Диссертация (1172932), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Эти форсунки составляются из двух или болееразличных по принципу действия форсунок, объединенных общим корпусом,в зависимости от требований, предъявляемых к распылу, и условий работы. Чащевсего комбинируются центробежная форсунка и форсунка с соударением струйили центробежно-струйная форсунка и форсунка с соударением струй.Кроме сказанного выше все форсунки в своих классах можно такжеподразделять и на подклассы. В настоящее время существует достаточно большоеколичество конструктивных схем форсунок, некоторые из которых дажевыпадают из данной классификации.3.1.3 Обоснование способа распыления жидкостиКак указано выше, существует шесть способов распыления жидкости.Учитывая назначение конструируемого стенда, такие способы распыления, какмеханическое, пневматическое, электрическое и ультразвуковое, можно исключить из рассмотрения.
Для создания электрического и ультразвукового распыления необходимо использовать либо электрическое, либо ультразвуковое поле,73что является неприемлемым, так как требует применения электрического оборудования. Механическое распыление сопряжено с применением специальныхмеханизмов, осуществляющих вращение распыливающего устройства, что приводит к применению в данном способе дополнительного оборудования, как правило,электрического.
Пневматическое же распыление не применимо вследствие того,что в данном способе используется газ для улучшения качества распыла. Применение газов в данной системе может привести к снижению кратности тепловыхпотоков. Тем самым, с одной стороны пневматическое распыление будет улучшать качество распыла, вследствие чего будет происходить увеличение кратноститепловых потоков, а с другой стороны применение газов будет вести к снижениюкратности тепловых потоков, в результате, основное преимущество пневматического распыления нивелируется.Применение пульсационного распыления связано с применением оборудования, регулирующего изменение давления и расхода жидкости, которую приводят к пульсациям, улучшающим качество распыла жидкости.
Использование данного способа распыления, бесспорно, приводит к улучшению качества распыла,но, в свою очередь, влечет за собой увеличение энергозатрат и значительноусложняет конструкцию распылителя.В результате проведенного анализа форсунок выбор был остановлен на гидравлическом способе распыления жидкости. Данный способ дает возможностьполучить достаточно хорошее качество распыления, а также технологическиупрощает изготовление распылителя, позволяет выйти на оптимальную величинуКПД распыления, снизить до минимума энергозатраты, в связи с чем способ является экономически обоснованным и соответствует требованиям, предъявляемымк качеству распыления.Гидравлический способ распыления жидкости реализуется средствамигидравлических форсунок. В зависимости от условий распыла и требованийк качеству распыла имеет смысл рассмотреть различные классы гидравлическихфорсунок применительно к поставленной задаче.74Как отмечено выше, гидравлические форсунки делят на шесть классов.Рассмотрев достоинства и недостатки всех шести классов гидравлических форсунок, можно сделать следующие выводы о возможности их использования в данных условиях.Использование ударно-струйных форсунок исключено в связи с тем, что впроцессе распыления используются отражатели, которые могут привести к возникновению тепловых потоков на границе распыла, так как за пределами модуляимеется достаточно большое количество лучистой энергии.Использование центробежных и центробежно-струйных форсунок, как правило, обусловлено использованием смесеобразования различных видов жидкости,поэтому применение форсунок данных классов не представляется рациональнымв условиях поставленной задачи.Работа форсунок с соударением струй основана на взаимном разбиенииструй на отдельные капли.
Данный процесс является эффективным только прииспользовании больших давлений жидкости в системе подачи. Учитывая, чтонасосы, применяемые в пожарных системах, обеспечивают сравнительно небольшое давление подачи жидкости (в среднем 5 атм), то применение форсунок данного класса неприемлемо.В результате, наиболее подходящим классом распылителей является классструйных форсунок. Как указано выше, этот класс форсунок включает в себя триих вида: веерные; щелевые; струйные.Для использования форсунок в конструируемом стенде их продольнаядальнобойность должна быть не более 1 м. В связи с этим, использованиесобственно струйных форсунок, является нерациональным.Использование веерных форсунок сопряжено с достаточно сложным технологическим процессом изготовления данных устройств, что в условиях серийногопроизводства приведет к достаточно высокой стоимости данного вида форсунок.Таким образом, наиболее целесообразным является применение щелевыхфорсунок.753.2 Конструкция форсункиОдним из главных условий эффективной работы защитного экрана, то естьуменьшения теплового потока, проходящего сквозь экран, является повышениестепени поглощения и рассеяния энергии теплового излучения паро-капельновоздушной смесью, создаваемой в межсеточном пространстве.
Очевидно,что эффективность такой защиты зависит от многих факторов, в числе которыхследует, в первую очередь, отметить:– диаметр капель смеси;– статистическое распределение капель различных диаметров в потокераспыляемой воды, то есть их количественный состав в процентном отношении;– равномерность распределения паро-капельно-воздушной смеси в объемемежсеточного пространства;– расход воды в единицу времени.Исходя из этого, поиск наиболее эффективной конструкции форсунки,отвечающей всем перечисленным требованиям, сводится к задаче по оптимизацииэтих важных факторов. Известно, что наибольшей рассеивающей способностьюобладают капли с диаметром, сравнимым или близким к длине волны ИК-областиспектра ( ≈ 3–15 мкм) [97, 101].
Однако получение таких капель в превалирующем процентном отношении сопряжено с рядом объективных трудностей, к числукоторых следует отнести, в первую очередь, необходимое высокое давление водыв системе на уровне 150 атм (15 МПа), в то время как среднее значение давления,обеспечиваемое пожарными насосами, лежит в пределах 5–12 атм (до 1,2 МПа)и реальное среднее значение диаметров капель составляет 300–600 мкм. Темне менее, как показали предварительные оценочные эксперименты с наиболееприемлемой конструкцией форсунки, даже при давлениях на уровне 3–5 атмв потоке распыляемой воды присутствует около 10–15 % капель с диаметромпорядка 15–20 мкм. Эта фракция капель, представляющая собой водяную пыль,в силу своей малой массы и, соответственно, импульса, распыляется, в основном,на небольшое расстояние (до 0,5 м).76Важным фактором от которого зависит эффективность рассеивающего эффектаявляется равномерность распределения паро-капельно-воздушной смеси в объемемежсеточного пространства, что, в свою очередь, ставит вопрос об оптимальномрасположении форсунок и их ориентации.
Одно из условий – обеспечение взаимоперекрывания потоков от разных форсунок, что позволит, во-первых, увеличить плотность смеси в объеме, а, во-вторых, уменьшить вероятность образования«мертвых зон», где эта плотность сравнительно низка или близка к нулю.Исходя из выше указанных факторов, велся поиск оптимальной конструкции форсунки. В общей сложности были проверены около 50 вариантов двухбазовых типов форсунок.
Первый тип форсунки представлен на рисунке 3.6.Шайбы толщиной: 0,2; 0,3; 0,5; 1,0 ммβ = 10°α = 60°; 90°; 120°Рисунок 3.6 – Первый тип форсунки, испытанный на годность для примененияв испытательном стендеФорсунка состоит из цилиндрического корпуса диаметром 14 мм и высотой35 мм с навинчивающейся головкой, имеющей отверстие диаметром около 1 мм.Высота щели регулируется металлическими прокладками в виде шайб с секторным вырезом. Были проведены испытания форсунок со следующими изменяющимися характеристиками: высота прокладок – 0,2; 0,3; 0,5; 1,0 мм; углы секторов –60; 90; 120; диаметры отверстий – 0,8; 1,2 мм.
Всего испытано 24 вариантафорсунки. В первую очередь оценивалось значение угла α, которое должнолежать в пределах 80–100. Испытания показали, что данный тип форсункине отвечает в полной мере необходимым требованиям.77Второй тип форсунки представлен на рисунке 3.7.α = 90–110°14 ммh = 0,8 ммβ = 10–15°Рисунок 3.7 – Второй тип форсунки, испытанный на годность для примененияв испытательном стендеФорсунка также состоит из цилиндрического корпуса диаметром 14 мми высотой 38 мм с регулирующим винтом, имеющим на нижнем конце острие,заточенное под углом 70.
Расход воды регулируется вращением винта. Выходноеотверстие в виде щели высотой 0,8 мм и шириной 5 мм получают фрезеровкойкорпуса стандартной дисковой фрезой диаметром 63 мм. Величина угла = 90выбрана с точки зрения оптимального расположения форсунок, а именно, в углахзащитного экрана, а величина угла ≈ 10–15 объясняется относительно узкойобластью межсеточного пространства.Другой важной рабочей характеристикой форсунки является расход водыв единицу времени. Исходя из величины среднего значения давления в системена уровне 5 атм (0,5 МПа) и результатов предварительных натурных испытанийтеплозащитных экранов была определена величина расхода воды на одну форсунку(примерно 100 г/с).
Указанная величина расхода, естественно, является средней,поскольку давление в системе не остается постоянным, а варьируется в зависимостиот многих внешних факторов.78Исходя из этого расход воды в разработанной форсунке удовлетворяетвышеуказанным условиям, поскольку лежит в диапазоне от 60 до 100 г/с. Меньшее значение расхода воды не рекомендуется вследствие недостаточности общеймассы воды, распыляемой в межсеточном пространстве для эффективного рассеяния теплового излучения.С целью удовлетворения всем вышеназванным условиям, были проведеныэксперименты по распылению воды форсунками с различными конфигурациямии характеристиками.
Ранее полученная конструктивная схема распыливающегоустройства была определена как щелевая форсунка, и первые варианты в действительности соответствовали данному определению. Как известно, расчет щелевыхфорсунок является достаточно сложной задачей в виду того, что нет однозначнойметодики определения параметров распылителя и характеристик распыла данноговида форсунок [97, 102, 103, 107].Это связано, прежде всего, с тем, что щелевые форсунки не имеютдостаточного распространения, вследствие чего этот вид распыливающегоустройства рассматривают как частный случай струйной форсунки, где цилиндрическое сопло заменяется на щелевидное.
Однако в процессе опытноконструкторской работы конструкция подвергалась неоднократному изменению,в результате чего была получена некая гибридная конструктивная схема распыливающего устройства, отличающаяся от схемы щелевой форсунки, так как в конструкции присутствуют также элементы форсунок другого класса. Необходимоотметить, что это обычная практика получения гибридных конструктивных схем,связанная с конкретно поставленными задачами.В результате проведения всех изменений на основе экспериментальнойотработки распыляющих устройств, в конструкции появились элементы нескольких классов форсунок (струйная, с соударением струй, а также имеющая признакиударно струйной форсунки, объединенных в одном корпусе).На рисунке 3.8 показаны продольный разрез и сечение конфигурации форсунки,позволяющей образовать водяной факел веерообразной формы с максимальнымуглом раскрытия 180°.79Рисунок 3.8 – Продольный разрез форсунки и его сечениеКорпус форсунки 1 выполнен из алюминиевого деформируемого сплаваД16 в виде параллелепипеда со скошенными гранями в верхней части.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
