Смесительная головка водородно-кислородного парогенератора

Изобретение относится к энергетическим установкам, производящим водяной пар высоких параметров, получаемый за счет энергии, выделяемой при сгорании водорода в кислороде. Смесительная головка водородно-кислородного парогенератора со струйными форсунками содержит запальное устройство, корпус и огневое дно, смесительные элементы выполнены с соотношением числа форсунок топлива и окислителя от 2,2 до 12, при этом основные, находящиеся на одном радиальном направлении форсунки топлива и окислителя установлены таким образом, что пересечение их осей находится в одной точке на расстоянии от огневого дна не менее 8 калибров форсунок окислителя, а дополнительные форсунки топлива установлены на промежуточных радиальных направлениях. Изобретение позволяет повысить надежность и ресурс работы всей установки. 2 ил.

 

Использование: водородо-кислородные и водородо-воздушные парогенераторы и парогазогенераторы, паротурбинные и парогазовые энергоустановки, источники высокотемпературного водяного пара и парогазовых смесей.

Сущность изобретения: смесительная головка водородно-кислородного парогенератора со струйными форсунками и соотношением числа форсунок топлива и окислителя от 2,2 до 12, обеспечивающих встречу струй топлива и окислителя на оптимальном расстоянии от огневого дна и его защиту от контакта с обогащенными кислородом высокотемпературными газами.

Изобретение относится к энергетике, в частности к энергетическим установкам, производящим водяной пар высоких параметров, получаемый за счет энергии, выделяемой при сгорании водорода в кислороде.

Известен парогенератор для производства водяного пара за счет тепла водорода, сжигаемого в атмосфере кислорода, который содержит смесительную головку с 58 соосно-струйными форсунками топлива и окислителя (соотношение числа форсунок водорода и кислорода n=1) и форкамеру с запальным устройством. Недостатками его являются сложность конструкции смесительной головки, большая длина камеры сгорания, большой вес и габариты и сложность регулирования соотношения компонентов топлива и окислителя при их подаче в камеру сгорания через большое количество соосно-струйных форсунок [O.J.Haidn, K.Frolke, J.Carl, S.Weingartner. Improved combustion efficiency of а Н22 Steam generator for spinning reserve application. Hydrogen Energy Progress XI. Stuttgart. 1996. P.1418, Patent specification DE 3936806 С2, Dampferzeuger, Deutsches Patentant].

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является конструкция водородно-кислородного парогенератора (патент RU 2309325, F22B 1/26, 2005, прототип), в состав которого входит смесительная головка с триплетными смесительными элементами (соотношение числа форсунок водорода и кислорода n=2), представляющими собой комбинацию из трех струйных форсунок - одной форсунки окислителя (кислорода) и двух форсунок горючего (водорода), оси которых пересекаются в одной точке. Кроме того, на огневом дне смесительной головки расположены форсунки воды, подаваемой для создания дополнительного пленочного охлаждения камеры сгорания. Эта конструкция обеспечивает более эффективное смешение компонентов и меньшие габариты и вес парогенератора.

Недостатком данной конструкции является возможность контакта высокотемпературных обогащенных кислородом газов и огневого дна смесительной головки за счет образования обратных вихрей, которая может приводить к окислению металла в процессе работы и оплавлению самых тепло-напряженных участков. В этой связи не могут быть гарантированы необходимая длительность безотказной работы такой смесительной головки на номинальном режиме работы (ресурс) и надежность, что затрудняет возможность ее применения в энергетических установках, требующих непрерывной работы в соответствии с требуемым потребителями энергии графиком нагрузки.

Данное изобретение решает техническую задачу повышения надежности и ресурса работы смесительной головки и парогенератора в целом и устранения указанных недостатков прототипа и аналога. Поставленная техническая задача решается тем, что в смесительной головке водородно-кислородного парогенератора со струйными форсунками, содержащей запальное устройство, корпус и огневое дно, смесительные элементы выполнены с соотношением числа форсунок и окислителя от 2,2 до 12, при этом основные, находящиеся на одном радиальном направлении форсунки топлива и окислителя установлены таким образом, что пересечение их осей находится в одной точке на расстоянии от огневого дна не менее 8 калибров форсунок окислителя, а дополнительные форсунки топлива установлены на промежуточных радиальных направлениях.

Такое выполнение смесительной головки позволяет реализовывать следующие процессы:

1. Основные форсунки кислорода и водорода обеспечивают наиболее интенсивное смешение компонентов и максимальную интенсивность тепловыделения на удалении более 8 калибров форсунок окислителя от огневого дна камеры сгорания, что приводит к снижению на него тепловых нагрузок.

2. Дополнительные форсунки водорода обеспечивают увеличение интенсивности охлаждения огневого дна на наиболее теплонапряженных участках, оттеснение от него вихревых образований продуктов сгорания, обогащенных кислородом, и растягивание в осевом направлении зоны наиболее интенсивного горения, что в итоге приводит к уменьшению тепловых нагрузок и повышению надежности и ресурса работы смесительной головки и камеры сгорания водородно-кислородного парогенератора.

3. Оптимизации диаметров и углов наклона осей основных и дополнительных форсунок водорода из условий обеспечения равенства нулю или малых отрицательных значений суммарной радиальной составляющей импульса струй в точках их встречи приводит к повышению эффективности процессов смешения компонентов и минимизирует возможность образования обратных вихрей высокотемпературных продуктов сгорания, обогащенных кислородом, и их контактов с огневым дном, что приводит к повышению эффективности, надежности и ресурса работы смесительной головки.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг.1 и 2.

Смесительная головка водородно-кислородного парогенератора со струйными форсунками (фиг.1) включает в себя запальное устройство 1 с электросвечой 2, корпус 3 с магистралями подвода горючего (водорода) 4, окислителя (кислорода) 5 и воды на пленочное охлаждение 6 и коллекторами окислителя 7, горючего 8 и воды 9, огневое дно (фиг.2.) 10 с форсунками водорода 11 и 12, кислорода 13, воды 14 и дополнительными форсунками водорода 15.

Смесительная головка водородно-кислородного парогенератора со струйными форсунками работает следующим образом.

В запальном устройстве 1 при помощи электросвечи происходит предварительное сжигание небольшого количества водорода в кислороде. После этого основные компоненты водорода и кислорода через магистрали 4 и 5 соответственно поступают в коллекторы 8 и 7. Далее продукты реакции запального устройства с температурой 1100-1150 K поджигают основные компоненты водорода и кислорода, поступающие через форсунки 11, 12, 15 и 13. Струи водорода, подаваемые через основные форсунки 11 и 12, разбивают струи кислорода и обеспечивают смешение компонентов. Водород, подаваемый через дополнительные форсунки 15, охлаждает огневое дно смесительной головки и защищает его периферию от воздействия обратных вихрей высокотемпературных продуктов сгорания, обогащенных кислородом. Через магистраль 6 в коллектор 9 поступает холодная вода, которая, истекая из форсунок 14, создает дополнительное пленочное охлаждение камеры сгорания.

Таким образом, использование смесительных головок с дополнительными, оптимизированными по углам наклона и диаметрам форсунками водорода на внешнем диаметре относительно форсунок кислорода и оптимизация диаметров и углов осей основных и дополнительных форсунок водорода позволит повысить эффективность, надежность и ресурс работы смесительных головок и водородно-кислородных парогенераторов.

Смесительная головка водородно-кислородного парогенератора со струйными форсунками, содержащая запальное устройство, корпус и огневое дно, отличающаяся тем, что смесительные элементы выполнены с отношением числа форсунок топлива и окислителя от 2,2 до 12, при этом основные находящиеся на одном радиальном направлении форсунки топлива и окислителя установлены таким образом, что пересечение их осей находится в одной точке на расстоянии от огневого дна не менее 8 калиоров форсунок окислителя, а дополнительные форсунки топлива установлены на промежуточных радиальных направлениях.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для сжигания низкокалорийных газов. .

Изобретение относится к области гидродинамики и теплотехники для организации процессов смешения и перемешивания сред, организации процесса теплообмена между средами, а также для организации транспортировки различных сред с меньшим гидравлическим сопротивлением, в частности различного рода газов, жидкостей, разнофазных смесей сред и псевдоожиженных порошкообразных сред.

Изобретение относится к многосопловым топливовоздушным форсункам для газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к устройствам смешения топливных компонентов, включающих газообразное и жидкое топливо, водяной пар и воздух перед подачей в камеру сгорания.

Изобретение относится к газовым радиационным горелочным устройствам. .

Изобретение относится к устройству смесителя для воздуха и газа. .

Изобретение относится к газогорелочным устройствам, предназначенным для сжигания шихты в агломерационных машинах, а также для сжигания природного газа в топках. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к подготовке нефти на промыслах, и может быть использовано для подогрева транспортируемой нефти, а также на асфальтобитумных заводах.

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.

Изобретение относится к ракетному двигателестроению. .

Изобретение относится к ракетной технике и предназначено для ракетных систем, работающих на кислородно-водородном топливе. .

Изобретение относится к космической технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации ракетных двигательных установок (ДУ) космических аппаратов (КА). .

Изобретение относится к ракетостроению и, в частности, к поворотным соединениям трубопроводов, используемых преимущественно на ракетах для подачи горючего и пускового горючего в отклоняемые рулевые агрегаты жидкостных ракетных двигателей.

Изобретение относится к области ракетной техники, а более конкретно к топливным магистралям жидкостных ракетных двигателей. .

Изобретение относится к области регулирования расхода жидкости, а более конкретно к регулированию расходов компонентов топлива, подаваемых в жидкостные ракетные двигатели малой тяги (ЖРДМТ) - исполнительных органов (ИО) реактивных систем управления (РСУ) космических аппаратов (КА).

Изобретение относится к авиационно-космической технике и касается конструкции жидкостной ракетной двигательной установки, содержащей топливный бак жидкого кислорода, используемой в первой ступени ракеты-носителя воздушно-космической системы, выполняющей воздушный старт при десантировании ее с самолета-разгонщика.

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей

Изобретение относится к энергетическим установкам, производящим водяной пар высоких параметров, получаемый за счет энергии, выделяемой при сгорании водорода в кислороде

Наверх