ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория расчета пневматических форсунэк из "Сжигание тяжелых жидких топлив" В технической литературе все пневматические и паровые форсунки принято делить на две группы в зависимости от давления распыливающего агента — низконапорные с использованием вентиляторного воздуха давлением 300—700 мм вод. ст. и высоконапорные с давлением 1—6 кПсм . В конструктивном отношении эти форсунки отличаются соответствующим соотношением размеров проходных сечений, а по принципиальным схемам обе группы форсунок можно рассматривать совместно. По относительному движению потоков топлива и воздуха (пара) форсунки подразделяются на прямоструйные с попутным потоком, встречные и вихревые. В зависимости от способов распыливания различают одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые форсунки. К одноступенчатым форсункам с попутным потоком относится форсунка Шухова, нашедшая в свое время большое применение (рис. 96, а). К этой же группе следует отнести низконапорную форсунку Роквелла (см. рис. 96, б), в которой для обеспечения значительно большего расхода воздуха существенно увеличены размеры воздушного тракта. В форсунке Данилина, Лапиных [213 ] и в ряде других по внутреннему каналу подается воздух (или пар), а по наружному (кольцевому)—топливо (рис. 97). Варианты форсунок такого типа различаются формой топливного канала и системой подачи воздуха — сплошной струей или через отдельные отверстия, как в форсунке Лапиных (см. рис. 97, б). [c.209] Для улучшения условий взаимодействия топливного и воздушного потоков в ряде схем пневматических форсунок предусмотрено взаимно перпендикулярное и даже встречное направление потоков. В простейшем случае подача топлива осуществляется через сверления по периферии внутренней трубки при заглушенном торцовом отверстии (рис. 100). По этой схеме изготовляются высоконапорные и низконапорные форсунки [215]. В форсунках ФДМ, ФДБ [216] и ряде других изменение угла встречи топлива с воздухом достигается за счет направления воздушного потока навстречу или поперек топливной струи, движущейся в центральном канале по оси форсунки. [c.212] Дальнейшее конструктивное развитие пневматическое распыливание получило в форсунках двухстороннего подвода воздуха, в которых последний подается внутрь топливной струи и снаружи. При этом ШИЦ достигается наибольшая поверхность соприкосновения топлива с распыливающим агентом. [c.213] По такому принципу работает форсунка, установленная в газотурбинном локомотивном двигателе фирмы Дженераль Электрик [187]. Выходное сопло этой форсунки (рис. 102, б) выполнено в форме кольцевой щели, которую образуют корпус и расположенный в центре стержень с диском. Воздух подается вдоль стержня и по переферии, топливо поступает в камеру закручивания через шесть тангенциальных отвер- Рд(. 0l Форсунка А. И. Карабина. [c.213] Форсунка Катина состоит из четырех цилиндров (рис. 103). Распылителем в ней является пар, который поступает с обеих сторон топливной струи. Кроме того, через центральный (четвертый) канал подается воздух. [c.214] Наиболее совершенной конструкцией форсунки, обеспечивающей наилучшие условия передачи энергии распылителя топливу, следует считать форсунку, в которой предусмотрены двухсторонний подвод распылителя и закручивание всех трех потоков. [c.214] Такая форсунка в зависимости от степени закручивания потоков может подать топливо с любым углом факела. Двухсторонняя подача воздуха способствует лучшему перемешиванию и повышает качество распыливания. Эта форсунка может быть рассчитана на воздух как высокого, так и низкого давления. [c.215] В целях создания сверхкритических скоростей истечения топливо-воздушной смеси изготовляют форсунки с выходным соплом Лаваля. Однако это сопло рассчитано только на определенный диапазон расходов. В настоящее время предложены конструкции форсунок с соплом переменного сечения [217], которое в одной проекции имеет прямоугольный профиль, в другой — форму сопла Лаваля с подвижными стенками, перемещением которых с помощью рычагов можно изменять проходное сечение в широких пределах (рис. 104). Установкой поворотных лопаток в форсунках Карабина обеспечивается возможность изменения угла факела. Однако такие универсальные форсунки сложны в изготовлении. Как правило, нет необходимости регулировать факел по всем параметрам (расходу, углу, дисперсности, дальности). Для условий работы форсунки в топочных устройствах обычно достаточно иметь возможность отрегулировать расход топлива при неизменном расходе и скорости воздуха, соответствующих оптимальной тонкости распыливания топлива. Снижение расхода топлива при неизменных параметрах и расходе распыливающего воздуха (или другого распылителя) будет способствовать улучшению качества распыливания. [c.215] Обычно скорость топлива в пневматических форсунках не превышает 4 м/сек. [c.217] В уравнениях (5. 96) и (5. 97) неизвестна площадь сечения для прохода воздуха. Соотношение геометрических размеров воздушного и топливного сечения, следовательно и площадь воздушных проходов, определяется условием взаимодействия воздушного и топливного потоков. [c.218] Рассмотрим схему пневматической форсунки (см. рис. 97, а), в которой распыливающий воздух подается внутрь топливной струи. Предположим, что до момента взаимодействия оба потока имеют равномерное распределение скоростей по радиусам. При соприкосновении воздушного и топливного потоков внутренний слой последнего подвергается динамическому воздействию воздушного потока вследствие различия в скоростях. В результате этого воздействия пограничный слой топливной струи приобретает дополнительную энергию от слоя воздуха и разрушается. Аналогичное воздействие образовавшаяся топливо-воздушная смесь оказывает на последующий слой (см. гл. 3 п. 12). [c.218] Предложенные уравнения могут служить для ориентировочного определения размеров форсунки, так как принимаемое в расчетах расстояние, на котором заканчивается процесс распыливания. несколько условно. [c.220] При распыливании топлива форсунками Шухова, Роквелла и других (см. рис. 96) воздушный поток воздействует на топливную струю с поверхности, с другой стороны воздушный поток соприкасается с окружающим воздухом (см. рис. 106, б) и передает ему часть своей энергии, которая может быть отнесена к потерям (так как не идет на дробление струи). [c.220] Пограничная область топливо-воздушной и однородной воздушной струи ограничивается линиями скоростей, равными нулю и ядру потока. Считаем, что дробление топлива оканчивается на начальном участке при исчезновении ядра потока, т. е. когда вся топливная струя размыта воздухом. [c.220] По опытным данным, полученным при исследовании воздушных струй, коэффициент а изменяется от 0,066 до 0,076. Принимая среднее значение 0,07, получим = 1,61 г,.. На практике соотношение RJr изменяется в диапазоне от 1,5 до 15 [18 ], с уменьшением напора (скорости) оно увеличивается. Для улучшения взаимодействия воздушного и топливного потоков воздушные выходные сечения делаются такими, чтобы воздушная струя ударяла под некоторым углом, а не параллельно. Кроме того, для уменьшения расхода воздуха и сокращения вынужденных потерь, обусловленных взаимодействием с окружающим воздухом, топливное сопло несколько утоплено и находится внутри форсунки (см. рис. 106, б, линии 3 п 4). [c.222] Приведенная методика расчета двух систем пневматических форсунок может служить для ориентировочного определения размеров топливного и воздушного сечения. Коэффициент р позволяет оценить совершенство форсунки по энергетическим затратам. [c.225] Рассмотрев эти две принципиальные схемы форсунок, мы видим, что улучшать качество распыливания путем увеличения удельного расхода топлива можно до определенных границ. Поэтому в случае необходимости еще более улучшить распыливание следует повысить скорость воздуха, что может быть осуществлено при соответствующем увеличении параметров распыливающего воздуха. Другой путь улучшения качества распыливания при тех же параметрах воздуха заключается в увеличении поверхности взаимодействия потоков топлива и воздуха. Этот путь осуществляется, например, в форсунках с двухсторонним подводом воздуха (внутри и снаружи топливной струи). Для того чтобы определить оптимальные соотношения размеров трех сечений (два воздушных и одно топливное), примем, что это соответствует условию пересечений линий пограничных зон от внешнего и внутреннего воздействия воздуха в одном сечении (см. рис. 106, в). [c.225] При подаче воздуха под высоким давлением в большинстве случаев нет необходимости обеспечивать предельное соотношение расходов, так как качество распыливания в большей степени зависит ет скорости, чем от расхода. Это ясно из уравнения энергии, в которое скорость входит в квадрате, а расход — в первой степени. [c.226] Показатель степени по нашим опытам и по опытам ряда других исследователей колеблется от 1,1 до 0,4. [c.227] Испытания низконапорных форсунок, проведенные авторами в промышленных условиях, дали возможность получить следующие значения коэффициента, характеризующего использование энергии воздуха на распыливание для прямоструйных форсунок ФООМ — 0,18—0,25 для форсунок встречных потоков ФДМ — 0,35—0,40 ФДБ — 0,40—0,43 и для турбулентных форсунок Карабина 0,55—0,66 [2171. [c.227] Вернуться к основной статье