Инжекционная горелка

 

Изобретение относится к горелочным устройствам, преимущественно к горелкам для прогрева металла перед сварочными работами, сушки и разогрева футеровки ковшей, а также к горелкам, используемым при проведении кровельных работ. Инжекционная горелка содержит смесительную камеру с отверстиями на боковой поверхности, мундштук и газовое сопло, на боковой поверхности смесительной камеры перед мундштуком выполнен второй ряд отверстий на расстоянии от дна мундштука до центров второго ряда отверстий не более 3D, где D - внутренний диаметр смесительной камеры, и на расстоянии L от центров отверстий первого ряда, определяемого выражением 5D<L<10D, при этом суммарная площадь отверстий в обоих рядах не меньше площади сечения канала смесительной камеры, а отношение диаметров отверстий первого и второго находится в диапазоне 0,5-1,5. Снаружи смесительной камеры установлена втулка с возможностью перемещения вдоль камеры и перекрытия отверстий, при этом длина втулки h выбрана из соотношения: H<h<L, где Н - длина стенки вдоль оси камеры между двумя рядами отверстий. Использование изобретения позволяет повысить устойчивость факела к срыву и его теплонапряженность путем обеспечения диффузионного горения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горелочным устройствам, преимущественно к горелкам для прогрева металла перед сварочными работами, сушки и разогрева футеровки ковшей, а также к горелкам, используемым при проведении кровельных работ.

Известна инжекционная горелка, содержащая смесительную камеру с отверстиями на боковой поверхности, мундштук и газовое сопло (см. авторское свидетельство №408104, кл. F 23 D 13/36, 1974).

Основными недостатками известной горелки является низкая устойчивость факела к срыву горения при скорости газовоздушной смеси на входе в мундштук более 20 м/с.

Одной из причин низкой устойчивости факела известной горелки является использование в процессе горения заранее перемешанной газовоздушной смеси, образованной газом, истекающим из газового сопла горелки и инжектируемым воздухом.

Горелка по авторскому свидетельству №408104 имеет однорядный подвод воздуха, что обуславливает факел строго определенной длины и ограничивает область ее применения, поскольку при проведении различных термических работ необходимы горелки как с длинным пламенем для протяженного нагрева, так и с коротким для локального нагрева.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении устойчивости факела к срыву горения и возможности регулирования длины и жесткости факела.

Это достигается тем, что в инжекционной горелке, содержащей смесительную камеру с отверстиями на боковой поверхности, мундштук и газовое сопло, согласно изобретению на боковой поверхности смесительной камеры перед мундштуком выполнен второй ряд отверстий на расстоянии от дна мундштука не больше 3D, где D - внутренний диаметр смесительной камеры, и на расстоянии L от центров отверстий первого ряда, определяемого выражением 5D<L<10D, при этом суммарная площадь отверстий в обоих рядах не меньше площади сечения канала смесительной камеры, а отношение диаметров отверстий первого и второго находится в диапазоне 0,5-1,5.

Кроме того, снаружи смесительной камеры установлена втулка с возможностью перемещения вдоль камеры и перекрытия отверстий, при этом длина втулки h выбрана из соотношения: <h<L, где Н - длина стенки вдоль оси камеры между двумя рядами отверстий.

На чертеже изображен продольный разрез газовоздушной горелки. Газовоздушная горелка содержит смесительную камеру 1 с двумя рядами сквозных отверстий 2 и 3 на ее боковой поверхности. Внутри на входе камеры 1 соосно с ней герметично установлено газовое сопло 4, соединенное с источником подачи газа (на чертеже источник условно не показан). На другом конце камеры 1 установлен мундштук 5. Второй ряд отверстий 3 в смесительной камере выполнен на расстоянии не более чем 3D от дна мундштука 5 и на расстоянии L (это расстояние между центрами двух рядов отверстий 2 и 3 вдоль оси камеры 1), удовлетворяющем условию 5D<L<10D, где D - внутренний диаметр смесительной камеры 1. При длине L<5D резко увеличивается шум при работе горелки из-за высокой турбулентности газового потока перед входом в мундштук 5, вызванной процессом смешения горючего газа, истекающего из сопла 4 и струй воздуха, поступающих через боковые отверстия 2 и 3 в смесительную камеру 1. При выполнении L>10D снижается коэффициент инжекции воздуха и уменьшается скорость смеси и, кроме того, возрастают габариты и вес горелки. В обоих случаях ухудшаются характеристики работы горелки и условия ее эксплуатации. При выполнении отверстий второго ряда 3 более чем 3D от дна мундштука 5 перед ним образуется заранее перемешанная газовая смесь, что при ее горении приводит к тому же недостатку, что и в прототипе, т.е. к низкой устойчивости факела. Выполнение суммарной площади отверстий в обоих рядах 2 и 3 не менее площади канала смесительной камеры 1 обеспечивает поддержание оптимального для горения соотношения в смеси газа и воздуха. Выбор соотношения диаметров отверстий первого 2 и второго 3 рядов из диапазона 0,5-1,5 обеспечивает возможность изготовления горелок с различными характеристиками. Так, при выборе этого соотношения, равного 1, горелка создает удлиненный факел, что обеспечивает прогрев протяженных поверхностей, а при выборе соотношения больше 1 горелка создает короткое пламя, что важно при локальном нагреве. Кроме того, на смесительной камере 1 может быть установлена втулка 6 с возможностью перемещения вдоль оси камеры 1 (например, по резьбе или с возможностью фиксации ее винтом, на чертеже условно не показаны) и перекрытия отверстий 2 или/и 3. Выбор длины втулки 6 из условий H<h<L дает возможность изменять параметры факела, т.е. изменять характеристики горелки при использовании ее в конкретных условиях. Так, при h=H регулируется инжекция воздуха только через один ряд отверстий 2 или 3, а при H<h<L обеспечивается регулирование инжекции воздуха и через оба ряда отверстий 2 и 3 одновременно, что значительно расширяет диапазон работы горелки и область ее использования.

Горелка работает следующим образом.

Горючий газ поступает в газовое сопло 4, на выходе которого образуется высокоскоростная струя, которая через отверстия 2 инжектирует воздух в смесительную камеру 1. При движении внутри камеры 1 потоки газа и воздуха интенсивно перемешиваются. Поскольку через отверстия 2 поступает часть расхода воздуха, необходимого для создания стехиометрического соотношения смеси, получается смесь с избытком горючего (обогащенная смесь). На выходе из камеры 1 эта смесь инжектирует вторую часть расхода воздуха, образующую стехиометрическую смесь. Эту смесь поджигают и образуется так называемое горение частично перемешанной газовоздушной смеси. Известно, что такое горение обеспечивает создание более устойчивого факела к срыву, чем горение заранее перемешанной смеси (как в прототипе). Кроме того, при этом повышается теплонапряженность факела на 20% по сравнению с прототипом.

Использование изобретения позволяет повысить устойчивость факела к срыву и его теплонапряженность за счет обеспечения диффузионного горения. Кроме того, возможно создание горелок с регулируемой величиной длины факела.

Формула изобретения

1. Инжекционная горелка, содержащая смесительную камеру с отверстиями на боковой поверхности, мундштук и газовое сопло, отличающаяся тем, что на боковой поверхности смесительной камеры перед мундштуком выполнен второй ряд отверстий на расстоянии от дна мундштука до центров второго ряда отверстий не более 3D, где D - внутренний диаметр смесительной камеры, и на расстоянии L от центров отверстий первого ряда, определяемого выражением 5D<L<10D, при этом суммарная площадь отверстий в обоих рядах не меньше площади сечения канала смесительной камеры, а отношение диаметров отверстий первого и второго находится в диапазоне 0,5-1,5.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что снаружи смесительной камеры установлена втулка с возможностью перемещения вдоль камеры и перекрытия отверстий, при этом длина втулки h выбрана из соотношения H<h<L, где Н - длина стенки вдоль оси камеры между двумя рядами отверстий.

РИСУНКИ

Рисунок 1