions of the glass as it rotates til Such an embodiment of the nozzle provides an improvement in the quality of atomization, however, does not allow for the uniform distribution of droplets over the e carburetion gas and requires substantial expenditure of energy is sufficient to excite intensivn1h pressure oscillations. The aim of the invention is to increase the dispersion and uniformity of atomization. The goal is achieved by the fact that the internal cavity of the atomizing cup is made in the form of a quarter-wave acoustic resonator, and the annular channel formed by the nozzle and the glass is in the form of a Helmholtz flow-through resonator, the product of the ratio of the volume of the annular channel to the volume of the internal cavity of the atomizing cup, the lengths of the external cavity the surface of the cup of protrusions to the length of its internal cavity and the diameter of the edge of the spray cup to the height of the protrusions is 0,, 0. In FIG. 1 shows a nozzle according to the invention, longitudinal section; in fig; 2 shows an embodiment in the dispenser of a row of protrusions outside the protrusions of the nozzle. The nozzle comprises a housing. 1-with a nozzle 2 installed therein with the possibility of axial movement and fixation, and a hollow shaft 3 placed in the housing 1 with a fuel atomizer in the form of a glass forming an annular confuser channel 5 with the outlet portion of the nozzle 2 for supplying primary air. Stew kan k is fixed on the shaft 3 by means of a feeder 6 having channels 7 for supplying fuel into the internal cavity of the glass D., 10
На внешней поверхности стакана вблизи его выходной кромки выполнены выступы 8, а на внутренней поверхности насадка 2 выступы 9, образующие каналы 10, перекрываемые выступами 8 j стакана k при вращении последнего. Внутренн полость распыливающего стакана k выполнена в виде четвертьволнового акустического резонатора, а образованный насадком 2 и стаканом Ц кольцевой канал 5 - в виде проточного резонатора Гельмгольца, причем про изведёние отношений объема кольцевого канала 5 к объему внутренней полости распыливающего стакана 4, длины выполненных на внешней поверхности стакана А выступов 8 к длине его внут .ренней полости и диаметра кромки рас1пыливающего стакана k к высоте выступов составл ет 0,. При вращении вала 3 и подачи через канал 7 топлива, оно растекаетс по внутренней поверхности стакана 4 под действием центробежных сил, истекает в виде тонкой жидкостной пелены с его выходной кромки. При подаче через канал 5 сжатого воздуха он истекает из насадка 2 через каналы 10, периодически перекрываемые выступами 8 и 9 при вращении стакана и распыливает жидкую пелену. Генерируемые выступами 8 и 9 колебани воздушного потока при вращении стакана 4 вызывают образование в его внутренней полости акустической сто чей волны, пучность скорости которой расположена у кромки стакана . Одновременно в канале 5 возбуждаютс колебани давлени , резонансные к колебани м скорости у кромок. Это приводит к образованию градиентных колебательных течений воздуха, обтекащих кромку стакана 4 и деформирующих истекающую с нее жидкостную пелену. Это приводит к повышению равномерности распределени образующихс при распаде жидкостной пелены капель по радиусу факела распыливани . В целом, при той же затрате кинематической энергии воздушного потока.,On the outer surface of the glass near its exit edge, protrusions 8 are made, and on the inner surface of the nozzle 2 protrusions 9, forming channels 10, overlapped by projections 8 j of glass k when the latter is rotated. The internal cavity of the atomizing cup k is made in the form of a quarter-wave acoustic resonator, and the annular channel 5 formed by the nozzle 2 and glass C is in the form of a Helmholtz flow-through resonator; The cup A of the protrusions 8 to the length of its inner cavity and the diameter of the rimless cup k to the height of the projections is 0 ,. When the shaft 3 rotates and the fuel is supplied through the channel 7, it spreads along the inner surface of the glass 4 under the action of centrifugal forces, it expires in the form of a thin liquid veil from its output edge. When supplied through the channel 5 of compressed air, it expires from the nozzle 2 through the channels 10, periodically blocked by the protrusions 8 and 9 during the rotation of the glass and sprays the liquid veil. The oscillations of the air flow generated by the protrusions 8 and 9 during the rotation of the glass 4 cause the formation of an acoustic standing wave in its internal cavity, the velocity antinode of which is located at the edge of the glass. At the same time, pressure oscillations, resonant to velocity oscillations at the edges, are excited in channel 5. This leads to the formation of gradient oscillatory currents of air flowing around the edge of the glass 4 and deforming the liquid veil flowing from it. This leads to an increase in the uniformity of the distribution of the droplets formed during the disintegration of the liquid veil along the radius of the spray cone. In general, with the same expenditure of kinematic energy of the air flow.,
така форсунка обеспечивает в 20-30 раз большую амплитуду акустических колебаний, что интенсифицирует распыливание и тепломассоперенос в зоне горени .This nozzle provides 20–30 times greater amplitude of acoustic oscillations, which intensifies atomization and heat and mass transfer in the combustion zone.
Дл обеспечени достаточной добротности внутренней полости распыливающего стакана как четвертьволнового акустического резонатора угол конусности его стенок не должен превышать 35 Из условий качественного распыливани и равномерного распределени жидкости по окружности угол конусности стакана должен быть не менее 12. При выполнении этих условий вокруг кромки стакана k образуетс возвратно-поступательное течение воздуха , диспергирующее истекающую с нее жидкостную пелену и образующее последовательность тороидальных вихревых колец, зарученных в противоположные стороны. Эти кольца привод т к интенсификации тепломассообмена между распыленным топливом и гор чими продуктами сгорани из зоны обратных токов, расположенных по оси горелки. Различие в плотности и составе газа на периферии области тороидальных вихрей и центральной области приводит к тому, что по длине факела образуютс кольцевые зоны переменного состава , отличающегос от стехиометрического , в которых в поле создаваемых горелкой акустических колебаний происходит предварительное неполное сгорание жидкого топлива в воздухе. Продукты неполного сгорани , смешива сь со вторичным воздухом, догорают в нем, обеспечива требуемую полноту сгорани . В то-же врем , пониженный температурный уровень и восстановительна атмосфера зоны основного тепловыделени (в области тороидальных вихрей) преп тствует образованию окислов азота . Таким образом, така форсунка организует двухстадийное сжигание топлива , в котором за счет организации в зоне смесеобразовани и горени тороидальных вихрей с противоположной закруткой смежных вихрейобеспечиваетс повышение скоростей процессов тепломассопереноса , лимитирующих горение, и подвод к продуктам неполного сгорани дополнительного окислител . Выполнение внутренней полости распыливающего стакана в виде акустического четвертьволнового резонатора, а кольцевого воздушного канала образованного насадком и стаканом - в виде проточного резонатора Гельмгольца, обеспечивает использование энергии акустических колебаний, возбуждаемых выступами 8 и 9 не только дл интен- 5 сификации распылнвани и горени жидг ких капель, но и дл создани в зоне горени чередующихс тороидальных вихрей , образующих области переменной концентрации.вIn order to ensure sufficient quality of the inner cavity of the spray glass as a quarter-wave acoustic resonator, the angle of taper of its walls should not exceed 35 Of the conditions of high-quality spraying and uniform distribution of the liquid around the circumference, the angle of taper of the glass should be no less than 12. forward air flow, dispersing the fluid sheet flowing from it and forming a sequence of toroidal vortex boxes pepper, enlisting in opposite directions. These rings lead to the intensification of heat and mass transfer between the atomized fuel and hot combustion products from the reverse current zone located along the axis of the burner. The difference in gas density and composition at the periphery of the toroidal vortex region and the central region leads to the fact that annular zones of varying composition, different from stoichiometric, are formed along the plume, in which acoustic incomplete combustion of air fuel occurs in the field of acoustic oscillations created by the burner. Products of incomplete combustion, mixing with secondary air, burn out in it, providing the required completeness of combustion. At the same time, the lowered temperature level and the reducing atmosphere of the main heat release zone (in the region of toroidal vortices) prevent the formation of nitrogen oxides. Thus, such a nozzle organizes a two-stage fuel combustion, in which the organization in the mixing zone and burning toroidal vortices with opposite spin of adjacent vortexes provides an increase in the rate of heat and mass transfer processes that limit combustion, and the supply of additional oxidant to the products of incomplete combustion. The inner cavity of the atomizing cup in the form of a quarter-wave acoustic resonator, and the annular air channel formed by the nozzle and the glass in the form of a Helmholtz flow-through resonator, makes use of the energy of acoustic oscillations excited by projections 8 and 9 not only to intensify sputtering and burning liquid droplets , but also to create alternating toroidal vortices in the combustion zone, forming regions of variable concentration.
Таким образом, предложенна форсунка реализует способ сжигани жидкого топлива, состо щий в том, что его распыливают .в виде конической пелены капель в спутном потоке воздуха, приво-5 д т его в осесимметричное колебательное движение и образуют им в зоне горени систему перемещающихс в осевом направлении тороидальных вихрей, смежные из которых имеют противоположную 20 закрутку..Thus, the proposed nozzle implements a method of burning liquid fuel, which consists in spraying it in the form of a conical veil of droplets in a co-current of air, leading it into axisymmetric oscillatory motion and in the combustion zone form a system moving in the axial direction. the direction of the toroidal vortices, the adjacent of which have the opposite twist 20 ..
Така организаци горени обеспечивает одновременное достижение как полноты сгорани , так и уменьшение за- . гр знени окружающей среды токсич- i 2S ными окислами азота.Such a combustion organization ensures the simultaneous achievement of both the full combustion and reduction of the combustion. environmental pollution with toxic oxides of nitrogen.