книги из ГПНТБ / Кулагин Л.В. Форсунки для распыливания тяжелых топлив

метры капель тем меньше, чем больше скорость движения пленки. При этом влияние скорости, а следовательно, и давления подачи на медианный диаметр капель обратно пропорционально величине W0'1. Уменьшение скорости пленки приводит к увеличению константы распределе­ ния, а следовательно, и изменению функции распределе­ ния капель. Степень влияния давления подачи меняется с выбором конструкции распылителя и режима ее работы. Как видно из выражений (72) и (73), для распылителей, приводящих к значительным гидравлическим сопротив­ лениям, необходимая тонкость распыливания капель и спектр их распределения достигаются соответственно повышением перепада давления на форсунке или сни­ жением вязкости жидкости.

Конструктивные особенности распылителя влияют также на величины момента количества движения и дав­ ления топлива. Так, с повышением вязкости жидкости растут потери момента количества движения, которые приводят к уменьшению живого сечения сопла, а следо­ вательно, к увеличению коэффициента расхода и толщины пленки и уменьшению угла факела. Одновременно с повы­ шением вязкости жидкости растут и гидравлические потери, которые приводят к снижению давления топлива

от соотношения этих потерь коэффициент расхода, угол факела и толщина пленки растут или падают, а иногда остаются неизменными по величине.

При заданных значениях скорости и толщины пленки влияние вязкости на медианный диаметр капель оцени­ вается величиной, пропорциональной коэффициенту кине­

ния константы распределения. При этом дробление струи происходит на большем расстоянии от сопла.

Приведенный анализ влияния ряда факторов на основ­ ные показатели работы форсунок в первом приближении может быть использован при расчете и конструировании одноступенчатых центробежных форсунок, близких по конструкции к рассмотренным.

90

форсунками или выключением части распыливателей из работы. Увеличить диапазон регулирования можно и путем конструктивных изменений распылителя. С этой целью сечения входных каналов или сопла выполняют регулируемыми. В котельных агрегатах малой мощности иногда паропроизводительность меняется в результате замены распылителей.

В крупных энергетических установках при использо­ вании одноступенчатых центробежных форсунок при­

с изменением нагрузки нижний предел давления уста­ навливается в зависимости от производительности фор­ сунки. Так, по рекомендации ЦКТИ (Центрального научно-исследовательского и проектно-конструкторского котлотурбинного института им. И. И. Ползунова) и ВТИ (Всесоюзного теплотехнического института им. Дзер­ жинского) для механических форсунок производитель­ ностью до 500 кг/ч недопустимо снижать давление ниже 0,7 МН/м2 , для форсунок производительностью от 500 до 1500 кг/ч ниже 0,8 МН/м2 , а для форсунок с расходами свыше 1500 кг/ч — ниже 1,0 МН/м2 . Дальнейшие сни­ жения давлений приводят к весьма резким увеличениям

91

Анализ этих формул показывает, что на значения характеристического диаметра фракций и константы распределения в основном можно повлиять, изменяя скорость пленки на выходе из сопла, диаметр сопла, эквивалентную действующую характеристику и вязкость

личением давления подачи изменяются значительно меньше. С учетом отмеченного при изменении давления подачи от 2,0 до 1,0 МН/м2 и от 3,5 до 1,0 МН/м2 массовые расходы

личению предела регулирования расхода топлива. Для достижения, например, двухкратного, а иногда и боль­ шего изменения расхода топлива уровень давления системы должен быть увеличен по сравнению с перво­ начальным соответственно в 4 раза и более. В этом случае с учетом допустимых нижних пределов для форсунок повышенной производительности удовлетворительное распыливание топлива возможно при давлении подачи, гораздо большем по сравнению с принятыми в эксплуата­ ции давлениями 2,0; 3,5 и 7,0 МН/м2 .

Таким образом диапазон регулирования производи­ тельности одноступенчатых центробежных форсунок можно увеличить повышением давления подачи. Как видно из формул (77) и (78), с ростом давления, а следовательно, и скорости истечения пленки уменьшаются характери­ стический диаметр капель и константа распределения. Кроме того, снижается равномерность распределения топлива по сечению струи. Однако с ростом скорости

92

истечения увеличивается расход энергии на привод насо­

и эрозионного износов уменьшается срок работы топлив­

на работу с малым избытком воздуха появляется необхо­ димость повышать мощности горелок и форсунок. Уве­

ется константа распределения, что указывает на значи­ тельное снижение однородности капель по размерам и изменение характера распределения фракций. Опытные данные показывают, что чем больше диаметр сопла, тем дальше от оси струи смещается топливо с большей плотностью. Поэтому для форсунок большой произво­ дительности указанный выше диапазон регулирования изменением давления составляет не более 50% номиналь­ ной.

Кроме того, значения величин х0 и п находятся в прямо пропорциональной зависимости от масштаба форсунки, поэтому сохранение их на неизменном уровне или изме­ нение в допустимых пределах можно осуществить путем повышения давления подачи. Чем выше производитель­ ность форсунки, тем давления подачи должны быть больше. Как видно из формул (77) и (78), для увеличения пределов регулирования необходимо стремиться к боль­ шему значению эквивалентной действующей характери­ стики, что способствует уменьшению характеристиче­ ского диаметра фракций и росту константы распределения. На интенсивность изменения величин х0 и п влияют выбор конструкции распылителя и уровня значения характеристики Аэд. Так, при работе в аналогичных условиях больше всего изменяются величины х0 и п у форсунок с тангенциальными входными каналами круглого сечения и меньше — у форсунок с тангенциаль­ ными входными каналами прямоугольного сечения и у фор­ сунок с входными каналами круглого сечения, расположен-

93

для достижения необходимых показателей работы целе­ сообразно выбирать значения величин Аэд в пределах 2—3, которые при конструировании форсунок могут быть

На выбор пределов регулирования расхода влияет также и вязкость распыливаемого топлива. Из формул (77) и (78) видно, что с увеличением вязкости топлива растут значения характеристического диаметра и уменьшаются константы распределения, и для достижения основных показателей работы форсунки в допустимых пределах необходимо снижение указанного диапазона регулирова­ ния. С увеличением производительности форсунки надо вязкость топлива снижать до меньших значений.

Некоторое увеличение диапазона регулирования рас­ хода достигается в форсунках с переменным сечением входных каналов [9]. Такие форсунки обычно имеют передвижную деталь в форме поршня или кольца с про­ резями. При перемещении поршня увеличивается коли­ чество работающих тангенциальных входных каналов, а поворотом кольца изменяется их площадь сечений. Регулирование может осуществляться как принудительно через механическую систему регуляторов, так и авто­ матически с изменением давления. Это достигается уста­ новкой поршня с пружиной, который, перемещаясь под действием давления топлива, включает в работу дополнительные каналы. Интересной является форсунка с использованием пружины регуляторов, которые уста­

соплом. С повышением давления подачи пружины откло­ няются, что приводит к увеличению проходных сечений

ирасхода.

Суменьшением давления подачи топлива пружинные регуляторы частично перекрывают входные каналы, при этом увеличивается значение геометрической характери­ стики и, следовательно, уменьшается толщина пленки топлива на выходе из форсунки. Поэтому даже при резком снижении давления подачи качество распыливания из­ меняется незначительно.

Внекоторых конструкциях уровень регулирования увеличивают, изменяя сечения сопла [6]. Изменение

94

К О Н С Т Р У К Ц ИИ и ХАРАКТЕРИСТИКИ

Д В У Х К О Н Т У Р Н Ы Х ЦЕНТРОБЕЖНЫ Х ФОРСУНОК

Двухсопловые форсунки

Во многих топочных установках в зависимости от времени суток и цикличности работы потребителей пара, получаемого в паровых котлах, или энергии, вырабаты­ ваемой в газотурбинных двигателях, необходимо изме­ нять производительность форсунок в очень широких диапазонах.

Для увеличения предела регулирования широко ис­ пользуют двухконтурные центробежные форсунки, ко­ торые по конструктивным признакам делятся на одно­ камерные, двухкамерные с общим соплом и двухсопловые (рис. 35). В однокамерных форсунках камера закручи­ вания и сопло являются общими для обоих контуров, к которым топливо подводится по отдельным тангенциаль­ ным каналам. В двухкамерных форсунках каждый кон­

96

Каждую из ступеней можно выполнять по различным схемам одноступенчатой центробежной форсунки, а именно: с входными каналами круглого и прямоугольного сече­ ний, направленных тангенциально к камере закручива­ ния, или с отклонением от тангенциального направления также перпендикулярно оси распылителя или наклонно,

между собой, образуют факел, дисперсность которого определяется совокупностью капель, полученных в ре­ зультате распада обеих топливных струй.

При работе двухконтурных форсунок регулирование расхода топлива осуществляется изменением давления топлива в первой ступени. Давление во второй ступени устанавливается автоматически с помощью специальных регуляторов. Необходимого соотношения давлений по­ дачи топлива в первой р г и во второй ри ступенях дости­ гают настройкой клапана регулятора и обычно оно опи­ сывается линейным уравнением вида

Значения постоянных b и рк изменяются в зависимости от жесткости пружины и величины ее начальной затяжки.

Работа двухсопловой форсунки проверялась при экспе­ риментальных исследованиях форсунок газотурбинного двигателя Коломенского тепловозостроительного завода имени В. В. Куйбышева при распыливании дизельного топлива, мазута и парафина (рис. 36, б). Эта форсунка состоит из двух одноступенчатых центробежных форсунок

с круглыми тангенци­ альными входными ка­ налами. Первая ступень имеет две детали 1 и 2 (рис. 37). В первой де­ тали выполнены на­ клонными под углом 60° к оси два тангенциаль­ ных канала; во второй детали выточена камера закручивания с конус-

для одноступенчатой форсунки, можно использовать для расчета этой ступени.

При анализе работы второй ступени учитывались особенности истечения топлива. Если наружный диаметр сопла первой ступени Dcl больше диаметра воздушного вихря, образующегося при истечении топлива из второй ступени, то коэффициент живого сечения будет опреде­ ляться не размером диаметра воздушного вихря, а на­ ружным диаметром сопла первой ступени и может быть назван конструктивным коэффициентом живого сечения

(81)

где dcu — диаметр сопла второй ступени.

98

При экспериментальных исследованиях была испытана форсунка, у которой вторая ступень не изменялась, а у первой ступени устанавливались детали с различными диаметрами наружной поверхности сопла, что позволило получить восемь значений коэффициента ср'. В ходе опытов измерялся угол факела и расход топлива, пода­ ваемого во вторую ступень под давлениями 4, 3 и 1 МН/м2 .