Устройство для смешения жидкого и газообразных компонентов

 

Изобретение относится к химической отрасли промышленности и энергомашиностроению и может быть использовано в установках для получения смеси различных веществ, находящихся в газообразных и жидком состояниях, а также в различных камерах сгорания и газогенераторах, работающих на жидком и газообразных компонентах топлива. Технический результат, заключающийся в улучшении качества смесеобразования при смешении жидкого и газообразных компонентов, обеспечивается за счет того, что в устройстве для смешения жидкого и газообразных компонентов, содержащем корпус, центральную топливную трубу, установленную в нем с образованием кольцевого канала для подачи распыливающего агента, и диффузорную камеру смешения, согласно изобретению на входе центральной топливной трубы смонтирована предкамера, в стенке которой по оси трубы выполнено отверстие с диаметром, меньшим диаметра топливной трубы для подачи жидкого компонента, а на поверхности предкамеры выполнено отверстие для подачи газообразного компонента. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к химической отрасли промышленности и энергомашиностроению и может быть использовано в установках для получения смеси различных веществ, находящихся в газообразных и жидком состояниях, а также в различных камерах сгорания и газогенераторах, работающих на жидком и газообразных компонентах топлива.

Известно, что для высокого качества распыла вязких жидкостей, например, дизельного и печного топлива, наряду с другими форсунками применяют сопловые форсунки Доброхотова и Казанцева (Витман Л.А., Кацнельсон Б.Д., Палеев И.И., "Распыливание жидкости форсунками". М.: Госэнергоиздат, 1962, с. 148) и форсунки с двухступенчатым подводом распыливающего агента (авт. свид. СССР 830061, кл. F 23 D 11/12, 1948).

Однако эти форсунки имеют следующие недостатки: - часть капель топлива при распыле достигает поверхности распыливающей части сопла и коагулируются, что ухудшает качество смеси; - не пригодны без изменения насадков к образованию топливовоздушной смеси при подаче топлива в газообразном виде (метан, пропан-бутан и т.п.).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является газожидкостная форсунка с двухступенчатым подводом распыливающего агента (патент РФ 2043568, 1996 г., F 23 D 11/10).

Однако эта форсунка имеет недостаток - непригодна к образованию топливовоздушной смеси при подаче топлива как в жидком, так и в газообразном виде.

Задача изобретения - улучшение качества смесеобразования при смешении жидкого и газообразных компонентов.

Указанная задача достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем корпус, центральную топливную трубу, установленную в нем с образованием кольцевого канала для подачи распыливающего агента, и диффузорную камеру смешения, на входе центральной топливной трубы смонтирована предкамера, в стенке которой по оси трубы выполнено отверстие с диаметром, меньшим диаметра топливной трубы, для подачи жидкого компонента, а на поверхности предкамеры выполнено отверстие для подачи газообразного компонента, при этом полость предкамеры сообщена с полостью в диффузорной камере смешения магистралью с запорным органом.

Предлагаемое устройство обеспечивает высокое качество распыливания и смесеобразования компонентов, находящихся в газообразном и жидком состояниях за счет новой схемы подключения топливной трубы или к подаче жидкого компонента или к подаче газообразного компонента.

На чертеже изобретена схема предлагаемого устройства применительно к смесительному элементу камеры сгорания энергоустановки. Основными элементами устройства являются: 1 - корпус; 2 - диффузор; 3 - входная часть (конфузор); 4 - центральная топливная труба; 5 - кольцевая щель (канал), образованная трубой 4 и диффузором 2; 6 - ось; 7 - предкамера;
8 - отверстие для подачи жидкого компонента, например керосина;
9 - отверстие для подачи газообразного компонента, например природного газа;
10 - магистраль;
11 - запорный орган;
12 - вторая ступень распыливания.

В предложенном устройстве в корпусе 1 выполнен канал течения одного из газообразных (распыливающего) компонентов, например, воздуха, в виде диффузора 2 с входной частью 3 (конфузором) и образованием с центральной топливной трубой 4 кольцевой щели (канала) 5. При этом топливная труба и канал течения воздуха имеют общую ось 6. На входе топливной трубы 4 выполнена (смонтирована) предкамера 7, в которой по оси 6 выполнено отверстие 8 с диаметром, меньшим диаметра трубы 4, для подачи жидкого компонента, например, керосина, а также в любом другом месте на поверхности предкамеры выполнено отверстие 9 для подачи второго газообразного компонента, например, природного газа. В зависимости от области применения устройства в нем полость 3 входа в диффузор может быть сообщена с предкамерой 7 магистралью 10 с запорным органом 11, а также может быть выполнено со второй ступенью 12 распыливания как предложено в прототипе.

Применительно к камерам сгорания, например, газотурбинных установок, геометрические размеры щели 5 и диаметра центральной топливной трубы 4 выбирают с учетом входных параметров воздуха и природного газа из расчета, чтобы на выходе топливовоздушная смесь получалась с коэффициентом избытка воздуха ((α)) порядка 1,0 - 1,1. Для жидкого компонента диаметр отверстия 8 выбирают также с учетом входных параметров и коэффициента α, однако обязательным должно быть условие - диаметр отверстия 8 меньше диаметра трубы 4. Конструктивные особенности устройства связаны с тем, что данное устройство может осуществлять образование топливновоздушной смеси:
- при подаче природного газа и воздуха;
- при подаче керосина и воздуха;
- при одновременной подаче керосина, природного газа и воздуха;
- при подаче холодного или горячего воздуха.

Принцип работы заключается в следующем:
Вариант 1. Подача только природного газа и холодного или горячего воздуха.

Воздух поступает только во входную часть 3 диффузора (вторая ступень распыления 12 не требуется). Природный газ поступает через отверстие 9 в предкамеру 7, а затем в центральную топливную трубу 4 (подключение в работу магистрали 10, запорного органа 11 и отверстия 8 не требуется). Смешение компонентов происходит в диффузорном канале и на выходе имеем равномерную топливно-воздушную смесь. Природный газ можно смешивать как с холодным, так и с горячим (до температуры 600^oС) воздухом. При более высокой температуре возможно самовоспламенение во внутренних полостях.

Вариант 2а. Подача только керосина и холодного воздуха.

Воздух поступает во входную 3 часть диффузора и во вторую ступень распыливания 12. Предкамера 7 с помощью магистрали 10 и открытого запорного органа 11 сообщается с входной частью 3 диффузора и воздух, в свою очередь, из этой части поступает в предкамеру 7. Керосин поступает через отверстие 8 в предкамеру 7 и в виде неограниченной струи поступает в центральную топливную трубу 4. При этом в эту же трубу подается воздух из предкамеры 7, куда он поступил по магистрали 10 из входной части диффузора. В трубе 4 происходит распад жидкой струи и предварительное перемешивание ее с воздухом. Полное смешение компонентов происходит в диффузорном канале. Так как воздух холодный и керосин не может испариться во время предварительного смешения, то устройство должно быть оснащено второй ступенью распыливания 12.

Вариант 2б. Подача только керосина и горячего воздуха.

Принцип работы аналогичен варианту 2а, за исключением - вторую ступень распыливания 12 можно не выполнять, так как при горячем воздухе керосин в трубе 4 может предварительно прогреться до температуры испарения и при распыле в диффузоре будет в газообразной фазе. Поэтому капель не будет, а следовательно, без ступени 12 можно обеспечить на выходе диффузора равномерную топливовоздушную смесь.

Вариант 3. Подача керосина и природного газа одновременно.

Воздух поступает во входную часть 3 диффузора, а если он холодный, то еще во вторую ступень 12 распыливания. При этом подключать магистраль 10 и запорный орган 11 не обязательно, т.к. предварительный распыл керосина в топливной трубе 4 будет происходить природным газом. Природный газ поступает через отверстие 9 и затем в топливную трубу 4. Смешение компонентов происходит в диффузорном канале и на выходе имеем равномерную топливовоздушную смесь.

Применение данного устройства позволяет по сравнению с известными обеспечить высокое качество распыливания и смесеобразования компонентов, и, следовательно, в энергетических установках высокую полноту сгорания как на жидком, так и на газообразном топливе, а в различном оборудовании нефтехимической промышленности высокое качество смешения компонентов, и его можно рекомендовать для применения в энергомашиностроении в различных камерах сгорания и газогенераторах, работающих на газообразном распыливающем агенте и жидком или газообразном топливе.

Формула изобретения

1. Устройство для смешения жидкого и газообразных компонентов, содержащее корпус, центральную топливную трубу, установленную в нем с образованием кольцевого канала для подачи распыливающего агента, и диффузорную камеру смешения, отличающееся тем, что в нем на входе центральной топливной трубы смонтирована предкамера, в стенке которой по оси трубы выполнено отверстие с диаметром, меньшим диаметра топливной трубы для подачи жидкого компонента, а на поверхности предкамеры выполнено отверстие для подачи газообразного компонента.

2. Устройство для смешения жидкого и газообразных компонентов по п.1, отличающееся тем, что в нем полость предкамеры сообщена с полостью диффузорной камеры смешения магистралью с запорным органом.

РИСУНКИ

Рисунок 1