Результат интеллектуальной деятельности: РОТАЦИОННАЯ ГОРЕЛКА ДЛЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к ротационным горелкам, предназначенным для подачи жидкого (предпочтительно тяжелого) топлива, отработанного масла и воздуха в топки котлов, и может быть использовано в различных отраслях, где используются топливосжигающие устройства.

Известна ротационная форсунка (SU №781496, F23D 11/06, 1975), предназначенная для распыливания и сжигания жидкого, преимущественно вязкого, топлива, содержащая корпус с воздухоподводящим патрубком и ротор с топливопроводом и распылителем, соосно которому установлен на полом валу вентилятор. К полому валу с укрепленным на нем вентилятором и топливопроводу с укрепленным на нем распылителем подключен привод, обеспечивающий их вращение в противоположные стороны.

Закрутка воздуха вентилятором в сторону, противоположную вращению пелены топлива, повышает качество его распыливания, однако не обеспечивает необходимой для полного сгорания топлива степени диспергирования. Вместе с тем недостатком данной форсунки является некомпактность конструкции, обусловленная выполнением привода.

Известна также ротационная горелка для жидкого топлива, содержащая корпус, в полости которого установлен с возможностью вращения от привода полый вал, один конец которого связан с узлом топливоподачи, а на втором конце смонтирован соосно валу распыливающий стакан, в объем которого открыт выходной конец полого вала, снабженный разбрызгивающей гайкой, и рабочее колесо вентилятора подачи первичного воздуха, жестко закрепленное на полом валу в полости кожуха, выпускной патрубок которого коаксиально охватывает распыливающий стакан, а тыльная сторона которого снабжена воздухоподводящим каналом, при этом горелка снабжена средством подачи вторичного воздуха (RU 2083921, F23D 11/04, 1997).

В известной горелке усложнена конструкция системы подачи воздуха, включающая наличие специального вентилятора для подачи вторичного воздуха, горелка имеет весьма значительные габариты, обусловленные конструктивным решением привода, при этом в конструкции применено большое количество быстроизнашивающихся деталей, что обусловливает недостаточную надежность и долговечность работы устройства. Кроме того, в условиях сжигания высоковязких тяжелых топлив не обеспечивается достаточная степень их диспергирования.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является обеспечение стабильности параметров распыла высоковязкого тяжелого топлива и приближение к стехиометрическому выгоранию топлива, т.е. снижению коэффициента избытка воздуха.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении качественного распыла высоковязкого тяжелого топлива, при увеличении продолжительности периодов эксплуатации горелки между чистками распыливающего стакана.

Поставленная задача решается тем, что ротационная горелка для жидкого топлива, содержащая корпус, в полости которого установлен с возможностью вращения от привода полый вал, один конец которого связан с узлом топливоподачи, а на втором конце смонтирован соосно валу распыливающий стакан, в объем которого открыт выходной конец полого вала, снабженный разбрызгивающей гайкой, и рабочее колесо вентилятора подачи первичного воздуха, жестко закрепленное на полом валу в полости кожуха, выпускной патрубок которого коаксиально охватывает распыливающий стакан, а тыльная сторона которого снабжена воздухоподводящим каналом, при этом горелка снабжена средством подачи вторичного воздуха, отличается тем, что полый вал выполнен с возможностью вращения с частотой 7500-8000 об/мин, при этом полый вал установлен в подшипниках, размещенных в масляной ванне, установленной в полости корпуса соосно полому валу, поверхность рабочего колеса подачи первичного воздуха, обращенная к распыливающему стакану, снабжена цилиндрическим выступом, соосным с осью вращения полого вала, причем днище распыливающего стакана снабжено выступом, с цилиндрической выточкой в торце, выполненной с возможностью плотной посадки на цилиндрический выступ рабочего колеса подачи первичного воздуха, при этом тыльная сторона разбрызгивающей гайки снабжена кольцевой канавкой, внешний бортик которой выполнен с возможностью плотного прилегания к поверхности дна распыливающего стакана, причем в днище распыливающего стакана выполнено сквозное отверстие с возможностью сообщения полости кольцевой канавки и полости кожуха рабочего колеса вентилятора подачи первичного воздуха, кроме того, в объеме разбрызгивающей гайки, в промежутках между разбрызгивающими отверстиями, выполнены, предпочтительно, равноудаленные друг от друга сквозные воздухонаправляющие отверстия, продольные оси которых ориентированы вдоль оси симметрии разбрызгивающей гайки, предпочтительно, под углом к поверхности распыливающего стакана. Кроме того, распыливающий стакан установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения по ступице рабочего колеса вентилятора и закреплен разбрызгивающей гайкой посредством резьбового соединения с возможностью замены распыливающего стакана одной длины и/или конусности на распыливающий стакан другой длины и/или конусности. При этом на внутренней поверхности кожуха рабочего колеса вентилятора подачи первичного воздуха, со стороны выпускного патрубка, выполнены спрямляющие направляющие потока первичного воздуха. Кроме того, направляющие потока первичного воздуха выполнены радиально изогнутыми в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса вентилятора. Кроме того, канал подвода вторичного снабжен успокоителем движения воздуха и выполнен с возможностью подвода в него дымовых газов.

Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:

Признаки «…полый вал, выполнен с возможностью вращения с частотой не менее 7500-8000 об/мин…» обеспечивают качественное распыливание высоковязких тяжелых топлив за счет повышения энергетических характеристик распылителя.

Признаки «…полый вал установлен в подшипниках, размещенных в масляной ванне, установленной в полости корпуса соосно полому валу…» обеспечивают эффективное охлаждение корпуса и масла для поддержания заданной температуры подшипников, работающих в тяжелом скоростном режиме.

Признаки «…поверхность рабочего колеса подачи первичного воздуха, обращенная к распыливающему стакану, снабжена цилиндрическим выступом, соосным с осью вращения полого вала, при этом днище распыливающего стакана снабжено выступом, с цилиндрической выточкой в торце, выполненной с возможностью плотной посадки на цилиндрический выступ рабочего колеса подачи первичного воздуха…» обеспечивают надежную фиксацию распыливающего стакана на конце рабочего колеса подачи первичного воздуха, и, соответственно, на полом валу, несмотря на высокую скорость его вращения.

Признаки «…тыльная сторона разбрызгивающей гайки снабжена кольцевой канавкой, внешний бортик которой выполнен с возможностью плотного прилегания к поверхности дна распыливающего стакана…» обеспечивают образование кольцевого «воздухораспределяющего» канала на стороне разбрызгивающей гайки, обращенной к днищу распыливающего стакана, после сборки устройства и поджатия разбрызгивающей гайки к поверхности дна распыливающего стакана.

Признаки «…в днище распыливающего стакана выполнено сквозное отверстие с возможностью сообщения полости кольцевой канавки и полости кожуха рабочего колеса вентилятора подачи первичного воздуха…» обеспечивают подвод воздуха в кольцевой «воздухораспределяющий» канал из полости кожуха рабочего колеса вентилятора подачи первичного воздуха.

Признаки «…в объеме разбрызгивающей гайки…. выполнены, сквозные… воздухонаправляющие отверстия, продольные оси которых ориентированы вдоль оси симметрии разбрызгивающей гайки…» обеспечивают вывод воздуха из кольцевого «воздухораспределяющего» канала в полость распыливающего стакана.

Признаки, указывающие, что в объеме разбрызгивающей гайки сквозные воздухонаправляющие отверстия «размещены в промежутках между разбрызгивающими отверстиями» исключают преждевременное смешение топлива и воздуха, поступающего через воздухонаправляющие отверстия.

Признаки, указывающие, что сквозные воздухонаправляющие отверстия «выполнены, предпочтительно, равноудаленными друг от друга» обеспечивают равномерное распределение воздуха, поступающего через воздухонаправляющие отверстия по периметру внутренней поверхности распыливающего стакана.

Признаки, указывающие, что продольные оси сквозных воздухонаправляющих отверстий «ориентированы вдоль оси симметрии разбрызгивающей гайки, предпочтительно, под углом к поверхности распыливающего стакана» обеспечивают равномерное распределение воздуха, поступающего через воздухонаправляющие отверстия по периметру внутренней поверхности распыливающего стакана и, кроме того, обеспечивают увеличение длины обдуваемой зоны его внутренней поверхности для более резкого снижения температуры поверхности стакана при его остановке и уменьшении нагара на его поверхности.

Признаки второго пункта формулы изобретения обеспечивают возможность «варьирования» рабочих параметров процесса распыления топлива с целью его оптимизации под конкретные технико-технологические условия (тип и вязкость топлива, производительность, тонкость распыла и т.п.).

Признаки третьего пункта формулы изобретения позволяют убрать «завихрения», т.е. сопротивление, потока первичного воздуха.

Признаки четвертого пункта формулы изобретения конкретизируют форму направляющих лопаток.

Признак «…канал подвода вторичного воздуха снабжен успокоителем движения воздуха и выполнен с возможностью подвода в него дымовых газов…» обеспечивает эффективное перемешивание подаваемого вторичного воздуха с топочными газами, что позволяет повысить температуру подаваемого воздуха и КПД котельной установки в целом..

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид горелки (продольный разрез), а на фиг.2 - распыливающий узел А в увеличенном размере.

На чертежах показаны корпус 1, полый вал 2, узел топливоподачи 3, распыливающий стакан 4, разбрызгивающая гайка 5, рабочее колесо 6 вентилятора подачи первичного воздуха, кожух 7, регулируемый выпускной патрубок 8, воздухоподводящий канал 9, средством подачи вторичного воздуха 10, подшипники 11, масляная ванна 12, цилиндрические выступы 13 и 16, ось 14 вращения полого вала 2, днище 15 распыливающего стакана 4, разбрызгивающие отверстия 17, кольцевая канавка 18, бортик 19, сквозное отверстие 20, воздухонаправляющие отверстия 21, их продольные оси 22, фурма 23, электропривод 24, сливная трубка 25, направляющие 26 потока первичного воздуха, каналы 27 и 28 подвода первичного и вторичного воздуха, завихритель 29 движения воздуха. На чертежах также показаны регулирующие шибера 30 и 31 первичного и вторичного воздуха, успокоитель 32.

Ротационная горелка для жидкого топлива (см. фиг.1) содержит корпус 1, в полости которого установлен с возможностью вращения от привода полый вал 2, один конец которого связан с узлом топливоподачи 3, а на втором конце смонтирован соосно валу распыливающий стакан 4, в объем которого открыт выходной конец полого вала 2, снабженный разбрызгивающей гайкой 5, и рабочее колесо 6 вентилятора подачи первичного воздуха, жестко закрепленное на полом валу 2 в полости кожуха 7, снабженного на конце регулирующим выпускным патрубком 8 коаксиально охватывающего распыливающий стакан 4, тыльная сторона которого связана воздухоподводящим каналом 9 с полостью кожуха 7. При этом горелка снабжена средством подачи вторичного воздуха 10 (вентилятором подачи вторичного воздуха).

Полый вал 2 выполнен с возможностью вращения с частотой 7500 -8000 об/мин (теоретические исследования, показали, что дальнейшее повышение числа оборотов не приводит к уменьшению дисперсности распыла, вызывая рост энергозатрат). Полый вал 2 установлен в подшипниках 11, размещенных в масляной ванне 12, установленной в полости корпуса 1 соосно полому валу.

Распыливающий стакан 4 (см. фиг.2) расположен в полости регулирующего выпускного патрубка 8 (выполненного в виде конуса), установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения по ступице рабочего колеса 6 вентилятора подачи первичного воздуха и закреплен разбрызгивающей гайкой 5, посредством резьбового соединения с возможностью замены распыливающего стакана 4 одной длины и/или конусности на распыливающий стакан другой длины и/или конусности, причем регулирующий выпускной патрубок 8 коаксиально охватывает распыливающий стакан 4, а его тыльная сторона обращена к топке котла. Поверхность рабочего колеса 6 вентилятора подачи первичного воздуха, обращенная к распыливающему стакану 4, снабжена цилиндрическим выступом 13, соосным с осью 14 вращения полого вала 2, при этом днище 15 распыливающего стакана 4 снабжено выступом 16, с цилиндрической выточкой в торце, выполненной с возможностью плотной посадки на цилиндрический выступ 13 рабочего колеса 6 вентилятора подачи первичного воздуха. В стенке разбрызгивающей гайки 5 выполнены, предпочтительно, равноудаленные друг от друга разбрызгивающие отверстия 17. Тыльная сторона разбрызгивающей гайки 5 снабжена кольцевой канавкой 18, внешний бортик 19 которой выполнен с возможностью плотного прилегания к обращенной к нему поверхностью днища 15 распыливающего стакана 4. В днище 15 распыливающего стакана 4 выполнены сквозные отверстия 20 с возможностью сообщения полости кольцевой канавки 18 и полости кожуха 7 рабочего колеса 6 вентилятора подачи первичного воздуха. В объеме разбрызгивающей гайки 5, в промежутках между разбрызгивающими отверстиями 17 выполнены, предпочтительно, равноудаленные друг от друга сквозные воздухонаправляющие отверстия 21, продольные оси 22 которых ориентированы вдоль оси симметрии разбрызгивающей гайки 5, совпадающей с продольной осью 4 приводного полого вала 2, предпочтительно, под углом к поверхности распыливающего стакана 4, что в конечном итоге, при подаче через них воздуха, приводит к охлаждению распыливающего стакана 1 от температурного напора из топки котла и снижению нагара во время эксплуатации и вывода котла из рабочего состояния.

Ротационное горелочное устройство (РГУ) (фиг.1) устанавливают на фурме 23, а на РГУ установлен электропривод 24. На корпусе 1 ротационного горелочного устройства расположены трубка налива свежего масла (на чертеже не показана) и сливная трубка 25 отработанного масла. На фурме 23 расположены установочная труба фотоэлемента, а также установочная труба подвода электродов для розжига топлива и труба для визуального наблюдения (на чертеже не показаны). На внутренней поверхности кожуха 7 рабочего колеса 6 вентилятора подачи первичного воздуха, со стороны выпускного регулируемого патрубка 8, выполнены спрямляющие направляющие 26 потока первичного воздуха, выполненные радиально изогнутыми в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса 6 вентилятора подачи первичного воздуха. Канал подвода 28 вторичного воздуха снабжен завихрителем 29 движения воздуха и выполнен с возможностью подвода рециркуляции в него дымовых газов.

Устройство работает следующим образом.

Жидкое топливо, подогретое до температуры (80…90)°С (в зависимости от вязкости топлива и его марки), под избыточным давлением (1,0… 3,0) кгс/см² подают через узел топливоподачи 3 во внутреннюю полость разбрызгивающей гайки 5, откуда она разбрызгивается на поверхность конусного распыливающего стакана 4. При вращении полого вала 2 от электропривода 24, а следовательно, вращении разбрызгивающей гайки 5 и рабочего колеса 6 вентилятора подачи первичного воздуха, под действием центробежной силы топливо равномерно распределяется по стенке распыливающего стакана 4 в тонкую пленку и, благодаря конусности, подается на край распыливающего стакана 4, стекая равномерно с определенной дисперсностью, где подхватывается струей первичного воздуха, поступающего в щель между распыливающим стаканом 4 и регулирующим выпускным патрубком 8 (первичный поток воздуха нагнетается лопастями рабочего колеса 6 вентилятора подачи первичного воздуха и закручен за счет воздействия направляющих 26). Воздух на всасывание рабочим колесом 6 вентилятора подачи первичного воздуха подают по каналу 27 подвода первичного воздуха через регулирующий шибер 30. Происходит интенсивное распыливание топлива, при этом полученную мелкодисперсную составляющую топлива подают в зону образования факела и горения. Окончательно горючая смесь образуется путем смешивания объема распыленного жидкого топлива (полученного вследствие «работы» первичного воздуха, подаваемого рабочим колесом 6 вентилятора) и объема вторичного воздуха, нагнетаемого вентилятором подачи вторичного воздуха 10. Вторичный воздух, проходя по каналу 28, минуя регулирующий шибер 31, завихритель 29 движения воздуха и успокоитель 32, поступает в топку и окончательно формирует факел горения топлива. Количественную часть топливной составляющей, подающейся на горение для заданной производительности котельной установки, регулируют топливным клапаном, находящимся в узле 3 топливоподачи (на чертеже не показан).

Устойчивость и качество горения пламени достигаются оптимальными пропорциями подачи топлива, скорости первичного воздуха (создающего факел) и количеством вторичного воздуха, для поддержания минимального коэффициента избытка воздуха, а регулировкой шибера дымососа котла (на чертеже не показан) устанавливают длину и угол раскрытия факела пламени.

Предлагаемая конструкция горелки обеспечивает устойчивое пламя при сжигании любых видов топлива, включая высоковязкие, при этом происходит практически полное сгорание тяжелых высоковязких топлив, что обуславливает экономичность заявленной горелки по сравнению с известными конструкциями до 5%. Конструкция характеризуется простотой, надежностью, отсутствием быстроизнашивающихся узлов и деталей, ремонт горелки практически сводится к своевременной замене подшипников качения и сальников (покупных изделий). Возможность установки сменных стаканов и сопла делает данную горелку универсальной, позволяет применять в технологических и отопительных котлах, а также в составе зерносушильных агрегатов, при подготовке асфальтовых смесей, при обжиге кирпича и т.п.