книги из ГПНТБ / Гилод В.Я. Сжигание мазута в металлургических печах

тора акустических колебаний может быть применен вих­ ревой аэродинамический свисток [14], в котором по­ ток воздуха приобретает вращательное движение бла­ годаря тангенциальному вводу в цилиндрическую ка­ меру, переходящую затем в трубу малого диаметра. Вихревой поток на выходе и является причиной возник­ новения звуковых колебаний. Особенностью вихревых свистков является зависимость частоты возбуждаемых колебаний от начального давления воздуха. Если пред­ положить, что частота вращения вихря равна частоте излучаемых колебаний, то можно вычислить необходи­ мую тангенциальную скорость воздуха, вводимого в ка­

приблизительно линейно с объемной скоростью потока. При постоянном давлении на входе частота колебаний возрастает с уменьшением длины выходной трубы. Мо­ гут быть получены колебания частотой до 15 кгц.

Вихревые свистки просты по конструкции, не требу­ ют точной регулировки. Однако они не позволяют полу­ чить высокие интенсивности акустических колебаний и поэтому пока не могут конкурировать с газоструйными излучателями Гартмана.

Дисперсионные характеристики факела акустических форсунок

Институтом «Теплопроект» совместно с Всесоюзным научно-исследовательским институтом железнодорожно­ го транспорта (ЦНИИ МПС) проведены исследования качества распиливания акустической форсунки со стерж­ невым излучателем (см. рис. 2,а). Параметры излучате­ ля: номинальный расход воздуха 50 кг/ч, давление воз­ духа 0,3 Мн/м2 (3 ат), мощность 330 вт, частота коле­ баний 16 кгц. Эксперименты велись методом моделиро­

гими средними величинами, несколько завышенный ре­ зультат. Однако выбор его связан с необходимостью компенсировать ошибки, вызванные отличиями в физи­ ческих свойствах моделирующей жидкости и топочного мазута. Кроме того, как показал Л. В. Кулагин, опреде­ ление среднемассового диаметра капель может быть проведено с наименьшими погрешностями.

График (рис. 3) демонстрирует различия между распиливанием топлива в акустическом поле и под дей­ ствием кинетической энергии распылителя. При удель­ ных расходах распылителя более 1 кг на 1 кг топлива происходит дальнейшее уменьшение размеров капель, что не наблюдается в пневматических форсунках обыч­ ных конструкций [15]. Из графика видно также, что удельный расход сжатого воздуха в акустических фор­ сунках может быть без большого ущерба для качества распыливания снижен до 0,2 кг/кг. При удельном рас­ ходе распылителя 1 кг/кг, необходимом для хорошего качества распыливания в пневматических форсунках

ный генератор колебаний обладает весьма высокой ста­ бильностью.

Полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с фирменными данными об акустической форсунке системы Astrosonics, снабженной аналогич­ ным по конструкции стержневым акустическим излуча-

телем с поворотом потока сжатого воздуха на 180°. При давлении воздуха 0,3 Мн/м2 (3 ат) и номинальной про­ изводительности средний размер капель топлива состав­

душной смеси не осуществляется. Акустические колеба­

ник, отражающий поток в резонирующую полость. Воз­

пешно применяются в промышленных тепловых агрега­ тах. На цементной вращающейся печи прошла длитель­ ные испытания форсунка производительностью 2500 кг/ч.

при расходе топлива 500 кг/ч. Давление воздуха-распы­

чах и в энергетических установках. В высокопроизводи­ тельных форсунках можно сжигать любые виды жидко­ го топлива, вплоть до тяжелого мазута. Удельный рас­

Непосредственно за стабилизатором образуется зона по­ ниженного давления, вызывающая рециркуляцию про­ дуктов сгорания к основанию факела. Фронтальная сто­ рона стабилизатора является одновременно рефлекто­ ром, концентрирующим акустическую энергию в зоне выхода топлива. Основное количество воздуха, участву­

билизатор, так и по наклонным каналам в теле стабили­ затора. Последнее необходимо для предотвращения кок-

450

380

4

и.

1 м и длиной 3 м. Давление топлива и воздуха перед фор­ сункой было одинаково и колебалось в пределах 0,3— 0,6 Мн/м2 (3,2—6,3 ат), расход топлива — 110—170 кг/ч, расход первичного воздуха (распылителя)—соответст­ венно 12—24 м3/ч. Вторичный воздух в количестве, не­ обходимом для полного горения, предварительно подо­ гревался и подавался в печь по концентрическому коль­ цевому каналу вокруг корпуса форсунки. Бессажевое го­ рение достигалось при очень небольшом избытке возду-.

с вихревым свистком была использована для короткофакельного сжигания мазута в малогабаритных топках даровых котлов. Энергоноситель (сжатый воздух - или

Вихревой свисток является основным узлом газо-ма- зутной горелки Волгоградского научно-исследователь­ ского института технологии машиностроения (ВНИИТмаш), сведения о которой приведены в гл. IV. В вихре­ вой свисток горелки (рис. 7), в зависимости от рода ра­ боты, поступает либо газ, либо (при сжигании мазута) сжатый воздух.

5.РАСПЫЛИВАНИЕ ТОПЛИВА

СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Принципиальное отличие таких форсунок от описанных выше состоит в том, что колебательная энергия переда­ ется здесь непосредственно потоку топлива. Промежу­ точная среда (газ, пар, сжатый воздух), обладающая большим начальным импульсом потока, в процессе распыливания не участвует. Поэтому мощность таких излу­ чателей невелика и частоту колебаний приходится повы­ шать до 55—60 кгц даже при очень малых (по сравне­ нию с промышленными форсунками, рассмотренными ранее) расходах топлива.

В форсунках с пьезоэлектрическими генераторами колебаний используется свойство некоторых кристалли­ ческих и керамических веществ периодически изменять свои геометрические размеры под действием электриче­ ского напряжения, колеблющегося с высокой частотой. Промышленное применение пьезоэлектрических вибра­ торов стало возможным благодаря синтезу титанатов щелочноземельных металлов, из которых наиболее рас­ пространены титанат бария и свинцово-циркониевый ти­ танат (ЦТС). В качестве вибраторов используют обыч­ но поликристаллическую керамику, обладающую "высо­ кой стойкостью по отношению к физическим и механиче-

ским воздействиям. Область температур применения вибраторов из титаната бария — до +85°С, из ЦТС — до -f250°С. При температурах выше предельных электрострикционный эффект исчезает. Технология изготовле­ ния керамических пьезокристаллов (прессование или литье) дает возможность получать любые формы изде­ лий. В форсунках обычно применяют вибраторы ци­ линдрической или кольцевой формы.

Амплитуды колебаний, создаваемых непосредст­ венно вибратором, для распыливания топлива оказыва­ ются недостаточными. С целью усиления вибраций пье­ зоэлектрическую керамику обычно соединяют с резонанс­ ным телом переменного сечения, выполненным в форме усеченного конуса или ступенчатого цилиндра, свобод­ ный конец которого (меньшего диаметра) колеблется с увеличенной амплитудой. Механический усилитель ам-г шштуды одновременно служит защитой иьезокристалла от внешних механических и химических воздействий. Изготовление составного излучателя колебаний с вос­ производимыми колебательными свойствами и большой длительностью эксплуатации встречает трудности конст­ руктивного характера. Склеивание смежных поверхно­ стей пьезокристалла и механического усилителя коле­ баний связано с выполнением трудоемких работ: шли­ фовка соприкасающихся поверхностей, нанесение клея и обработка места соединения требуют большой тща­ тельности. Между тем опыт эксплуатации такого рода соединений показал, что усилители, обеспечивающие в начале работы хорошее качество распыливания, посте­ пенно теряли свои свойства из-за ухудшения связи меж­ ду кристаллом и металлом. Поэтому этот способ соеди­ нения льезокристалла с механическим усилителем ко­ лебаний применяется редко.

В ультразвуковых форсунках, разработанных фир­ мой Esso (США), было применено соединение деталей излучателя колебаний с помощью скоб (оправ). При^ мером одной из первоначальных конструкций служит показанная на рис. 8,а, в которой излучатель работает как полуволновой сложный вибратор. Форсунки с таки­