Горелочное устройство

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплогенерирующих установках для осуществления регулируемого устойчивого пульсирующего горения. Технический результат - повышение экономичности работы горелочного устройства. Предлагается горелочное устройство, содержащее подключенный к источнику дутьевого воздуха корпус, по оси которого на выходе установлены с возможностью продольного перемещения конфузорно-диффузорный насадок, выполненный с конусностью конфузорного и диффузорного участков соответственно 1÷0,25 и 0,33÷0,1, стабилизатор горения, выполненный в виде конусной струйно-стабилизаторной решетки с углом раскрытия конуса 60÷90° и с максимальным диаметром, не превышающим диаметр пережима насадка, и выполненная в форме полусферы и жестко скрепленная со стабилизатором горения топливная камера, на сферической стенке которой установлено не менее трех топливных форсунок, размещенных равномерно по окружной координате и под углом к центральной оси корпуса горелочного устройства, при этом конфузорно-диффузорный насадок установлен в корпусе устройства с сужающимся радиальным зазором, образующим пристенный канал величиной не менее 10÷16 мм и 5÷8 мм соответственно на входе и на выходе скоростного потока дутьевого воздуха, рециркуляционный трубопровод, соединяющий топливную камеру с сужающим устройством, выполненным в форме сопла Лаваля и установленным на трубопроводе подачи жидкого топлива перед топливной камерой. 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплогенерирующих установках для осуществления регулируемого устойчивого пульсирующего горения.

Известен аналог - горелочное устройство (см. патент РФ №2166694, Б.И. №13, 2001), содержащее подключенный к источнику дутьевого воздуха корпус, по оси которого на выходе установлены с возможностью продольного перемещения конфузорно-диффузорный насадок, выполненный с конусностью конфузорного и диффузорного участков соответственно 1÷0,25 и 0,33÷0,1, стабилизатор горения, выполненный в виде конусной струйно-стабилизаторной решетки с углом раскрытия конуса 60÷90° и с максимальным диаметром, не превышающим диаметр пережима насадка, и выполненная в форме полусферы и жестко скрепленная со стабилизатором горения топливная камера, на сферической стенке которой установлено не менее трех топливных форсунок, размещенных равномерно по окружной координате и под углом к центральной оси корпуса горелочного устройства, при этом конфузорно-диффузорный насадок установлен в корпусе устройства с сужающимся радиальным зазором, образующим пристенный канал величиной не менее 10÷16 мм и 5÷8 мм соответственно на входе и на выходе скоростного потока дутьевого воздуха. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного горелочного устройства, принятого за прототип, относится то, что в топливной камере известного горелочного устройства жидкое топливо находится малое время и не успевает нагреваться до высокой температуры, что не обеспечивает качественное испарение и газификацию - распыливание жидкого топлива и достаточно эффективное смесеобразование и получение совершенной топливовоздушной смеси особенно при больших нагрузках, что приводит к химическому недожогу и перерасходу топлива.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Для повышения экономичности работы горелочного устройства предлагается осуществлять рециркуляцию жидкого топлива через топливную камеру посредством рециркуляционного трубопровода, соединяющего топливную камеру с сужающим устройством, выполненным в форме сопла Лаваля и установленным на трубопроводе подачи жидкого топлива перед топливной камерой. При этом рециркулируемая через топливную камеру часть жидкого топлива будет подогреваться в ней большее время. За счет этого будет осуществляться нагрев топлива до более высокой температуры, обеспечиваться качественное испарение и газификация - распыливание жидкого топлива, то есть получение совершенной топливовоздушной смеси на всех нагрузках работы горелочного устройства, что устраняет химический недожог и перерасход топлива.

Технический результат - повышение экономичности работы горелочного устройства.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известное горелочное устройство содержит подключенный к источнику дутьевого воздуха корпус, по оси которого на выходе установлены с возможностью продольного перемещения конфузорно-диффузорный насадок, выполненный с конусностью конфузорного и диффузорного участков соответственно 1÷0,25 и 0,33÷0,1, стабилизатор горения, выполненный в виде конусной струйно-стабилизаторной решетки с углом раскрытия конуса 60÷90° и с максимальным диаметром, не превышающим диаметр пережима насадка, и выполненная в форме полусферы и жестко скрепленная со стабилизатором горения топливная камера, на сферической стенке которой установлено не менее трех топливных форсунок, размещенных равномерно по окружной координате и под углом к центральной оси корпуса горелочного устройства, при этом конфузорно-диффузорный насадок установлен в корпусе устройства с сужающимся радиальным зазором, образующим пристенный канал величиной не менее 10÷16 мм и 5÷8 мм соответственно на входе и на выходе скоростного потока дутьевого воздуха. Особенность горелочного устройства заключается в том, что оно снабжено рециркуляционным трубопроводом, соединяющим топливную камеру с сужающим устройством, выполненным в форме сопла Лаваля и установленным на трубопроводе подачи жидкого топлива перед топливной камерой.

На чертеже изображен продольный разрез горелочного устройства.

Горелочное устройство содержит цилиндрический корпус 1, подключенный к источнику дутьевого воздуха, конфузорно-диффузорный насадок 2, установленный в корпусе с сужающимся по направлению движения дутьевого воздуха радиальным зазором, образующим пристенный канал 3, стержень 4 для продольного перемещения конфузорно-диффузорного насадка 2, трубопровод 5 подачи жидкого топлива в топливную камеру 6, выполненную в форме полусферы и установленную по оси корпуса 1 горелочного устройства с возможностью продольного перемещения, топливные форсунки 7, расположенные на сферической стенке топливной камеры 6 равномерно по окружной координате и под углом к центральной оси корпуса горелочного устройства, стабилизатор горения 8, имеющий для интенсивного перемешивания компонентов топлива и воздуха по всей поверхности конического шатра отверстия 9, причем стабилизатор горения 8 жестко скреплен с топливной камерой 6 и имеет максимальный диаметр радиального сечения, не превышающий диаметр пережима конфузорно-диффузорного насадка 2, рециркуляционный трубопровод 10, соединяющий топливную камеру 6 с сужающим устройством 11, выполненным в форме сопла Лаваля и установленным на трубопроводе 5 перед топливной камерой 6. Конфузорный и диффузорный участки насадка 2 могут быть выполнены с конусностью, равной соответственно 1,0÷0,25 и 0,33÷0,1, угол при вершине конусной струйно-стабилизаторной решетки, в виде которой выполнен стабилизатор горения 8, составляет 60÷90°, а щелевой радиальный зазор между цилиндрическим корпусом 1 и конфузорно-диффузорным насадком 2 - не менее 10÷16 мм и 5÷8 мм соответственно на входе и на выходе скоростного охлаждающего потока дутьевого воздуха.

Работа горелочного устройства осуществляется следующим образом.

В цилиндрический корпус 1 горелочного устройства поступает необходимое для горения количество дутьевого воздуха. Топливо по трубопроводу 5 подается в топливную камеру 6. В наиболее узком сечении сужающего устройства 11 скоростной напор жидкого топлива увеличивается, а статический - уменьшается и становится меньше статического напора в топливной камере 6. Причем на всем пути движения жидкого топлива именно в наиболее узком сечении сужающего устройства 11 статический напор имеет минимальное значение. При движении жидкого топлива по диффузорному участку сужающего устройства 11 скоростной напор постепенно уменьшается, а статический - увеличивается. В топливной камере 6 стабилизируется давление и повышается температура топлива за счет излучения факела, что снижает энергозатраты на подогрев топлива и повышает качество его распыливания. Вследствие имеющегося перепада давления часть жидкого топлива из топливной камеры 6 по рециркуляционному трубопроводу 10 непрерывно поступает в сужающее устройство 11, из которого совместно с топливом, поступающим по трубопроводу 5, направляется в топливную камеру 6. Рециркулируемая через топливную камеру 6 часть жидкого топлива подогревается в ней большее время, за счет этого осуществляется нагрев топлива до более высокой температуры. Из топливной камеры 6 жидкое топливо равномерно распределяется по форсункам 7.

Дутьевой воздух разделяется на два потока: основной, проходящий через конфузорно-диффузорный насадок 2, и второстепенный, поступающий в пристенный канал 3. Основной поток воздуха пересекает стабилизатор горения 8 и перемешивается с распыленным топливом, выходящим из форсунок 7. Образуется топливовоздушная горючая смесь, которая первоначально поджигается от внешнего источника, а в последующем стабильное воспламенение новых порций горючей смеси и устойчивое сгорание обеспечивается стабилизатором горения 8. Второстепенный поток воздуха проходит в пристенном канале 3, охлаждает стенки канала 3, образуя на выходе скоростную пристенную завесу, что защищает выходную часть корпуса 1 и насадка 2 от перегрева и оплавления.

Продольным перемещением топливной камеры 6 совместно со стабилизатором горения 8 устанавливают оптимальное положение зоны горения. Необходимую частоту вихреобразования подбирают перемещением насадка 2 относительно корпуса 1 и стабилизатора 8, то есть за счет изменения скорости потока, обтекающего стабилизатор 8.

Снабженный отверстиями 9 по всей конической поверхности шатра стабилизатор горения 8 образует струйно-стабилизаторную решетку, движение воздуха за которой представляет собой чередование прямых и обратных токов с высокими градиентами скоростей, генерирующими пульсации, что улучшает смесеобразование и ликвидирует недожог. Кроме того, струйно-стабилизаторный метод смесеобразования обладает свойством саморегулируемости состава смеси на переменных нагрузках, что расширяет диапазон регулирования устойчивого пульсирующего горения.

Таким образом, установка в горелочном устройстве рециркуляционного трубопровода, соединяющего топливную камеру с сужающим устройством, выполненным в форме сопла Лаваля и установленным на трубопроводе подачи жидкого топлива перед топливной камерой, позволяет осуществлять нагрев топлива до более высокой температуры. Это обеспечивает качественное распыливание жидкого топлива, то есть получение совершенной топливовоздушной смеси на всех нагрузках работы горелочного устройства, что устраняет химический недожог и в целом повышает экономичность работы горелочного устройства.

Горелочное устройство, содержащее подключенный к источнику дутьевого воздуха корпус, по оси которого на выходе установлены с возможностью продольного перемещения конфузорно-диффузорный насадок, выполненный с конусностью конфузорного и диффузорного участков соответственно 1÷0,25 и 0,33÷0,1, стабилизатор горения, выполненный в виде конусной струйно-стабилизаторной решетки с углом раскрытия конуса 60÷90° и с максимальным диаметром, не превышающим диаметр пережима насадка, и выполненная в форме полусферы и жестко скрепленная со стабилизатором горения топливная камера, на сферической стенке которой установлено не менее трех топливных форсунок, размещенных равномерно по окружной координате и под углом к центральной оси корпуса горелочного устройства, при этом конфузорно-диффузорный насадок установлен в корпусе устройства с сужающимся радиальным зазором, образующим пристенный канал величиной не менее 10÷16 мм и 5÷8 мм соответственно на входе и на выходе скоростного потока дутьевого воздуха, причем устройство снабжено рециркуляционным трубопроводом, соединяющим топливную камеру с сужающим устройством, выполненным в форме сопла Лаваля и установленным на трубопроводе подачи жидкого топлива перед топливной камерой.