2.11. Принцип действия и конструкции форсунок и воздухонаправляющих устройств

В зависимости от метода распыливания топлива различают форсунки воздушные и паровые, механические и паромеханические. В судовых паровых котлах в основном применяют механи­ческие и паромеханические форсунки.

В механических форсунках для распыливания топлива ис­пользуется центробежный эффект, создаваемый враще­нием самого топлива, подавае­мого к форсунке под давле­нием. На рис. 2.5 изображен наконечник механической форсунки. В вихревой ка­мере I происходит вращение топлива. Для этого топливо под давлением подводят к камере по четырем тангенциаль­ным каналам 2. Из камеры вращающееся топливо выходит в топку через отверстие распылителя 3 в виде пленки, образую­щей пустотелый конус. При низком давлении топлива (р < 1 МПа) пленка распадается на крупные капли (Рис. 2.6, а).

Рис. 2.5. Наконечник механической форсунки

Если же создаваемое топливным насосом давление повысить (> 1 МПа), то пленка раздробится на мелкие капли (Рис. 2.6, б). Обычно давление мазута, подаваемого в форсунку, поддерживается 1–4 МПа, при котором размер капель состав­ляет 30–70 мкм.

Рис. 2.6. Схема распыления мазута механической форсункой: а – при р < 1 МПа; б – при р > 1 МПа

Механическая форсунка (Рис. 2.7) состоит из нако­нечника 3 с распылителем 1 и накидной гайки 2, ствола 4 и корпуса 11 с рукояткой. На рисунке вместе с форсункой пока­зано крепежное соединение, смонтированное на фронте котла.

Рис. 2.7. Механическая форсунка

В состав такого устройства входят скоба 10 со стопорным вин­том 9, трубка 5 в сборе с башмаком 6 и штуцерами 7 и 13. За­крепляется форсунка стопорным винтом 9, с помощью которого ее корпус плотно прижимается к башмаку.

Форсунка работает следующим образом. Мазут под давле­нием поступает через верхний штуцер 13 в корпус, проходит через фильтр 12 и далее следует по каналу 14 ствола форсунки.

Затем через отверстия 15 и тангенциальные каналы распыли­теля (см. рис. 2.5) поступает в вихревую камеру 16. Здесь топ­ливо получает вращательное движение и через отверстие в рас­пылителе выходит в топку в виде тончайшей пленки, распадаю­щейся на мелкие капли (размером 30–70 мкм).

Со временем форсунки загрязняются и закоксовываются, по­этому их периодически продувают паром. Насыщенный пар под­водят к форсунке через нижний штуцер 7 и невозвратный кла­пан 8, который открывается под давлением пара, превышающим давление мазута. Одновременно с подачей пара клапан пере­крывает мазутный канал 14. Если прекратить подачу пара, то под давлением мазута клапан опустится вниз и откроется ма­зутный канал.

Рис. 2.8. Паромеханическая форсунка

Механические форсунки просты по устройству, обеспечивают хорошее распыливание мазута при давлении 1 МПа, на­дежны в работе. Но они плохо регулируют расход топлива, так как при снижении давления подаваемого топлива ухудшается его распыливание. Расход выпускаемых в настоящее время ме­ханических форсунок обычно составляет 0,03–0,15 кг/с (100–550 кг/ч).

Паромеханическая форсунка по конструкции мало отличается от механической. На рис. 2.8 изображен наконечник паромеханической форсунки. Мазутный канал целиком напо­минает механическую форсунку. При большой нагрузке мазут последовательно проходит центральный канал 3, тангенциаль­ные каналы, вихревую камеру и через отверстие (сопло) в рас­пылителе 1 поступает в топку. При малой нагрузке, кроме того, используется пар, который подается в паровой канал 2, прохо­дит тангенциальные каналы и вихревую камеру парового распы­лителя (на рисунке они показаны отдельно) и далее, встречаясь с мазутом, распыливает его.

Преимуществом паромеханической форсунки является регу­лирование подачи мазута за счет изменения давления топлива. При изменении давления от 4 до 0,01 МПа расход паромехани­ческой форсунки может снизиться от 100%, соответствующих полной нагрузке, до 5%, соответствующих малой нагрузке, то есть глубина регулирования = 20. У механической форсунки = 2, что недостаточно, так как не позволяет работать на ма­лых, менее 50%, расходах топлива.

К недостатку паромеханических форсунок относят безвоз­вратную потерю пара, идущего на распиливание мазута. Пар для распыливания подают в количестве 0,01–0,05 кг пара на 1 кг топлива (меньшие значения относятся к форсункам боль­шего расхода). Для форсунки с расходом В_ф = 0,55 кг/с расход теряемого пара составляет 20 кг/ч и более.

Воздухонаправляющее устройство (ВНУ), по­казанное на рис. 2.9, состоит из цилиндрического корпуса 1 с днищем 5, патрубком 2, фланцем 18 и двух конусов 15 и 16, между которыми по касательной к некоторой окружности (см. слева на рис. 2.9) вварены 24 тангенциально установленных ло­патки 3. На конце патрубка 2 установлен диффузор 20. Вход в каналы между лопатками закрывает подвижной цилиндр 4, который называют регистром. Он скреплен планками 6 с тя­гами 8. В центре ВНУ, ближе к выходу, установлен диффузор, который связан с тягой 11. Снаружи ВНУ закрыто дисками 10 и 12, в центре которых расположен патрубок 9 с заслонкой 14 для установки форсунки. Диск 10 и днище 5 соединены реб­рами 7.

Вся конструкция воздухонаправляющего устройства разме­щена между внутренней 19 и наружной 13 обшивками котла. Воздух вентилятором подается в межобшивочное пространство. При перемещении регистра 4 влево по направляющим 17 воздух из межобшивочного пространства поступает в межлопаточные каналы, образованные тангенциально установленными лопат­ками 3, и далее закрученным потоком направляется в топку. Регистр может находиться в двух крайних положениях: в край­нем правом, когда он закрывает доступ воздуха в каналы (как показано на рис. 2.9), и крайнем левом, когда вход воздуха в каналы открыт. Промежуточных положений регистр не имеет и, следовательно, воздухонаправляющее устройство является не­регулируемым. Регулировать подачу воздуха надо либо шибе­ром на воздухопроводе от вентилятора до котла, либо частотой вращения вентилятора.