Форсунки Danfoss: классификация, применение и принцип работы

Компания Danfoss является одним из ведущих мировых производителей энергосберегающего оборудования, и ее продукция включает широкий спектр компонентов для различных систем, в том числе и для горелок. Форсунки, производимые Danfoss, играют ключевую роль в системах сжигания топлива и распыления жидкостей, обеспечивая эффективное смешивание топлива с воздухом для оптимального процесса горения. Эти компоненты необходимы для достижения высокой эффективности, снижения вредных выбросов и обеспечения надежной работы разнообразного оборудования. Danfoss обладает более чем 75-летним опытом в разработке и производстве форсунок, что изначально было сосредоточено на масляных форсунках и впоследствии распространилось на другие области, такие как водяные форсунки. Этот богатый опыт свидетельствует о глубоком понимании принципов гидродинамики и распыления жидкостей, лежащих в основе их технологий. Целью данной статьи является предоставление исчерпывающего технического обзора форсунок Danfoss, охватывающего их классификацию, технические характеристики, применение в различных отраслях, включая газовые горелки и другое оборудование, а также подробное описание принципа работы в горелках. В статье будет рассмотрена классификация форсунок Danfoss, детально описаны их технические характеристики, приведены примеры применения в различных областях, подробно изложен принцип работы на примере жидкотопливной горелки и даны рекомендации по эксплуатации и обслуживанию.

Классификация и технические характеристики форсунок Danfoss

Danfoss предлагает широкий ассортимент форсунок, предназначенных для различных видов топлива и применений. Основные серии жидкотопливных форсунок включают OD, HR, SR, LE, LN, LN-LE, HFD/HD, SFD/SD, EH, ES, AH, AS, AB и KH, а также водяные форсунки серий HX и Slimline.

Серия OD представляет собой наиболее распространенный тип форсунок Danfoss, имеющих коническую форму головки и предназначенных для использования со всеми видами жидкого топлива. Конструкция форсунок серии OD является базовой моделью для всех остальных масляных форсунок Danfoss. Эти форсунки доступны с различными углами распыла, включая 30°, 45°, 60° и 80°, а также с тремя типами факела: полым (H), сплошным (S) и полусплошным (B). Диапазон производительности серии OD варьируется от 0.30 до 35.0 USgal/h. В зависимости от модели, форсунки оснащаются фильтрами различной степени фильтрации: 30 мкм для производительности 0.2-0.35 USgal/h, 45 мкм для 0.4-0.85 USgal/h, 75 мкм для 1-1.75 USgal/h, 140 мкм для 2-11 USgal/h, а для производительности 12-35 USgal/h фильтр отсутствует. Некоторые модели, например OD 7.50 / 60º B, оснащены фильтром из монель-металла с размером ячейки 140 мкм. Примерами моделей серии OD являются OD 7.50 / 60º B (7.5 гал/ч, 29.8 кг/ч, 60°, полусплошной), OD 1.25 x 60 B (1.25 гал/ч, 4.71 кг/ч при 10 бар, 60°, полусплошной) и OD 17.00/60º B (17 гал/ч, фильтр 45 мкм). Широкий диапазон производительности и типов распыла в серии OD указывает на то, что она разработана для удовлетворения потребностей различных размеров горелок и конфигураций камер сгорания, что подчеркивает стремление Danfoss предоставлять решения для разнообразных применений.

Серии HR и SR представляют собой форсунки с круглой формой головки, предназначенные для использования с любыми видами жидкого топлива в бытовых горелках высокого давления. Эти форсунки выпускаются с тремя различными углами распыла и расходом от 0.3 до 1.00 USgal/h, что соответствует производительности от 1.46 до 3.72 кг/ч. Форсунки серий HR и SR оснащены бронзовым фильтром со степенью фильтрации 30 мкм для расхода 0.30-0.35 USgal/h и 45 мкм для 0.40-1.00 USgal/h. Их характеристики аналогичны характеристикам форсунок серии OD.

Серия LE является специальной версией стандартных форсунок OD, оснащенной отсечным клапаном для снижения уровня выбросов. Эти форсунки используются в сочетании с топливными насосами BFP, имеющими функцию LE. Они предотвращают образование капель при прогреве горелки и расширение топлива при ее остановке. Форсунки серии LE доступны с тремя углами распыла (45°, 60°, 80°) и двумя типами факела (полый - H и сплошной - S), а диапазон расхода составляет от 0.40 до 2.0 USgal/h. Все форсунки этой серии оснащены бронзовым фильтром с размером пор 30 мкм. Для достижения аналогичного расхода по сравнению с форсунками OD требуется увеличение давления в топливном насосе на 1.6 бар. Номинальные параметры для форсунок LE составляют 1160 кПа (11.6 бар), а исходные - 860 кПа (8.6 бар). Примером может служить модель 030H6714 - форсунка LE для газовой горелки с производительностью 0.65 US Gal/h, углом распыла 60 градусов и полым факелом (H). Упоминание форсунки LE, предназначенной для газовой горелки, является важной деталью, указывающей на то, что, хотя основное внимание Danfoss уделяется масляным форсункам, они также предлагают специализированные форсунки с функцией снижения выбросов, которые могут быть адаптированы или разработаны для определенных применений в газовых горелках, особенно в тех, где требуется минимизировать выброс несгоревшего топлива.

Серии LN и LN-LE представляют собой специальные форсунки, разработанные для горелок, работающих на легких типах жидкого топлива с предварительным подогревом и низким уровнем выбросов NOx. Модели LN-LE также оснащены LE-клапаном. Угол распыла для этих серий составляет 60°, а расход - от 0.45 до 1.0 USgal/h (для серии LN).

Серии HFD/HD и SFD/SD включают стальные форсунки с круглой головкой, предназначенные для работы как на легком, так и на тяжелом топливе, и доступны с полым или сплошным факелом. Эти форсунки могут иметь двойную (HFD/SFD) или одинарную (HD/SD) фильтрацию. Они выпускаются с тремя углами распыла (45°, 60°, 80°) и диапазоном расхода от 0.3 до 2.50 USgal/h. Фильтры изготавливаются из спеченной бронзы (30-40 мкм) или монельной сетки (105-120 мкм). Материалом корпуса служит нержавеющая сталь.

Серии EH и ES - это форсунки, стандартизованные OFTEC и разработанные специально для использования с керосином. Они разработаны, протестированы и сертифицированы для работы с керосином. Доступны с двумя углами распыла (60°, 80°) и расходом от 0.4 до 2.00 USgal/h. Фильтры изготовлены из спеченной бронзы и имеют размер пор 45 мкм для расхода 0.40-0.85 USgal/h и 75 мкм для 1.00-2.00 USgal/h.

Серии AH, AS, AB представляют собой стандартные форсунки, предназначенные для североамериканского рынка. Они сертифицированы CSA. Доступны с четырьмя углами распыла и расходом от 0.4 до 3 USgal/h (для типов AH, AS, AB), а серия OD включает модели с расходом до 35 USgal/h. Фильтры изготавливаются из спеченной бронзы (для расхода до 1.75 USgal/h) или из монельной сетки (для больших размеров).

Серия KH включает форсунки, разработанные специально для использования с керосином на японском рынке. Эти форсунки имеют угол распыла 60°, полый факел (H) и расход от 0.4 до 1.75 USgal/h. Они оснащены фильтрами из спеченной бронзы.

Водяные форсунки серий HX и Slimline предназначены для широкого спектра применений, включая увлажнение, охлаждение, пылеподавление и противопожарные системы. Они работают по принципу закручивания потока под давлением.

Для наглядного сравнения технических характеристик основных серий форсунок Danfoss можно использовать следующую таблицу:

Применение форсунок Danfoss в различных отраслях

Форсунки Danfoss находят широкое применение в различных отраслях промышленности и в быту.

Жидкотопливные горелки являются одной из основных областей применения форсунок Danfoss. Они широко используются в бытовых и промышленных горелках высокого давления, работающих на дизельном топливе, мазуте и керосине. Эти форсунки применяются в стандартных горелочных системах и подходят для горелок с различными требованиями к углу и типу распыла в зависимости от конструкции горелки и камеры сгорания. Широкое использование форсунок Danfoss с различными видами жидкого топлива (дизель, тяжелое топливо, керосин) и типами горелок (бытовые, коммерческие, промышленные, высокого давления) подчеркивает их универсальность и устоявшуюся репутацию в секторе технологий сжигания топлива.

Для специальных горелок Danfoss предлагает форсунки серий LN и LN-LE, разработанные для горелок, работающих на легких типах жидкого топлива с предварительным подогревом и низким уровнем выбросов NOx. Серия LE применяется для минимизации образования капель при прогреве и расширения топлива при остановке горелки, что способствует снижению уровня выбросов. Наличие специализированных серий, таких как LN (низкий уровень NOx) и LE (низкий уровень выбросов), свидетельствует о том, что Danfoss активно разрабатывает решения для удовлетворения конкретных требований к производительности и экологическим стандартам, демонстрируя свой прогрессивный подход к технологическому развитию компонентов горелок.

Вопрос о применении в газовых горелках требует более детального рассмотрения. Хотя основная информация указывает на использование форсунок Danfoss в жидкотопливных системах, существуют отдельные упоминания, которые предполагают возможное применение и в газовых горелках. Например, в 1 упоминается форсунка LE (030H6714), предназначенная для газовой горелки. В 2 обсуждается функционирование горелок как на дизельном топливе, так и на газе. В 3 предлагается форсунка Danfoss OD 17.00/60º B для газовых котлов. В 4 форсунки Danfoss перечисляются в разделе запчастей для горелок, наряду с газовыми клапанами Honeywell. В 5 форсунки Danfoss упоминаются в контексте компонентов для отопительной промышленности, включая газовые горелки. Эти данные, хотя и не столь обширны, как информация о применении в жидкотопливных системах, указывают на то, что Danfoss может производить форсунки или их продукция может использоваться в сочетании с газовым оборудованием, возможно, в специфических приложениях или как часть более крупных систем горелок, которые могут работать на нескольких видах топлива.

Помимо горелок, форсунки Danfoss находят применение в другом оборудовании, таком как тепловые пушки, автомобильные подогреватели типа Webasto, дизельные котлы отопления, горелки дизельные для зерносушилок, автоматические мазутные горелки к паровым котлам и промышленные горелки на сырой нефти. Водяные форсунки Danfoss (серий HX и Slimline) используются в системах увлажнения и охлаждения, включая сушку древесины, пылеподавление, снеговые пушки, адиабатическое охлаждение, борьбу с вредителями и наружное охлаждение. Они также применяются в противопожарных системах (водяной туман), в частности, для защиты промышленных зданий, включая генераторные зоны, машинные отделения и производственные линии. Мини-форсунки Hago используются в промышленных процессах для охлаждения, увлажнения и распыления легких масел, например, в теплицах, для охлаждения в промышленности, в сельском хозяйстве для охлаждения скота и для охлаждения патио. Такое разнообразие применений за пределами стандартных горелок, включая отопление, промышленные процессы и системы безопасности (пожаротушение), демонстрирует универсальность технологии форсунок Danfoss и их способность адаптировать свои основные принципы для решения различных инженерных задач.

Принцип работы форсунки Danfoss в горелке (подробный пример)

Основными компонентами жидкотопливной горелки являются топливный насос, форсунка, вентилятор, система поджигания и блок управления. Принцип действия заключается в подаче топлива под давлением от топливного насоса к форсунке, где оно распыляется в мелкодисперсное состояние и смешивается с воздухом, подаваемым вентилятором. Образовавшаяся топливовоздушная смесь затем поджигается, обеспечивая устойчивый процесс горения.

Рассмотрим подробнее принцип работы форсунки Danfoss серии OD на примере дизельной горелки. Топливный насос создает высокое давление в диапазоне 7-10 бар для подачи дизельного топлива к форсунке. Перед поступлением в распылительное сопло топливо проходит через фильтр, расположенный внутри форсунки. Степень фильтрации может варьироваться в зависимости от модели, например, от 30 до 140 мкм. Фильтр, изготовленный из спеченной бронзы или монель-металла, предназначен для удаления механических примесей из топлива и предотвращения засорения сопла.

Далее топливо поступает в завихритель (swirl chamber), расположенный внутри корпуса форсунки. Конструкция завихрителя обеспечивает придание топливу вращательного движения. Под действием центробежных сил вращающееся топливо через калиброванное отверстие сопла (orifice disc) распыляется в виде мелкодисперсного конусообразного факела. Угол и форма факела распыла (полый, сплошной или полусплошной) зависят от конструкции завихрителя и сопла, а также от давления топлива. Различные конструкции сопел, такие как H (полый конус), S-S (полусплошной конус), B (сплошной конус), ES (сплошной конус для низких расходов) и P (сплошной конус для высоких расходов), позволяют формировать факел распыла с необходимыми характеристиками. Например, форсунка Danfoss OD 7.50 / 60º B при давлении 10 бар распыляет 29.8 кг/ч дизельного топлива под углом 60° с полусплошным факелом.

Форсунки серии LE оснащены встроенным отсечным клапаном. Этот клапан предотвращает подтекание топлива из сопла после выключения горелки и во время фазы предварительного нагрева. Такая особенность способствует более чистому сгоранию и снижению уровня выбросов. Для достижения аналогичного расхода топлива по сравнению со стандартными форсунками OD, форсункам LE требуется увеличение давления в топливном насосе на 1.6 бар. Принцип распыления топлива под давлением с созданием завихрения, используемый как в масляных, так и в водяных форсунках Danfoss, является ключевым инженерным решением для достижения тонкого и равномерного распыления различных типов жидкостей.

Факторы, влияющие на выбор форсунки Danfoss

Выбор конкретной модели форсунки Danfoss зависит от ряда ключевых факторов:

• Тип используемого топлива: Различные серии форсунок оптимизированы для работы с определенными видами топлива, такими как дизельное топливо, мазут, керосин или легкие масла.
• Требуемая производительность горелки: Необходимо выбирать форсунку с соответствующим расходом топлива, измеряемым в галлонах в час (USgal/h) или килограммах в час (кг/ч), чтобы обеспечить необходимую тепловую мощность для конкретной системы.
• Угол и тип распыла: Угол и форма факела распыла должны соответствовать конструкции камеры сгорания и требованиям к смешиванию топлива с воздухом для достижения оптимального сгорания.
• Конструкция горелки: Необходимо учитывать тип горелки (бытовая, промышленная, высокого давления) и ее специфические требования к форсунке.
• Экологические требования: В случаях, когда необходимо минимизировать уровень выбросов, следует использовать форсунки серии LE, отличающиеся низким уровнем выбросов.

Наличие различных типов распыла (полый, сплошной, полусплошной) свидетельствует о том, что Danfoss разрабатывает форсунки с учетом различных конфигураций воздушного потока в горелках. Это крайне важно для достижения оптимального смешивания топлива с воздухом и, как следствие, эффективного сгорания. Такой подход подчеркивает системное мышление при разработке их продукции.

Рекомендации по эксплуатации и обслуживанию форсунок Danfoss

Для обеспечения надежной и эффективной работы оборудования с форсунками Danfoss необходимо соблюдать ряд рекомендаций по эксплуатации и обслуживанию:

• Важно правильно подобрать и установить форсунку в соответствии с инструкциями производителя горелки и Danfoss.
• Следует регулярно проверять состояние форсунки на предмет наличия загрязнений или механических повреждений, так как загрязнение может существенно нарушить процесс распыления топлива.
• Danfoss рекомендует производить ежегодную замену форсунки для поддержания оптимальной эффективности, низкого уровня выбросов и надежной работы горелки. Со временем в форсунке могут накапливаться отложения, ухудшающие качество распыления.
• Использование качественного топлива и установка предварительных фильтров помогут продлить срок службы форсунки.
• При монтаже форсунки необходимо соблюдать рекомендуемые моменты затяжки, которые обычно составляют 15-20 Нм, а максимальный момент не должен превышать 25 Нм.

Danfoss подчеркивает важность использования чистого топлива и эффективной фильтрации, что свидетельствует о понимании того, что долговечность и производительность их высокоточных форсунок напрямую зависят от качества подаваемого топлива. Это подчеркивает системный подход компании к обеспечению надежной работы оборудования.

Заключение

Форсунки Danfoss представляют собой высококачественные и надежные компоненты, широко применяемые в различных отраслях промышленности и в быту. Компания предлагает широкий ассортимент форсунок для различных типов топлива и применений, отличающихся высокой точностью характеристик и долговечностью. Их использование позволяет обеспечить эффективное и экологичное сжигание топлива в жидкотопливных горелках и других системах. Для достижения оптимальных результатов крайне важен правильный выбор модели форсунки и регулярное ее обслуживание в соответствии с рекомендациями производителя.