Автономное горелочное устройство длительного действия
Владельцы патента RU 2705494:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) (RU)
Изобретение относится к области энергетики. Автономное горелочное устройство длительного действия содержит корпус в форме стакана, встроенный парогенератор водяного пара, состоящий из трех блоков, а именно бачка-испарителя в виде кольцевой камеры, паросепаратора в виде кольцевой камеры и пароперегревателя, расположенных соосно с корпусом устройства, а также паровую форсунку и сопло, расположенные в камере газогенерации соосно. Блоки парогенератора расположены в корпусе горелочного устройства один под другим в следующей последовательности: бачок-испаритель, паросепаратор, пароперегреватель, в полости внутреннего отверстия кольцевой камеры паросепаратора расположена камера газогенерации, держатель с форсункой и сопло установлены в боковых стенках паросепаратора напротив друг друга и так, что форсунка находится в камере газогенерации, а сопло соединяет камеру газогенерации с окружающей атмосферой, пароперегреватель выполнен в виде имеющих одинаковые габаритные размеры крышки и двух плоских дисков со спиральными каналами, в зазоре между бачком-испарителем и паросепаратором установлены пробка и четыре заслонки, каждая из которых представляет собой 1/4 кольцевого диска, причем заслонки установлены на верхнем торце паросепаратора так, что движением от периферии корпуса устройства к центру задвигаются до упора в пробку, что позволяет перекрыть внутренние отверстия бачка испарителя и паросепаратора. Спиральные каналы двух плоских дисков пароперегревателя имеют прямоугольное сечение и выполнены по траектории спирали Архимеда. Технический результат - повышение времени работы автономного горелочного устройства за счет увеличения его габаритов при сохранении энергетического баланса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к автономным жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар.
Известно автономное горелочное устройство, использующее перегретый водяной пар (Патент РФ №2373458, F23C 99/00, F23L 7/00, 26.05.2008). Устройство содержит корпус, топливопровод, воздуховоды, встроенный парогенератор водяного пара с паровой форсункой и камеру газогенерации. Кроме того, в корпусе, сбоку, установлено сопло для выхода факела, а паровая форсунка расположена в камере газогенерации соосно с соплом. Встроенный парогенератор состоит из трех отдельных блоков, причем пароперегреватель выполнен в виде кольцевой камеры, а паросепаратор, расположен внутри пароперегревателя. Бачок-испаритель расположен сверху паросепаратора и пароперегревателя в зоне низкой температуры. Все три блока парогенератора и паровая форсунка соединены трубками и не имеют общих стенок.
Недостатком такого автономного горелочного устройства является малое время работы, ограниченное объемом бачка-испарителя и габаритами устройства.
Наиболее близким техническим решением является малогабаритное автономное горелочное устройство (Патент РФ №2523591, F23C 99/00, F23D 11/44, 09.04.2013). Горелочное устройство содержит расположенные соосно корпус, парогенератор водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, паросепаратора, выполненных в виде кольцевых камер, пароперегревателя, выполненного в виде трубки с полыми стенками и установленного внутри бачка-испарителя, и паровой форсунки, установленной снизу пароперегревателя с возможностью подачи пара и вместе с ним горящей смеси сквозь пароперегреватель. Все блоки парогенератора соединены трубками.
Недостатком такого автономного горелочного устройства является малое время работы, ограниченное объемом бачка-испарителя и габаритами устройства.
Описываемые устройства самонастраивающиеся. Здесь тепловыделение реакции, параметры состояния воды и пара и характеристики струи водяного пара, истекающего через форсунку, находятся в балансе. Этот баланс обеспечивается в устройствах кратковременного действия. Простое увеличение габаритов устройства может привести к нарушению энергетического баланса. Как следствие - нарушится стабильность режима работы устройства.
Задача предлагаемого технического решения заключается в том, чтобы повысить время работы автономного горелочного устройства за счет увеличения его габаритов при сохранении энергетического баланса.
Поставленная задача решается тем, что в горелочном устройстве, содержащем корпус в форме стакана, встроенный парогенератор водяного пара, состоящий из трех блоков, а именно, бачка-испарителя в виде кольцевой камеры, паросепаратора в виде кольцевой камеры и пароперегревателя, расположенных соосно с корпусом устройства, а также паровую форсунку и сопло, расположенные в камере газогенерации соосно, согласно изобретению, блоки парогенератора расположены в корпусе горелочного устройства один под другим в следующей последовательности: бачок-испаритель, паросепаратор, пароперегреватель, в полости внутреннего отверстия кольцевой камеры паросепаратора расположена камера газогенерации, держатель с форсункой и сопло установлены в боковых стенках паросепаратора напротив друг друга и так, что форсунка находится в камере газогенерации, а сопло соединяет камеру газогенерации с окружающей атмосферой, пароперегреватель выполнен в виде имеющих одинаковые габаритные размеры крышки и двух плоских дисков со спиральными каналами прямоугольного сечения выполненными по траектории спирали Архимеда, в зазоре между бачком-испарителем и паросепаратором установлены пробка и четыре заслонки, каждая из которых представляет собой 1/4 кольцевого диска, причем заслонки установлены на верхнем торце паросепаратора так, что движением от периферии корпуса устройства к центру задвигаются до упора в пробку, что позволяет перекрыть внутренние отверстия бачка испарителя и паросепаратора.
В заявляемом автономном горелочном устройстве длительного действия пароперегреватель выполнен плоским, чтобы увеличение габаритов устройства не приводило к увеличению расстояния от зеркала кипения топлива до паровой струи. Этот показатель определяет качество сажи, попадающей в паровую струю. Сажа не должна превратиться в кокс за время преодоления указанного расстояния, поскольку от этого зависит качество сгорания. Кроме того, в заявляемом устройстве введены заслонки и пробка во внутреннем отверстии бачка-испарителя. Подбирая теплопроводность пробки и заслонок, можно добиться такого теплового потока в бачок-испаритель, который обеспечит заданное давление пара в парогенераторе.
Таким образом, предлагаемое техническое решение за счет оригинального расположения блоков, а также за счет плоского пароперегревателя и наличия заслонок с пробкой нужной теплопроводности, может значительно (в 5-10 раз) увеличить время стабильной работы горелочного устройства за счет увеличения его габаритов без нарушения энергетического баланса.
Сущность технического решения поясняется чертежом общего вида горелочного устройства, фиг. 1.
Устройство состоит из корпуса 1, встроенного парогенератора, содержащего расположенные в корпусе последовательно один под другим, бачок-испаритель 2, паросепаратор 3, пароперегреватель 4, и топки 26. Устройство включает также паровую форсунку 5, сопло 6, камеру газогенерации 7.
Бачок-испаритель 2 и паросепаратор 3 выполнены в форме кольцевых камер, которые установлены в корпусе горелочного устройства с зазором между их торцевыми поверхностями, и соединены паропроводом 24. В полости внутреннего отверстия кольцевой камеры паросепаратора 3 расположена камера газогенерации 7. Пароперегреватель 4 состоит из двух плоских дисков 8, 9, и крышки 10. В дисках 8 и 9 выполнены каналы прямоугольного сечения по траектории спирали Архимеда, служащие для прохода пара. В крышке 10 выполнено отверстие 11 для подачи насыщенного водяного пара через трубку 12 в спиральный канал верхнего диска пароперегревателя 9 с периферийной стороны. С внутренней стороны диска 9 выполнено отверстие 13 для перехода перегретого пара в спиральный канал нижнего диска 8 и далее через штуцер 14 в паровую форсунку 5. Паровая форсунка 5 установлена на держателе 15, внутри которого размещен фильтр тонкой очистки (на фиг. 1 не показано). Напротив форсунки 5 установлено сопло 6 для выхода продуктов горения в виде факела. Держатель с паровой форсункой 5 и сопло 6 установлены в боковых стенках паросепаратора и находятся на одной оси, лежащей в плоскости поперечного сечения кольцевой камеры паросепаратора. При этом паровая форсунка 5 находится в камере газогенерации 7, а сопло соединяет камеру газогенерации с окружающей атмосферой. В зазоре между нижним торцом бачка-испарителя 2 и верхним торцом паросепаратора 3 установлены заслонки 16, к которым прикреплены поводки 17. Заслонок четыре, каждая представляет собой 1/4 кольцевого диска. В полости внутреннего отверстия 18 бачка-испарителя 2 установлена пробка 19 из термостойкого материала. Пробка установлена так, что заслонки задвигаются до упора в нее. На верхнем торце бачка-испарителя 2 установлена заливная горловина 20 с крышкой 21, а также штуцер 22 с манометром 23 для контроля давления пара в парогенераторе. Заливная горловина 20 соединена с кольцевой полостью паросепаратора 3 паропроводом 24, а штуцер 14 пароперегревателя 4 соединен с держателем форсунки 15 паропроводом 25. К нижнему торцу пароперегревателя 4 пристыкована топка 26 с топливопроводом 27, соединяющим ее с топливоприемником 28. В топке 26 выполнены воздухоподводящие отверстия 29. Зазор между корпусом 1 и парогенератором заполнен термоизолятором 30. Держатель форсунки 15 установлен во втулку 31, а трубка 12 изогнута для прохода мимо втулки 31. Устройство работает следующим образом.
В бачок-испаритель 2 наливают дистиллированную воду через заливную горловину 20. Из отверстия 18 извлекают пробку 19 и устанавливают ее в сопло 6 (диаметры отверстия 18 и сопла 6 одинаковы). Посредством поводков 17 заслонки 16 выдвигают наружу т.е. от центра горелочного устройства к периферии. При этом открывается поверхность нижнего торца бачка-испарителя, а также поверхность внутреннего отверстия 18 бачка-испарителя. В топку 26 помещают не коптящее топливо (сухое горючее, либо этиловый спирт). Топливо поджигают. За счет тепловыделения при горении топлива происходит прогрев всей металлической конструкции и вскипание воды в бачке-испарителе. После вскипания воды пробку 19 вынимают из сопла 6, освобождая путь для движения паровой струи, и устанавливают в отверстие 18. Заслонки 16 задвигают до упора в пробку 19. На топливоприемник 28 устанавливают топливоподающее устройство (на фиг. 1 не показано) и подают жидкое топливо (керосин, дизельное, либо печное топливо и т.д.). Горелочное устройство начинает работать, давление в бачке испарителе устанавливается на заданном уровне.
Изготовленная модель автономного горелочного устройства с емкостью бачка-испарителя 1,5 л работает 3 часа при давлении пара 11 атм.
1. Автономное горелочное устройство длительного действия, содержащее корпус в форме стакана, встроенный парогенератор водяного пара, состоящий из трех блоков, а именно бачка-испарителя в виде кольцевой камеры, паросепаратора в виде кольцевой камеры и пароперегревателя, расположенных соосно с корпусом устройства, а также паровую форсунку и сопло, расположенные в камере газогенерации соосно, отличающееся тем, что блоки парогенератора расположены в корпусе горелочного устройства один под другим в следующей последовательности: бачок-испаритель, паросепаратор, пароперегреватель, в полости внутреннего отверстия кольцевой камеры паросепаратора расположена камера газогенерации, держатель с форсункой и сопло установлены в боковых стенках паросепаратора напротив друг друга и так, что форсунка находится в камере газогенерации, а сопло соединяет камеру газогенерации с окружающей атмосферой, пароперегреватель выполнен в виде имеющих одинаковые габаритные размеры крышки и двух плоских дисков со спиральными каналами, в зазоре между бачком-испарителем и паросепаратором установлены пробка и четыре заслонки, каждая из которых представляет собой 1/4 кольцевого диска, причем заслонки установлены на верхнем торце паросепаратора так, что движением от периферии корпуса устройства к центру задвигаются до упора в пробку, что позволяет перекрыть внутренние отверстия бачка испарителя и паросепаратора.
2. Автономное горелочное устройство длительного действия по п. 1, отличающееся тем, что спиральные каналы двух плоских дисков пароперегревателя имеют прямоугольное сечение и выполнены по траектории спирали Архимеда.
