Воспламенитель

 

Использование: для разжига основного или вспомогательного топлива в различных типах энергетических установок и котлов, например камер сгорания газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: воспламенитель содержиттопливные сопла на входе в смеситель, соосную с ним камеру воспламенения и расположенный пооситоковедущий стержень с электродом, образующий зазор с корпусом камеры воспламенения, выполненный в виде диффузора с углом раскрытия 18...24° и соединенный со смесителем через его участок, выполненный в виде промежуточной камеры длиной, лежащей в определенных пределах . 3 ил.

COIQ3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s F 23 0 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4915957/06 (22) 01.03.91 (46) 23.11.92. Бюл. М 43 (71) Научно-производственный центр при

Николаевском кораблестроительном институте (72) Н.П.Селезнева, AS. Качанов и Л.П.Дунаевская (73) Н.П.Селезнева, А.В. Качанов и Л.П.Дунаевская (56) Авторское свидетельство СССР

N. 569807, кл, F 23 0 9/00, опублик. 1977. (54) ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ (57) Использование: для разжига основного или вспомогательного топлива в различных

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для розжига основного или вспомогательного топлива в различных типах энергетических установок и котлов, например камер сгорания газотурбинных двигателей.

Наиболее близким техническим решением иэ известных к заявленному является воспламенитель, содержащий топливные сопла на входе в смеситель, соосную с ним камеру воспламенения, расположенный по оси токоведущий стержень с электродом, образующий зазор с корпусом камеры воспламенения.

В известном воспламенителе топливо поступает через центральное сопло в инжекционный смеситель. В расширяющемся по ходу потока инжекционном смесителе

„„SU ÄÄ 1777640 АЗ типах энергетических установок и котлов, например камер сгорания газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: воспламенитель содержит топливные сопла на входе в смеситель, соосную с ним камеру воспламенения и расположенный по оси токоведущий стержень с электродом, образующий зазо р с корпусом камеры воспламенения, выполненный в виде диффузора с углом раскрытия 18...24 и соединенный со смесителем через его участок, выполненный в виде промежуточной камеры длиной, лежащей в определенных пределах. 3 ил. топливо и воздух перемешиваются, и смесь поступает в камеру воспламенения, где под- 4 жигается воспламенителем (свечой зажигания), расположенным в области С) рециркуляционного движения горючей сме- Д си, образованного за счет взаимного смещения осей инжекционного смесителя и камеры воспламенения, что позволяет стабилизировать воспламеняющий факел.

Недостатками известного воспламени- Ы теля являются следующие: состав и режим течения горючей смеси, ее однородность сложным образом зависят от рода и параметров истечения топлива, параметров воздуха, типа, мощности и реакционной способности воспламенителя, линейных размеров и геометрии инжекционного смесителя. Поэтому обеспечить с помощью опи1777640

55 санного устройства значения рабочих параметров воспламеняющего факела (температуру, степень выгорания топлива, скорость истечения горячих газов, стабильность evcпламенения, глубину проникновения факела в камеру сгорания в зависимости от скорости поперечно движущегося потока) от соответствующих входных параметров во всем рабочем диапазоне, охватывающем как режим стабилизирующего горения при скорости смеси меньше или равной скорости распространения пламени, так и при скорости, значительно превышающей скорость распространения пламени, удается не во всех случаях. Одна из причин состоит в тогл, что инжекционный смеситель переменного сечения не обеспечивает однородность смеси топливо-воздух вплоть до расслоения потоков, так как поперечные пульсации скорости и осевая скорость потока уменьшаются по ходу потока в расширяющемся смесителе известного воспламенителя. Это приводит к забросам далекой от стехиоме1 рического состава горючей смеси в область расположения воспламенителя, что резко снижает надежность ее воспламенения. Тщательное же перемешивание компонентов потока сопряжено с увеличением габаритов расширяющегося инжекционного смесителя. Другая причина снижения надежности восплагленения горючей смеси состоит в возрастании мертвого пространства, в особенности богатых топливных смесей; при больших значениях скорости истечения смеси в камеру воспламенения, а также при больших расходах, когда теплоотвод превосходит тепловыделение, приводящее к затуханию пламени.

Мертвое пространство факела может простираться за пределы выходного сечения камеры воспламенения, тогда отрыв пламени наблюдается при скорости сносящего .потока менее 1 м/с, надежность воспламенения топливной смеси снижается из-за однобокого взаимодействия смеси с воспламенителем особенно при скорости потока, превышающей скорость пламени, Кроме того, вектор скорости истечения горячих газов из выходного сечения камеры восгламенения ввиду смещения осей камеры воспламенения и смесителя отклонен отнормали выходного сечения, что снижает глубину проникновения в камеру сгорания при поперечном сносящем потоке воздуха в камере вплоть до срыва и потухания пламени. При малых расходах топлива скорость истечения гленьше скорости распространения г)ламени, что приводит к проскоку пламени. Дополнительно необходимы значительные габариты известной конст5

2г, 30

40 рукции воспламенителя для надежного воспламенения, что ограничивает область ее применения, например, для розжига топлива в ГТД и других энергетических агрегатах.

Целью изобретения является повышение надежности воспламенителя. указан-. ная цель достигается тем, что камера воспламенения выполнена в виде диффузора с углом раскрытия 18-24 и соединена со смесителем через его участок, выполненный в виде цилиндрической камеры, длина которой лежит в поеделах: б(0с — дэ)/п + !с 15(dc — с!Э)/и. где !с — длина камеры смешения;

d< — диаметр камеры смешения;

d> — диаметр токоведущего стержня;

n — количество сопел для подачи.топлива.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что сокращение габаритов инжекционного смесителя за счет применения нескольких топливных сопел, создание рециркуляции потока в расширяющемся диффузоре за счет увеличения угла раскрытия больше 18 известно (см. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. 1Л,: Наука, 1976), а также известно повышение надежности воспламенения топливо-воздушной смеси искровым воспламенителем. Однако при введении приведенных признаков в связи с остальными элементами в заявляемом воспламенителе топливо-воздушной смеси вышеуказанные элементы и размеры проявляют новые свойства, что.приводит к повышению надежности восплагленения и работы воспламенителя. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг,1 представлен продольный разрез воспламенителя; на фиг,2 — вид А при

Г-образном расположении электрода; на фиг.3 — то же, при Т-образном расположении электрода, Воспламенитель содержит расположенные последовательно по ходу потока инжекционный смеситель 1 с отверстиями 2 для поступления воздуха и камеру воспламенения 3. В камере смешения 4 установлен .изолированный от корпуса токоведущий стержень 5. на конце которого закреплен электрод б. образующий разрядный промежуток 7 с внутренней поверхностью камеры воспламенения 3, которая выполнена в виде диффузора с углом раскрытия 18-24О. Сопла для подачи топлива 8 направлены в кольцевой зазор, образован-ный токоведущим стержнем 5 и внутренними стенками камеры смешения 4, Длина

1777640

10

55 камеры смешения выбрана иэ интервала

6(dc ds)/n lc 15(dc С1э)/n.

Воспламенитель работает следующим образом.

Струи топлива, истекающие из сопел 8, перемешиваются с инжектируемым через отверстия 2 воздухом в инжекционном смесителе 1, после чего топливовоэдушная смесь поступает в камеру воспламенения 3.

На электрод 6 и камеру воспламенения 3 подают напряжение от источника питания (на рисунках не показан) с емкостным разрядом. В разрядном промежутке 7 возникает электрический разряд. 3а время разряда топливовоздушная смесь выдувает плазменную струю в камеру воспламенения 3, где происходит поджигание топливовоз.",ушной смеси. Отрыв потока топливовоздушной смеси от стенок камеры воспламенения 3, благодаря углу раскрытия

a =- 18-24О, обеспечивает стабильную рециркуляцию струй топливовоздушной смеси в область под>кигания, что обеспечивает наде>кное воспламенение этой смеси и предупреждает выход мертвого пространства за пределы выходного сечения камеры воспламенения, что в свою очередь, обеспечивает стабильность факела в сносящем потоке воздуха.

Были испытаны несколько вариантов воспламенителя с различным количеством топливных сопел и .различной длиной инжекционного смесителя. При испытании использован импульсный источник питания мощностью 0,5 кВт частотой импульсов

7 с . расход газа 5 r c

-1

Диаметр инжекционного смесителя dc =

=16 мм, диаметр токоведущего стержня d ==6 мм, центральный электрод Т-образный.

Размер разрядного промежутка 1,3 +0,4 мм, камера воспламенения имеет следующие размеры: длина 52 мм, диаметр входного сечения 36 мм, диаметр выходного сечения 53 мм. Испытания воспламенителей проводили при скоростях сносящего воздушного потока от 0 до 72 м/с и при разном количестве сопел для подачи топлива.

Первый вариант, Воспламенители с двумя соплами по 0,5 мм и следующими длинами инжекционного смесителя ic = 25, 28, 30, 40, 45, 50, 60, 70, 75, 77, 82 мм.

При длине инжекционного смесителя

25 мм поджигания топливовоздушной смеси не происходит из-за сни кения козфч. ициента инжекции «оздуха. образуется богатая. за пределами воспламенения топливовоздушная смесь. При = 28 мм возникают сбои в поджигании топливовоздушной смеси. Начиная с lc = 30 мм запальная горелка устойчиво работает. При Ic = 40, 35, 50, 60, 70, 75 мм наблюдается надежное воспламенение топливовоэдушной смеси и устойчивое горение факела при скоростях сносящего потока от 0 до 70 м/с. При Ic = 77 мм и более при подаче напряжения на электроды наблюдается задержка воспламенения разной длительности, что создает опасность взрывообразного воспламенения.

Второй вариант. Воспламенители с тремя топливными соплами по 0,5 мм, расположенными под углом 120 . Длины инжекционных смесителей Ic = 18, 20, 30, 45, 50, 55 мм. При Ic =- 18 мм факел заметно отклонен от нормали при скорости сносящего потока 5 м/с, а при скорости 10 м/с этот угол близок к 90О. При длинах Ic = 20, 30, 45, 50 мм зафиксировано надежное воспламенение и устойчивое горение факела при скоростях сносящего потока до 72 м/с. При длине смесителя 55 мм появляется характерное для горения богатой смеси дымление, что говорит о снижении полноты сгорания топлива.

В заявляемом устройстве достигнуто повышение надежности воспламенителя.

Формула изобретения

Воспламенитель, содержащий топливные сопла на входе в смеситель, соосную ему камеру воспламенения и расположенный по оси токоведущий стержень с электродом, образующий зазор с корпусом камеры воспламенения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при выполнении смесителя инжекционным, камера воспламенения Bыполнена в виде диффузора с углом раскрытия 18-24 и соединена со смесителем через его участок, выполненный в виде цилиндрической камеры. длина которой лежит в пределах

6(d — d )/n I < 15(дс — d )/è, где 1с — длина камеры смешения;

dc — диаметр камеры смешения; бэ — диаметр токоведущего стержня; и — количество сопел для подачи топлива.

1777640 ри2 3

Составитель Н.Селезнева

Техред M.Ìîðãåíòàë . Корректор А.Мотыль

Редактор

Заказ 4133 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 и

Проиааодстаанно-иадатальский комбинат Патант", г: Укггород, уп.Гагарина. 101

Вид A (I 8 и Он Г) Влд А(Й ЙарггонТ) 6