Відцентрова форсунка

Изобретение относится к технике распыливания жидкостей, в частности к форсункам с непосредственным впрыскиванием жидкого топлива в пространство сгорания с распыливающим действием за счет центробежной силы, и предназначено для распыливания топлива в энергетических агрегатах и силовых установках, и может быть использовано в газотурбинных и ракетных двигателях. Известна центробежная форсунка (авт.св. СССР № 937883, кл. F 23 D 11 /04, F 23D 11/38, заявл. 02.09.80, опубл. 23.06.82, Бюл. №23), содержащая корпус с резьбовым патрубком, установленные в нем завихритель с камерой закручивания и подводящими тангенциальными каналами и сопловую пластину с соплом, выполненным в виде сопряженных между собой сужающегося конусного и цилиндрического отверстий, а также накидную гайку, навинченную на резьбовый патрубок корпуса для герметичного прижатия завихрителя и сопловой пластины к резьбовому патрубку корпуса. Завихритель состоит из двух частей. Примыкающая к соплу, например, нижняя часть завихрителя выполнена с тангенциальными каналами, а примыкающая к резьбовому патрубку корпуса, например, верхняя часть выполнена с продольными каналами, сообщающимися с тангенциальными каналами нижней части завихрителя. Таким образом, подводящие тангенциальные каналы завихрителя имеют Г-образную изогнутую в двух плоскостях форму и обладают большим гидравлическим сопротивлением. Верхняя часть завихрителя и резьбовый патрубок корпуса сопряжены между собой плоскими кольцевыми поверхностями. Недостатком известной центробежной форсунки являются большие гидравлические потери в ней, вызванные большим гидравлическим сопротивлением изогнутых в двух плоскостях подводящих тангенциальных каналов завихрителя, а также негерметичностью сопряжений "плоскость-плоскость" верхней части завихрителя с одной стороны ! с резьбовым патрубком, а с другой стороны с нижней частью завихрителя. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать конструкцию завихрителя центробежной форсунки так, чтобы путем снижения гидравлического сопротивления в подводящих тангенциальных каналах завихрителя и повышения герметичности соединения его с резьбовым патрубком корпуса, обеспечить снижение гидравлических потерь в центробежной форсунке. Поставленная задача решается тем, что в центробежной форсунке, содержащей корпус с резьбовым патрубком, установленные в нем завихритель с камерой закручивания и подводящими тангенциальными каналами и сопловую пластину с соплом, выполненным в виде сопряженных между собой сужающегося конусного и цилиндрического отверстий, а также накидную гайку, навинченную на резьбовый патрубок корпуса для герметичного прижатия завихрителя и сопловой пластины к резьбовому патрубку корпуса, согласно изобретению, резьбовый патрубок корпуса выполнен с цилиндрическим выходным отверстием, внутри которого коаксиально установлен с кольцевым зазором завихритель, выполненный в виде цилиндрического стакана с фланцем на свободном конце и цилиндрической камерой закручивания, его тангенциальные каналы выполнены в одной плоскости в стенке стакана у донной части, а диаметр камеры закручивания равен большему диаметру сужающегося конусного отверстия сопла сопловой пластины, при этом резьбовый патрубок корпуса выполнен с внутренней конической поверхностью, а контактирующая с ним поверхность фланца цилиндрического стакана завихрителя выполнена сферической. Кроме того, согласно изобретению, внутри корпуса помещен рассекатель потока топлива, выполненный в виде перфорированного диска с опорной пятой, обращенной к завихрителю и установленный с возможностью ограниченного осевого перемещения внутри корпуса между упорным выступом, выполненным в корпусе, и завихрителем. Выполнение резьбового патрубка корпуса с цилиндрическим выходным отверстием, внутри которого коаксиально установлен с кольцевым зазором завихритель, выполненный в виде цилиндрического стакана с фланцем на свободном конце и цилиндрической камерой закручивания позволяет образовать кольцевой щелевой канал, который практически без гидравлических потерь распределяет в кольцевом зазоре поток топлива, поступающий на вход подводящи х тангенциальных каналов завихрителя, и одновременно стабилизировать его параметры (давление, скорость). Выполнение тангенциальных каналов завихрителя в одной плоскости в стенке стакана у донной части, вопервых, позволяет значительно снизить гидравлическое сопротивление этих прямолинейных каналов, а вовторых - максимально использовать весь объем камеры закручивания для эффективного закручивания потока топлива. Выполнение диаметра камеры закручивания равным большему диаметру сужающегося конусного отверстия сопла сопловой пластины снижает гидравлическое сопротивление и обеспечивает выброс закрученного потока топлива из камеры закручивания через сопло с максимальной скоростью и максимальной степенью распыления топлива. При неравенстве этих диаметров образуются застойные зоны и увеличивается гидравлическое сопротивление, что влечет за собой снижение скорости выброса потока топлива и уменьшение степени распыления топлива. Выполнение резьбового патрубка корпуса с внутренней конической поверхностью, а контактирующей с ним поверхности фланца цилиндрического стакана завихрителя сферической обеспечивает надежный кольцевой контакт этих поверхностей, повышает герметичность их соединения ("конус-сфера") и снижает гидравлические потери в центробежной форсунке. Установка внутри корпуса рассекателя потока топлива, выполненного в виде перфорированного диска, обеспечивает распределение потока топлива через отверстия диска в кольцевой щелевой канал между цилиндрическим стаканом завихрителя и цилиндрическим выходным отверстием резьбового патрубка корпуса с минимальным гидравлическим сопротивлением. Кроме того, перфорированный диск выполняет роль фильтра и задерживает крупные твердые частицы, способные "заглушить" центробежную форсунку. Выполнение перфорированного диска с опорной пятой увеличивает степень перфорации диска, так как диаметр пяты может быть значительно меньше диаметра цилиндрического стакана завихрителя, за счет чего расширяется площадь перфорации и снижается гидравлическое сопротивление. Установка рассекателя потока топлива с возможностью ограниченного осевого перемещения внутри корпуса между упорным выступом, выполненным в корпусе, и завихрителем обеспечивает вибрацию или удар рассекателя при изменении давления топлива в магистрали или запуске центробежной форсунки. При этом происходит встряхивание рассекателя и самоочистка его от мелких абразивных частиц, налипающих на стенки отверстий, уменьшающих проходное сечение. Это также способствует снижению гидравлического сопротивления центробежной форсунки. Приведенные сведения показывают, что новые существенные признаки во взаимосвязи с известными существенными признаками придают объекту изобретения новые технические свойства, например снижают гидравлическое сопротивление в подводящих тангенциальных каналах завихрителя и повышают герметичность соединений. При этом раскрывается причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и техническим результатом, который заключается в снижении гидравлических потерь в центробежной форсунке. На фиг.1 изображена центробежная форсунка, общий вид, продольный разрез, на фиг.2 - разрез А-А на фиг,1; на фиг.3 - узел Б на фиг.1. Центробежная форсунка (фиг.1) содержит корпус 1 с центральным каналом 2 и с резьбовым патрубком 3 для подвода жидкого топлива, установленные в нем завихритель 4 с камерой закручивания 5 и подводящими тангенциальными каналами 6 для закручивания потока топлива и сопловую пластину 7 с соплом 8 для распыливания топлива, выполненным в виде сопряженных между собой сужающегося конусного и цилиндрического отверстий 9,10, а также накидную гайку 11, навинченную на резьбовый патрубок 3 корпуса 1 для герметичного прижатия завихрителя 4 и сопловой пластины 7 к резьбовому патрубку 3 корпуса 1. Резьбовый патрубок 3 корпуса 1 выполнен с цилиндрическим выходным отверстием 12, внутри которого коаксиально установлен с кольцевым зазором "а", образующий кольцевой щелевой канал 13 завихритель 4, выполненный в виде цилиндрического стакана 14 с дном 15 и фланцем 16 на свободном конце и цилиндрической камерой закручивания 5. Тангенциальные каналы 6 завихрителя 4 выполнены в одной плоскости (фиг.2) в стенке стакана 14 у донной части. Диаметр камеры закручивания 5 равен большему диаметру сужающегося конусного отверстия 9 сопло 8 сопловой пластины 7. Резьбовый патрубок 3 корпуса 1 выполнен с внутренней конической поверхностью 17 (фиг.3), а контактирующая с ним поверхность 18 фланца 16 цилиндрического стакана 14 завихрителя 4 выполнена сферической. Внутри корпуса 1 (фиг.1) в цилиндрическом выходном отверстии 12 помещен рассекатель 19 потока топлива, выполненный в виде перфорированного диска 20 с отверстиями 21 и опорной пятой 22, обращенной к завихрителю 4, и установленный с возможностью ограниченного осевого перемещения внутри корпуса 1 между упорным выступом (буртом) 23, выполненным в корпусе 1, и завихрителем 4 на величину зазора "в". Для герметичности соединений накидная гайка 11 имеет кольцевой выступ 24, а сопловая пластина имеет кольцевой выступ 25 Центробежная форсунка работает следующим образом. Топливо из магистрали через (фиг.1) центральный канал 2 корпуса 1 и резьбовый патрубок 3 подается к рассекателю 19, который под действием давления в магистрали опорной пятой 22 садится на завихритель 4. При этом происходит встряхивание рассекателя 19 и самоочистка его от мелких абразивных частиц налипших на стенки отверстий 21 перфорированного диска 20 рассекателя 19. Перфорированный диск 20 также выполняет роль фильтра и задерживает крупные твердые частицы способные "заглушить" центробежную форсунку. Поток топлива через отверстия 21 в перфорированном диске 20 рассекателя 19 практически без гидравлических потерь поступает в кольцевой зазор "а", образующий кольцевой щелевой канал 13, между стенкой цилиндрического выходного отверстия 12 резьбового патрубка 3 корпуса 1 и цилиндрическим стаканом 14 завихрителя 4 с установившимся давлением и скоростью. При этом не происходит утечки топлива из кольцевого щелевого канала 13 в месте соединения резьбового патрубка 3 корпуса 1 и завихрителя 4 благодаря тому, что резьбовый патрубок 3 выполнен с внутренней конической поверхностью 17, а контактирующая с ним поверхность 18 фланца 16 цилиндрического стакана 14 завихрителя 4 выполнена сферической, образуя герметичное соединение типа "конус-сфера" (фиг.3), за счет чего снижаются гидравлические потери в центробежной форсунке. Затем поток топлива через тангенциальные каналы 6, расположенные в одной плоскости (фиг.2) в стенке цилиндрического стакана 14 завихрителя 4 у его дна 15, впрыскивается по касательной в камеру закручивания 5 и приобретает в ней вращательное движение, максимально используя объем камеры закручивания 5 для разгона вращающегося потока топлива. На выходе из камеры закручивания 5 вращающийся поток топлива движется практически без гидравлических потерь благодаря тому, что диаметр камеры закручивания 5 равен большему диаметру сужающегося конусного отверстия 9 сопла 8 и с большой скоростью выбрасывается через сужающееся конусное и цилиндрическое отверстия 9,10 сопла 8 сопловой пластины 7 наружу в зону горения в виде пленки, распадающейся затем на капли с высокой степенью дисперсности топливного тумана. Предлагаемая центробежная форсунка была испытана в условиях Луганской ГРЭС ПЭО "Донбассэнерго" и может найти широкое промышленное использование для распыливания мазута в топках парогенераторов тепловых электростанций Украины, работающих в режиме переменных нагрузок. Все детали центробежной форсунки могут быть изготовлены промышленным способом на обычных универсальных металлорежущих станках как на малом, так и на крупном машиностроительном предприятии.