Парогазогенератор
Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для выработки парогазовых смесей. Технический результат направлен на повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента. Парогазогенератор содержит охлаждаемую балластирующим компонентом камеру, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, коллектор горючего, установленный на корпусе, центробежную форсунку окислителя, расположенную на оси смесительной головки, струйно-центробежные форсунки горючего, расположенные равномерно по окружности и включающие в себя полый наконечник и втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник, при этом осевой канал наконечника соединен с полостью балластирующего компонента, а полость горючего соединена с полостью камеры через тангенциальные отверстия, выполненные на цилиндрической поверхности втулки, причем полость тракта охлаждения камеры сообщается через каналы, выполненные в корпусе смесительной головки, с полостью балластирующего компонента. 5 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 (заявка РФ на изобретение №93009679/06/008853).
Известен способ работы парогазовой установки (парогазогенератора), включающий сжигание топлива, подогрев рабочего тела, генерацию водяного пара (патент РФ №2174615, кл. МПК7 F02C 6/18, от 12.09.1996 г.).
Известно устройство для получения высокотемпературного пара (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 (патент РФ 2283456 от 12.20.2004 г., кл. МПК F22B 1/22).
Общим недостатком известных технических устройств является их недостаточная эффективность работы, сложность конструкции и низкая надежность при высоких тепловых нагрузках конструкционных элементов.
Известен парогазогенератор, содержащий камеру сгорания с форсунками, подвод воды, запальное устройство, камеру испарения, при этом 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 (Патент РФ №2371594, МПК: F02C 6/00 - прототип).
Указанный парогазогенератор работает следующим образом.
Вода по магистрали подается в камеру сгорания, проходя по втулке с тангенциальными каналами, закручивается и образует в полости камеры сгорания вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области.
Затем по магистралям окислителя и горючего подают компоненты в смесительную головку. Запальное устройство с помощью свечи 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, широким срезом направленного в камеру испарения, 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 его статическая температура падает.
Разогретый в камере испарения высокотемпературный пар через выходное устройство выходит наружу для дальнейшего потребления.
Основными недостатками данной конструкции парогазогенератора являются значительные габариты, особенно в осевом направлении, что вызвано необходимостью размещения камеры смешения после узла подачи балластирующего компонента.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный парогазогенератор согласно изобретению содержит охлаждаемую балластирующим компонентом камеру, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, коллектор горючего, установленный на корпусе, центробежную форсунку окислителя, расположенную на оси смесительной головки, струйно-центробежные форсунки горючего, расположенные равномерно по окружности и включающие в себя полый наконечник и втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник, при этом осевой канал наконечника соединен с полостью балластирующего компонента, а полость горючего соединена с полостью камеры через тангенциальные отверстия, выполненные на цилиндрической поверхности втулки, причем полость тракта охлаждения камеры сообщается через каналы, выполненные в корпусе смесительной головки, с полостью балластирующего компонента.
Предлагаемая конструкция парогазогенератора за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение габаритов, массы устройства, а также повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез парогазогенератора, на фиг. 2 - выносной элемент А - продольный разрез струйно-центробежной форсунки горючего смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 3 - разрез Б-Б - поперечный разрез струйно-центробежной форсунки горючего смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 4 - выносной элемент В - продольный разрез центробежной форсунки окислителя смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 5 - разрез Г-Г - поперечный разрез центробежной форсунки окислителя смесительной головки парогазогенератора.
Парогазогенератор содержит камеру 1 и смесительную головку 2. Охлаждение камеры 1 осуществляется протоком балластирующего компонента по охлаждающему тракту 3.
Смесительная головка 2 состоит из корпуса 4, на торцах которого закреплены верхнее днище 5 и нижнее днище 6, коллектора горючего 7, закрепленного на корпусе 4, центробежной форсунки окислителя 8, расположенной на оси смесительной головки 2, и струйно-центробежных форсунок горючего 9, расположенных равномерно по окружности. Корпус 4, верхнее днище 5 и нижнее днище 6 образуют полость балластирующего компонента 10 и полость горючего 11 соответственно. В корпусе 4 смесительной головки 2 выполнены отверстия 12, через которые полость балластирующего компонента 10 сообщается с охлаждающим трактом 3 камеры 1.
Струйно-центробежная форсунка горючего 9 состоит из полого наконечника 13 и втулки 14, охватывающей с кольцевым зазором наконечник 13. Осевой канал 15 наконечника 13 соединен с полостью балластирующего компонента 10, а полость горючего 11 соединена с полостью камеры 16 через тангенциальные отверстия 17, выполненные на цилиндрической поверхности втулки 14.
Предложенный парогазогенератор работает следующим образом.
Горючее поступает в коллектор горючего 7 и далее в полость горючего 11, где оно равномерно распределяется по струйно-центробежным форсункам горючего 9. Через тангенциальные отверстия 17, выполненные во втулке 14, горючее поступает из полости горючего 11 смесительной головки 2 в полость камеры 16.
Окислитель поступает в полость камеры 16 через центробежную форсунку окислителя 8 смесительной головки 2.
В полости камеры 16 происходит смешение и сгорание компонентов топлива.
Балластирующий компонент подается в охлаждающий тракт 3 камеры 1. После охлаждающего тракта 3 балластирующий компонент поступает через отверстия 12 в полость балластирующего компонента 10 и далее через осевые каналы 15 наконечников 13 - в полость камеры 16.
В полости камеры 16 высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива разбавляются и охлаждаются балластирующим компонентом.
Использование предложенного технического решения позволит снизить габариты и массу парогазогенератора, а также повысить однородность температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.
Парогазогенератор содержит охлаждаемую балластирующим компонентом камеру, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, коллектор горючего, установленный на корпусе, центробежную форсунку окислителя, расположенную на оси смесительной головки, струйно-центробежные форсунки горючего, расположенные равномерно по окружности и включающие в себя полый наконечник и втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник, при этом осевой канал наконечника соединен с полостью балластирующего компонента, а полость горючего соединена с полостью камеры через тангенциальные отверстия, выполненные на цилиндрической поверхности втулки, причем полость тракта охлаждения камеры сообщается через каналы, выполненные в корпусе смесительной головки, с полостью балластирующего компонента.
