RU2644422C1 - Method for ultra-fine spraying of liquid fuel and device therefor - Google Patents
Method for ultra-fine spraying of liquid fuel and device therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2644422C1 RU2644422C1 RU2017112443A RU2017112443A RU2644422C1 RU 2644422 C1 RU2644422 C1 RU 2644422C1 RU 2017112443 A RU2017112443 A RU 2017112443A RU 2017112443 A RU2017112443 A RU 2017112443A RU 2644422 C1 RU2644422 C1 RU 2644422C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- fuel
- nozzle
- shock wave
- fragmentation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
- B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Landscapes
- Nozzles (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к способам распиливания жидкостей, а также эмульсий (например, водотопливных эмульсий) и суспензий (например, водоугольных суспензий) и т.п. в различных энергетических и технологических установках.The invention relates to methods for sawing liquids, as well as emulsions (e.g., water-fuel emulsions) and suspensions (e.g., water-coal suspensions), etc. in various power and technological installations.
В современных энергетических и технологических установках отдают предпочтение гетерогенному режиму сжигания топлив, так как по сравнению с гомогенным горением последний имеет ряд преимуществ:In modern power and technological installations, a heterogeneous mode of fuel combustion is preferred, since in comparison with homogeneous combustion, the latter has several advantages:
- безопасность, так как горючая смесь готовится непосредственно в камере сгорания (реакторе);- safety, since the combustible mixture is prepared directly in the combustion chamber (reactor);
- возможность применения нескольких топлив с непосредственной подачей в камеру сгорания (реактор);- the possibility of using several fuels with direct supply to the combustion chamber (reactor);
- возможность снижения средней температуры горения за счет обеднения состава смеси и др.- the ability to reduce the average combustion temperature due to depletion of the composition of the mixture, etc.
К недостаткам сжигания топлива в гетерогенном режиме можно отнести большую длительность процесса по сравнению с гомогенным сгоранием. Это объясняется тем, что подготовка горючей смеси происходит непосредственно в камере сгорания (реакторе). Для сокращения длительности сгорания необходимо уменьшить затраты времени на смесеобразование, например, за счет уменьшения размеров капель топлива, подаваемого в камеру сгорания (реактор). Так в работе Басевича В.Я., Беляева А.А. и Фролова С.М. Моделирование распространения двухфазных ламинарных и турбулентных пламен / Химическая физика, 2000, т. 9, №10, с. 89-97 показано, что для капель диаметром около 10 мкм разница между гомогенным и гетерогенным горением незначительна. Следовательно, разработка способов и устройств, обеспечивающих сверхтонкое распыливание топлива - актуальная задача, тем более, если речь идет о способах и устройствах, применимых к жидким топливам разного сорта - жидкостям, эмульсиям и суспензиям.The disadvantages of burning fuel in a heterogeneous mode include a longer process time compared to homogeneous combustion. This is because the preparation of the combustible mixture occurs directly in the combustion chamber (reactor). To reduce the duration of combustion, it is necessary to reduce the time required for mixture formation, for example, by reducing the size of the droplets of fuel supplied to the combustion chamber (reactor). So in the work of Basevich V.Ya., Belyaev A.A. and Frolova S.M. Modeling the propagation of two-phase laminar and turbulent flames / Chemical Physics, 2000, v. 9, No. 10, p. 89-97 it is shown that for drops with a diameter of about 10 microns, the difference between homogeneous and heterogeneous combustion is negligible. Therefore, the development of methods and devices that provide ultra-thin atomization of fuel is an urgent task, especially when it comes to methods and devices applicable to liquid fuels of various kinds - liquids, emulsions and suspensions.
Один из наиболее эффективных способов распыливания жидкостей и сред на их основе - аэродинамическое дробление струи с помощью сильной ударной волны. В результате воздействия на струю сильной ударной волной, распространяющейся с высокой сверхзвуковой скоростью, характерные значения числа Вебера достигают очень высоких значений и происходит быстрое катастрофическое разрушение капель и струй с образованием фрагментов дробления сверхмалого размера (на уровне 10-15 мкм («сверхтонкий распыл») независимо от вязкости и поверхностного натяжения материала капли [Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред, ч.-I. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987-467 с.].One of the most effective methods of spraying liquids and media based on them is aerodynamic crushing of a jet using a strong shock wave. As a result of exposure to a jet by a strong shock wave propagating with high supersonic speed, the characteristic values of the Weber number reach very high values and there is a rapid catastrophic destruction of droplets and jets with the formation of crushing fragments of ultra-small size (at the level of 10-15 microns (“ultra-thin spray”) regardless of the viscosity and surface tension of the material of the droplet [Nigmatulin RI Dynamics of multiphase media, part- I. M: Nauka. Gl. ed. Phys.-Math. lit., 1987-467 p.].
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известны способ распыливания топлива и устройство для его реализации, предложенные в патенте RU 2569797 С2, В05В 7/04 (2006.01); F02M 29/00 (2006.01); F02M 61/18 (2006.01); F02M 67/02 (2006.01), опубликованном 20.05.2010. Устройство содержит корпус, имеющий канал подачи топлива и по меньшей мере одно основное отверстие, сконфигурированное для фрагментации топлива - рассеивания потока топлива на множество капель топлива. Множество капель топлива входит в контакт с поверхностью соударения для разбиения множества капель топлива на множество более малых вторичных капель и создания тонкой пленки вторичных капель на поверхности соударения. По меньшей мере один канал для сжатого воздуха подает воздушный поток в контакт с вторичными каплями для разбиения тонкой пленки вторичных капель топлива на периферийной кромке поверхности соударения для уменьшения размера вторичных капель. Вторичные капли проходят через множество вторичных выходных отверстий, выходя из корпуса. Размер множества вторичных капель уменьшается при выходе из множества вторичных отверстий. Технический результат заключается в повышении качества распыления и испарения жидкого топлива. Основной недостаток такого способа заключается в том, что при использовании суспензионных топлив с твердыми частицами (например, водоугольных суспензий) скоростное взаимодействие капель такого топлива с поверхностью соударения приведет к ее быстрому эрозионному износу, то есть долговечность устройства при использовании суспензионного топлива будет существенно ниже.A known method of atomizing fuel and a device for its implementation, proposed in patent RU 2569797 C2, B05B 7/04 (2006.01); F02M 29/00 (2006.01); F02M 61/18 (2006.01); F02M 67/02 (2006.01), published on 05/20/2010. The device comprises a housing having a fuel supply channel and at least one main opening configured to fragment the fuel — to disperse the fuel flow into many drops of fuel. A plurality of fuel droplets come into contact with the collision surface to break the plurality of fuel droplets into a plurality of smaller secondary droplets and create a thin film of secondary droplets on the collision surface. At least one channel for compressed air supplies the air stream in contact with the secondary droplets to break a thin film of secondary droplets of fuel at the peripheral edge of the collision surface to reduce the size of the secondary droplets. Secondary droplets pass through a plurality of secondary outlet openings, leaving the housing. The size of the plurality of secondary drops decreases upon exiting the plurality of secondary holes. The technical result consists in improving the quality of atomization and evaporation of liquid fuel. The main disadvantage of this method is that when using suspension fuels with solid particles (e.g., water-coal suspensions), the rapid interaction of droplets of such fuel with the impact surface will lead to its rapid erosion wear, i.e., the durability of the device when using suspension fuel will be significantly lower.
Известен способ распыливания жидкого углеводородного топлива и форсунка для его реализации, предложенный в патенте RU 2348823 С2, F02K 7/22, опубликованном 12.04.2007. Способ распыливания жидкого углеводородного топлива в потоке воздуха, сжатого в компрессоре ГТД или ГТУ, проходящего через форсунку, на вход которой поступает поток топлива с низким напором, характеризующейся тем, что поступающий поток топлива разделяют на струйки. Струйки равномерно располагают по окружности, сообщают им дополнительное тангенциальное направление движения. Сливают струйки в топливную пленку на короткой твердой поверхности, охватывающей все струйки с внешней стороны, и формируют, за счет вращения, свободную, не соприкасающуюся с твердой поверхностью, вращающуюся колоколообразную топливную пленку. Вдувают в полость колоколообразной топливной пленки осевой поток воздуха, выравнивающий давление по обе стороны пленки и дающий возможность вращающейся колоколообразной топливной пленке, по мере своего движения к области фрагментации - выходному соплу форсунки, расширяться без разрушения. Истонченную в результате расширения топливную пленку в области фрагментации внедряют в периферийный высокоскоростной поток воздуха, предварительно закрученный в направлении вращения пленки, который распыливает пленку с получением мелкодисперсного факела распыла с равномерно распределенными по окружности каплями топлива. Форсунка для распыливания содержит многозаходный топливный шнек, размещенный в топливном канале и разделяющий поступающий поток топлива на отдельно равномерно расположенные по окружности струйки и сообщающий им дополнительную тангенциальную скорость. Форсунка содержит также каналы осевого воздушного потока и канал периферийного высокоскоростного воздушного потока. Плоскость выходного конца канала осевого воздушного потока вместе со шнеком смещены внутрь топливной иглы с образованием короткой, охватывающей топливные струйки, твердой поверхности, обеспечивающей слияние топливных струек во вращающуюся топливную пленку, которая, после отекания с твердой поверхности, в результате вращения, принимает колоколообразную форму. Устройство позволяет получить мелкодисперсный устойчивый воздушный факел распыла с равномерно распределенными по окружности каплями топлива. Основной недостаток такого способа заключается в наличии твердой поверхности (шнека), взаимодействующей с потоком топлива, что приводит к ее ускоренному эрозионному износу (особенно при использовании суспензионного топлива) и, как следствие, к снижению долговечности устройства.A known method of spraying liquid hydrocarbon fuel and a nozzle for its implementation, proposed in patent RU 2348823 C2, F02K 7/22, published 12.04.2007. A method of spraying liquid hydrocarbon fuel in a stream of air compressed in a gas turbine or gas turbine compressor passing through a nozzle that receives a low-pressure fuel stream at the inlet, characterized in that the incoming fuel stream is divided into streams. The streams are evenly spaced around the circumference, giving them an additional tangential direction of movement. The trickles are poured into the fuel film on a short solid surface, covering all the trickles from the outside, and form, due to rotation, a free, bell-shaped fuel film not in contact with the solid surface. An axial air stream is blown into the cavity of the bell-shaped fuel film, equalizing the pressure on both sides of the film and enabling the rotating bell-shaped fuel film to expand without breaking as it moves to the fragmentation region — the nozzle exit nozzle. The fuel film thinned as a result of expansion in the fragmentation region is introduced into the peripheral high-speed air stream, previously swirling in the direction of rotation of the film, which sprays the film to obtain a finely dispersed spray jet with droplets of fuel uniformly distributed around the circumference. The atomizing nozzle contains a multi-start fuel auger located in the fuel channel and dividing the incoming fuel stream into separate trickles uniformly spaced around the circumference and giving them additional tangential speed. The nozzle also contains axial air flow channels and a peripheral high-speed air flow channel. The plane of the outlet end of the axial air flow channel together with the screw is displaced inside the fuel needle with the formation of a short, solid fuel jet, which merges the fuel jet into a rotating fuel film, which, after swelling from a solid surface, rotates into a bell-shaped shape. The device allows you to get fine stable spray air torch with fuel droplets evenly distributed around the circumference. The main disadvantage of this method is the presence of a solid surface (screw) that interacts with the fuel flow, which leads to its accelerated erosion wear (especially when using suspension fuel) and, as a result, to a decrease in the durability of the device.
Известно устройство для акустического распыливания жидкого топлива, предложенное в патенте RU 2357150 C1, F23D 11/34, опубликованном 27.05.2009. Устройство предназначено для распыливания жидкого топлива и может быть применено в химических реакторах, промышленных печах и в других агрегатах, требующих высокого качества распыливания топлива. Акустический распылитель состоит из полого цилиндрического корпуса, конического диффузора, подвижно закрепленного на одном из его концов, внутренней коаксиально расположенной корпусу трубы, подающей распыливаемое топливо, с наконечником, выполняющим функции распылителя, внешняя поверхность наконечника выполнена в виде усеченного конуса, конусность которого совпадает с конусностью диффузора, при этом наконечник жестко крепится на конце трубы, например, посредством резьбового соединения, и состоит из двух раздельных частей, скрепленных между собой болтовым крепежным элементом таким образом, что между его частями имеется зазор «а», образованный двумя соосными коническими поверхностями этих раздельных частей, причем направление конических поверхностей, образующих зазор «а», противоположно конической поверхности усеченного, конуса, образующего его внешнюю поверхность, причем на меньшем основании усеченного конуса наконечника выполнена цилиндрическая проточка, которая образует с внешней поверхностью трубы кольцевую резонирующую полость А - первую область фрагментации, взаимодействующую с сопловой щелью, образованной двумя цилиндрическими поверхностями: внутренней поверхностью корпуса и внешней - трубы, а на конце корпуса, обращенного в сторону наконечника, расположена вторичная резонирующая полость Б - вторая область фрагментации, образованная в торце корпуса и выполненная по форме в виде открытой тороидальной поверхности. Технический результат - повышение эффективности работы за счет предотвращения забивания сопловой щели и повышение качества распыла высоковязких жидкостей. Основной недостаток такого устройства заключается в том, что параметры резонирующей полости А зависят от типа распыливаемого топлива и, следовательно, при смене сорта топлива необходимо менять конструкцию форсунки, что не позволяет работать на нескольких сортах топлива без остановки и переналадки оборудования.A device for the acoustic atomization of liquid fuel is proposed in patent RU 2357150 C1, F23D 11/34, published on 05.27.2009. The device is designed for atomization of liquid fuel and can be used in chemical reactors, industrial furnaces and other units that require high quality atomization of fuel. The acoustic spray consists of a hollow cylindrical body, a conical diffuser, movably mounted on one of its ends, an internal coaxially located pipe body supplying sprayed fuel, with a tip that acts as a spray, the outer surface of the tip is made in the form of a truncated cone, the conicity of which coincides with the taper diffuser, while the tip is rigidly attached to the end of the pipe, for example, by means of a threaded connection, and consists of two separate parts, fastened interconnected by a bolt fastener in such a way that between its parts there is a gap “a” formed by two coaxial conical surfaces of these separate parts, and the direction of the conical surfaces forming the gap “a” is opposite to the conical surface of the truncated cone forming its outer surface moreover, on a smaller base of the truncated cone of the tip, a cylindrical groove is made, which forms an annular resonating cavity A with the outer surface of the pipe — the first region is a fragment a cation interacting with the nozzle gap formed by two cylindrical surfaces: the inner surface of the casing and the outer surface of the pipe, and at the end of the casing facing the tip, there is a secondary resonating cavity B — the second fragmentation region formed at the casing end and made in the form in the form open toroidal surface. The technical result is an increase in operating efficiency by preventing clogging of the nozzle gap and improving the quality of the spray of highly viscous liquids. The main disadvantage of such a device is that the parameters of the resonant cavity A depend on the type of fuel being sprayed and, therefore, when changing the type of fuel, it is necessary to change the design of the nozzle, which does not allow working on several types of fuel without stopping and changing the equipment.
Известно устройство для распыливания водоугольного топлива, предложенное в патенте RU 2492390 С2, F23D 11/16 (2006/01), опубликованном 06.10.2011. Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для распыливания перегретым паром или сжатым воздухом и сжигания в топках котлов водоугольных топлив. Форсунка для распыливания водоугольного топлива включает полый цилиндрический корпус с сопловым устройством - областью фрагментации - и установленные внутри корпуса с кольцевым зазором топливный завихритель и излучатель, представляющие собой полые тела вращения с плоскими торцами. У топливного завихрителя на торце, обращенном к сопловому устройству, выполнен кольцевой выступ по внутреннему диаметру, и у излучателя на торце, обращенном к сопловому устройству, также выполнен кольцевой выступ по внутреннему диаметру, а лобовая часть соплового устройства выполнена в виде усеченного конуса. Изобретение обеспечивает высокую степень подготовки топлива во внутренней полости форсунки за счет увеличения времени пребывания топлива в области его взаимодействия с распылителем, интенсивного дробления капель топлива сверхзвуковыми струями распылителя, вытекающими из каналов. Основной недостаток такого способа заключается в наличии взаимодействия сверхзвуковых струй со стенками калиброванных отверстий соплового устройства, что приводит к их ускоренном износу (особенно при использовании суспензионного топлива) и, как следствие, к снижению долговечности устройства.A device for atomizing water-carbon fuel is proposed in the patent RU 2492390 C2, F23D 11/16 (2006/01), published on 10/06/2011. The invention relates to a power system and is intended for spraying with superheated steam or compressed air and burning water-coal fuels in boiler furnaces. The nozzle for spraying water-coal fuel includes a hollow cylindrical body with a nozzle device — a fragmentation region — and a fuel swirl and emitter installed inside the body with an annular gap, which are hollow bodies of revolution with flat ends. The fuel swirl at the end facing the nozzle device has an annular protrusion along the inner diameter, and the radiator at the end facing the nozzle device also has an annular protrusion along the inner diameter, and the frontal part of the nozzle device is made in the form of a truncated cone. The invention provides a high degree of fuel preparation in the internal cavity of the nozzle by increasing the residence time of the fuel in the area of its interaction with the atomizer, intensive crushing of fuel droplets by supersonic atomizer jets flowing from the channels. The main disadvantage of this method is the interaction of supersonic jets with the walls of the calibrated holes of the nozzle device, which leads to their accelerated wear (especially when using suspension fuel) and, as a result, to a decrease in the durability of the device.
Известна форсунка для насосного и пневматического распыливания топлива, предложенная в патенте RU 2378529 С2, F02M 47/00 (2006.01), F02B 39/00 (2006/01) опубликованном 10.04.2007, которая позволяет подготавливать к сжиганию все сорта жидкого топлива, легкого, тяжелого с добавлением угольной пыли и сжиженного газа и приблизиться при этом к наивыгоднейшему в термодинамическом отношении циклу Боде Роша. Предложенная форсунка содержит открытый сверху и снизу цилиндрический корпус, выполненный с круговым выступом, нажимной фланец, составляющий с корпусом одно целое, крышку корпуса, клапан конусный с канавкой в верхней части, седло клапана с выступом, штангу с отверстием на всю длину штанги, фиксаторы-ограничители вертикальных смещений, пустотелый со свободным пространством внутри поршень форсунки, цилиндр форсунки, распыливающие с отверстиями диски, образующие дырчатый лабиринт, гайку крепления дисков, штуцеры для сжатого воздуха и для входа топлива, электроприводные клапаны сжатого воздуха и регулирования и подачи топлива, овальный выступ на головке поршня, осевой компрессор, ресивер сжатого воздуха, топливный бак. Привод форсунки осуществляется электроприводными клапанами путем воздействия на поршень для открытия и закрытия клапана и на топливо для его распыления сжатым воздухом или повышенным давлением самого топлива без сжатого воздуха, клапан соединен с помощью резьбы со штангой и вставляется сверху вниз в корпус до упора выступа на седле и в корпусе. Фиксаторы-ограничители, ограничивающие величину вертикальных смещений при открытии и закрытии клапана, входят в канавку клапана и ввернуты в отверстия с резьбой в седле клапана. Размер выступающих в канавку фиксаторов меньше ширины канавки на клапане. Ограничитель хода поршня вставлен в корпус. Нижняя опорная часть корпуса установлена с возможностью свободного хода внутри корпуса форсунки и выполнена большего диаметра, чем другая часть ограничителя хода поршня, на нее установлена пружина, нижним концом опирающаяся на нижнюю опорную часть ограничителя хода поршня, а верхним концом прикасаемая к нижней плоскости поршня форсунки. Цилиндр форсунки вставлен в корпус, опирается на ограничитель хода поршня и прижимается крышкой корпуса. Прижимающая сила крышки действует через цилиндр на ограничитель хода поршня и на седло клапана. В пространство поршня вставлены распыливающие с отверстиями диски, образующие область фрагментации. Один из дисков имеет всю площадь в отверстиях, второй диск имеет отверстия только в центре, а первый сверху имеет отверстия по краям. В верхней части поршня нарезана резьба, в эту резьбу ввернута гайка, прижимающая диски. В крышке цилиндра выполнено два отверстия с резьбой, в одно из которых ввернут штуцер для сжатого воздуха, а в другое ввернут штуцер для входа топлива. Отверстия с резьбой и отверстия в штуцерах представляют собой топливоподводящий и воздухоподводящий каналы. Электроприводной клапан для регулирования и подачи топлива установлен на трубопроводе для подачи топлива непосредственно около штуцера для подачи топлива. Электроприводной клапан для подачи и регулирования сжатого воздуха установлен на воздухопроводе.Known nozzle for pumping and pneumatic spraying of fuel, proposed in patent RU 2378529 C2, F02M 47/00 (2006.01), F02B 39/00 (2006/01) published April 10, 2007, which allows you to prepare for burning all grades of liquid fuel, light, heavy with the addition of coal dust and liquefied gas and at the same time approach the Bode Roche cycle, which is the most thermodynamically favorable. The proposed nozzle contains a cylindrical body open at the top and bottom, made with a circular protrusion, a pressure flange that is integral with the body, the body cover, the cone valve with a groove in the upper part, the valve seat with a protrusion, a rod with a hole for the entire length of the rod, clamps vertical displacement limiters, hollow with free space inside the nozzle piston, nozzle cylinder, discs spraying with holes, forming a hole labyrinth, disk mounting nut, fittings for compressed air and Fuel stroke electrically driven valves and compressed air regulation and fuel supply, an oval projection on the piston head, the axial compressor, the compressed air receiver tank. The nozzle is driven by electric valves by acting on the piston to open and close the valve and on the fuel to be sprayed with compressed air or high pressure of the fuel itself without compressed air, the valve is connected with a rod to the rod and inserted into the housing from top to bottom until the protrusion on the seat and in the case. Latching stops limiting the amount of vertical displacement when opening and closing the valve enter the valve groove and are screwed into the threaded holes in the valve seat. The size of the tabs protruding into the groove is smaller than the width of the groove on the valve. The piston stroke limiter is inserted into the housing. The lower support part of the housing is installed with the possibility of free running inside the nozzle body and is made of a larger diameter than the other part of the piston stroke limiter, a spring is installed on it, the lower end resting on the lower support part of the piston stroke limiter, and the upper end touching the lower plane of the nozzle piston. The nozzle cylinder is inserted into the housing, rests on the piston stroke limiter and is pressed against the housing cover. The clamping force of the cap acts through the cylinder on the piston stop and on the valve seat. Spraying discs with holes are inserted into the piston space, forming a fragmentation region. One of the disks has the entire area in the holes, the second disk has holes only in the center, and the first one has holes at the edges. A thread is cut in the upper part of the piston, a nut is pressed into this thread, which presses the discs. Two threaded holes are made in the cylinder cover, a fitting for compressed air is screwed into one of them and a fitting for fuel entry is screwed into the other. Threaded holes and holes in the fittings are fuel supply and air supply channels. An electric valve for regulating and supplying fuel is installed on the pipeline for supplying fuel directly near the nozzle for supplying fuel. An electric actuator valve for supplying and regulating compressed air is installed on the air duct.
В основе принципа работы предложенного устройства лежит взаимодействии потока воздуха, подаваемого от компрессора под большим давлением (20-30 атм) и потока топлива в узких каналах, что приводит к их ускоренному износу (особенно при использовании суспензионного топлива на основе угольной пыли) и, как следствие, к снижению долговечности устройства.The principle of the proposed device is based on the interaction of the air flow supplied from the compressor under high pressure (20-30 atm) and the fuel flow in narrow channels, which leads to their accelerated wear (especially when using suspension fuel based on coal dust) and, as consequence, to reduce the durability of the device.
Известно устройство для создания аэрозольных сред, предложенное в диссертационной работе Коровиной Н.В. «Создание аэрозольных сред с помощью автономных распылительный устройств, их эволюция и распространение в замкнутых объемах», в котором ударно-волновой распылитель имеет взрывную камеру, в которой расположен заряд взрывчатого вещества и порция распыливаемой жидкости, ограниченная мембранами. Истечение жидкости осуществляется из соплового отверстия, его ширина ограничена отражателем и краями корпуса. Объем взрывной камеры обозначим V1. Во взрывной камере объемом V1 за время около микросекунды срабатывает взрывчатое вещество. При этом образуются газы - продукты реакции, находящиеся под давлением. В жидкости под действием импульса от этих газов возникает и распространяется ударная волна. Газы выталкивают жидкость, действуя подобно поршню, через зазор (сопло) - область фрагментации. При этом обеспечивается полное вытеснение жидкости (этому способствует достаточно большая площадь сечения сопла).A device for creating aerosol media, proposed in the thesis by Korovina N.V. “The creation of aerosol media using autonomous spray devices, their evolution and propagation in confined spaces”, in which the shock wave atomizer has an explosive chamber in which an explosive charge and a portion of the atomized liquid limited by membranes are located. The outflow of fluid is carried out from the nozzle hole, its width is limited by the reflector and the edges of the housing. The volume of the blast chamber is denoted by V1. In an explosive chamber of volume V1, an explosive is triggered in about a microsecond. In this case, gases are formed - reaction products that are under pressure. In a liquid, under the influence of a pulse, a shock wave arises and propagates from these gases. Gases push the liquid, acting like a piston, through the gap (nozzle) - the area of fragmentation. This ensures complete displacement of the liquid (this is facilitated by a sufficiently large nozzle cross-sectional area).
В описанном выше ударно-волновом распылителе дробление происходит при выходе распыливаемой среды из сопла. Недостаток данного способа - однократное импульсное рапыливание жидкости.In the above-described shock wave sprayer, crushing occurs when the sprayed medium exits the nozzle. The disadvantage of this method is a single pulsed spraying of the liquid.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ распыливания топлива, описанный в работе «Результаты исследований распыливания водоугольного топлива пневмомеханическими форсунками» // Ю.А. Сенчурова, В.И. Мурко, В.И. Федяев, Д.А. Дзюба, Е.М. Пузырев / Энергетика (способ-прототип), и устройство для его реализации - форсунка АМГ-ВУТ-3750-45, изготовитель НПП «Внедрение», г. Казань (устройство-прототип).Closest to the proposed invention in technical essence is the method of atomization of fuel, described in the work "Results of studies of atomization of coal-water fuel pneumatic nozzles" // Yu.A. Senchurova, V.I. Murco, V.I. Fedyaev D.A. Dzyuba, E.M. Bubbles / Energy ( prototype method ), and the device for its implementation is the nozzle AMG-VUT-3750-45, manufacturer of the NPP "Implementation", Kazan ( prototype device ).
В способе-прототипе распыливание топлива осуществляется за счет газодинамического воздействия распыливающего агента (воздух, пар и т.п.) в области фрагментации на струю топлива, практически в момент ее выхода из канала подачи топлива. Существенный недостаток данного способа - необходимость создания значительной разницы скоростей между воздействующим потоком и топливом. Кроме того, распыление топлива в камере сгорания (реакторе) сложной геометрии может приводить к неконтролируемому оседанию топлива на стенки камеры и, как следствие, неконтролируемому изменению фазового и химического состава топливной смеси в камере сгорания (реакторе).In the prototype method, the fuel is sprayed due to the gas-dynamic effect of the spraying agent (air, steam, etc.) in the fragmentation area on the fuel stream, almost at the moment of its exit from the fuel supply channel. A significant disadvantage of this method is the need to create a significant speed difference between the acting stream and fuel. In addition, the spraying of fuel in a combustion chamber (reactor) of complex geometry can lead to uncontrolled sedimentation of fuel on the walls of the chamber and, as a result, to an uncontrolled change in the phase and chemical composition of the fuel mixture in the combustion chamber (reactor).
Предложенный способ-прототип осуществляют на устройстве-прототипе, содержащем корпус и аэромеханическую головку. В корпусе выполнен центральный канал подачи топлива и боковые каналы подачи распыливающего воздуха. В аэромеханической головке выполнен центральный канал подачи топлива и боковые профилированные каналы подачи воздуха. В выходном сечении центрального канала установлено расширяющее сопло - область фрагментации. Существенный недостаток устройства-прототипа - наличие в факеле распыла значительного числа крупных частиц с диаметром более 160 мкм (не менее 47%), что может приводить (особенно в случае использования суспензионных топлив) к увеличению времени горения, неконтролируемому оседанию топлива на стенки камеры и, как следствие, неконтролируемому изменению фазового и химического состава топливной смеси в камере сгорания (реакторе) сложной конфигурации.The proposed prototype method is carried out on a prototype device containing a housing and an aeromechanical head. A central fuel supply channel and lateral spray air supply channels are made in the housing. In the aeromechanical head, a central fuel supply channel and side profiled air supply channels are made. In the output section of the central channel, an expanding nozzle, a fragmentation region, is installed. A significant disadvantage of the prototype device is the presence of a significant number of large particles with a diameter of more than 160 μm (at least 47%) in the spray torch, which can lead (especially in the case of suspension fuels) to an increase in the burning time, uncontrolled sedimentation of the fuel on the chamber walls and, as a result, an uncontrolled change in the phase and chemical composition of the fuel mixture in the combustion chamber (reactor) of a complex configuration.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения является создание такого способа распыливания жидкости или среды на ее основе (эмульсии, суспензии и т.д.), который обеспечит получение факела со сверхтонким распылом.The objective of the invention is the creation of such a method of spraying a liquid or medium based on it (emulsion, suspension, etc.), which will provide a torch with ultra-thin spray.
Задачей изобретения является создание устройства для осуществления способа распыливания жидкости или среды на ее основе (эмульсии, суспензии и т.д.), которое обеспечит получение факела со сверхтонким распылом.The objective of the invention is to provide a device for implementing a method of spraying a liquid or medium based on it (emulsion, suspension, etc.), which will provide a torch with ultra-thin spray.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемыми: The solution to this problem is achieved by the proposed:
- способом, включающим подачу жидкости или среды на ее основе в область фрагментации, в котором поданная жидкость или среда на ее основе периодически подвергается воздействию сильной ударной волны с образованием факела со сверхтонким распылом; - a method comprising supplying a liquid or a medium based on it to a fragmentation region, in which a supplied liquid or a medium based on it is periodically exposed to a strong shock wave with the formation of a torch with ultra-thin spray;
Жидкость или среда на ее основе в область фрагментации подается непрерывно или импульсно любым известным способом.A liquid or a medium based on it is supplied to the fragmentation region continuously or pulsed in any known manner.
- устройством, включающим форсунку подачи жидкости или среды на ее основе, в котором дополнительно содержится импульсный генератор ударных волн с секцией ударно-волновой фрагментации, причем форсунка подачи жидкости или среды на ее основе установлена в секции ударно-волновой фрагментации импульсного генератора ударных волн. - a device comprising a nozzle for supplying a liquid or medium based on it, which further comprises a pulse shock wave generator with a shock wave fragmentation section, the nozzle for supplying a liquid or medium based on it is installed in the section of shock wave fragmentation of a pulse shock generator.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 приведена схема устройства, в котором реализован заявляемый способ (Т - струя жидкости или среды на ее основе; УВ - ударная волна).In FIG. 1 shows a diagram of a device in which the inventive method is implemented (T is a jet of liquid or a medium based on it; shock wave is a shock wave).
На фиг. 2а показана фотография факела водоугольной суспензии, истекающей из выходного сопла устройства-прототипа.In FIG. 2a shows a photograph of a plume of a water-coal slurry flowing out of the outlet nozzle of the prototype device.
На фиг. 2б показана фотография факела водоугольной суспензии, истекающего из выходного сопла предлагаемого устройства.In FIG. 2b shows a photograph of a plume of a water-coal slurry flowing from an outlet nozzle of the device of the invention.
Вариант осуществления изобретенияAn embodiment of the invention
На фиг. 1 приведена схема устройства, в котором реализован заявляемый способ. Устройство включает форсунку подачи жидкости или среды на ее основе (1), системы подачи окислителя (2), топлива (3) и зажигания (не показана) для импульсного генератора ударных волн (4), секцию ударно-волновой фрагментации (5) и систему управления ( не показана).In FIG. 1 shows a diagram of a device in which the inventive method is implemented. The device includes a nozzle for supplying a liquid or medium based on it (1), an oxidizer (2), fuel (3) and ignition (not shown) supply system for a pulsed shock wave generator (4), a shock-wave fragmentation section (5), and a system control (not shown).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
Распыливаемая жидкость или среда на ее основе непрерывно илиThe sprayed liquid or medium on its basis continuously or
циклически подается при помощи форсунки подачи жидкости или среды на ее основе (1) в секцию ударно-волновой фрагментации (5). Импульсный генератор ударных волн (4), работающий, например, на принципе, изложенном в патенте WO/2015/099553 А1, Способ измельчения и плавления снежно-ледяной массы и устройство для его реализации Е01Н 5/10 (2006.01), опубликованном 02.07.2015, периодически генерирует сильные ударные волны. В случае непрерывной подачи жидкости или среды на ее основе через форсунку (1) длина секции ударно-волновой фрагментации и частота генерации ударных волн должны быть такими, чтобы обеспечить фрагментацию жидкости или среды на ее основе, поданной через форсунку за время между двумя последующими ударно-волновыми импульсами. В случае циклической подачи жидкости или среды на ее основе через форсунку (1) частота работы импульсного генератора ударных волн (4) и частота работы форсунки (1) синхронизируются, причем длина секции ударно-волновой фрагментации должна обеспечить фрагментацию всей порции жидкости или среды на ее основе, поданной в одном цикле. Ударная волна выходит в секцию ударно-волновой фрагментации (5), где воздействует на струю жидкости или среды на ее основе. В результате ударно-волнового воздействия происходит аэродинамическая фрагментация струи жидкости или среды на ее основе с образованием факела со сверхтонким распылом в выходном сечении секции ударно-волновой фрагментации (5).is cyclically fed by means of a nozzle for supplying a liquid or a medium based on it (1) to a section of shock-wave fragmentation (5). A pulsed shock wave generator (4), operating, for example, on the principle described in patent WO / 2015/099553 A1, Method for grinding and melting snow-ice mass and a device for its
Приводим пример осуществления изобретения на опытном образце предлагаемого устройства, оснащенного регистрирующей аппаратурой.We give an example embodiment of the invention on a prototype of the proposed device, equipped with recording equipment.
Устройство включает импульсный генератор ударных волн, секцию ударно-волновой фрагментации и форсунку подачи водоугольной суспензии, а также системы подачи воздуха и топлива для питания импульсного генератора ударных волн и систему управления. Импульсный генератор ударных волн состоит из камеры сгорания внутренним диаметром 80 мм и длиной 170 мм, к которой последовательно присоединены ускоритель пламени внутренним диаметром 50 мм и длиной 790 мм и детонационная труба внутренним диаметром 50 мм и длиной 660 мм. Камера сгорания содержит смесительное устройство с обратным клапаном, устройство для подачи топлива и две автомобильные свечи зажигания, и присоединяется к системе подачи воздуха. На выходе из детонационной трубы установлена секция ударно-волновой фрагментации, выполненная в виде трубы внутренним диаметров 100 мм, изогнутой под углом 90° по отношению к продольной оси детонационной трубы импульсного генератора ударных волн. В поворотной части секции ударно-волновой фрагментации установлена форсунка подачи водоугольной суспензии таким образом, что направление подачи распыливаемой водоугольной суспензии совпадает с осью выходного сечения секции ударно-волновой фрагментации. В качестве топлива для импульсного генератора ударных волн использовался сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан), причем расходы воздуха и топлива выбирались такими, чтобы состав топливной смеси, заполняющей газодинамический тракт импульсного генератора ударных волн, был близок к стехиометрическому составу, а время подачи топлива задавали таким образом, чтобы обеспечить неполное заполнение детонационной трубы стехиометрической топливной смесью.The device includes a pulsed shock wave generator, a section of shock wave fragmentation and a nozzle for supplying a coal-water suspension, as well as an air and fuel supply system for supplying a pulsed shock wave generator and a control system. A pulsed shock wave generator consists of a combustion chamber with an internal diameter of 80 mm and a length of 170 mm, to which a flame accelerator with an internal diameter of 50 mm and a length of 790 mm and a detonation tube with an internal diameter of 50 mm and a length of 660 mm are connected in series. The combustion chamber contains a mixing device with a check valve, a fuel supply device and two automobile spark plugs, and is connected to an air supply system. At the exit from the detonation tube, a section of shock wave fragmentation is installed, made in the form of a pipe with an inner diameter of 100 mm, bent at an angle of 90 ° with respect to the longitudinal axis of the detonation tube of a pulsed shock generator. In the rotary part of the shock-wave fragmentation section, a nozzle for supplying a water-coal suspension is installed in such a way that the direction of supply of the sprayed water-coal suspension coincides with the axis of the output section of the section of shock-wave fragmentation. Liquefied petroleum gas (propane-butane) was used as fuel for the pulsed shock wave generator, and the air and fuel consumption were chosen so that the composition of the fuel mixture filling the gasdynamic path of the pulsed shock wave generator was close to the stoichiometric composition and the fuel supply time was set so as to ensure incomplete filling of the detonation tube with a stoichiometric fuel mixture.
На фиг. 2а и 2б приведены фотографии факелов распыла, полученных с помощью устройства-прототипа - форсунки АМГ-ВУТ-3750-45 (фиг. 2а) и с помощью предлагаемого устройства (фиг. 2б) для случая ударно-волнового воздействия с частотой генерации ударных волн 10 Гц. В обоих случаях расход водоугольной суспензии составлял 1 л/с. В случае ударно-волновой фрагментации водоугольной суспензии струя выглядит как облако водяного пара, что свидетельствует о высоком качестве распыливания. Анализ дисперсности потока частиц распыливаемой суспензии следовым методом показал, что в факеле до 95% составляют частицы диаметром около 10-15 мкм (главным образом, частицы угля, входящие в состав суспензии). Дальнобойность струи распыливаемой суспензии оказалась сопоставимой с дальнобойностью струи при обычном распыливании (около 5 м). Угол раскрытия факела увеличился до ~90° (вместо 30-60°).In FIG. 2a and 2b are photographs of spray torches obtained using the prototype device — the AMG-VUT-3750-45 nozzle (Fig. 2a) and using the proposed device (Fig. 2b) for the case of shock-wave action with a frequency of generation of shock waves 10 Hz In both cases, the flow rate of the water-coal suspension was 1 l / s. In the case of shock-wave fragmentation of a water-carbon suspension, the jet looks like a cloud of water vapor, which indicates a high atomization quality. An analysis of the dispersion of the particle flow of the sprayed suspension by the trace method showed that particles with a diameter of about 10-15 microns (mainly coal particles included in the suspension) constitute up to 95% of the flare. The range of the jet of the sprayed suspension was comparable to the range of the jet during conventional spraying (about 5 m). The torch opening angle increased to ~ 90 ° (instead of 30-60 °).
Таким образом, предложены способ и устройство для его реализации, обеспечивающие сверхтонкий распыл жидкости или среды на ее основе.Thus, the proposed method and device for its implementation, providing ultra-thin spray of a liquid or medium based on it.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112443A RU2644422C1 (en) | 2017-04-12 | 2017-04-12 | Method for ultra-fine spraying of liquid fuel and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112443A RU2644422C1 (en) | 2017-04-12 | 2017-04-12 | Method for ultra-fine spraying of liquid fuel and device therefor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2644422C1 true RU2644422C1 (en) | 2018-02-12 |
Family
ID=61226735
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017112443A RU2644422C1 (en) | 2017-04-12 | 2017-04-12 | Method for ultra-fine spraying of liquid fuel and device therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2644422C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU925413A1 (en) * | 1980-10-27 | 1982-05-07 | Ярославский политехнический институт | Spray automizer |
RU2127622C1 (en) * | 1997-09-22 | 1999-03-20 | Пахомов Георгий Борисович | Method of pulse spraying of liquid or powder, and device for its embodiment |
RU50221U1 (en) * | 2005-08-12 | 2005-12-27 | Общество с Ограниченной Ответственностью "БиКомсАвтоматик" | INSTALLATION AND DRYING COATINGS ON THE PRODUCT |
WO2015099553A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-07-02 | Некоммерческое Партнерство По Научной, Образовательной И Инновационной Деятельности "Центр Импульсного Детонационного Горения" | Method for crushing and melting a mass of snow and ice and device for implementing same |
-
2017
- 2017-04-12 RU RU2017112443A patent/RU2644422C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU925413A1 (en) * | 1980-10-27 | 1982-05-07 | Ярославский политехнический институт | Spray automizer |
RU2127622C1 (en) * | 1997-09-22 | 1999-03-20 | Пахомов Георгий Борисович | Method of pulse spraying of liquid or powder, and device for its embodiment |
RU50221U1 (en) * | 2005-08-12 | 2005-12-27 | Общество с Ограниченной Ответственностью "БиКомсАвтоматик" | INSTALLATION AND DRYING COATINGS ON THE PRODUCT |
WO2015099553A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-07-02 | Некоммерческое Партнерство По Научной, Образовательной И Инновационной Деятельности "Центр Импульсного Детонационного Горения" | Method for crushing and melting a mass of snow and ice and device for implementing same |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
РАСПЫЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ. КОРОВИНА Н. В., КУДРЯШОВА О. Б., ВОРОЖЦОВ Б. И., ШРАГЕР Э. Р. ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. 2013. Т.322. N 2, с. 167-171. * |
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСПЫЛЕНИЯ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКИМИ ФОРСУНКАМИ. СЕНЧУРОВА Ю.А., МУРКО В.И., ФЕДЯЕВ В.И., ДЗЮБА Д.А., ПУЗЫРЕВ Е.М. ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. 2008. Т. 312. N 4, с. 39-40. * |
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСПЫЛЕНИЯ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКИМИ ФОРСУНКАМИ. СЕНЧУРОВА Ю.А., МУРКО В.И., ФЕДЯЕВ В.И., ДЗЮБА Д.А., ПУЗЫРЕВ Е.М. ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. 2008. Т. 312. N 4, с. 39-40. РАСПЫЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ. КОРОВИНА Н. В., КУДРЯШОВА О. Б., ВОРОЖЦОВ Б. И., ШРАГЕР Э. Р. ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. 2013. Т.322. N 2, с. 167-171. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4464314A (en) | Aerodynamic apparatus for mixing components of a fuel mixture | |
US7571598B2 (en) | Plasma torch for ignition, flameholding and enhancement of combustion in high speed flows | |
EP1992875B1 (en) | Fuel nozzle | |
CA2239013C (en) | Ultrasonic liquid fuel injection apparatus and method | |
EP2831406B1 (en) | Injection of heavy and particulate laden fuels | |
RU2353854C2 (en) | Mechanical atomiser | |
GB2096911A (en) | Atomizer | |
CN110594041B (en) | Self-oscillation nozzle for atomizing granular gel-containing propellant of ramjet engine | |
RU2644422C1 (en) | Method for ultra-fine spraying of liquid fuel and device therefor | |
EP1343969A2 (en) | Apparatus and method to selectively microemulsify water and other normally immiscible fluids into the fuel of continuous combustors at the point of injection | |
WO2002052194A1 (en) | Ultrasonically enhanced continuous flow fuel injection apparatus and method | |
JPH0550646B2 (en) | ||
RU2615618C1 (en) | Fuel jet of gas turbine engine | |
JPS63218273A (en) | Liquid atomizer | |
RU2390386C1 (en) | Pneumatic nozzle | |
RU2324879C1 (en) | Csf type spray drier with counter-swirl flows | |
RU2799259C1 (en) | Nozzle for spraying viscous liquids | |
AU2013211482B2 (en) | Injection of heavy and particulate laden fuels | |
SU1059349A1 (en) | Centrifugal atomizer | |
RU2348823C2 (en) | Method for spraying of liquid hydrocarbon fuel and spraying nozzle | |
RU2103601C1 (en) | Acoustic injector | |
SU1333961A1 (en) | Injector | |
RU2492390C2 (en) | Nozzle "flare-haunch" for spraying of water-coal fuel | |
RU1773295C (en) | Acoustic nozzle | |
KR870001848Y1 (en) | Oil-water mixing burner |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190413 |