Инжекционная горелка

 

Изобретение относится к горелочной технике и может быть использовано для сжигания газообразного топлива в топках печей и котлов и камерах сгорания газотурбинных установок, а также в качестве горелки вспомогательной воспламенительной для различных энергоустановок. Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции, повышении надежности и расширении арсенала технических средств при обеспечении заданного массового соотношения расходов топлива и воздуха с принудительной подачей. Инжекционная горелка содержит камеру смешения 1, на входе в которую установлены газоподающий патрубок 3 и воздушный короб 2 с подводящим патрубком 4. Горелка снабжена каналами 6, сообщающими полость П₂ короба 2 с полостью П₁; после камеры смешения, и при необходимости дроссельными отверстиями 5, разделяющими полости П₂ и П₄ короба 2 и патрубка 4. Каналы 6 выполняют роль регулятора давления, обеспечивающего величину давления воздуха на входе в камеру смешения, равную величине давления после камеры смешения. При этом соотношение массовых расходов воздуха и топлива обеспечивается активной струей газообразного топлива в соответствии с параметрами и геометрическими размерами струйных инжекционных аппаратов. Для использования горелки в качестве горелки вспомогательной воспламенительной она снабжена свечой 7, которая смонтирована в специальной полости 8, отделенной от полости каналов 6. При относительно большом количестве камер смешения они расположены по сечению короба плотными рядами с просветом между ними, близким к величине диаметра выхода камеры смешения. 3 з.п ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горелочной технике и может быть использовано для сжигания газообразного топлива в топках печей и котлов и камерах сгорания газотурбинных установок, а также может быть использовано в качестве горелки вспомогательной воспламенительной для различных энергоустановок.

Известна инжекционная горелка, содержащая камеру смешения с газоподающим патрубком и регулировочным диском на входе для обеспечения заданного массового соотношения расходов воздуха и топлива (Авт. свид. N 787795, кл. F 23 D 13/00, 1979). К недостатку данного технического решения следует отнести то, что устройство содержит приводной механизм.

Известна газовая горелка, содержащая камеру смешения, на входе в которую установлены газоподающий патрубок и воздушный короб с подводящим патрубком и регулятором давления, в которой для обеспечения заданного массового соотношения расходов воздуха и топлива регулятор давления выполнен в виде подпружиненного дросселирующего элемента (Авт. свид. N 647503, кл. F 23 D 13/38, 1976). К недостатку данного технического решения следует отнести то, что имеет место подпружиненный исполнительный он же чувствительный элемент, который при определенных условиях может вызвать колебательную подачу воздуха.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является газовая горелка, содержащая камеру смешения, на входе в которую установлены газоподающий патрубок и воздушный короб с подводящим патрубком и регулятором давления, в которой для обеспечения заданного массового соотношения расходов воздуха и топлива, на входе в камеру смешения дополнительно установлен регулировочный диск, а задняя стенка короба выполнена откидной и снабжена приводным механизмом (Авт. свид. N 1052785, кл. F 23 D 13/38, 1983 - прототип). К недостатку данного технического решения следует отнести то, что достигается поставленная цель с использованием подвижных приводных механизмов, а это усложняет конструкцию и снижает надежность устройства.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности и расширение арсенала технических средств при обеспечении заданного массового соотношения расходов топлива и воздуха с искусственной (принудительной) подачей.

Поставленная задача решается в предлагаемом устройстве тем, что в инжекционной горелке, содержащей камеру смешения, на входе которой установлены газоподающий патрубок и воздушный короб с подводящим патрубком и регулятором давления, регулятор давления выполнен в виде каналов, сообщающих полость короба с полостью после камеры смешения. Полости короба и подводящего патрубка разделены дроссельными отверстиями. Камеры смешения расположены по сечению короба плотными рядами с просветом между ними, близким к величине диаметра выхода камеры смешения. Горелка снабжена искровым зажигательным устройством, расположенным в полости, выполненной на выходе камеры смешения, и отделенной от полости каналов.

Совокупность технических решений позволяет установить соответствие их критерию "новизна". Заявленные признаки позволяют в данном устройстве иметь новое свойство в сравнении с известными техническими решениями, заключающееся в том, что предлагаемая инжекционная горелка обеспечивает заданное массовое соотношение расходов топлива и воздуха с принудительной подачей за счет образования подвода воздуха на вход в камеру смешения с давлением, равным давлению в полости после камеры смешения на всех режимах ее работы. Таким образом, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Для описания инжекционной горелки на фиг. 1 приведена принципиальная схема, а на фиг. 2, 3 и 4 - варианты ее возможного исполнения для соответствующих назначений.

Основными элементами инжекционной горелки являются: 1 - камера смешения; 2 - воздушный короб; 3 - газоподающий патрубок; 4 - патрубок подвода воздуха; 5 - дроссельные отверстия; 6 - канал, сообщающий полость короба с полостью после камеры смешения; 7 - искровое зажигательное устройство (свеча); 8 - полость, специально образованная для расположения свечи; l - просвет между рядами величиной, равной диаметру (d) выхода камеры смешения;
П₁ и П₂ - полости после камеры смешения и воздушного короба;
П₄ - полость патрубка подвода воздуха;
P₁ - давление газовоздушной смеси после камеры смешения;
P₂ - давление воздуха в полости короба;
P₄ - давление воздуха в патрубке подвода воздуха.

Камера смешения 1 предназначена для образования газовоздушной смеси и подачи ее в топку печи и котла или в камеру сгорания газотурбинной установки. Конструктивно представляет собой последовательное соединение конфузора, цилиндра и диффузора. Со стороны входа камера смешения снабжена воздушным коробом 2 для организации подачи воздуха в камеру смешения и газоподающим патрубком 3 для создания активной струи подающего газообразного топлива. В свою очередь воздушный короб 2 имеет патрубок 4 для подвода воздуха. При этом полость П₂ короба 2 сообщена каналом 6 с полостью П₁ после камеры смешения практически без гидравлического сопротивления. Канал 6 может быть образован продолжением стенок короба или элементами конструкции топок или камер сгорания. Канал 6 выполняет роль регулятора давления воздуха в коробе. При необходимости (высоком напоре воздуха) полости П₂ и П₄ короба 2 и патрубка 4 могут быть разделены дроссельными отверстиями 5, позволяющими создать определенное гидравлическое сопротивление воздуха при искусственной (принудительной) его подаче.

Для использования инжекционной горелки в качестве горелки вспомогательной воспламенительной для различных энергоустановок она снабжена искровым зажигательным устройством (свечой) 7 (см. фиг. 2). При этом полость 8 расположения свечи должна быть отделена от полости канала 6 с целью исключения попадания чистого воздуха в район свечи (для повышения надежности воспламенения).

Следует отметить, что при использовании нескольких инжекционных горелок в одной топке или камере сгорания целесообразно в коробе 2 смонтировать несколько камер смешения с газоподающими патрубками рядами с просветом l, близким величине d диаметра выхода камеры смешения для обеспечения подвода дополнительного воздуха к каждой горелке. Ряды могут быть расположены линейно (фиг. 3) или взаимно перпендикулярно (фиг. 4).

Принцип работы заключается в следующем. Воздух от внешнего источника (на фиг. 1 не показан) с определенным давлением P₄ поступает в патрубок 4. Из патрубка воздух через отверстия 5 поступает в короб 2. Так как полость П₂ короба сообщена каналом 6 с полостью П₁ после камеры смешения практически без гидравлического сопротивления, то давление P₂ в коробе 2 будет всегда равно давлению P₁ после камеры смешения. При этом часть расхода воздуха не будет поступать в камеру смешения, а будет сбрасываться в полость П₁ после нее. Этот принцип и заложен в регулирование давления воздуха на входе в камеру смешения. При этом течение воздуха через камеру смешения с заданным соотношением массовых расходов топлива и воздуха обеспечивается активной струей газа. Параметры газа и геометрические соотношения газоподающего патрубка и камеры смешения должны соответствовать принятым характеристикам газоструйного инжектора (см. Е. Я. Соколов, Н.М.Зингер. Струйные аппараты. Изд-во "Энергия", Москва 1970, стр. 146-152).

Проведенные эксперименты показали возможность обеспечения течения и смесеобразования с коэффициентом избытка воздуха больше, меньше и равном единице с высоким качеством перемешивания. Последнее позволяет использовать предложенную горелку для поджига основного потока. В этом случае на выходе камеры смешения устанавливается свеча 7 в полость 8. В полости 8 формируются обратные токи газовоздушной смеси, выходящей из камеры смешения, которые воспламеняются от искры свечи и поджигают поток, выходящий из камеры смешения. В дальнейшем образованное пламя будет поджигать среду в топках и камерах сгорания различных энергоустановок.

Таким образом реализация предложенной инжекционной горелки расширит арсенал технических средств, упростит конструкцию горелки за счет исключения подвижных элементов, а следовательно, повысит надежность ее работы.

Формула изобретения

1. Инжекционная горелка, содержащая камеру смешения, на входе в которую установлены газоподающий патрубок и воздушный короб с подводящим патрубком и регулятор давления, отличающаяся тем, что в ней регулятор давления выполнен в виде каналов, сообщающих полость короба с полостью после камеры смешения, при этом в полости короба установлена одна и более камер смешения с установленными на входе газоподающими патрубками.

2. Инжекционная горелка по п.1, отличающаяся тем, что полости короба и подводящего патрубка разделены дроссельными отверстиями.

3. Инжекционная горелка по п.1, отличающаяся тем, что камеры смешения с установленными на входе газоподающими патрубками расположены по сечению короба плотными рядами с просветом между ними, близким к величине диаметра выхода камеры смешения.

4. Инжекционная горелка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена искровым зажигательным устройством, расположенным в полости, выполненной на выходе камеры смешения и отделенной от полости каналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4