Генератор парогаза

 

Использование: выработка парогаза высокого давления. Сущность изобретения: генератор парогаза содержит вертикальный корпус 1, в котором гидропоршень в виде объема воды сжимает горючую среду. К нижней части корпуса 1 подключены расположенные ярусами патрубки 30, 31, 32, сообщенные с емкостями для воды соответственно высокого, среднего, низкого давления и снабженные плунжерами 33, 41 с поплавками, установленными в корпусе 1 поярусно, что позволит повысить степень сжатия горючей среды и эффективность работы. 6 ил.

Изобретение относится к энергетике, может быть использовано для выработки парогаза высокого давления, который может применяться для работы турбин и поршневых машин, а также для теплообмена.

Известен способ получения пара в закрытых емкостях с внешним подогревом, например паровой котел. Также известен способ получения смеси пара и газа, например парогенератор с непосредственным воздействием продуктов сгорания на нагреваемую воду [1] При этом способе пар получают при непрерывной подаче воды в зону горения.

Известен генератор парогаза, содержащий вертикальный корпус, подключенный нижний частью к источнику воды под давлением и соединенный с аккумулирующей емкостью парогаза посредством патрубка с отчетным клапаном, и горелочное устройство в виде свечи зажигания и патрубков подачи топлива и воздуха [2] Недостатком является то, что известное устройство не способно вырабатывать эффективное парогазовое давление.

Известно устройство, содержащее вертикальный корпус с патрубками подачи топлива, воздуха, рабочей жидкости и отвода парогаза, запальник, гидропоршень и выхлопной патрубок, снабженные поплавковыми клапанами, взаимодействующими с гидропоршнем [3] Недостатком является неэффективный расход сжатой парогазовой среды, снижение КПД генератора парогаза за каждый цикл его работы. Известный генератор парогаза при повышении степени сжатия в камере сгорания требует повышенного давления гидропоршня до момента воспламенения горючей смеси. После воспламенения часть сжатой парогазовой среды уходит в аккумулирующую емкость, а для вытеснения гидропоршня из корпуса расходуется парогазовая среда с давлением, превышающим давление гидропоршня, и объемом, равным объему гидропоршня. После вытеснения гидропоршня сжатия парогазовая среда уходит в атмосферу, причем, чем больше давление гидропоршня степень сжатия, тем больше давления данного объема уходит через выхлоп в атмосферу.

Целью изобретения является повышение КПД генератора парогаза при повышении степени сжатия.

Цель достигается тем, что в устройстве для получения парогазового давления, выполненном в виде корпуса с патрубками подачи топлива, воздуха, рабочей жидкости и отвода парогаза, содержащем запальник и выхлопной патрубок с поплавковыми клапанами, взаимодействующими с гидропоршнем, согласно изобретению в корпус дополнительно введены гидроканалы труб ступенчатого давления, причем эти каналы перекрываются плунжерами, взаимодействуя с поплавками на разных уровнях гидропоршня.

Именно заявленное размещение гидроканалов в корпусе обеспечивает согласно способу возможность подключения гидропоршня к гидроканалам от меньшего к большему давлению при сжатии горючей среды и в обратной последовательности при вытеснении гидропоршня из корпуса посредством плунжерных переключателей, взаимодействующих с поплавками.

На фиг. 1 показан генератор парогаза; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 наружный вид; на фиг. 5 вид В на фиг. 3; на фиг. 6 электрическая схема зажигания.

Генератор парогаза содержит вертикальный корпус 1, в котором гидропоршень 2, например вода, под давлением сжимает горючую среду. На крышке 5 установлены запальник 3, форсунка 4 для подачи воды под давлением и контактный прерыватель 6, срабатывающий под действием штока 7, жестко скрепленного с поплавком 8.

В корпусе 1 введен канал газового давления 9, который закрывается клапаном 10 посредством действия поплавка 11. В расточку канала 9 вставлен поршень 12 со штоком 13, подпружиненный пружиной 14. Расточка канала 9 закрыта крышкой 15. Держатель 16 с установленным на нем насосом высокого давления 17 закреплен на корпусе 1. Плунжер 18 насоса 17 прижат к штоку 13. Ниже газового канала 9 в корпус 1 введен патрубок парогазового давления 19, закрывающийся клапаном 20, скрепленным с поплавком 21, а выход канала закрыт отсечным клапаном 22, закрытым крышкой 23. Между клапаном 22 и крышкой находится канал в аккумулирующую емкость 24, имеющую предохранительный клапан 25, а выпускная труба перекрыта краном 26. На хвостовой части отсечного клапана 22 установлен колпак 27, подпружиненный пружиной 28.

В нижнюю часть корпуса 1 введены трубы: труба 29 для слива воды во время ремонта, труба 30 присоединена к емкости с водой высокого давления, труба 31 к емкости с водой среднего давления, труба 32 к емкости с водой низкого давления (емкости на чертеже не показаны). Плунжер 33 шарнирно соединен с тягой 34, а тяга посредством оси 35 подвижно соединена с планкой 36, которая жестко посажена на поворотный вал 37. Поворотный вал введен в корпус и имеет жесткое соединение с поворотным поплавком 38. На корпусе закреплена стойка 39, между стойкой и осью 35 натянута пружина 40, которая удерживает плунжер в крайнем положении. При верхнем положении поплавка 38 плунжер 33 открывает гидроканал трубы 30 высокого давления, при этом гидроканал трубы 31 среднего давления закрыт. При нижнем положении поплавка 38 труба 30 закрыта, а труба 31 открыта, а плунжер 41, взаимодействующий с поворотным поплавком 42, расположенным по уровню ниже поплавка 38, при содействии пружины 43 работает аналогично. При верхнем положении поворотного поплавка 42 плунжер 41 открывает гидроканал трубы 31 среднего давления; при этом гидроканал трубы 32 низкого давления закрыт. При нижнем положении поплавка 42 труба 31 закрыта, а труба 32 открыта. В корпусе введен канал 44 подачи топлива, например природного газа. Канал закрывается клапаном 45, который подпружинен пружиной 46. Клапан соприкасается с вертушкой 47, подвижно посаженной на ось 48 и подпружиненной пружиной 49. В корпус 1 введен (фиг. 3) поворотный вал 50, с внутренней стороны вал взаимодействует с поворотным поплавком 51, а с наружной стороны вала жестко закреплена шайба 52 с кулачком 53 (фиг. 5). Поворот шайбы ограничен упором 54. На дне корпуса 1 выполнен ввод канала сжатого воздуха, который состоит из двух частей: цилиндрической 55 и трубчатой 56. Трубчатая часть канала 56 имеет наклоненные вверх отверстия 57, на ней же выполнена проточка, по которой перемещается втулка 58 с наклоненными вверх отверстиями 59. Ход втулки вниз ограничен проточкой. На цилиндрическую часть канала надета втулка 60 с поплавком 61, выполненным в виде незамкнутого кольца. Втулка имеет верхний вырез, ограничивающий ход втулки вверх до закрепленного упора 62. В цилиндрическую часть канала вставлен цилиндр 63 с отверстием 64. В цилиндр 63 вставлен поршень 65 с выступом 66, подпружиненный пружиной 67. На выступе закреплен хомут 68. Втулка 60 с поплавком 61 с нижней стороны имеет второй вырез, по краям этого выреза закреплены сухарики 69, которые могут упираться в хомут 68. Подвижная втулка 58 и втулка 60 с поплавком 61 жестко скреплены посредством планок 70. В нижнюю часть корпуса 1 введены также каналы 71 для удаления остатков парогазового давления. Эти каналы снаружи открыты, а с внутренней стороны закрываются клапанами 72, которые взаимодействуют с поплавками 73, образующими замкнутый круг с направляющими втулками 74 (фиг. 3), втулки совместно с поплавком могут свободно перемещаться вдоль жестко установленных стоек 75. Верхняя часть стойки 75 выточена на конус, а верхняя часть направляющей втулки 74 имеет боковые вырезы, в которые вставляется фигурная пружина 76, поджимающая стойку. На фиг. 6 изображена электрическая схема зажигания, где условно изображены: источник постоянного тока 77, выключатель 78, преобразователь напряжения 79, свеча зажигания 3, конденсатор 80, шток 7, прерыватель 6.

Генератор парогаза работает следующим образом.

Вода гидропоршень 2, поступающая в корпус 1, стремясь уравновесить напор, сжимает газовоздушную среду в верхней части корпуса 1. При этом все поплавки находятся в крайнем верхнем положении, а следовательно, и плунжеры 33 и 41, находясь в верхнем положении, перекрывают гидроканалы труб 31, 32 среднего и низкого давления, а гидроканал трубы 30 высокого давления в открытом положении. При этом поплавок 8 поднимает шток 7 и размыкает контакт прерывателя 6, в запальнике 3 возникает электрическая искра и горючая смесь воспламеняется над гидропоршнем 2. Сгоревшая смесь образует газовое давление, под напором которого уровень воды в корпусе начнет понижаться, вода пойдет в емкость высокого давления. Понижение уровня воды приведет к опусканию поплавка 11 и откроет клапан 10. Газовое давление переместит поршень 2 и привод насоса 17 высокого давления, порция рабочей жидкости вода через форсунку 4 поступит в камеру сгорания в пылевидном состоянии. Высокая температура продуктов сгорания приведет к быстрому испарению рабочей жидкости. Кроме этого, частично произойдет и поверхностное испарение жидкости. Образуется парогаз высокого давления, который приведет к дальнейшему снижению уровня воды гидропоршня 2 из корпуса 1, опустится поплавок 21, откроет клапан 20 патрубка 19 парогазового давления. Под усилием парогаза откроется отсечной клапан 22 и часть парогаза уйдет в аккумулятор 24 давления. Остальной парогаз будет вытеснять воду из корпуса по трубе 30 в емкость высокого давления. Понижение уровня гидропоршня 2 опустит поворотный поплавок 38, совместное усилие поплавка и пружины 40 посредством тяги 34 переместит плунжер 33 в крайнее нижнее положение. Канал трубы 30 высокого давления будет закрыт, а канал трубы 31 среднего давления будет открыт. При этом поворотный поплавок 42, ниже по уровню, взаимодействующий с плунжером 41, еще находится в крайнем верхнем положении, канал трубы 31 среднего давления открыт и вода из корпуса устремится в емкость со средним давлением. Объем над гидропоршнем 2 увеличивается, давление над ним уменьшается. Снижение уровня жидкости переместит поворотный поплавок 42 вниз при содействии натянутой пружины 43. Взаимодействующий с поплавком 42 плунжер 41 перекроет канал трубы 31 среднего давления. Вода из корпуса потечет в емкость низкого давления до выхода парогазовой среды в атмосферу. Снижение уровня воды приведет к опусканию поворотного поплавка 51, шайба 52 повернется по ходу часовой стрелки, вертушка 47 при этом под усилием кулачка 53 повернется против хода часовой стрелки, не производя никакой работы, а когда кулачок пройдет выступ вертушки 47, последняя вернется в исходное положение. При достаточном снижении парогазового давления пружина 14 вернет поршень 12 в исходное положение. Следующим из воды в корпусе появится поплавок 61, закрепленный на втулке 60, который посредством сухариков 69 удерживается хомутом 68 на выступе 66 поршня 65. Временно поплавок 61 не совершает работу. Далее из вытесняемой воды появится поплавок 73, работающий следующим образом: втулки 74, посредством фигурных пружин 76, вставленных в вырез, в начале удерживают поплавок на стойках 75 навесу. Когда значительная часть поплавка освободится от воды, вес поплавка 73 возрастет, фигурные пружины 76 не могут удержать поплавок 73 на стойках 75, и он соскользнет вниз. При этом клапаны 72 откроют каналы 71. Парогазовое давление, вытеснив воду из корпуса 1 в емкость низкого давления, устремится в атмосферу. Пониженное давление парогаза завершает вытеснение гидропоршня 2 из корпуса 1. Давление в корпусе 1 понизится до атмосферного. Под действием пружины 67 и давления в канале сжатого воздуха поршень 65 переместится вправо, сухарик 69 соскользнет с хомутика 68, а втулка 60 совместно с другой втулкой 58 переместится вниз на расстояние выточки, выполненной на трубчатой части канала 56, при этом наклонные отверстия 57 и 59 совпадут, воздух из канала устремится в верхнюю часть корпуса 1, вытесняя остатки парогазовой смеси. За время продувки емкости корпуса 1 вода вновь затопит поплавок 71, поступив из емкости с низким давлением по трубе 32, а клапаны 72 закроют каналы 71. Поступающая вода поплавком 61 поднимает втулки 60 и 58 до упора 62, а втулка 58 закроет канал сжатого воздуха. Дальнейшее поступление воды в корпус 1 переместит поплавок 51 вверх, поворотный вал 50 с шайбой 52 повернется против хода часовой стрелки, кулачок 53 надавит на выступ вертушки 47, которая, поворачиваясь на оси по ходу часовой стрелки, откроет подпружиненный клапан 45 канала 44 подачи топлива. В емкость корпуса 1 поступит топливо, например природный газ. Когда поплавок 51 поднимается вверх, кулачек 53 соскользнет с вертушки 47, усилие пружины 46 закроет канал подачи топлива, а вертушка 47 занимает исходное положение. Поступление воды в корпус 1 увеличивает давление, которое переместит поршень 65 влево, а сухарик 69 зафиксируется хомутом 68. Следующим поднимется поворотный поплавок 42. Усилие поплавка 42 и пружины 43 переместит плунжер 41 вверх, труба 32 низкого давления будет закрыта, а труба 31 среднего давления будет открыта. В емкость корпуса будет поступать вода среднего давления, сжимая объем над гидропоршнем 2. Дальнейшее поступление воды в корпус 1 поднимет поплавок 38. Усилие поплавка 38 и пружины 40 переместит плунжер 33 в верхнее положение трубы 30 высокого давления будет открыта, а труба 31 среднего давления закроется. В емкость корпуса 1 будет поступать вода высокого давления, повышая степень сжатия над гидропоршнем 2. Дальнейшее поступление воды в корпус 1 поочередно поднимет поплавки 21 и 11, закрывая каналы парогазового и газового давления. При достижении водой верхнего уровня поднимется поплавок 8, разомкнется прерыватель 6, а запальник 3 воспламенит горючую смесь. Цикл повторится, отдавая большую часть парогазового давления в аккумулирующую емкость 24. Для прекращения цикла достаточно отключить выключателем 78 систему зажигания. Открывая кран 26, мы можем направить парогазовое давление по назначению. Избыточное давление из аккумулирующей емкости удаляется посредством предохранительного клапана 25.

Повышение сжатия горючей среды над гидропоршнем 2 посредством подключения объема корпуса 1 к гидроканалам ступенчатого давления и слив гидравлической среды после воспламенения горючего в обратной последовательности, от большего давления к меньшему, уменьшит выхлоп сжатой среды в атмосферу, повысит эффективность генератора парогаза, следовательно, увеличит КПД работы устройства.

Формула изобретения

Генератор парогаза, содержащий вертикальный корпус с патрубками подачи топлива, воздуха, отвода парогаза и рабочей жидкости гидропоршня, запальник и выхлопной патрубок, снабженные поплавковыми клапанами, взаимодействующими с гидропоршнем, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен по крайней мере двумя дополнительными патрубками подачи рабочей жидкости для гидропоршня, расположенными вместе с основным патрубком ярусами и снабженными подпружиненными плунжерами с поплавками, причем последние установлены поярусно в корпусе с возможностью взаимодействия с гидропоршнем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6