Энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство
Владельцы патента RU 2760607:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" (RU)
Изобретение относится к области энергетики. Энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство содержит камеру сгорания, состоящую из диффузорного, конфузорного и цилиндрического участков, закручивающее устройство, охлаждающий канал, кожух, воспламенитель. Также содержит ступень подвода воздуха из охлаждающего канала в диффузорный участок камеры сгорания, указанная ступень подвода воздуха представляет собой отверстия в стенке диффузорного участка, выполненные по касательной к его поверхности, камера сгорания выполнена противоточной, а закручивающее устройство выполнено многозаходным. Горелочное устройство содержит внутренний направляющий кожух и систему тангенциальных каналов распределения топлива. Техническим результатом изобретения является повышение радиальной и окружной равномерности температурного поля на входе в излучатель, повышение равномерности распределения коэффициента избытка воздуха на входе в диффузорный участок камеры сгорания, снижение вероятности проскока фронта пламени в область газодинамического взаимодействия топливных и воздушных струй, поступающих в камеру сгорания, повышение надежности воспламенения топливно-воздушной смеси. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для эффективного и экологически чистого сжигания топливно-воздушной смеси в системах децентрализованного теплоснабжения.
Известна радиационная газовая горелка RU 2640305 С1, 27.12.2017, МПК F23D 14/16 (2006.01), МПК F23D 14/16 (2017.08), содержащая полый корпус с патрубками подвода газа и инфракрасный излучатель, корпус выполнен в виде цилиндрического объема переменного диаметра с конфузором, горловиной и диффузором, при этом в диффузоре установлен распределитель потока, а инфракрасный излучатель выполнен из пористого жаропрочного материала в виде полой трубы со сферическим оголовком.
Недостатком данной конструкции является низкое качество смешения топлива и окислителя.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройству является инфракрасная газовая горелка RU 2413131 С1, 27.02.2011, МПК F23D 14/12 (2006.01), содержащая камеру сгорания, диффузионную горелку, патрубок подвода первичного воздуха, кожух, патрубок подвода вторичного воздуха, перегородку, отверстия для подвода вторичного воздуха, причем перегородка выполнена с возможностью подачи топливовоздушной смеси в основную часть камеры сгорания и вынесена от сечения тангенциального подвода первичного воздуха в объем основной части камеры сгорания.
Недостатками данной конструкции является низкая радиальная и окружная равномерность температурного поля, высокая вероятность проскока фронта пламени в область газодинамического воздействия топливных и воздушных струй, низкая равномерность распределения коэффициента избытка воздуха, низкая надежность воспламенения топливно-воздушной смеси.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение радиальной и окружной равномерности температурного поля на входе в излучатель; повышение равномерности распределения коэффициента избытка воздуха на входе в диффузорный участок камеры сгорания; снижение вероятности проскока фронта пламени в область газодинамического взаимодействия топливных и воздушных струй, поступающих в камеру сгорания; повышение надежности воспламенения топливно-воздушной смеси.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство, содержащее камеру сгорания, состоящую из диффузорного, конфузорного и цилиндрического участков, закручивающее устройство, охлаждающий канал, кожух, воспламенитель, в отличие от известного содержит ступень подвода воздуха из охлаждающего канала в диффузорный участок камеры сгорания, указанная ступень подвода воздуха представляет собой отверстия в стенке диффузорного участка, выполненные по касательной к его поверхности, камера сгорания выполнена противоточной, а закручивающее устройство выполнено многозаходным; содержит внутренний направляющий кожух; энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство содержит систему тангенциальных каналов распределения топлива.
В целях повышения радиальной и окружной равномерности температурного поля на входе в излучатель камера сгорания ЭМГУ выполнена противоточной; повышение равномерности коэффициента избытка воздуха на входе в диффузорный участок камеры сгорания достигается тем, что энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство дополнительно содержит систему тангенциальных каналов распределения топлива, а закручивающее устройство выполнено многозаходным; снижение вероятности проскока фронта пламени в область газодинамического взаимодействия топливных и воздушных струй, поступающих в камеру сгорания обеспечивается тем, что камера сгорания ЭМГУ дополнительно имеет внутренний направляющий кожух; повышение надежности воспламенения топливно-воздушной смеси достигается тем, что энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство дополнительно содержит ступень подвода воздуха из охлаждающего канала в диффузорный участок камеры сгорания, которая представляет собой отверстия в стенке диффузорного участка, выполненные по касательной к его поверхности.
Краткое описание чертежей.
Фиг. 1 - Продольный разрез энергоэффективного микрофакельного горелочного устройства.
Фиг. 2 - Излучатель.
Фиг. 3 - Поперечный разрез энергоэффективного микрофакельного горелочного устройства, на котором представлены: патрубок подвода топлива, закручивающее устройство и система тангенциальных каналов.
Фиг. 4 - Поперечный разрез энергоэффективного микрофакельного горелочного устройства, на котором изображены: ступень подвода воздуха и воспламенитель
Энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство содержит: первичное аксиальное закручивающее устройство 1, охлаждающий канал 2, расположенный между кожухом 3 и камерой сгорания 4, состоящей из конфузорного 5, диффузорного 6 и цилиндрического 7 участков. Охлаждающий канал 2, в котором расположено вторичное аксиальное закручивающее устройство 8, сообщается с областью, где происходит газодинамическое взаимодействие топливных и воздушных струй, расположенной между системой тангенциальных каналов распределения топлива 9 и закручивающим устройством 10. К системе тангенциальных каналов распределения топлива 9 крепится патрубок подвода топлива 11. В конце диффузорного участка 6 камеры сгорания 4 расположена ступень подвода воздуха 12. В конфузорном участке 5 камеры сгорания 4 находится воспламенитель 13. Внутренний направляющий кожух 14 соединяется с излучателем 15, в котором расположен кожух с микроперфорацией 16.
Энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство работает следующим образом. Поток воздуха поступает в первичное аксиальное закручивающее устройство 1, в котором, протекая через межлопаточные каналы, приобретает окружную компоненту скорости и направляется в охлаждающий канал 2. Двигаясь по охлаждающему каналу 2, воздух снижает температуру стенки камеры сгорания 4. Для сохранения скорости, при которой достигается наибольшая эффективность охлаждения при минимальных гидравлических потерях, поток дополнительно закручивается вторичным закручивающим устройством 8 и поступает в зону газодинамического взаимодействия топливных и воздушных струй, где перемешивается с топливом, подводимым через систему тангенциальных каналов распределения топлива 9. Полученная топливовоздушная смесь через закручивающее устройство 10, выполненное многозаходным, с высокой окружной скоростью, поступает в цилиндрический участок 7 камеры сгорания 4, ограниченный внутренним направляющим кожухом 14, наличие которого снижает вероятность проскока фронта пламени в область газодинамического взаимодействия топливных и воздушных струй. Закручивающее устройство 10 обеспечивает высокую интенсивность смешения, что повышает равномерность распределения коэффициента избытка воздуха на входе в диффузорный участок 6 камеры сгорания 4, в котором поток расширяется и образуются тороидальные вихри. На выходе из диффузорного участка 6 камеры сгорания 4 в интенсивно перемешанную богатую топливно-воздушную смесь эжектируется окислитель через ступень подвода воздуха 12. Далее поток переходит в конфузорный участок 5 камеры сгорания 4, где продолжают распространяться тороидальные вихри. В нижней точке вихря, где расположен воспламенитель 13, скорость близка к нулю, что позволяет организовать стабильное воспламенение топливно-воздушной смеси. В приосевой области камеры сгорания 4 образуется зона обратных токов, вследствие градиента давления, направленного навстречу потоку. Фронт пламени, расположенный на границе приосевого и периферийного потока, обеспечивает теплопередачу во всех направлениях. Интенсификация потока закруткой обеспечивает равномерное поле температуры на входе в излучатель 15, где происходит излучение продуктов сгорания и догорание топливно-воздушной смеси через кожух с микроперфорацией 16.
1. Энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство, содержащее камеру сгорания, состоящую из диффузорного, конфузорного и цилиндрического участков, закручивающее устройство, охлаждающий канал, кожух, воспламенитель, отличающееся тем, что содержит ступень подвода воздуха из охлаждающего канала в диффузорный участок камеры сгорания, указанная ступень подвода воздуха представляет собой отверстия в стенке диффузорного участка, выполненные по касательной к его поверхности, камера сгорания выполнена противоточной, а закручивающее устройство выполнено многозаходным.
2. Энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит внутренний направляющий кожух.
3. Энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит систему тангенциальных каналов распределения топлива.
