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

К О Н С Т Р У К Ц ИИ и ХАРАКТЕРИСТИКИ

ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ Ц Е Н Т Р О Б Е Ж Н Ы Х ФОРСУНОК

Основные конструкции

ирасходные характеристики форсунок

Для распыливания тяжелых топлив в топках паровых котлов средней и большой мощности и в камерах сго­ рания газотурбинных установок используют центробеж­ ные форсунки разных конструкций. Широкое применение нашли форсунки с тангенциальными входными каналами прямоугольного сечения, форсунки с входными каналами круглого сечения, расположенными тангенциально или под углом к оси сопла, форсунки с винтовыми завихрителями и др. (рис. 15, а—г).

Форсунка с тангенциальными входными каналами прямоугольного сечения (рис. 15, а) имеет распредели­ тельную шайбу, которая при работе распылителя изме­ няет сечение потока и приводит к дополнительным его поворотам при малых скоростях мазута, что вызывает быстрое загрязнение топливных каналов и высокие по­ тери давления в топливной системе. Кроме того, увели­ чивается число притираемых поверхностей, что способ­ ствует появлению неплотностей. Форсунки с входными каналами круглого сечения (рис. 15, б), расположенными под углом к оси сопла, и форсунки с винтовыми завихрителями (рис. 15, в) имеют большие диаметры камеры закручивания и отклонения входных каналов от оси со­ пла и тангенциального направления к камере закручи­ вания.

Форсунки с тангенциальными входными каналами круглого сечения (рис. 15, г) выполняют без распреде­ лительной шайбы. По сравнению с указанными выше конструкциями эти форсунки имеют уменьшенные раз­ меры. Как показали результаты испытания, гидравли­ ческие потери давления форсунок незначительны.

41

В распылителе форсунки, приведенной на рис. 16, а,

уменьшает число притираемых поверхностей и полностью

Рис. 15. Центробежные форсунки, широко применяемые для распыли­ вания тяжелых топлив:

а — с входными тангенциальными каналами прямоугольного сечения; б — с входными каналами круглого сечения, расположенными под углом к оси сопла; в — с винтовыми завихрителями; г — с входными тангенциальными ка­

по отношению к камере закручивания. Однако камера

42

при изготовлении и, как показало широкое их приме­ нение в системе Башкирэнерго, обладают высокими эксплу­ атационными свойствами. Однако камера закручивания этих форсунок имеет значительную длину. В форсунке системы ЮО ОРГРЭС (Южное отделение по организации

Рис. 16. Центробежные форсунки систеЯ:

ЦКТИ и ВТИ; б — Башкирэнерго; в — ЮО ОРГРЭС; г — ЮО ОРГРЭС-4

роты потока топлива. Кроме того, входные каналы вы­ полнены в виде сужающихся сопел. Отмеченные измене­

В отличие от других известных форсунок включение сер­

Разработаны и другие конструктивные варианты одно­ ступенчатых центробежных форсунок. Результаты про­

центробежных форсунок показывает, что они различаются в основном условиями ввода топлива в камеру закручи­

от круга, а направление каналов отклоняется от танген­ циального к камере закручивания и от нормального

43

эксплуатационных давлениях подачи расход топлива

Во всех конструкциях центробежных форсунок, пред­ ставленных на рис. 15, схема движения топлива анало­ гична схеме, представленной на рис. 17. Для анализа рабочего процесса форсунки было выбрано три характер­ ных сечения: на входе в камеру закручивания, на входе в сопло и вблизи выхода из сопла. Параметры в этих сече­ ниях обозначаются соответственно индексами 1, 2 и 3. Индекс m указывает, что параметр относится к эле­ ментам жидкости, находящимся на поверхности воздуш­ ного вихря.

44

Для любого элемента потока жидкости, находящегося на поверхности воздушного вихря вблизи выхода из сопла, т. е. в сечении 3—3, выражение закона сохранения энергии имеет вид

Учитывая, что £ Ар = Арвх + Арч + Арг + Аре ,

или

2 j Ap = (S«+-&» + Sr + Sc) -2^- = 2шЛ1~^~'

закон сохранения энергии можно выразить следующей формулой:

P = -%-(Wlm+ W i e ) + - | - X

Вуравнениях (13) — (14):

р— статическое давление перед форсункой; "^Ар —об­ щее сопротивление распылителя; Арвх, Арц , Арг и Дрс —

потери давления соответственно во входных каналах, при трении топлива о цилиндрические и торцевые стенки камеры закручивания и сопла; £,дх, £ч , t,T и £с — коэффи­ циенты сопротивления соответственно входного тракта, цилиндрических стенок камеры закручивания, торцовых стенок камеры и сопла; £ — общий коэффициент сопро-

тивления распылителя; 1—j— I >j£— общий коэффициент сопротивления распылителя, отнесенный к скоростному

В камере закручивания центробежных форсунок уста­ навливается вихревое движение жидкости. Силы трения между слоями топлива и стенками камеры и топливом,

45

турбулизация потока из-за различных возмущений, местные сопротивления и другие факторы оказывают влияние на характер этого движения и распределение скоростей по всему сечению камеры, а особенно вблизи внутренних стенок распылителя. Силы трения влияют также на закономерность изменения момента количества движения, и выражение для приближенного расчета средней тангенциальной скорости топлива на поверхности вихря при выходе из сопла можно записать в виде

В последнем выражении геометрическая характерис­ тика форсунки определяется по формуле

л = я ^ к £ ? 5 І п р с о 5 Ѳ .

Щвх

для тангенциальных форсунок с входными каналами круглого сечения

тг в Х

Учитывая силы трения между слоями и о стенки камеры и другие факторы при течении вязкой жидкости внутри распылителя, осевую скорость топлива на выходе из сопла можно определить из уравнения сплошности в виде

В формулах (15) — (18):

RK — расстояние от оси входного отверстия до оси фор­ сунки (принимается приближенно); ß — угол между на­ правлением входного канала и осью сопла; Ѳ — угол между направлением входного канала и тангенциальным направлением к камере закручивания; <р3 = 1 — S3 — коэффициент живого сечения сопла; S3 = -^2 - — безраз-

Тс

мерный радиус воздушного вихря; r3m—радиус воз­ душного вихря на выходе из сопла; гвх — радиус вход­ ного канала; к — коэффициент, учитывающий характер распределения скоростей вблизи внутренних стенок рас­ пылителя.

46

Так как

на основании принципа максимального расхода [5]. Согласно этому принципу в сопле центробежной форсунки устанавливается воздушный вихрь таких размеров, при которых коэффициент расхода при принятом напоре принимает максимальное значение, и эти размеры вихря обеспечивают устойчивое течение жидкости. Дифферен­

Фз І^Фз

47

Подставляя это выражение в уравнение (21), находим зависимость между коэффициентами ср3 и [х0:

(23)

Формулы (21) — (23) определяют зависимости (рис. 18) коэффициентов расхода и живого сечения сопла от гео­ метрической характеристики форсунки. Анализ этих фор­

неравномерности распределения скоростей вблизи внутрен­ них стенок распылителя. Влияние падения момента количества движения по мере закручивания на величину коэффициента расхода учитывается заменой в выражении (24) геометрической характеристики приведенной

А1 — V? "т" I mfex

(25)

48

Тогда эквивалентная действующая характеристика форсунки, характеризующая работу форсунки на тя­ желом топливе,

уменьшение момента количества движения только вслед­ ствие действия сил трения о торцевые стенки камеры закручивания. Кроме того, было принято, что радиаль­ ная скорость частиц жидкости пренебрежимо мала по

С учетом сил трения о торцовые стенки камеры закру­ чивания эти скорости определяются по тем же форму­ лам (29) и 30). При этом геометрическая характеристика А заменяется эквивалентной характеристикой форсунки Аэ.

Совместное решение уравнений (20) и (21) определяет выражение для расчета коэффициента расхода

а с отнесением коэффициента расхода к поперечному сечению на входе в сопло в последней формуле необхо-