RU2319070C1 - Vibration nozzle - Google Patents

Abstract

FIELD: combustion.

SUBSTANCE: vibration nozzle comprises branch pipe for supplying fuel to the distributor and vibration device mounted on the branch pipe. The vibration device is made of a winding arranged from outside of the branch pipe and connected with the pulse generator. The branch pipe is mounted inside the stator of the electric motor that is connected with the three-phase power source through the static frequency converter.

EFFECT: enhanced efficiency and simplified design.

1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам подачи и распыления топлива, в частности топочного мазута, дизельного и т.д., перед сжиганием.The invention relates to means for supplying and spraying fuel, in particular heating oil, diesel, etc., before burning.

Известна ультразвуковая форсунка, служащая для распыления жидкого топлива (например, см. а.с. №901733, М.кл. F23D 11/34, 1984 г.).Known ultrasonic nozzle, which is used to spray liquid fuel (for example, see and.with. No. 901733, M.cl. F23D 11/34, 1984).

Ультразвуковая форсунка снабжена распределительной решеткой с наклоненными к центральной оси отверстиями, установленными в выходном участке центральной трубы на входе в резонаторную камеру.The ultrasonic nozzle is equipped with a distribution grid with openings inclined to the central axis and mounted in the outlet section of the central pipe at the entrance to the resonator chamber.

Недостатком известной форсунки является конструктивная сложность изготовления и невысокая амплитуда возбуждаемых колебаний (порядка 0,03...0,09 мм), что не позволяет получить оптимальные режимы обработки топлива.A disadvantage of the known nozzle is the structural complexity of manufacturing and the low amplitude of the excited vibrations (of the order of 0.03 ... 0.09 mm), which does not allow to obtain optimal fuel processing modes.

Известна также «Пневматическая форсунка» (а.с. №205195, М. кл. F23D 11/38, 1985 г.), которая снабжена патрубком для подачи воздуха с соосно размещенной в нем питательной трубкой с центральным стержнем.Also known is the “Pneumatic nozzle” (as.with. No. 205195, M. class. F23D 11/38, 1985), which is equipped with a pipe for supplying air with a feed tube coaxially placed therein with a central shaft.

Устройство предназначено для предупреждения забивания сопла форсунки, однако не позволяет получит мелкодисперсную структуру топлива и незначительно улучшает процесс горения.The device is designed to prevent clogging of the nozzle nozzle, however, it does not allow to obtain a finely dispersed fuel structure and slightly improves the combustion process.

Известно а.с. №539206, М.кл. F23D 11/34, 1983 г. «Акустическая форсунка», содержащая корпус с патрубком для подвода топлива и распылитель с установленным на нем с возможностью осевого перемещения цилиндром, при этом резонатор выполнен в виде пружины.It is known A.S. No. 539206, M. cl. F23D 11/34, 1983 “Acoustic nozzle”, comprising a housing with a nozzle for supplying fuel and a spray with a cylinder mounted on it with the possibility of axial movement, while the resonator is made in the form of a spring.

Известное изобретение имеет серьезные недостатки, заключающиеся в следующем. Первое - конструктивная сложность и невысокая надежность в работе. Второе - невозможность регулирования в широких пределах частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний в процессе работы, что в свою очередь не позволяет оперативно изменять режимы работы форсунки с целью установки оптимальных режимов горения. Кроме того, известное изобретение не позволяет существенно снизить выброс вредных веществ в атмосферу после сгорания жидкого топлива, в частности СО, СН и окислов азота.The known invention has serious disadvantages, which are as follows. The first is structural complexity and low reliability. The second is the impossibility of regulating, within wide limits, the frequency and amplitude of the excited oscillations during operation, which, in turn, does not allow you to quickly change the operating modes of the nozzle in order to establish optimal combustion modes. In addition, the known invention does not significantly reduce the emission of harmful substances into the atmosphere after combustion of liquid fuel, in particular CO, CH and nitrogen oxides.

В качестве прототипа нами выбран патент РФ №2183001 «Форсунка», опубл. 2002 г., бюл. №15. Форсунка, содержащая патрубок, подводящий топливо к распылителю, и установленную на нем вибрационную систему, отличается тем, что с внешней стороны патрубка размещена обмотка, подключенная к генератору импульсов. Известное изобретение, как показал опыт его практического использования (разработка сотрудников нашего университета), наряду с несомненными достоинствами имеет и некоторые существенные недостатки. Первое - при предложенной схеме возбуждения колебаний в патрубке форсунки практически не предоставляется возможным получить широкий частотный спектр и амплитуд, что в свою очередь не позволяет получить более мелкодисперсное распыление топлива. Второе - недостаточно высокая эффективность сдерживает широкое практическое внедрение.As a prototype, we have chosen the patent of the Russian Federation No. 2183001 "nozzle", publ. 2002, bull. No. 15. An injector containing a nozzle supplying fuel to the atomizer and a vibration system mounted on it differs in that a winding connected to a pulse generator is placed on the outside of the nozzle. The well-known invention, as shown by the experience of its practical use (development of employees of our university), along with the undoubted advantages has some significant drawbacks. The first is that with the proposed oscillation excitation scheme in the nozzle nozzle, it is practically not possible to obtain a wide frequency spectrum and amplitudes, which in turn does not allow obtaining finely dispersed fuel atomization. The second - insufficiently high efficiency holds back widespread practical implementation.

Техническим решением задачи является повышение эффективности работы форсунки и упрощение конструкции за счет существенного повышения частоты и амплитуды возбуждения колебаний и расширения фундаментальных возможностей.The technical solution to the problem is to increase the efficiency of the nozzle and simplify the design by significantly increasing the frequency and amplitude of the excitation of oscillations and expanding fundamental capabilities.

Задача достигается тем, что вибрационная форсунка, содержащая патрубок, подводящий топливо к распылителю, и установленную на нем вибрационную систему в виде обмотки, размещенной с внешней стороны патрубка и подключенной к генератору импульсов, отличается тем, что патрубок размещен внутри статора электрической машины, которая подключена к сети трехфазного тока через статический преобразователь частоты.The task is achieved in that the vibration nozzle containing the nozzle supplying fuel to the atomizer and the vibration system installed on it in the form of a winding placed on the outside of the nozzle and connected to the pulse generator is characterized in that the nozzle is located inside the stator of the electric machine, which is connected to a three-phase current network through a static frequency converter.

Новизна предложенного технического решения заключается в том, что значительно расширяется спектр частот (до десятков кГц) и амплитуд, возбуждаемых в форсунке, что позволяет получить более мелкодисперсную структуру топлива, выходящую из распылителя, а это в свою очередь повышает эффективность сгорания и уменьшается выброс вредных веществ, в частности СО, CH и окислов азота NO, NO₃, и NO₅, в окружающий воздушный бассейн.The novelty of the proposed technical solution lies in the fact that the spectrum of frequencies (up to tens of kHz) and amplitudes excited in the nozzle is significantly expanded, which makes it possible to obtain a finer-dispersed fuel structure emerging from the atomizer, which in turn increases the combustion efficiency and reduces the emission of harmful substances in particular CO, CH and nitrogen oxides NO, NO ₃ , and NO ₅ into the surrounding air basin.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена аналогичная совокупность признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложенного технического решения. Па чертеже представлена схема вибрационной форсунки.According to the patent and scientific and technical literature, no similar set of features was found, which allows us to judge the inventive step of the proposed technical solution. The drawing shows a diagram of a vibration nozzle.

Жидкое топливо по патрубку 1 поступает в распылитель 2 и далее в камеру сгорания. Патрубок 1 помещен внутри статора электрической машины 3, которая в свою очередь подключена к статическому преобразователю частоты 4 («Статические преобразователи» диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук О.В.Григораш, защ. 10 дек. 2003 г. КубГАУ, г.Краснодар).Liquid fuel through the pipe 1 enters the atomizer 2 and then into the combustion chamber. The pipe 1 is placed inside the stator of an electric machine 3, which in turn is connected to a static frequency converter 4 ("Static Converters" dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences O.V. Grigorash, def. Dec 10, 2003 KubSAU, Krasnodar).

Форсунка работает следующим образом: при включении статического преобразователя частоты 4 в обмотке статора электрической машины 3 образуется вращающееся (бегущее) магнитное поле, частота которого может меняться до десятков кГц, вследствие чего в патрубке 1 возникают механические колебания за счет явления магнитострикции и магнитной обработки (см. П.П.Ястребов, И.П.Смирнов. Электрооборудование Электротехнология. М.: Высшая школа, 1987 г., с.71-74; более подробно см. Л.Попилов. Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов, Л., 1972 г., раздел Магнитоимпульсная обработка). Изменяя величину силы тока и частоту электромагнитных колебаний, можно в широких пределах менять частоту и амплитуду возбуждения в патрубке 1 механических колебаний (за счет явления магнитострикции) и распылителе форсунки и, следовательно, подбирать оптимальные режимы обработки топлива.The nozzle works as follows: when the static frequency converter 4 is turned on, a rotating (running) magnetic field is formed in the stator winding of the electric machine 3, the frequency of which can vary up to tens of kHz, as a result of which mechanical vibrations occur in the pipe 1 due to the phenomenon of magnetostriction and magnetic processing (see P.P. Yastrebov, I.P. Smirnov, Electrical Equipment, Electrotechnology, Moscow: Vysshaya Shkola, 1987, pp. 71-74; for more details, see L.Popilov. Handbook of Electrical and Ultrasonic Methods of Processing Mater als, L., 1972, section Magnitoimpulsnaya processing). By varying the magnitude of the current strength and the frequency of electromagnetic oscillations, it is possible to widely vary the frequency and amplitude of excitation in the pipe 1 of mechanical vibrations (due to the magnetostriction phenomenon) and the nozzle atomizer and, therefore, select the optimal fuel processing modes.

Claims (1)

Вибрационная форсунка, содержащая патрубок, подводящий топливо к распределителю, и установленную на нем вибрационную систему в виде обмотки, размещенной с внешней стороны патрубка и подключенной к генератору импульсов, отличающаяся тем, что патрубок размещен внутри статора электромашины, которая подключена к сети трехфазного тока через статический преобразователь частоты.A vibration nozzle containing a nozzle supplying fuel to the distributor and a vibration system mounted thereon in the form of a winding placed on the outside of the nozzle and connected to a pulse generator, characterized in that the nozzle is placed inside the stator of the electric machine, which is connected to the three-phase current network through a static frequency converter.