Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №6 (февраль) 2014
Разделы: Машиностроение, Техника
Размещена 31.01.2014. Последняя правка: 16.03.2014.

Центробежная форсунка с высокой степенью раскрытия сопла, как важный элемент систем распыла жидкости

Полушин Александр Николаевич

Бакалавр техники и технологии

ФГБОУ ВПО "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"

Магистрант

Ханнанов И.И., Дмитриев А.О., Теляшов Д.А. ; Научный руководитель: к.т.н., профессор Панченко Владимир Иванович


Аннотация:
В связи с различными данными о влиянии вязкости на мелкость распыла, возникла необходимость в исследовании форсунок с минимальным влиянием вязкости, к таким форсункам можно отнести раскрытые центробежные форсунки. Данная работа посвящена экспериментальному исследованию центробежных форсунок при изменении у них степени раскрытия сопла. Цель работы исследовать центробежную форсунку с относительно большими размерами каналов, выявить влияние степени раскрытия сопла центробежной форсунки на ее характеристики (коэффициент расхода, угол факела, ожидаемый диаметр капель).


Abstract:
In connection with the various data about the influence of viscosity on the fineness of spraying, it was necessary to study the influence of atomizers with minimal viscosity, such atomizers can be attributed disclosed centrifugal atomizers. This work is devoted to the experimental study of centrifugal atomizers changing their degree of disclosure of the nozzle. The purpose of the study centrifugal atomizer with a relatively large size of the channels, to identify the influence of the degree of disclosure of the nozzle centrifugal atomizer on its characteristics (flow coefficient, the angle of the torch, the expected drop diameter).


Ключевые слова:
Центробежная форсунка, угол факела, коэффициент расхода

Keywords:
Centrifugal atomizer, the angle of the torch, flow coefficient


УДК 53.06

 Форсунка (от англ. force – нагнетать) – устройство для дробления жидкости на большое число мелких капель и распределения их в пространстве. Принцип работы центробежной форсунки состоит в том, что жидкость, получившая интенсивное вращение в камере закручивания, вытекает из сопла в виде тонкой пленки, образующей полый конус. Пленка под влиянием окружающей газовой среды и других возмущений распадается на капли. Центробежные форсунки используются в энергетике, при сжигании жидкого топлива в камерах сгорания ГТД, в пожаротушении и др.

Первая работоспособная форсунка для сжигания жидкого топлива была предложена А. И. Шпаковским в 1864 г. В дальнейшем большую роль сыграла форсунка, созданная в 1880 г. инж. В. Г. Шуховым. Также свой вклад в экспериментальное исследование ЦБФ сделал Ю.И. Хавкин.[1]
Теория идеальной центробежной форсунки, базирующаяся на принципе максимального расхода, разработана Г. Н. Абрамовичем. Несколько позже к аналогичным результатам пришли Л. С. Клячко, Д. Тейлор и К. Баммерт.[1]

Классификация форсунок

1. Испарительные;

2. Распыливающие разделены на

- Струйные (открытая, закрытая);

- Центробежные (одноступенчатые, двухступенчатые, перепускные, комбинированные);

- Пневматические форсунки.

Самыми часто используемыми являются центробежные и струйные форсунки, в изученной литературе дается некоторое сравнение этих типов форсунок, их достоинства и недостатки.

Струйные форсунки:
«+» -  обладают конструктивной простотой и относительной  дешевизной   изготовления;
-  сравнительно малые диаметральные размеры форсунок, что позволяет увеличить количество установленных форсунок при постоянстве площади;
- невозможность прогара огневого днища, в связи с повышенной дальнобойностью.


«-» -  малая тонкость распыла;
- относительно малые угла факела (5—15°)
-  повышенная длина зоны распыла этих форсунок обуславливает увеличение потребного объема и удельного веса камеры сгорания.

Центробежные форсунки:
«+» - относительно больший угол распыла жидкости (около 70—120°) при небольшой длине факела;
- дают более тонкий распыл, чем струйные форсунки;

«-» – их изготовление относительно сложнее.
[2]

Характер воздействия различных факторов (скорость истечения жидкости, толщина пленки, плотность газовой среды, физические свойства жидкости) на мелкость распыла в центробежных форсунках отличается от характера воздействия этих же факторов на мелкость распыла в струйных форсунках.[1]

Это связано с тем, что толщина пленки, создаваемой центробежной форсункой, убывает по мере удаления от соплового отверстия (пленка представляет собой полый конус) и др. [1]

Влияние вязкости в случае центробежных форсунок несколько слабее, чем при распыливании струйной форсункой. [1]

В связи с различными данными о влиянии вязкости на мелкость распыла, возникла необходимость в исследовании форсунок с минимальным влиянием вязкости, к таким форсункам можно отнести раскрытые центробежные форсунки.

Данная работа посвящена экспериментальному исследованию центробежных форсунок при изменении у них степени раскрытия сопла. Цель работы исследовать центробежную форсунку с относительно большими размерами каналов, выявить влияние степени раскрытия сопла центробежной форсунки на ее характеристики (коэффициент расхода, угол факела, ожидаемый диаметр капель).

Для эксперимента нами была разработана и сделана центробежная форсунка представленная на рис.1.

 

Рис.1. Центробежная форсунка с трехканальным завихрителем

Упрощенная схема данной форсунки представлена на рис.2.

 

Рис.2. Упрощенная схема экспериментальной форсунки

здесь dc-диаметр сопла форсунки; dв-диаметр воздушного вихря; 0-угол распыла (угол факела);  -толщина пленки жидкости; Dкз-диаметр камеры закручивания; R-плечо закручивания; Rкз-радиус камеры закручивания; bвх-ширина входного тангенциального канала.

Степень раскрытия сопла 

Исследования проводились на центробежных форсунках с различными диаметрами сопел и с различными степенями раскрытия сопел. Размер камеры закручивания не изменялся.

Для экспериментального исследования центробежных форсунок была собрана установка.

 

Рис.3 Схема испытательной установки

Установка включала в себя следующие элементы:

1-Компрессор и регулировочный кран
2-Трубопровод

3-Бак с водой

4-Манометр

5-Центробежная форсунка

6-Угломер для измерения угла распыла

7-Испытательная камера

8-Колба для измерения расхода воды через форсунку

9-Секундомер для измерения расхода воды через форсунку

Исследованы:

1) влияние размера сопла в диапазоне dc=0,4 - 4,5 мм; 2) влияние степени раскрытия форсунки в диапазоне С=0,09 - 1.

Имея геометрические параметры форсунки, угол факела и расход воды через форсунку и, используя формулы из теории центробежной форсунки получили, основные ее характеристики:

Были получены следующие результаты  при :

dc(мм)

G(г/с)

α °

α °ид 

А-геом. хар-ка

μ-коэф. расхода

μ-коэф. расхода (идеал)

С

Dк ср (мкм)

δ, мм

δ/dc 

0,4

3,96

22

31

0,39

0,95

0,65

0,09

164,10

0,11

0,28

1,4

14,63

70

75

1,95

0,34

0,29

0,31

100,04

0,21

0,15

1,6

15,22

75

80

2,29

0,29

0,26

0,36

102,20

0,22

0,14

2

25,88

80

87

3,00

0,24

0,22

0,44

85,86

0,24

0,12

2,4

29,45

83

93

3,75

0,2

0,18

0,53

79,82

0,26

0,11

3,2

33,59

103

103

5,40

0,14

0,14

0,71

75,31

0,28

0,09

3,6

33,59

108

108

6,36

0,12

0,12

0,8

77,67

0,28

0,08

4,5

33,59

117

117

8,91

0,09

0,09

1

81,12

0,29

0,06

 

   Из сравнения полученных в данной работе результатов и графиков можно сделать следующие выводы:

-Влияние вязкости на угол факела при увеличении степени раскрытия сопла форсунки уменьшается до 0 при С≥0,71 ;

-В связи с исчезновением влияния вязкости на α и μ можно ожидать отсутствия влияния вязкости на диаметр капель ( на распыл);

-Из графика зависимости расхода воды от площади сечения сопла форсунки можно сказать что, до тех пор пока Fвх*n*μвх > Fc*μ расход зависит от площади сопла, когда же Fвх*n*μвх < Fc*μ на расход влияет суммарная площадь входных тангенциальных каналов, это и объясняет то, что при диаметрах сопла dc=3,2 ; 3,6 ; 4,5 мм G=const;

-Открытые центробежные форсунки позволяют получить достаточную мелкость распыла(малый диаметр капель), при больших сечениях канала (dc≥1 мм), при этом уменьшается стоимость форсунки и повышается стабильность характеристик;

-Из полученного значения толщины пленки жидкости можно сказать, что центробежная форсунка с диаметром сопла 4,5 мм эквивалентна струйной форсунке с диаметром 0,3 мм, отсюда вывод, что струйную форсунку с таким соплом изготовить сложнее и дороже, и в эксплуатации она будет менее надежная, чем центробежная;

-При С≥0,71 абсолютный расход жидкости G зависит от диаметра сопла при постоянных остальных параметрах, при это δ/dc уменьшается;

-Данные форсунки выгодно использовать в пожаротушении, т.к. они имеют небольшой расход, относительно мелкий размер капель и простую конструкцию.

Библиографический список:

1. Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А., Новиков Б.В., Ягодкин В.И. Распыливание жидкостей. М., «Машиностроение», 1977. 208 с.
2.Попов В.Г., Ярославцев Н.Л. Жидкостные ракетные двигатели. М.: Издательско-типографический центр- «МАТИ» – КТУ им. К.Э. Циолковского, 2001. 171 с.
3. Хавкин Ю.И. Центробежные форсунки. Л., «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1976. 168 с.




Рецензии:

16.02.2014, 11:41 Галкин Александр Федорович
Рецензия: Статья актуальна. Имеет элементы научной новизны и практическую ценность. Может быть опубликована.

1.03.2014, 20:54 Шамутдинов Айдар Харисович
Рецензия: Статья действительно актуальна, есть элементы научной новизны и практическая ценность. Необходима маленькая поправка: в формулах под рис.2 и рис.3 нужно всё-таки раскрывать символы с размерностью(dc, Dкз, е, de, n и др.), т.е.-что они означают. Только после этой редакции статья может быть опубликована.

16.03.2014 18:18 Ответ на рецензию автора Полушин Александр Николаевич:
Благодарю за рецензию,все замечания были учтены и исправлены.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх