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

кривым рис. 96, представленным в логарифмических коор­ динатах и удовлетворительно описываемым уравнением

Для каналов круглого сечения гидравлический диа­ метр равен их диаметру, а для каналов прямоугольного

Рис. 96. Приближенная зависимость гидравлического диаметра йг

входного канала от расхода одноступенчатых центробежных форсунок:

/ — тангенцаильные, с углом раскрытия факела около 80°; 2 — тангенциаль­ ные, с углом раскрытия факела около 65°; 3,4,5,6 — с входными каналами круглого сечения, расположенными под углом к оси сопла, соответственно с диаметрами сопла 6, 5, 4,5 и 4 мм (опытные точки авторов)

Значения постоянных коэффициентов с, d, е, f, g и h опре­

торых других конструкций величина плеча закручивания R sin ß cos Ѳ должна быть не более 0,5—0,8 величины, полученной по формуле (75).

190

Для форсунок с входными каналами круглого сечения, расположенными под углом к оси сопла, и для форсунок

ний размер плеча закручивания изменяется мало и обычно

а иногда и 6. Так, для широко применяемых в практике форсунок с тангенциальными каналами системы ЦКТИ и ВТИ производительностью до 400 кг/ч число входных каналов принимают равным двум, от 400 до 1000 кг/ч — трем, от 1000 до 3000 кг/ч — четырем и свыше 3000 кг/ч — шести. Причем из конструктивных соображений в форсун­

ния в камере закручивания, а также в форсунках с вин­ товыми завихрителями число входных каналов вне за­ висимости от производительности принимают равным двум.

191

При числе каналов, меньшем двух, снижается равномер­ ность распределения распыленного топлива. С увеличе­ нием числа каналов свыше шести уменьшаются сечения входных каналов и увеличивается возможность засорения форсунок.

Необходимо отметить, что рекомендации по - расчету и выбору диаметров сопла, сечения входных каналов и их числа даны на основе рекомендации ЦКТИ и накоплен­ ного опыта эксплуатации форсунок. Результаты много­

форсунок других типов, применяемых в топочной прак­ тике.

Для форсунок с входными каналами круглого сечения, расположенными под углом к оси сопла, и форсунок с вин­ товыми завихрителями можно принять угол ß равным соот­ ветственно 45 и 75° и 90° — для форсунок с тангенциаль­ ными каналами. Для форсунок с входными каналами круглого сечения, расположенными под углом к оси сопла, угол Ѳ обычно принимают равным 15°, а для большинства конструкций, в том числе и с тангенциальными каналами, равным 0°.

Геометрическую характеристику форсунки и коэф­ фициент расхода можно рассчитать по зависимостям (16) и (35).

Коэффициент расхода р и уточненное значение расхода топлива через форсунку G определяют соответственно по формулам (31) и (79). При этом коэффициент к рассчиты­ вается с помощью зависимости (34), необходимые значе­

потери давления в головке распылителя 2 Ар определяются как сумма потерь во входных каналах, камере закручи­ вания и сопле форсунки.

Затем необходимо сравнить заданный G и уточненный G' расходы.

Если при их сравнении в е л и ч и н а - ! — ^ — - 100% будет

выше или ниже на 5—10%, то расчет проводят заново с не­ которым изменением геометрической характеристики. При

192

этом характеристику А надо изменять примерно в пре­ делах выполнения соотношения

формулам (56) и (59) определяют угол факела и толщину пленки на выходе из центробежных форсунок. При этом для ряда широко применяемых-конструкций форсунок значение эквивалентной действующей характеристики Аэд можно рассчитать по уравнению (35), а безразмерный радиус воздушного вихря на срезе сопла целесообразно находить по кривым рис. 28 или с помощью уравнений (61) или (62).

При распыливании жидкостей малой вязкости форсун­ ками с рациональными внутренними размерами и без завихрителей угол факела и толщину пленки можно рас­ считать по более простым формулам (57) и (63).

В качестве исходного параметра иногда необходимо принимать также и угол факела. Для этого следует про­ верить выполнение не только соотношения (132), но также соотношения

(133)

где ^tg - ^ - j и Л " — необходимое значение тангенса по­ ловины угла факела и соответ­ ственно вторично измененное значе­ ние геометрической характеристики.

Если характеристики Л' и Л " будут существенно раз­ личаться по величине, то надо оставить в силе то изменен­ ное значение характеристики, которое определяло бы для данного объекта на необходимом уровне наиболее важный рабочий показатель.

При написании соотношений (132) и (133) применялись формулы (35) и (66), в которых в первом приближении характеристика Аэд заменялась величиной Л.

Можно отметить, что такой пересчет приходится про­ водить редко. При этом на значения характеристики Л

лучше всего воздействовать путем изменений сечений вход­ ных каналов и, в крайнем случае, диаметра сопла.

метров корректируют с целью выбора стандартных сверла и развертки. Эта корректировка обычно не отражается на точности расчета гидравлических характеристик фор­ сунок.

Затем определяют остальные размеры форсунки. Так, радиус камеры закручивания рассчитывают из соотно­

всоответствии с рекомендациями, приведенными выше. По уравнению (72) рассчитывают медианный диаметр

фракций.

По величине медианного диаметра капель, прибли­ женно характеризующего дисперсность всего факела, можно сделать вывод о том, удовлетворяет или не удовле­ творяет полученная дисперсность распыливания условиям сжигания вязких топлив в топке определенной конструк­ ции.

Практически необходимые условия прежде всего опре­ деляют по полноте выгорания распыленного топлива при его сжигании с малыми избытками воздуха. Например, в топочной практике горелки, при использовании которых суммарная неполнота горения не превышает 0,4% при коэффициенте избытка воздуха на выходе из топки на уровне 1,02—1,03, принято считать удовлетворительными. Реже условия сжигания определяют по отклонению от принятых значений теплового напряжения топочного объ­ ема, от вида сжигаемого топлива и конструкции воздуш­ ного регистра.

Если при расчете форсунки окажется, что медианные диаметры фракции не соответствуют данным условиям сжигания, то целесообразно по возможности уменьшить вязкость топлива или увеличить давление подачи в диа-

194

пазоне, который определяется соотношением, установлен­ ным на основе уравнений (72) и (67):

где хм, ѵ' и р' — соответственно необходимое значение медианного диаметра фракции и измененные величины ки­ нематической вязкости и давления подачи топлива.

При написании соотношения принималось, что диа­ метр сопла dc и характеристика Аэд, значения величин р и Ар при изменении вязкости топлива и давления по­ дачи не меняются, а коэффициент х = 1.

Далее по уравнениям (70) и (71) определяют характери­ стический диаметр капель и константу распределения. Если необходимы фракции других размеров, то надо за­ даваться объемными долями капель R3 (например, 10, 20, 30, 40, 60, 70, 80 и 90%) и рассчитывать весь фракционный состав распыливания по формуле

х = х 0 -у.V;InTÖÖ

Более точное значение скорости пленки на выходе из сопла определяют по формуле

Тангенциальную и осевую скорости, а затем и соответ­ ствующие им скоростные напоры рассчитывают по фор­ мулам

В заключение следует полученные результаты по ис­ пользованию напора сопоставить с кривыми рис. 24, чтобы убедиться в правильности выбранных уровнях вяз­ кости топлива и давления подачи.

Предлагаемая методика расчета одноступенчатых цен­ тробежных форсунок при работе их на вязких топливах дает возможность рассчитать форсунки с точностью по

П р и м е р . Рассчитать одноступенчатую центробежную форсунку на производительность 800 кг/ч при давлении подачи 2 МН/м2 . Топли­ вом является мазут, который распыливается при вязкости ѵ = 20 мм2 /сек и плотности р = 900 кг/м3 .

зволяют по формулам (34), (20) и (79) установить, что и = 0,545; ц =

= 0,106 и G' = 880 кг/ч.

Разница между заданным и расчетным расходами находится в пре­ делах 10%.

По формулам (56) и (59) определяют угол факела а = 58° и тол- ^ щину пленки ô = 285 мкм (6/гс = 0,1292). При этом в зависимость (56) ' вместо А подставляют Аэд, определяемую по уравнению (35) и равную

и Іс = 2 мм. Угол на входе в сопло у = 90°.

Медианный диаметр фракций, определяемый по уравнению (72), равен 236 мкм. Для большинства топочных устройств такой медианный размер по условиям сжигания является приемлемым. Динамическая

ствующие им скоростные напоры. Из сравнительного анализа можно сделать вывод о возможных путях, если нужно, улучшения рабочих показателей форсунок в ходе эксплуатации.

Расчет двухконтурных центробежных форсунок

Д ля расчета двухконтурных форсунок исходными дан­ ными являются расход топлива при совместной работе обеих ступеней Gc, давление подачи в первую ступень р ѵ Топливо — мазут с известными плотностью р и кине­ матической вязкостью у .

Расчет для каждой ступени двухконтурной форсунки диаметра сопла, гидравлического диаметра входного ка­ нала, а также их ширины и высоты, радиуса плеча закру-

196

чивания и выбор числа входных каналов проводят по методике, полученной для одноступенчатых центробеж­ ных форсунок. Величины углов отклонения входных ка­ налов от оси сопла и тангенциального направления в ка­ меру закручивания принимают с учетом конструктивных особенностей распылителя.

Далее по формуле (80) рассчитывают давление подачи топлива во вторую ступень форсунки.

При работе каждой ступени в отдельности двухсопло­ вых и однокамерных форсунок и одной первой ступени двухкамерных остаются справедливыми все зависимости для определения А, р, а и о, применяемые в расчетах одно­ ступенчатых центробежных форсунок. Так как первые ступени всех двухконтурных форсунок имеют небольшие сечения входных каналов и работают на малых расходах,

расчете вторых ступеней такой учет необходим только при их работе на вязких топливах. Вследствие того, что ра­ бота только второй ступени двухкамерных форсунок не целесообразна, расчет форсунки на этом режиме не про­ изводят.

Следуя гидравлическому расчету одноступенчатых цен­ тробежных форсунок, для каждой ступени одно- и двух­ камерных форсунок р и а можно определять в зависимости от значения характеристик Аэ1 и Аэи.

Затем производят гидравлический расчет форсунок при совместной работе обеих ступеней. При этом рабочие ха­ рактеристики определяют следующим образом.

Общий расход двухсопловых форсунок определяют по формуле (82), а одно- и двухкамерных — по формуле (93). Общий коэффициент расхода для всех двухконтурных фор­ сунок рассчитывают по формуле (85). При этом среднюю

считывают по формуле (83), а для одно- и двухкамерных

двухконтурных форсунок можно приближенно рассчитать по формуле (63), а для одно- и двухкамерных — также

197

короткопламенные газомазутные горелки для котлов малой и средней производительности. М., НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1965.

3. Б л о X А. Г., Б а з а р о в С. M., H а х м а н Ю. В. Неко­ торые общие закономерности формирования дисперсного состава

топлива механическими форсунками центробежного типа. В сб. «Во­ просы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процессах».

Сжигание жидкого топлива в промышленных установках. М., «Метал­

щающимися распылителями. Изд. МИХМ, 1957 (Труды МИХМ, т. 13).

на выходе из центробежных форсунок. «Теплоэнергетика», 1969, № 12.

вания мазутных форсунок. В сб. «Вопросы исследования и расчета газомазутных топочных и горелочных устройств». Изд. ЦКТИ, Л., 1967 (Труды ЦКТИ. Вып. 76).

The production of uniform liquid sheets from spinningeups. «Chemical

Fuels. «Chapman and Hall», LTD, London, 1953.

199