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

где амплитуда колебаний не равна нулю, приводит к подавлению колебаний. Выход был найден в создании симметричного волнового излучателя (рис. 8,6) с двумя консолями по обе стороны от источника колебаний, од­ на из которых (на рис. 8,6 — левая) является уравнове­ шивающей, а другая, как и прежде, служит механиче­ ским усилителем амплитуды колебаний и используется

2 3

Pi:c. 8. Схема пьезоэлектрического излучателя:

для распыливания топлива. Как видно из рисунка, со­ пряжение оправы с вибратором выполнено в плоскостях, совпадающих с узлами колебаний. При этом демпфиру­ ющее действие оправы оказывается пренебрежимо ма­ лым. Механический усилитель амплитуды выполняется обычно из катаного алюминия или алюминиевых спла­ вов, характеризуемых малыми потерями при излучении ультразвуковых колебаний в окружающую среду. Мож­ но иопользовать также латунь, нержавеющую сталь или специальную керамику. Частота колебаний вибра­ тора порядка 60 кгц [9].

Ввод топлива в корпус усилителя осуществляется че­ рез радиальное отверстие в районе местонахождения узла колебаний. Такое конструктивное решение вызвано

Электрическую энергию, подводимую к пьезоэлементу, получают в высокочастотных ламповых генераторах.

водимого к пьезокристаллу, применяется обратная связь, позволяющая учесть изменение частоты колебаний кри­

лителя, является важнейшим фактором, влияющим на распыливание жидкого топлива. Начало распыливания характеризуется минимумом энергии, необходимым для покрытия потерь на трение в материале усилителя. На­ чальный минимум энергии зависит от расхода и вязко­

чать распыливание и удержать его на должном уровне, требуется энергия 1,5 вт. Эта энергия измерена на вхо­ де усилителя и включает потери в нем, составляющие около 40% (усилитель амплитуды выполнен из алюми­ ния). Распыливание топлива большой вязкости требует существенного увеличения подводимой энергии.

Избыточная энергия, превышающая необходимый для распыливания минимум, является действенным сред­ ством регулирования угла раскрытия конуса струи рас­ пыленного топлива. При минимуме энергии струя имеет цилиндрическую форму, с повышением расхода энергии она становится конической. При неизменном расходе топлива угол раскрытия струи увеличивается с ростом подводимой энергии. Изменение угла происходит в оп­ ределенных пределах; величина максимального угла рас­

на конфигурация конца консоли механического усилите­ ля. Если отверстие для поступления топлива слишком

Рнс. 9. Головка усовершенствованной форсунки с пьезоэлектри­ ческим излучателем:

экспериментальных работ конструкции форсунки с пье­ зоэлектрическим вибратором. При сжигании топлива в количестве от 0,4 кг/ч и выше сажистые частицы в про­ дуктах сгорания отсутствовали. Особенно большое зна­ чение имеет выходная скорость воздуха, так как капли распыленного топлива движутся вперед с очень малой скоростью и склонны к воспламенению в непосредствен­ ной близости от выходного отверстия. Выходное воз­ душное сечение выбирается поэтому таким, чтобы ско­ рость истечения воздуха была достаточной для удержа­ ния фронта воспламенения на некотором расстоянии от

!<а образующееся магнитное поле вызывает периодичес­ кое изменение размеров магнитопровода, торцевая по­ верхность которого излучает при этом колебания высо­ кой частоты. Амплитуда колебаний максимальна при настройке частоты возбуждающего поля в резонанс с собственной частотой колебаний.

экспоненциальные концентраторы, выполненные из ста­ ли 45 и. латуни ЛС-59. Пакетные магнитострикционные

Для всех исследованных частот увеличение амплитуды

боте на мазуте он был более медленным, чем при рабо­

нок и вида распиливаемой жидкости (от воды до мазу­ та). С увеличением частоты качество распыливания значительно улучшалось.

Интересны наблюдения над конфигурацией факела. При небольших амплитудах колебаний (5—7 мкм) фа­ кел имеет цилиндрическую форму. С увеличением ам­ плитуды, в особенности сверх 50 мкм, факел приобрета­ ет послойную структуру с внутренним и внешним кону­ сами разной плотности. При амплитуде колебаний, со-

сжигающих устройств и поэтому не имеет больших пер­ спектив. Значительно плодотворнее путь отыскания наиболее эффективного расположения электродов, их формы и т. п., т. е. попытки оптимизации распыливания путем воздействия на геометрические характеристики форсунки.

А. Доил с сотрудниками [10] изучали электроды в виде проволоки, спирали, диска, цилиндра, стержня с полочками, конуса и кольца. Одним из наиболее эффек­ тивных оказалось сочетание электродов в виде кольца, к

электрический пробей промежутка и распыливание топлива резко ухудшается или прекращается. Эта проблема является одной из самых серьезных, посколь­

леблются в пределах 0,1—2 кг/ч, наиболее употребитель­

духа или топлива для распыливания. Кроме того, сече­ ния топливных отверстий могут быть значительно боль*

ше, чем в других конструкциях форсунок, что особенно важно для столь низких расходов топлива. Недоста­ ток — потребность в высоком напряжении. Однако этот недостаток может обратиться в достоинство, если высо­ ковольтный трансформатор будет одновременно использован для воспламенения топлива.

В настоящее время электростатические форсунки для жидкого топлива существуют лишь на уровне лабора­ торных образцов. Их внедрение в промышленность за­ висит от того, насколько успешно удастся разрешить те конструктивные и эксплуатационные трудности, о кото­ рых говорилось выше.

ГЛАВА II

Н О В ЫЕ МЕТОДЫ СЖИГАНИЯ Ж И Д К О Г О Т О П Л И В А

ся термин «вибрационное горение», реже «пульсирующее горение»).

Пульсационное горение представляет большой инте­ рес как явление, возникающее практически во всех теп­ ловых процессах, сопровождающихся горением.

Пульсационные горелочные устройства работают на основе эффекта колебаний давления, возникающих при периодическом воспламенении топливо-воздушной сме­ си. Силы давления, возникающие в результате сгорания топлива, впрыснутого за короткий промежуток времени, вызывают выход высокотемпературных продуктов сго­ рания в газоотводящий канал. Следующая затем полу­ волна разрежения способствует поступлению в камеру •горения новых порций топлива и воздуха, воспламеняе­ мых, в свою очередь, за счет тепла продуктов сгорания,

еще находящихся в объеме камеры. Таким образом, го­ рение происходит не непрерывно, а периодически, с высо­ кой частотой, сопровождаясь соответствующими пульса­ циями давления газов1 .

Процессы, 'происходящие при пульсационном горе­ нии, можно пояснить на примере «трубы Шмидта», соз­ данной в 30-х годах. Она представляет собой длинную камеру сгорания, открытую с одного торца. С другой стороны камеры расположены клапаны одностороннего

во поступает из форсунок в начале камеры. После зажи­

щего цикла. Вследствие инерции газового столба в ка­ мере через некоторое время создается разрежение, кла­ паны открываются и в камеру поступает свежая топли­ во-воздушная смесь. В то же время благодаря разреже­ нию возникает обратное движение высокотемпературных газов, смесь сжимается, происходит ее нагрев и воспла­ менение. Цикл, таким образом, повторяется.

Пульсационное горение долгое время считалось сино­ нимом неустойчивого горения и причиной эксплуатаци­ онных неполадок и аварий. Между тем оказалось, что этот недостаток, если научиться управлять процессом, может превратиться в существенное преимущество. Вы­ яснилось, что высокочастотные колебания ускоряют го­ рение жидкого топлива всех сортов, в особенности тя­ желого. Этот эффект объясняют тем, что при воздейст­ вии интенсивных колебаний на частицу горящего топли­ ва в ходе ее контакта с кислородом воздуха облегчает­ ся удаление продуктов сгорания, окружающих частицу, и создается более тесный контакт с молекулами кисло­ рода.

Кроме того, «олебания способствуют стабилизации горения. Колебания газовой среды улучшают пере-

1 Не следует смешивать пульсационное горение с распиливанием топлива за счет высокочастотных акустических, электромеханиче­ ских и электростатических колебании (см. гл. I ) , также передавае­ мых факелу. Принципиальное отличие между этими способами воз­ буждения пульсаций в факеле нужно видеть в причине появления пульсаций.

дачу тепла благодаря удалению («сдуванию») ламинар­ ного пограничного слоя у поверхностей нагрева. Нако­ нец, колебания давлений повышают равномерность тем­ ператур газового объема, что имеет большое значение для многих тепловых агрегатов.

Первым широко известным фактом использования пульсационного горения был двигатель ракеты «ФАУ-1». В настоящее время пульсационные горелочные устрой­ ства все более широко внедряются в различные отрасли промышленности.

ком топливе. Возможность применения в системах с са­ мовозбуждением легкоиспаряющихся видов жидкого топлива объясняется тем, что для подготовки их к горе­ нию требуется ничтожная дополнительная энергия. Для этой цели достаточно кинетической энергии воздуха, по­ ступающего в камеру горения за счет колебаний давле­ ния.

В том случае, когда в пульсационных горелочных устройствах используется обычный топочный мазут, по­ требность в значительной энергии для его распылива­ ния приводит к принципиально иной конструкции. Если распылитель механический, то для приведения в дейст­

этих условиях насос, как обычно, приводится в движение

Системы с самовозбуждением очень просты. Однако при промышленном их применении обнаруживается це­ лый ряд недостатков, не свойственных системам с вы-