Пневмомеханічна акустична форсунка

Пневмомеханічна акустична форсунка, що містить корпус із приєднаними до нього паро- и паливопроводами, у якому вісесиметрично розташовані розподільча шайба з аксіальними каналами, завихрювач палива з кільцевим і тангенціальними каналами, грибоподібним виступом з клино 39305 кількості екологічно шкідливих речовин в продуктах неповного згоряння палива. Відома також форсунка, обрана як прототип як найближча за своїм технічним рішенням, яка містить корпус з паливною трубою по осі корпусу, коаксіально розташованим трубопроводам розпилювача, кільцевим уступом і вихідним соплом. Паливна труба має камеру завихрення палива з вихідною ділянкою і має на периферії грибоподібний відбивач, що утворює з торцем паливної труби кільцевий резонатор. Торець паливної труби з кільцевим уступом корпусу утворюють кільцеве сопло, яке разом з кільцевим резонатором являє собою ультразвуковий випромінювач (див.: А.с. СРСР № 1000669, кл. F23D11/04,1981). Недоліками в конструкції прототипу є малий ступінь дисперсності розпилювання рідкого палива, обумовлений недостатнім диспергуючим впливом ультразвукового поля на потік палива внаслідок розташування максимуму характеристики спрямованості ультразвукового випромінювача в бік від осі потоку палива, що призводить до неповного згоряння палива і великої кількості екологічно шкідливих речовин у продукта х згоряння палива. В основу винаходу покладена задача підвищення повноти спалювання рідкого палива в теплових установках і підвищення екологічної чистоти продуктів згоряння палива шляхом збільшення дисперсності його розпилювання, що досягається в результаті проходження потоку палива через максимум інтенсивності акустичного поля. Технічний результат винаходу заснований на створенні характеристики спрямованості акустичного випромінювача зі спрямуванням її максимуму в бік осі потоку палива, що виходить з форсунки, і на максимальному впливі акустичного поля на потік великих крапель палива, які в результаті цього впливу подрібнюються у хмару дрібних крапель розміром менш за 40 мкм. Отримуваний технічний результат досягається наявністю відмінних від прототипу таких суттєвих ознак винаходу: розташуванням кільцевого акустичного випромінювача на внутрішньому периметрі вісесиметричного отвору ви хідного кільця під кутом 45° до осі симетрії форсунки; спрямуванням максимуму характеристики спрямованості акустичного випромінювача в бік осі потоку палива під кутом 90° до цієї осі. Технічна суть і принцип дії запропонованої форсунки пневмомеханічної акустичної пояснюються кресленням, на якому: на фіг. 1 - поздовжній розріз форсунки пневмомеханічної акустичної; на фіг. 2 - розріз по А-А корпусу і завихрювача палива на фіг. 1; на фі г. 3 - розріз по Б-Б корпусу і вихідного кільця на фіг. 1. Форсунка пневмомеханічна акустична складається з корпусу 1, під'єднаного до циліндричного стовбура 2, у якому коаксіально розташовані паливопровід 3 і паропровід 4, причому паливопровід 3 розташований вздовж центру стовбур у 2, а паропровід 4 - на периферії стовбур у 2. В корпусі 1 вісесиметрично розташовані на торці паливопроводу 3 розподільча шайба 5 з аксіальними каналами 6 для проходу рідкого палива (далі у тексті - палива); завихрювач палива 7, що прилягає до торця розподільчої шайби 5 і має грибоподібний виступ 8 з клиноподібною кромкою 9, всередині якого знаходиться камера завихрення палива 10 з вихідним каналом 11. У торці завихрювача палива 7, що прилягає до розподільчої шайби 5, виконані кільцевий канал 12 і тангенціальні канали 13 для подачі палива у камеру завихрення палива 10. У корпусі 1, окрім того, розташоване концентричне вихідне кільце 14 з секторними виступами 15 на торці, що прилягають до торця завихрювача палива 7, у результаті чого між торцями вихідного кільця 14 і завихрювача палива 7 утворюється кільцевий щілинний канал 16 для проходу пари (або при запуску котла - стисненого повітря) з паропроводу 4. Концентричне вихідне кільце 14 має вісесиметричний отвір 17, у нижній частині якого виконаний кільцевий клиноподібний виступ 18, а по внутрішньому периметру вісесиметричного отвору 17 виконана кільцева резонаторна порожнина 19 (далі у тексті - кільцевий резонатор 19). Кільцевий клиноподібний виступ 18 разом з клиноподібною кромкою 9 грибоподібного виступу 8, що входить у вісесиметричний отвір 17, утворюють кільцеве щілинне сопло 20 для виходу пари з надзвуковою швидкістю з кільцевого щілинного каналу 16 і надходження пари у кільцевий резонатор 19. Сукупність кільцевого резонатора 19 і кільцевого щілинного сопла 20 при надзвуковому витіканні пари утворюють кільцевий ультразвуковий (далі в тексті - акустичний) випромінювач 21, що розташований під кутом 45° до осі симетрії форсунки і має сферичну характеристику спрямованості, максимум якої спрямований в бік осі потоку палива під кутом 90°. Вісесиметричний отвір 17 вихідного кільця 14 має у своїй верхній частині вихідне сопло форсунки 22. Пневмомеханічна акустична форсунка працює таким чином. Потік палива з паливопроводу 3 проходить через аксіальні канали б розподільчої шайби 5 і далі надходить через кільцевий канал .12 і тангенціальні канали 13 у камеру завихрення палива 10, в якій відбувається попереднє дроблення струминних стр уктур палива на великі краплі. Потік великих крапель палива, витікаючи з камери завихрення 10 через вихідний канал 11, надходить у область максимальної інтенсивності акустичного поля. Одночасно пара або при запуску котла стиснене повітря (далі у тексті - пара) з паропроводу 4 надходить у кільцевий щілинний канал 16 і, витікаючи з нього з надзвуковою швидкістю через кільцеве щілинне сопло 20 ("струмінь натікання"), попадає у кільцевий резонатор 19, де, відбиваючись від дна кільцевого резонатора 19, витікає з нього ("резонаторний струмінь"). Внаслідок взаємодії струменю натікання і резонаторного струменю виникають їх циклічні коливання, які є причиною генерації акустичних коливань (див.: Волога М.К. и др. О неустойчивости течения при взаимодействии сверхзвуковой струи со стержневым резонатором // Труды II Всесоюзного симпозиума по физике акустико-гидродинамических явлений и оптоакустике. - М.: На ука, 1982. - С. 115-117). Акустичні коливання створюють акустичне поле з характеристикою спрямованості, максимум 2 39305 якої спрямований в бік осі потоку палива під кутом 90° до цієї осі, що забезпечує максимальну інтенсивність акустичного поля на осі потоку палива, що витікає з вихідного каналу 11 камери завихрення палива 10 (див.: Борисов Ю.Я. Влияние формы недорасширенной струи на акустические характеристики газоструйного излучателя // Тр уды II Всесоюзного симпозиума по физике акустикогидродинамических явлений и оптоакустике. - М.: Наука, 1982. - С. 117-121). Великі краплі потоку палива при проходженні через область максимальної інтенсивності акустичного поля під його дією сплющуються у тонку плівку, а потім дробляться, перетворюючись у хмару дрібних крапель розміром менш за 40 мкм (див.: Данилов С.Д., Миронов М.А. Сплющивание и дробление капли в звуковом поле // Ак устический журнал. - Т. 33. - Вып. 2. - М.: Наука, 1987. С. 233, 238). Отриманий дрібнодисперсний потік палива через вихідне сопло форсунки 22 надходить у топковий простір котла, де повністю згоряє. Можливість реалізації даного винаходу додатково підтверджується тим, що автором у повній відповідності з вищезазначеною конструкцією і формулою винаходу був розроблений дослідний зразок пневмомеханічної акустичної форсунки, який пройшов порівняльні випробування на котлі типу ДКВР і показав, що наявність у пневмомеханічній форсунці акустичного випромінювача, розташованого під кутом 45° до осі симетрії цієї форсунки, забезпечує повне згоряння палива з економією палива не менш ніж 5% і значне зниження екологічно шкідливих речовин у продукта х згоряння палива (повна відсутність диму та сажі) (Протокол приемо-сдаточных испытаний паромеханических форсунок с пневмоакустической ступенью (ФПМА-45) от 6 апреля 1999 г., пгт Макаров-2, Киевская обл., "Відзив про результати впровадження в котельнях Чорноморського флоту Росії паливозберігаючого обладнання). Фіг. 1 Фіг. 2 3 39305 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4