Способ образования пара в парогазогенераторе и устройство для его осуществления

Изобретение относится к энергомашиностроению и заключается в том, что сжигают компоненты топлива, испаряют воду и разогревают пар за счет полученной энергии, образуют в камере сгорания водяную вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области, внутри этой области сжигают компоненты топлива, а интенсивное испарение воды и разогрев пара осуществляют после свертывания вихреобразной водяной оболочки. Предлагаемый способ реализован в парогазогенераторе, содержащем камеру сгорания, запальное устройство, испарительную камеру, устройство подвода воды, в котором согласно изобретению подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания (возле головки) и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в испарительной камере установлена диафрагма, выполненная в виде сопла, расположенного в месте свертывания вихреобразной водяной оболочки, причем диафрагма расположена широким срезом сопла внутрь камеры испарения. Предложенное изобретение позволяет повысить эффективность, снизить тепловую нагрузку на элементы конструкции устройства за счет более эффективного охлаждения и упростить конструкцию. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к способам работы и конструированию парогазогенераторов.

Одной из проблем, стоящих в настоящее время в данной области техники, является проблема эффективности энергоустановок, повышение их КПД и надежности работы.

Известен способ работы парогазогенератора, в котором рабочий процесс осуществляется в двух газовых трактах с разнотемпературными выхлопными потоками, выводимыми в общую утилизационную систему, в которой генерируется водяной пар (см. заявку РФ №93 009679/06/008853).

Известен способ работы парогазовой установки (парогазогенератора), включающий сжигание топлива, подогрев рабочего тела, генерацию водяного пара (см. патент РФ №2174615, кл. МПК7 F02C 6/18 от 12.09.1996 г. - прототип).

Известно устройство для получения высокотемпературного пара (см. а.с. СССР №168962), содержащее корпус с выходными патрубками для парогазовой смеси и размещенным внутри горелочным устройством.

Известен парогазогенератор, содержащий корпус с выходным патрубком для парогазовой смеси, цилиндрическую камеру сгорания с горелочным устройством, камеру смешения, форсунки, завихрители потока (см. патент РФ №2283456 от 12.20.2004 г., кл. МПК F22В 1/22 - прототип).

Общим недостатком известных технических устройств является их недостаточная эффективность работы, сложность конструкции и низкая надежность при высоких тепловых нагрузках конструкционных элементов.

Целью предлагаемого технического решения является устранение указанных недостатков, а именно повышение эффективности, снижение тепловых нагрузок на элементы конструкции устройства за счет более эффективного охлаждения, упрощение конструкции.

Указанная цель достигается за счет того, что в известном способе, основанном на сжигании компонентов топлива, испарении воды и разогреве пара за счет полученной энергии, согласно изобретению сначала образуют в камере сгорания водяную вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области, внутри этой области сжигают компоненты топлива, а интенсивное испарение воды и разогрев пара осуществляют после свертывания вихреобразной водяной оболочки.

Предлагаемый способ реализован в парогазогенераторе, содержащем камеру сгорания, запальное устройство, испарительную камеру, устройство подвода воды, в котором согласно изобретению подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания (возле головки) и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в испарительной камере установлена диафрагма, выполненная в виде сопла, расположенного в месте свертывания вихреобразной водяной оболочки, причем диафрагма расположена широким срезом сопла внутрь камеры испарения.

Схема предлагаемого устройства представлена на чертеже, где:

1) корпус камеры сгорания;

2) смесительная головка;

3) камера сгорания;

4) втулка с тангенциальными отверстиями;

5) сопло;

6) камера испарения;

7) запальное устройство;

8) свеча;

9) магистраль подачи окислителя;

10) магистраль подачи горючего;

11) магистраль подачи воды;

12) датчик давления;

13) датчик температуры;

14) выход высокотемпературного пара.

К корпусу 1 с одной стороны подсоединена смесительная головка 2, а с другой - камера сгорания 3. В верхней части камеры сгорания 3 расположена втулка с тангенциальными отверстиями 4, а в нижней части - сопло 5 срезом вовнутрь камеры испарения 6, соединенной с нижней частью камеры сгорания 3. Кроме того, парогазогенератор снабжен запальным устройством 7 со свечой 8, магистралями подачи окислителя 9, горючего 10 и воды 11, а также датчиками давления 12 и температуры 13. Выход высокотемпературного пара 14 выполнен в виде конфузора.

Перед началом работы устройства открывается магистраль подачи воды 11. Вода, проходя по втулке с тангенциальными каналами 4, закручивается и образует в полости камеры сгорания вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области (на чертеже показана пунктиром).

Затем по магистралям окислителя 9 и горючего 10 подают компоненты в смесительную головку 2. Запальное устройство 7 с помощью свечи 8 воспламеняет их. Компоненты сгорают внутри водяной вихреобразной оболочки, которая существенным образом снижает температурные нагрузки на стенки камеры сгорания, что позволяет поднять до максимальной температуру сгорания компонентов (достигается их стехиометрическим соотношением) и повысить тем самым эффективность работы установки.

Наличие диафрагмы, выполненной в виде сопла 5, широким срезом направленного в камеру испарения 6, не позволяет разрушиться образовавшейся водяной вихревой оболочке раньше времени, поэтому интенсивное испарение воды и разогрев пара происходят при более щадящих температурных нагрузках на конструкционные элементы парогазогенератора (после свертывания вихреобразной водяной оболочки). Кроме того, при расширении газа в сопле 5 его статическая температура падает.

Разогретый в камере испарения 6 высокотемпературный пар через выходное устройство 14 выходит наружу для дальнейшего потребления.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволит осуществить более эффективную и надежную работу газогенератора при отсутствии сложных теплообменных устройств.

1. Способ образования пара в парогазогенераторе, основанный на сжигании компонентов топлива, испарении воды и разогреве пара за счет полученной энергии, отличающийся тем, что сначала образуют в камере сгорания водяную вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области, в этой области сжигают компоненты топлива, а интенсивное испарение воды и разогрев пара осуществляют после свертывания вихреобразной водяной оболочки.

2. Парогазогенератор, содержащий камеру сгорания, подвод воды, запальное устройство, камеру испарения, отличающийся тем, что подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в камере испарения установлена диафрагма.

3. Парогазогенератор по п.2, отличающийся тем, что диафрагма выполнена в виде сопла и расположена в месте свертывания вихреобразной водяной оболочки.

4. Парогазогенератор по п.3, отличающийся тем, что диафрагма расположена срезом сопла внутрь камеры испарения.