Механічна саморегульована форсунка

Винахід відноситься до техніки розпорошення рідин і призначений переважно для розпорошення рідкого палива в енергетичних агрегатах, а також інших рідин, які використовує різне технологічне обладнання. Спосіб механічного розпорошення з попереднім закручуванням палива одержав найбільш широке поширення в теплоенергетиці завдяки специфічній структурі розподілу краплин по зрошуваній площі перерізу факелу. Однак, незважаючи на велику кількість конструкцій форсунок для розпорошення рідкого палива, велика їхня частина працює недостатньо ефективно. Це пояснюється складністю процесу розпорошення, жорсткими вимогами до форсунок по простоті, надійності, економічності конструкції, по зручності експлуатації й регулювання. Тому однією з актуальних задач є удосконалення експлуатаційних параметрів існуючих форсунок. Особливо важливим є розробка конструкцій форсунок, що працюють у широкому діапазоні тисків рідини, а також її витрати й регулювання факелу розпорошення. Є відомою паливна форсунка, що містить корпус з центральним соплом і камерою закручування з бічними тангенціальними каналами, по осі якої встановлені з можливістю незалежного подовжнього переміщення центральна регулювальна голка з охоплюючим її та звуженим по ході потоку плунжером, на зовнішній поверхні якого виконані гвинтові канавки. Крім того форсунка обладнана конусною вставкою, що охоплює плунжер, якого встановлено в камері закручування з утворенням з її стінками кільцевого зазору. [Авт.св. СРСР №814016, МПК: F23D11/04, В05В1/30, заявл. 14.09.79]. Рідина під тиском надходить у корпус форсунки, де розподіляється на два потоки, один з яких проходить у камеру закручування через бічні тангенціальні канали, а другий - через гвинтові канавки плунжера і кільцевий канал між плунжером і кільцевою вставкою. У камері закручування потоки утворюють суміш і через сопло розпорошуються у робочий об'єм. Переміщуючи регулювальну голку, змінюють прохідний переріз сопла і, відповідно, витрату рідини. Переміщуючи плунжер, змінюють розмір кільцевого каналу між ним і конусною вставкою, змінюючи кількість рідини, що надходить у камеру без закручування, що дозволяє регулюва ти кут розкриття факелу. Однак інтенсивність закручування потоків рідини в описаній форсунці мала внаслідок досить великого опору, що виникає при плині рідини в гвинтових канавках, а для забезпечення якості розпорошення необхідне створення великих робочих тисків і формування високошвидкісного закрученого потоку рідини з виходу центрального сопла. Крім того, діапазон регулювання факелу невеликий, тому що вимагає примусової механічної установки положення плунжера і переміщення голки, що особливо позначається при коливаннях витрати рідини. Найбільш близькою до тої, що заявляється, по технічній сутності є механічна саморегульована форсунка [Патент України №17351, МПК F23D11/04, опубл. 15.10.2001p.], що містить циліндричний корпус з патрубком підведення рідини, кільцеву камеру закручування, кільцеве сопло і завихрювач з тангенціальними каналами, який має зовнішню бічну поверхню у вигляді циліндричної і сполученої з цим циліндром меншою основою конічну ділянку. Між корпусом і завихрювачем установлений з можливістю осьового і радіального переміщення повзун, що утворює з торцевою поверхнею корпуса кільцеву порожнину. Повзун має нахилені канали постійного поперечного перерізу і має на внутрішній поверхні кільцеву проточку. Завихрювач має осьовий канал, що складається з циліндричної і конічної частини, меншою основою зверненою до сопла й обладнаний радіальними каналами в циліндричній частині. Кільцеве сопло й кільцева камера закручування утворені внутрішньою й зовнішньою поверхнями повзуна й завихрювача. Циліндрична частина осьового каналу завихрювача за допомогою радіальних каналів сполучена з кільцевою порожниною і порожниною, утвореною кільцевою проточкою повзуна і зовнішньою поверхнею циліндричної ділянки завихрювача; конічна частина осьового каналу завихрювача за допомогою тангенціальних каналів сполучена з кільцевою камерою закручування. На зовнішній циліндричній поверхні завихрювача виконані осьові канали змінного поперечного перерізу, що з'єдн ують кільцеву камеру закручування з порожниною, утвореною внутрішньою кільцевою проточкою повзуна й зовнішньою поверхнею циліндричної ділянки завихрювача. На зовнішній поверхні повзуна розміщені лопаті, що мають форму гвинтових поверхонь, грані яких нахилені до подовжньої осі повзуна убік, протилежний напрямку обертання рідини в камері закручування. Порожнини, утворені внутрішньою циліндричною поверхнею корпуса й зовнішньою профільованою поверхнею повзуна, сполучені з кільцевою порожниною, що утворена торцевими поверхнями повзуна й корпуса та за допомогою нахилених каналів повзуна, з кільцевою камерою закручування. Описана форсунка дозволяє одержати обертальний рух повзуна, викликаний напором подаваної у форсунку рідини, що ви ходить з радіальних каналів, котрі з'єднують осьовий канал завихрювача з кільцевою порожниною, утвореною внутрішньою і зовнішньою торцевими поверхнями корпуса й повзуна, що збільшує ступінь закручування рідини, яка витікає з кільцевого сопла й, тим самим, забезпечує дрібнодисперсність розпорошення. Внаслідок осьових переміщень повзуна, викликаних дисбалансом сил тиску рідини на внутрішніх торцевих поверхнях повзуна, відбувається регулювання витрати рідини при змінені робочого тиску й у випадку засмічення сопла. Обертання повзуна в ході роботи форсунки знижує силу тертя рідини, що забезпечує плавність і надійність регулювання витрати. Виконана на внутрішній поверхні повзуна кільцева проточка в сполученні з конічною формою камери закручування забезпечують регулювання витрати рідини в обидва боки (зменшення, зростання) робочого тиску. Однак усі переваги описаної форсунки є характерними тільки для порівняно великих витрат розпорошуваної рідини, для невеликих витрат стає неможливим точне регулювання дисперсності розпорошення й ступеня розкриття факелу, через те, що мала витрата рідини може бути забезпечена тільки тоді, коли є малою площа перерізу сопла, а це для кільцевого сопла неможливо через неможливість безобмеженого зменшення інших частин конструкції форсунки. В основу запропонованого винаходу поставлена задача удосконалення механічної форсунки, що дозволило б забезпечити дрібнодисперсність розпорошення, стабільність витрати рідини, збільшення діапазону регулювання тиску розпорошуваної рідини й ступеня розкриття факелу при малих витратах розпорошуваної рідини. Задача може бути вирішена тим, що в механічній саморегульованій форсунці, що складається з циліндричного корпусу з патрубком підведення рідини, встановленого у корпусі завихрювача з тангенціальними каналами, який має циліндричну бічну поверхню й утворює камеру закручування із соплом, а також повзуна, якого встановлено між корпусом і завихрювачем з можливістю осьового переміщення й утворюючого з бічною поверхнею корпуса кільцеву порожнину; відповідно до винаходу, нижня частина завихрювача обладнана дроселюючим отвором, а повзун установлений коаксіально з корпусом і камерою закручування і обладнаний голкою, що проходить через дроселюючий отвір завихрювача і або цілком, або частково, перетинає сопло. Повзун своєю циліндричною й торцевою поверхнями утворює з торцевою поверхнею камери закручування завихрювача порожнину, аналогічну порожнині камери закручування. У циліндричній поверхні повзуна виконані наскрізні отвори для введення рідини в цю порожнину, а обидві ці порожнини сполучаються за допомогою дроселюючого отвору завихрювача. На зовнішній циліндричній поверхні повзуна можуть бути виконані лопаті, нахилені до подовжньої осі повзуна під кутом 5...25°. Внаслідок осьових переміщень повзуна, викликаних дисбалансом сил тиску рідини на внутрішній і зовнішній торцевих поверхнях повзуна, відбувається регулювання витрати рідини при змінені робочого тиску й у випадку зменшення витрати - наприклад, засмічення сопла. нар Рідина, надходячи в порожнину форсунки, створює силу SPn , що притискує повзун у крайнє верхнє положення і голка в такий спосіб перетинає центральне сопло камери закручування. При цьому рідина одночасно надходить у порожнину повзуна через наскрізні отвори в його циліндричній частині й у камеру закручування через тангенціальні отвори завихрювача, у яких тиск рідини (Р1, Р2) стає рівними тиску Ρ і вн вн нар виникають сили SPn і PSceд, що діють в одному напрямку так, що PSceд+ SPn > SPn повзун, а відповідно, і голку назад. Тут: Sceд - площа сідловини голки, що перетинає дросельний отвір; тобто віджимають Sв н - площа вн утрішньої торцевої поверхні повзуна; n Sнар - площа зовнішньої торцевої поверхні повзуна. n Як тільки це відбувається, тиск у камері закручування й порожнині повзуна падає Р1(Р2)