Способ сжигания газа и горелка для его осуществления

 

Способ сжигания газа и горелки для его осуществления могут быть использованы в промышленной и бытовой теплотехнике. Сущность: способ сжигания, обеспечивающий дальнейшее снижение вредных выбросов, в частности оксидов азота и оксида углерода, а также уменьшение уровня шума при использовании горелки небольшой стоимости. Горелка содержит диффузор со щелями или перфорацией, выполненный из тонкого листового металла. В диффузор поступает полностью или частично подготовленная газовоздушная смесь. Горелка может использоваться в теплообменных устройствах, таких как котлы или системы отопления. Основными стадиями способа являются подача равномерного потока топливовоздушной смеси в щели, выпуск смеси из перфорированной поверхности, имеющей кольцевую форму, в которой имеется щелевая периферийная (Ap) и сплошная центральная (Cа) зоны, причем их площади находятся в определенном состоянии, сжигание смеси в тонком слое, регулирование коэффициента избытка воздуха в диапазоне 0,9-1,4 или поддержание коэффициента избытка воздуха менее 1,6, осуществление рециркуляции продуктов сгорания. 2 с. и 25 з.п. ф-лы. 63 ил.

Настоящее изобретение относится к способу сжигания газа с одновременным контролем или регулированием вредных выбросов, а также к соответствующему горелочному устройству и системе, т.е. к новому способу получения тепловой энергии от газов, таких как метан, бутан, пропан и т.д. и из смесей. При этом осуществляется подача части газовоздушной смеси в горелку в подготовленном виде с коэффициентом избытка воздуха, меньшим или равным единице. Или подают всю предварительно подготовленную горячую смесь топлива с воздухом с коэффициентом избытка воздуха больше единицы. Таким образом снижается или практически уменьшается до предельно малого уровня содержание вредных веществ в продуктах сгорания (оксиды азота и оксид углерода). Данный способ реализуется с помощью горелки и регулируемой системы подачи топлива, также входящей в настоящую заявку.

Известен способ сжигания топлива с низкими уровнями оксидов азота и оксида углерода, изложенный в международной патентной заявке PCT/IT N 87/00079 от 03.08.87, принадлежащей также авторам настоящей заявки. Этот способ содержит следующие стадии: подсос первичного воздуха в количестве, по меньшей мере, 80% от стехиометрического; направление вторичного воздуха в одиночные пламена, начиная с момента сжигания, в количестве с избытком в 100% от стехиометрического значения; осуществление сгорания, завершающегося в тонком слое. При этом зрительно он проявляется в виде фиолетового цвета с длиной волны менее 0,42 нм.

Такой способ реализован в указанной выше заявке исключительно в атмосферной горелке. Эта горелка представляет собой устройство, через которое осуществляется естественная циркуляция топлива с воздухом. Имеется расположенный горизонтально трубчатый диффузор, снабженный рядом щелей для прохода смеси топлива с первичным воздухом, распределенных по поверхности диффузора в виде последовательных элементов, проходящих поперек оси диффузора. Причем эти элементы отстоят друг от друга на расстоянии nd/2, где d осевая длина ряда щелей, а n число рядов в каждом элементе или число рядов в двух последовательных элементах, если они расположены в шахматном порядке. Расстояние между рядами щелей одного элемента в поперечном направлении составляет, по меньшей мере, 65% длины наибольшей щели группы.

В каждой группе образуется тонкий слой пламени в виде пары расходящихся крыльев, по форме напоминающих бабочку, причем ось симметрии этих крыльев совпадает с продольной средней плоскостью каждой группы.

Хотя данный способ представляет собой заметный прогресс в подавлении вредных выбросов, в частности оксидов азота и оксида углерода, тем не менее в этом способе не предполагается и не допускается подача в диффузор смеси, в которой содержание кислорода близко к стехиометрическому или превышает его. Причем не может поддерживаться горение в присутствии продуктов сгорания, поскольку пламя нестабильное, и поэтому работа горелки в таких условиях невозможна. Эти обстоятельства ограничивают применение способа сжигания, а также горелки, в которой он реализуется.

Регулирование мощности на выходе и подачи топлива описано в патентах DE N 3010014 и DE N 3018752, зарегистрированных в 1989 г.

В первом из них описано регулирование горения путем изменения давления на входе и на выходе камеры сгорания, что можно выполнить путем установки диафрагмы совместно с регулированием избыточного давления газа перед горелочными соплами. Во втором патенте описано сопло, содержащее две установленные последовательно камеры, выходные сечения которых управляются соответствующими обтюраторами, соединенными с единым штоком. Также имеется средство, управляющее расходами первичного воздуха и топливовоздушной смеси.

Недостатками обоих устройств является то, что они не позволяют получить большие коэффициенты избытка воздуха, если не использовать само устройство или трубу Вентури больших размеров. При этом корпус горелки получается громоздким, поскольку труба размещается внутри него.

В отношении ширины расположенных горизонтально трубчатых горелок отметим, что в некоторых случаях размеры соответствующего поперечного сечения оказываются чрезмерно большими.

Следовательно, требуются соответствующие усовершенствования для устранения приведенных выше недостатков.2 Известен способ сжигания газа в горелке, имеющей диффузор, оснащенный множеством щелей, расположенных группами, путем подачи через щели диффузора струй смеси газообразного топлива и воздуха и образования в зоне горения групп тонких слоистых факелов пламени (см. заявку N WO 89/01116).

Известна также горелка для осуществления указанного способа сжигания, содержащая диффузор с группами щелей, распределенными в продольном направлении повторяющимися поперечными рядами, а щели в каждой группе расположены с образованием периферийной зоны, ограничивающей центральную зону, в которой щели либо отсутствуют, либо выполнена перфорация, занимающая 20% площади этой зоны, предпочтительно 5. 40 мм² (см. указанную выше заявку N WO 89/01116).

Целью настоящего изобретения является создание способа сжигания, обеспечивающего стабильность пламени при любых условиях, при которых газ подается в соответствующую горелку, например, при изменении вида газа или при изменении расхода газа через сопло, также при различных рабочих условиях. Осуществляется полное или частичное предварительное смешение топлива с воздухом. Также горелки могут быть атмосферными или с принудительной подачей воздуха. Это позволяет практически исключить вредные выбросы, в частности оксиды азота и оксид углерода, или их снизить до величин порядка ошибки измерения прибора. Причем при реализации данного способа получается устойчивое пламя, в котором горение осуществляется в тонком слое за счет образования смеси топлива с воздухом в соотношении больше стехиометрического или близкого к нему. Также горение может осуществляться в пространстве, полностью или частично заполненном продуктами сгорания. При этом диффузор может располагаться горизонтально, вертикально или под каким-либо углом. А горелка может быть цилиндрической, конической, в виде прямоугольного параллелепипеда или какой-либо другой формы. Также ее форма и размеры могут соответствовать теплообменнику или камере сгорания. Условия горения должны позволить плавный переход от воспламенения к устойчивому горению, получая при этом стабильное пламя при полном сгорании в диапазоне регулирования тепловой мощности в предельно жестких рабочих условиях. Горение должно осуществляться отдельно от диффузора, не допуская его перегрева и исключая замену относительно дешевого листового металла, который обычно используется для изготовления горелки, на более дорогой огнеупорной материал, который часто бывает хрупким, И, наконец, все приведенные выше положительные свойства должны быть получены в дешевом устройстве, которое помимо этого должно обеспечивать низкий уровень шума при работе.

Указанные выше цели обеспечиваются при использовании способа, содержащего в сочетании следующие стадии: А) равномерную подачу гомогенной смеси воздуха с горючим газом через щели в диффузоре; Б) выведение смеси из щелей, ширина которой может быть равна ее глубине, смотря в направлении выхода смеси, или больше в зависимости от вида газа. Причем щели выполнены группами, расположенными вокруг центральных зон, которые не имеют отверстий или перфорированы, при этом площадь отверстий составляет не более 20% от суммарной площади самой центральной зоны, а отношение площади периферийной зоны, занимаемой щелями, к площади центральной зоны составляет 3-10, при этом отношение площади щелей к площади периферийной зоны составляет от 1:2 до 1:3,5, причем ширина центральной зоны максимально составляет 3 мм при любой заданной длине; группы щелей могут располагаться повторяющимися рядами, ориентированными в любом заданном направлении, совмещенными между собой или расположенными в шахматном порядке; В) начало и завершение сгорания мгновенно и в одну стадию в каждой группе щелей в тонком слое пламени при подаче смеси топлива с воздухом с коэффициентом избытка воздуха больше стехиометрического; при использовании природного газа (метана) пламя испускает фиолетовое излучение с длиной волны менее 0,42 нм; пламена в каждой группе в сочетании образуют форму крыльев бабочки, венчика тюльпана, рупора, колокольчика и т.п. симметричной формы или несимметричной, причем они начинаются, раскрываясь от уровня непосредственно над поверхностью диффузора менее 2 мм, причем ось или плоскость симметрии проходит перпендикулярно тангенциальной плоскости, проходящей через центр каждой группы, благодаря чему получается объем, насыщенный полностью продуктами сгорания и охваченный снаружи пламенами каждой группы и возрастающий с увеличением расстояния от диффузора, в этом объеме парциальное давление кислорода далее уменьшается и имеет место слабая циркуляция продуктов сгорания у основания этого объема, обеспечивая уровень температуры, достаточный для воспламенения; Г) работу при переменном коэффициенте избытка воздуха, нижнее значение которого даже меньше 1,1, при естественной или принудительной циркуляции воздуха и газов, идущих на горение, а также при удельной нагрузке на диффузор (отношение тепловой мощности на выходе к площади поверхности выходных отверстий для пламени) в диапазоне 0,3-0,8 кВт/см², при регулировании коэффициента избытка воздуха до 0,9, когда горелка работает при максимальной мощности, и при коэффициенте избытка воздуха 1,4, когда горелка работает при минимальной мощности или при ее пуске, при коэффициенте избытка воздуха, меньшем и равном 1,1, когда подсасывается или подается количество воздуха, необходимое для полного сгорания или частичном разрежении, создаваемом струей топливовоздушной смеси, истекающей из щелей, образующих наружную поверхность пламен при сжигании в тонком слое; Д) работу с коэффициентом избытка воздуха, постоянно превышающим 1,1, с естественной или принудительной циркуляцией воздуха, идущего на горение, и газов, причем максимальное значение коэффициента избытка воздуха не превышает 1,6 и преимущественно коэффициент избытка воздуха составляет 1,1-1,3 как при максимальной мощности, так и при пуске и на промежуточных режимах, при этом удельная нагрузка на диффузор составляет 0,3-0,8 кВт/см², а давление газообразного топлива преимущественно составляет 100-450 мбар (10-45 кПа); Е) подсос продуктов сгорания в зоне частичного разрежения, создаваемого струей топливовоздушной смеси, истекающей из щелей, образуя наружную поверхность пламени при сжигании в тонком слое, причем пламя захолаживается и смешивается с воздухом в диапазоне от 0 до 100% в результате чего парциальное давление кислорода уменьшается при сжигании газа, а также уменьшается избыток воздуха, тем самым улучшая эффективность горения;
Ж) подсос продуктов сгорания в зону частичного разрежения, создаваемого струей топливовоздушной смеси, истекающей из щелей, образуя наружную поверхность пламени при сжигании в тонком слое, причем пламя захолаживается и смешивается с воздухом в диапазоне от 10 до 100% в результате чего парциальное давление кислорода уменьшается при сжигании газа, а также уменьшается избыток воздуха, тем самым улучшая эффективность горения.

Ниже приведены предпочтительные сочетания стадий реализации способа, описанных выше, относящихся к возможным комбинациям параметров подачи топлива:
А, Б, В, Г;
А, Б, В, Д;
А, Б, В, Г, Ж;
А, Б, В, Д, Е.

Что касается предпочтительного варианта горелки, предназначенной для реализации данного способа, отметим, что поставленные цели достигаются с помощью диффузора, в котором цели распределены группами, причем каждая группа образует периферийную зону, охватывающую центральную зону, в которой нет щелей или в которой имеются отверстия, площадь которых не превышает 20% площади самой центральной зоны и которые занимают поверхность с размерами преимущественно от 5 до 40 мм, при этом отношение площади периферийной зоны к площади центральной зоны преимущественно составляет 3-10, а отношение площади щелей к площади периферийной зоны составляет 1:2 1:3,5 в то время, как при максимальной ширине центральной зоны, составляющей приблизительно 3 мм, соответствующая длина может принимать любое значение, группы щелей могут быть расположены, например, продольно повторяющимися поперечными рядами, а ширина единичной щели может быть равна толщине стенки диффузора или больше в зависимости от вида газа.

Горелка может быть оснащена трубкой Вентури, установленной внутри или вне корпуса диффузора вдоль вертикальной или горизонтальной его оси под углом, причем сам корпус диффузора может быть трубчатым, цилиндрическим или в виде призмы, пирамиды, прямоугольным и удлиненным. В корпусе имеются группы щелей преимущественно прямоугольного очертания или в виде отверстий, занимающих полностью его поверхность или только ее часть.

При установке горелки в контурах, в которых осуществляется принудительная циркуляция продуктов сгорания и воздуха, обеспечивается преимущество за счет максимального ограничения по высоте, причем предпочтительная горелка имеет корпус, поперечное сечение нижней части которого имеет раздвоение, образующее пару боковых каналов, расположенных под плоским диффузором, закругленным по краю, с получением профиля, выпуклого наружу. Также могут быть и другие профили при наличии щелей или отверстий в соответствии с настоящим изобретением. Имеются центральные входные каналы в нижней части, распределенные продольно между двумя раздвоенными элементами и направляющие поток смеси в раздвоении с синусоидальной криволинейной осью и с постоянно увеличивающимся сечением, которые отделены от диффузора продольной перегородкой, формирующей раздвоение и определяющей поперечное сечение в виде перевернутой буквы омега, проходящей по длине горелки.

В отношении системы подачи топлива отметим, что имеются трудности, связанные с регулированием выходной мощности при поддержании коэффициента избытка воздуха в пределах в соответствии с изложенным способом. В системах с естественной циркуляцией за счет дутьевого воздуха (воздуха, идущего на горение) и газа, которого достаточно для поддержания режима полного сгорания, или в системах с принудительной циркуляцией с помощью вентилятора эти трудности преодолеваются путем применения газового сопла соответствующего переменного выходного сечения. В этом сопле имеется пропорционирующий элемент с коническим передним концом, имеющим критический угол сужения в пределах 0-10^o, причем этот элемент может перемещаться в осевом направлении внутри отверстия, образованного в корпусе сопла, угол сужения которого равен или приблизительно равен углу сужения пропорционирующего элемента. Таким образом обеспечивается постепенное снижение давления газа на выходе за счет уменьшения сечения отверстия относительно снижения коэффициента избытка воздуха при изменении расхода, а значит, и выходной мощности. Задний конец пропорционирующего элемента имеет форму пластины, которая контактирует с боковой поверхностью проводимого вручную или автоматического кулачка, прижимаясь к нему под действием пружины.

При использовании принудительной подачи газа и воздуха применяют центробежный вентилятор с переменным числом оборотов, обеспечивающий давление в пределах 100-450 мбар (10-45 кПа) и позволяющий частичную рециркуляцию смеси. Входная часть его оснащена попеременно действующими клапанами ("включено/выключено"), установленными на воздушной и газовой линиях.

Преимущества настоящего изобретения следующие: уменьшение уровня вредных выбросов, в частности оксидов азота и оксида углерода, до значений, соответствующих стандартам (допустимым ошибкам измерения), снижение уровня шума, обеспечение преимуществ, связанных со снижением вредных выбросов и уровня шума, во всех возможных конструкциях горелки с тонкостенными металлическими диффузорами (толщины стенок 0,2-2 мм) полного или частичного предварительного смешения. Такие горелки можно устанавливать в контурах, через которые дутьевой воздух и газ проходят либо естественной тягой, либо принудительно, также могут использоваться такие горелки в схемах с плавным регулированием мощности. Такие преимущества заключаются в повышении удельной тепловой нагрузки, обеспечении значительной устойчивости пламени при сжигании в тонком слое, даже если топливовоздушная смесь имеет коэффициент избытка воздуха намного больше стехиометрического. Также имеет место стабильный переход от воспламенения к устойчивому горению, в частности, когда горение происходит в пространстве, полностью или частично заполненном продуктами сгорания. Обеспечивается температурный уровень у корня пламени, достаточно высокий для поджигания, но не вызывающий перегрев листового металла, чтобы в противном случае не пользоваться для изготовления диффузора керамическими материалами или другими теплостойкими материалами, причем горелка оказывается достаточно дешевой. Обеспечивается функциональное, простое и экономичное регулирование выходной мощности. При необходимости можно уменьшить высоту горелки, а также уменьшить дополнительно расстояние между теплообменником и диффузором.

Далее настоящее изобретение будет описано подробно на примере со ссылками на иллюстрации. На чертежах представлены группы щелей, форма и количество которых в основном соответствует их размещению на плоской поверхности, хотя в действительности эта поверхность может быть криволинейной или заостренной.

На фиг.1 представлен вид сверху трубчатой горелки в соответствии с настоящим изобретением, предназначенной для использования с принудительной подачей воздуха и газа. Ось горелки горизонтальная, а группы щелей распределены по всей поверхности диффузора.

На фиг. 2 представлено продольное вертикальное сечение по II-II на фиг. 1.

На фиг. 3 показана горелка, изображенная на фиг. 2, слева, смотря вдоль продольной оси.

На фиг. 4 представлен вид сверху трубчатой горелки, предназначенной для эжекционной подачи воздуха для сжигания газа, причем группы щелей распределены по верхней части наивысшей поверхности диффузора.

На фиг. 5 представлен вид сбоку горелки, показанной на фиг. 4.

На фиг. 6 показана горелка на фиг. 4, вид слева вдоль продольной оси.

На фиг. 7 представлен вид сверху горелки с трубчатым цилиндрическим диффузором согласно изобретению, ось которого вертикальная, причем вне диффузора под прямым углом к нему расположена трубка Вентури. Вокруг верхней части боковой поверхности диффузора распределены группы щелей.

На фиг. 8 представлен продольный вертикальный разрыв по VIII-VIII на фиг. 7.

На фиг. 9 представлен вид сверху горелки с вертикальным трубчатым цилиндрическим диффузором в соответствии с данным изобретением, аналогичным показанному на фиг. 7, но с внешней трубкой Вентури, установленной под диффузором соосно ему. Группы щелей распределены по боковой поверхности диффузора.

На фиг. 10 показан продольный вертикальный разрез по X-X на фиг. 9.

На фиг. 11 представлен вид сбоку горелочного элемента, предназначенного для блочной установки, с группами щелей, распределенных по верхней части диффузора, создающими заостренный профиль, поверхности которого расположены под углами 90^o и более по отношению друг к другу.

На фиг. 12 представлен вид сверху устройства, показанного на фиг. 11.

На фиг. 13 представлено вертикальное сечение трех элементов, образующих горелку, показанную на фиг. 11.

На фиг. 14-21 представлены профили поперечных сечений диффузоров горелок, показанных на фиг. 1, 2, 3, 4, 5 и 6, причем эти профили криволинейные.

На фиг. 22-27 представлены профили поперечных сечений диффузоров горелок, показанных на фиг. 1, 2, 3. 4, 5 и 6 и представляющих собой замкнутые многоугольники с закруглениями по углам, например треугольник, квадрат, пяти-, шести- и восьмиугольник. На фиг. 28 представлена одна из групп щелей в диффузоре по настоящему изобретению в увеличенном масштабе. Продольные оси щелей параллельны между собой. Щели занимают периферийную зону, образуя внутри ромб, образующий центральную зону этой группы щелей. Снаружи группа щелей ограничена восьмиугольником.

На фиг. 29 в увеличенном масштабе представлена группа щелей в диффузоре, аналогичная фиг. 28. В данном случае в центральной зоне имеются три отверстия, расположенные на одной линии в продольном направлении и предназначенные для стабилизации пламени.

На фиг. 30 в увеличенном масштабе представлена группа щелей в диффузоре, показанная на фиг. 28. Однако в данном случае имеется единственное отверстие в центральной зоне, предназначенное для стабилизации пламени, а две центральные щели отсутствуют.

На фиг. 31 в увеличенном масштабе представлена группа щелей, аналогичная показанной на фиг. 30. Однако здесь отсутствуют отверстия в центральной зоне, предназначенные для стабилизации пламени.

На фиг. 32 в увеличенном масштабе представлена группа щелей в диффузоре по настоящему изобретению. Продольные оси щелей параллельны между собой, причем они занимают периферийную зону в виде кольца. Также имеется центральное отверстие для стабилизации пламени.

На фиг. 33 в увеличенном масштабе представлена группа щелей, аналогичная показанной на фиг. 32. Однако здесь отсутствует центральное отверстие, предназначенное для стабилизации пламени.

На фиг. 34 в увеличенном масштабе представлена группа щелей в диффузоре по настоящему изобретению. Причем щели расположены в периферийной зоне, ограниченной двумя подобными овалами. Также имеется центральное отверстие, предназначенное для стабилизации пламени.

На фиг. 35 в увеличенном масштабе представлена группа щелей, аналогичная показанной на фиг. 34. Однако в центральной зоне имеются два отверстия, предназначенные для стабилизации пламени.

На фиг. 36 в увеличенном масштабе представлена группа щелей, занимающая кольцевую периферийную зону. Причем щели проходят в направлении между радиальным и тангенциальным к окружности меньшего радиуса, ограничивающей центральную зону. В промежутках между щелями выполнены треугольные отверстия.

На фиг. 37 в увеличенном масштабе представлена группа щелей, имеющая криволинейный профиль. Эти щели занимают периферийную зону, ограниченную двумя концентричными прямоугольниками, имеющими закругленные стороны.

На фиг. 38 в увеличенном масштабе представлена группа щелей, занимающая кольцевую периферийную зону. Причем щели совпадают со сторонами концентричных пятиугольников, вписанных в кольцо.

На фиг. 39 в увеличенном масштабе представлена группа щелей в виде двух радиальных наборов различной длины. Причем они расположены внутри кольцевой периферийной зоны.

На фиг. 40 в увеличенном масштабе представлена группа щелей, расположенных в овальных рядах возрастающей длины.

На фиг. 41 в увеличенном масштабе представлена группа закругленных щелей, расположенных концентрично.

На фиг. 42 представлен вид сверху группы щелей, каждая из которых содержит по крайней мере три удлиненные прямоугольные щели. Преимущественно выполнено по шесть щелей, разделенных на две подгруппы, в которых щели проходят параллельно с постоянным расстоянием между их осями, ограничивая центральную зону, ширина которой меньше или равна, например, 3 мм, причем расстояние между группами составляет, например, 1-4 мм. При этом группы проходят вдоль оси, параллельной щелям.

На фиг. 43 представлен вид сверху щелей, аналогичных показанным на фиг. 42. В данном случае щели направлены зигзагом, ограничивая центральную зону.

На фиг. 44 представлен вид сверху пламени, имеющего форму раструба или воронки.

На фиг. 45 показано сечение по XI-XI на фиг. 44.

На фиг. 46 показано сечение по XII-XII на фиг. 44, т.е. перпендикулярно сечению, показанному на фиг. 45.

На фиг. 47 в изометрии представлена форма пламени, возникающего при сжигании смеси на группе щелей в соответствии с фиг. 44, 45 и 46.

На фиг. 48 в увеличенном масштабе представлен вид сверху части самой верхней поверхности диффузора горелки по настоящему изобретению. Группы щелей расположены по одной оси с постоянным шагом параллельно оси горелки.

На фиг. 49-52 представлены участки поверхности диффузора с группами щелей, расположенными соответственно в два, три, четыре и пять рядов параллельно оси диффузора в шахматном порядке.

На фиг. 53 и 54 показана часть диффузора горелки по настоящему изобретению с группами щелей, расположенными по одной линии в двух направлениях, перпендикулярных друг к другу.

На фиг. 55 представлен вид, аналогичный показанному на фиг. 48, причем группы щелей расположены квадратами.

На фиг. 56, 57 и 58 представлены диффузоры в виде квадратной усеченной пирамиды, треугольной призмы и усеченного конуса соответственно.

На фиг. 59 представлен продольный разрез сопла для регулируемой подачи топлива по данному изобретению.

На фиг. 60 представлена схематично система по настоящему изобретению, предназначенная для принудительной подачи топливовоздушной смеси.

На фиг. 61 представлен продольный разрез горелки по данному изобретению.

На фиг. 62 представлено сечение по LVII-LVII на фиг. 61.

На фиг. 63 показана горелка, представленная на фиг. 61, на виде сверху.

Как показано на фигурах, позицией 1 обозначена трубчатая горелка, содержащая диффузор 2, вся рабочая поверхность которого занята группами щелей 3, расположенных в определенном порядке. Позицией 3а показано пламя в виде раструба, выходящее из группы щелей. Позицией 4 обозначена трубка Вентури, расположенная соосно диффузору 2. Имеется передний фланец 5 с периферийной внутренней кромкой 6 на трубе Вентури, совпадающей с профилем внутренней стенки диффузора.

Позицией 7 обозначена одна группа отверстий (фиг. 6), проходящих аксиально через переднюю поверхность фланца 5 вне диффузора, с помощью которых горелка 1 крепится к газовому патрубку (который не показан).

Позицией 8 обозначена задняя крышка, вставленная в конец диффузора 2, расположенный на удалении от фланца 5.

Длина диффузора 2 L1. Она составляет от 10 до 1 мм и более в зависимости от длины камеры сгорания, в которой должна быть установлена горелка, L2 длина трубки Вентури, включая соединение с передней частью диффузора. Эта длина меньше длины L1, чтобы средняя скорость потока смеси, текущей в обратном направлении, не превышала 2 м/с. Причем на конце трубы могут быть установлены соответствующие отклоняющие перегородки (которые не показаны). L3 расстояние между входом в диффузор и наиболее удаленной группой щелей, а L4 разница между L2 и L3, составляющая 50-150% диаметра выходного сечения трубки Вентури.

Позицией 9 на фиг. 4 обозначен диффузор с группами щелей 3, распределенных по самой верхней части боковой поверхности. Позицией 10 обозначено сопло, установленное на кронштейне 11, закрепленном на передней части фланца 5, откуда происходит истечение смеси воздуха с топливным газом.

Позицией 12 на фиг. 7, 8 обозначена горелка, содержащая расположенный вертикально трубчатый диффузор 12а, имеющий форму цилиндра, входное устройство и смесительный канал 13, который может представлять собой трубку Вентури, установленную вне диффузора 12а перпендикулярно его оси и закрепленную на боковой стенке в нижней части диффузора. Позицией 14 обозначен кронштейн сопла, прикрепленный к верхней части входного устройства до переднего конца смесительного канала 13. В этом кронштейне имеется соосное с каналом сквозное отверстие 15. Диффузор 12а закрыт крышкой 16. В нем имеются группы щелей 3, выполненные в поясах вокруг верхней части боковой стенки.

Позицией 17а на фиг. 9, 10 обозначена горелка, содержащая трубчатый диффузор 18 цилиндрической формы с вертикальной осью. Вне его установлены вход и смесительный канал 19 соосно диффузору 18. Этот канал прикреплен к нижней торцевой крышке 20. Позицией 21 обозначена аналогичная верхняя торцевая крышка, а позицией 22 фланец, который вводится в конец трубы 19, удаленный от диффузора и который удерживает кронштейн сопла 23, имеющий обычное осевое отверстие. Позицией 24 обозначены группы щелей 3, расположенные последовательными поясами, занимая всю поверхность боковой стенки по высоте диффузора, причем оси щелей перпендикулярны оси диффузора 18.

На фиг. 11 представлен горелочный элемент 24а, который совместно с другими аналогичными элементами образует горелку в виде блочной конструкции. Эта горелка содержит входной канал в виде трубки Вентури 24b, имеющий криволинейную ось, причем канал входит внутрь смесительной и распределительной камеры 24c. Эта камера растянута в вертикальном направлении и имеет форму параллелепипеда. Камера, в свою очередь, окружена диффузором 24d закругленного или заостренного профиля. Часть канала 24е соединяет задний или выходной конец трубки Вентури с камерой 24с, расположенной выше, а позицией 24f обозначены ряды выдавок, проходящие продольно над каналом 24е и предназначенные для уменьшения скорости газовоздушной смеси у заднего конца горелочного элемента 24а.

Позицией C обозначена высота распределительной камеры 24с и диффузора 18, а позицией С1 обозначена высота пламени, составляющая при сжигании природного газа 10-15 мм, причем пламя имеет слабый ореол или ореол может отсутствовать. При этом теплоотдача с элемента 24а горелки может составлять 2 кВт. Величина С2 соответствует ширине отдельного пламени, которая для диффузора 24d шириной 8 мм может составлять приблизительно 13-20 мм. С3 это расстояние между осями соседних элементов 24а, составляющее обычно 18-25 мм. Z газоподводящий патрубок, Z1 один из нескольких насадков или сопл, расположенных поперек патрубка Z по оси соответствующей трубки Вентури 24в, а Z2 кронштейн крепления элемента 24а, закрепленного, в свою очередь, на опоре Z3, расположенной между патрубком и входом в трубку Вентури.

На фиг. 14 показан профиль поперечного сечения 25 трубчатого диффузора горелки 1, состоящего из параллельных участков 26, соединенных сверху и снизу тангенциальными дугами 27. Группы щелей могут быть распределены в самой верхней части боковой поверхности.

На фиг. 15 представлен аналогичный профиль 28, содержащий выпуклые криволинейные участки удлиненной формы 29, соединенные аналогичным образом.

На фиг. 16 представлен профиль сечения 30 диффузора, который содержит боковые криволинейные удлиненные участки 31, сходящиеся книзу и соединенные дугой 32. При этом верхние концы этих участков соединены прямым центральным участком 33 и двумя соответствующими дугами 34.

На фиг 17, представлен профиль 35, идентичный показанному на фиг. 16, но с вертикальной осью, повернутой на 180^o. Аналогично поворачиваются все профили, составляющие сечение.

На фиг. 18 представлен профиль 36, аналогичный показанному на фиг. 16, но боковые участки этого профиля имеют меньший радиус кривизны.

На фиг. 19 представлен профиль 37, имеющий форму окружности.

На фиг. 20 представлен профиль 38 асимметричного эллиптического сечения, у которого верхняя кривая имеет меньший радиус кривизны, чем нижняя.

На фиг. 21 представлен профиль 39 диффузора, представляющий собой треугольник с криволинейными сторонами и закруглениями по углам, причем вершина его направлена книзу.

На фиг. 22 представлен еще один треугольный профиль 40 с прямыми сторонами и округленными вершинами, причем треугольник расположен вершиной вверх.

На фиг. 23 представлен профиль 41 диффузора, имеющий в сечении квадрат со скругленными углами.

На фиг. 24 представлен профиль 42, аналогичный показанному на фиг. 23, но имеющий форму прямоугольника.

На фиг. 25 представлен профиль диффузора 43, имеющий в сечении форму пятиугольника со скругленными углами.

На фиг. 26 и 27 представлены профили 44 и 45, имеющие форму шестиугольника и восьмиугольника соответственно.

На фиг. 28 позицией 46 обозначена группа из четырнадцати щелей 46а. Каждая щель имеет форму удлиненного прямоугольника с закругленными концами. Оси щелей параллельны между собой, причем щели могут располагаться поперек или параллельно оси диффузора, также они могут располагаться под углом к оси диффузора преимущественно 45^o. Щели расположены в девять рядов, находясь внутри восьмиугольника. В пяти рядах расположены по две щели по обе стороны, охватывая сплошную центральную зону A с размером 5-40 мм², имеющую ромбовидную форму, одна диагональ которой проходит параллельно осям щелей. Ap обозначает площадь поверхности, расположенной между восьмиугольным и ромбовидным профилями. В натуре Ap=(3-10)Aс. P это шаг или расстояние между осями соседних щелей в одной группе. Это расстояние может быть постоянным или переменным и равным или больше, например, 1,25 мм. Причем длина каждой щели преимущественно составляет от 2 до 15 мм, а ширина 0,4-0,7 при толщине листового металла 0,4-0,65 мм.

На фиг. 29 позицией 47 обозначена группа щелей 46а, аналогичная представленной на фиг. 28, но в сечении с дополнительными центральными отверстиями, диаметр которых D составляет приблизительно 0,6-1 мм и которые предназначены для стабилизации пламени. Преимущественно центральные отверстия расположены по одной из диагоналей ромбовидной центральной зоны. Количество этих отверстий от 1 до 5, но преимущественно 3. Расстояние H между этими отверстиями составляет преимущественно 1,4 мм.

На фиг. 30 представлена группа щелей 48, аналогичная показанной на фиг. 28. Но в данном случае имеется только одно центральное отверстие 48а для стабилизации пламени, а также отсутствует средняя пара щелей.

На фиг. 31 позицией 49 обозначена группа щелей, аналогичная показанной на фиг. 30, но без центрального отверстия для стабилизации пламени.

На фиг. 32 позицией 50 обозначена группа из четырнадцати щелей 46а, оси которых параллельны оси диффузора, проходят поперек нее или расположены под углом к ней, преимущественно этот угол составляет 45^o. Каждая щель имеет форму удлиненного прямоугольника со скругленными концами. Щели касаются одной или двух концентричных окружностей, ограничивающих кольцевую периферийную зону. R1 радиус внутренней окружности кольца, равный или меньший приблизительно 3,5 мм. R2 радиус внешней окружности, равный или больший 8 мм. При этом расстояние между осями щелей соответствует описанному и представленному на фиг. 28. Позицией 51 обозначено центральное стабилизационное отверстие, диаметр которого D1 составляет приблизительно 0,6-1 мм.

На фиг. 33 позицией 52 обозначена группа щелей, аналогичная показанной на фиг. 32, но без центрального отверстия для стабилизации пламени.

На фиг. 34 представлена группа 53 из двенадцати щелей, расположенных либо вдоль, либо поперек оси диффузора, или под углом к этой оси преимущественно 45^o. Щели ограничены овалом F, большая ось которого расположена перпендикулярно осям щелей. G и G1 центры симметричных больших окружностей овала F, из которых радиусами R3 и R4 одинакового размера описаны две дуги. При этом две другие дуги описаны с центрами N и N1, расположенными симметрично по обе стороны меньшей оси вала, причем эти радиусы равны r и r1. Радиусы R3 и R4 равны или более 5 мм, а радиусы r и r1 равны приблизительно половине радиуса R3 и R4.

Позицией F1 обозначен внутренний овал, касающийся внутренних концов щелей данной группы. Наружный и внутренний овалы подобны. Размеры и расстояние между осями щелей такие же, как, например, для группы щелей 46, показанных на фиг. 28 и описанных выше. Позицией 54 обозначено центральное отверстие, предназначенное для стабилизации пламени, его диаметр составляет 0,6-1 мм.

Позицией 55 обозначена группа щелей, показанная на фиг. 35 и аналогичная представленной на фиг. 34. Но в последнем случае имеются два отверстия 54 для стабилизации пламени.

Позицией 56 обозначена одна группа косых удлиненных прямоугольных щелей, показанных на фиг. 36, а позицией 57 обозначена другая группа треугольных щелей.

На фиг. 37 позицией 58 обозначена группа удлиненных закругленных щелей, а на фиг. 38 представлена группа щелей 59, направления которых совпадают с направлениями сторон пятиугольника.

На фиг. 39 представлены позициями 60 и 61 разные группы радиальных щелей, расположенные чередуясь.

На фиг. 40 представлены группы щелей 62 и 63, расположенные радиальными рядами, а на фиг. 41 позицией 64 обозначены щели, расположенные по концентрическим окружностям.

На фиг. 48 P1 обозначает продольный шаг или расстояние между группами щелей. Этот шаг может быть постоянным или переменным от группы к группе. Шаг P2 на фиг. 49 является поперечным между группами щелей, также он может быть переменным от группы к группе. Кроме этого, группы щелей, представленные на фиг. 48-55, могут быть заменены группами, типы которых показаны на фиг. 28-47.

На фиг. 55 представлены группы щелей, расположенные по квадрату 65 со стороной М. Причем группы щелей расположены по углам квадрата и в серединах сторон. Группы щелей в углах квадрата таковы, что продольные оси щелей расположены преимущественно под углом 45^o к оси диффузора. Позицией P3 обозначен шаг между семействами групп.

На фиг. 56 позицией 66 обозначен квадрат, образующий меньшее основание диффузора, имеющего форму усеченной пирамиды, а позицией 67 обозначены соответствующие трапециевидные стороны.

На фиг. 57 представлена верхняя поверхность в виде равностороннего треугольника 68, относящаяся к диффузору в виде трехсторонней призмы, прямоугольные стороны которой обозначены позициями 69 и 70.

На фиг. 58 позицией 71 обозначена окружность, представляющая собой меньшее основание диффузора, имеющего форму усеченного конуса, а позицией 72 обозначена развертка конической поверхности.

На фиг. 59 представлен сопловой узел, содержащий кулачок 73, прижатый к торцевой пластине 74 штока 75 пропорционирующего клапанного элемента 76, имеющего конический профиль. Имеется цилиндрическая спиральная пружина 77, охватывающая гильзу 78, которая надета на шток 75 с возможностью перемещения. Под действием этой пружины пластина 74 прижимается к кулачку 73 и к тарелке гильзы 79, которая прижимается к торцевой поверхности 80 соосной камеры 81, выполненной в задней части корпуса клапана 82, отверстие которого в виде усеченного конуса 83 соосно штоку ν обозначает угол между образующими отверстиями 83 в виде усеченного конуса, который может составлять 10^o и более, а n обозначает угол между образующими конического конца штока 75, который приблизительно равен углу n
Имеется ряд радиальных щелей 84 в переднем конце гильзы 78. В корпусе пластины 74 выполнено несколько выемок 85. Щели и выемки обеспечивают проход среды в выходное отверстие.

На фиг. 60 позицией 86 обозначен компрессор, выход из которого разветвляется на рециркуляционный патрубок 88, расход через который регулируется клапанным элементом 89, прижатым пружиной 90 в закрытое положение, и патрубок 87. Воздух направляется по трубопроводу 91, снабженному запорным клапаном 92 и соединенному с входным патрубком 93. В этот патрубок поступает газ по линии 95 через соответствующий запорный клапан 94. Горючая смесь поступает в корпус горелки 96.

На фиг. 61 показан диффузор 97 горелки, имеющий в сечении (фиг. 62) пару выступающих частей 98 и распределенные по длине горелки входные проходы 99. Имеется продольная перегородка 100, в сечении имеющая форму перевернутой буквы "ω" и предназначенная для образования каналов для прохода горючей смеси, имеющих симметричные оси синусоидальной формы.

На каждом конце диффузора 97 установлены торцевые крышки 101.

На фиг. 63 показан вид сверху фиг. 61.

В отношении заявляемого способа отметим, что он может быть реализован с двумя значениями состава предварительно подготовленной смеси, а именно с коэффициентом избытка воздуха, равным или меньшим 1,1 или постоянно превышающим 1,1. Понятно, что реализация одного или другого режима определяется вариантом установки горелки в топочном пространстве, уровнем температуры в нем, давлением газа, величиной аэродинамического сопротивления дымоотводящего тракта. Таким образом, выбор значения коэффициента избытка воздуха определяется не только типом горелочного устройства, а зависит также от конструктивных особенностей горелки и системы сжигания.

Ниже представлены примеры технических характеристик горелок, в которых реализуется данный способ, при работе на двух упомянутых значениях коэффициента избытка воздуха.

Пример 1. Трубчатая горелка, предназначенная для бытовых нужд, инжекционного типа (с естественной циркуляцией воздуха, идущего на горение, и газа), работающая при любом заданном коэффициенте избытка воздуха.

Отношение высоты к ширине сечения корпуса горелки более 1,5. При этом средняя скорость смеси не более 2 м/с через кольцевое сечение между трубкой Вентури и диффузором.

Скорость смеси в горле трубки Вентури средняя, равна или менее 4 м/с.

Длина трубки Вентури превышает длину перфорированной поверхности диффузора на величину 50-150% от выходного сечения трубки. Расстояние между выходным сечением трубки Вентури и торцевой стенкой диффузора таково, что скорость смеси при ее повороте в среднем более 2 м/с.

Группы щелей распределены, по крайней мере, по самой верхней поверхности диффузора, имеющего горизонтальную ось. Их площадь такова, что удельная тепловая нагрузка диффузора менее 0,7 кВт/см². Единичные щели расположены вокруг центральной зоны поперечно или тангенциально. Они перемещаются меньшими дополнительными отверстиями круглого, прямоугольного, треугольного, трапециевидного сечения или другой формы. Центральная зона имеет несколько отверстий согласно настоящему изобретению.

Группы щелей распределены рядами (поперек оси диффузора) таким образом, что расстояние между ними составляет, по меньшей мере, 65% от максимального поперечного размера группы, а осевое расстояние между группами щелей составляет, по меньшей мере, nd/2, где d осевой размер одной группы, а n - число групп в одном ряду или в двух последовательных рядах, если группы щелей расположены в шахматном порядке.

Сопла для подачи топлива имеют регулируемое выходное сечение в соответствии с настоящим изобретением.

Пример 2. Трубчатая горелка в дутьевом варианте, т.е. с принудительной подачей воздуха, идущего на горение, и газа, работающая с коэффициентом избытка воздуха более 1,1.

Сечение корпуса горелки с диффузором трубчатой, круглой, многоугольной формы и т.п.

Смесительное устройство имеет конструкцию, отличающуюся от трубки Вентури.

Группы щелей распределены по всей поверхности диффузора.

Группы щелей расположены рядами, в которых группы находятся на расстоянии друг от друга, по меньшей мере, 65% от максимального размера группы, измеренного в направлении, в котором группы отделены друг от друга.

Давление на выходе из сопла 150-450 мбар на максимальном режиме в соответствии с противодавлением, необходимым для циркуляции продуктов сгорания (было поручено, что коэффициент избытка воздуха остается постоянным при уменьшении давления). Величина давления поддерживается постоянной за счет использования центробежного вентилятора с переменной скоростью вращения. Выход из вентилятора разветвляется на рециркуляционный канал, снабженный отсечным клапаном, позволяющим регулировать подачу газа и воздуха, осуществляя плавный переход от режима разжига к устойчивому горению, осуществляя при этом предварительную продувку горелки воздухом.

Пример 3. Горелка, изготовленная из совмещаемых половин и предназначенная для установки преимущественно блоками с естественной или принудительной циркуляцией продуктов сгорания, работающая при любом заданном коэффициенте избытка воздуха.

Высокий смесительный и распределительный элемент удлиненного прямоугольного сечения помещен между выходным сечением трубки Вентури с криволинейной осью и диффузором.

Группы щелей в соответствии с изобретением расположены в ряд вдоль верхней поверхности диффузора. Расстояние между группами меньше половины продольного размера группы.

Пример 4. Горелка с трубчатым диффузором, установленным горизонтально, внутри которого соосно размещается трубка Вентури.

Длина диффузора 394,6 мм
Длина трубки Вентури 359 мм
Диаметр горла трубки Вентури 26 мм
Диаметр выходного сечения трубки Вентури 35 мм
Расстояние между входом в диффузор и наиболее удаленной группой щелей - 324 мм
Форма диффузора.

Поперечное сечение имеет профиль в виде пары противоположных направленных вверх и сходящихся дуг, соединенных в верхней части дугой, а в нижней части соединенных также дугами с криволинейным основанием (см. фиг. 17).

Высота диффузора 61,3 мм
Ширина диффузора 51,5 мм
Радиус кривизны каждой из двух противоположных сторон 76 мм
Радиус кривизны основания 45,5 мм
Радиус кривизны верхней соединительной дуги 23 мм
Радиус дуг, соединяющих боковые стороны с основанием, 13 мм
Центры дуг основания и верхней части совпадают с вертикальной осью симметрии диффузора.

Центры двух противоположных боковых сторон совпадают с горизонтальной осью, располагаясь по обе стороны от вертикальной оси симметрии.

Расположение щелей в каждой группе.

Ширина одиночной щели 0,5 мм
Расстояние между центрами щелей 1,25 мм
Количество щелей 14
Щели расположены с осями, параллельными друг другу, в периферийной зоне, ограниченной внутри ромбом с большой и малой диагоналями соответственно 6,1 и 5,5 мм. Снаружи группа имеет форму восьмиугольника с апофемой около 5,75 мм.

Распределение групп щелей.

Группы распределены по верхней поверхности диффузора в четыре продольных ряда в шахматном порядке на расстоянии 13 мм, составляющем половину расстояния между группами в одном ряду. Поперечное расстояние (шаг P2 на фиг. 51) составляет 13 мм, расстояние между группами в одном ряду (P1) 26 мм.

Пример 5. Горелка с трубчатым диффузором, расположенным горизонтально, и с помещенной соосно внутри трубкой Вентури.

Длина диффузора 325,6 мм
Длина трубки Вентури 290 мм
Диаметр горла трубки Вентури 26 мм
Диаметр выходного сечения трубки Вентури 35 мм
Расстояние между входом в диффузор и наиболее удаленной группой щелей - 290,6 мм
Форма диффузора.

Поперечное сечение профиля имеет форму пары противоположных сходящихся книзу дуг, соединенных между собой внизу дугой и соединенных между собой также дугами через верхнее также криволинейное удлинение (фиг. 16). Размеры сечения соответствуют приведенным в примере 4, если сечение повернуть относительно оси симметрии на 180^o.

Расположение щелей в каждой группе.

Расположение щелей аналогично приведенному в примере 4.

Распределение групп щелей.

Группы распределены по верхней поверхности диффузора в четыре продольных ряда в шахматном порядке на расстоянии друг от друга 14,8 мм, т.е. расстояние равно половине расстояния между группами щелей в одном ряду. Поперечный шаг (P2) 13 мм, а продольный шаг (P1) 29,5 мм.

Пример 6. Горелка с трубчатым диффузором, расположенным горизонтально, внутри которого соосно установлена трубка Вентури.

Длина диффузора 336,5 мм
Длина трубки Вентури 302 мм
Диаметр горла трубки Вентури 30 мм
Диаметр выходного сечения трубки Вентури 42 мм
Расстояние между входом в диффузор и наиболее удаленной группой щелей - 294,5 мм
Форма диффузора.

Поперечное сечение диффузора представляет собой пару противоположных сходящихся книзу кривых, соединенных внизу дугой, а вверху соединенных двумя дугами через вытянутое закругление (фиг. 16).

Высота диффузора 82,9 мм
Ширина диффузора 54,5 мм
Радиус кривизны каждой из двух боковых сторон 156 мм
Радиус нижней соединяющей дуги 23,7 мм
Радиус кривизны верхней вытянутой части 44,2 мм
Радиус дуг, соединяющих боковые стороны с верхней частью, 13 мм
Центры верхней вытянутой верхней части и соединительной нижней дуги совпадают с вертикальной осью симметрии диффузора.

Центры противоположных кривых, представляющих собой боковые стороны, расположены на расстоянии 13,5 мм от горизонтальной оси по обе стороны вертикальной оси симметрии.

Расположение щелей в каждой группе.

Расположение щелей соответствует показанному в примере 4.

Распределение групп щелей.

Группы щелей распределены по верхней поверхности диффузора в четыре продольных ряда с группами, расположенными в шахматном порядке. Расстояние между рядами 13 мм, что является половиной расстояния между группами щелей в одном ряду. Поперечный шаг (P2) составляет 14 мм между первым и вторым рядами, а также между третьим и четвертыми рядами. Поперечный шаг составляет 13 мм между вторым и третьим рядами. Продольный шаг (P1) составляет 26 мм.

Пример 7. Горелка в блочном исполнении из набора отдельных тонкостенных диффузорных элементов, представляющих собой удлиненную прямоугольную секцию, тепловая мощность которой составляет приблизительно 2 кВт. Горелка инжекционного типа.

Длина щели приблизительно 2-3 мм
Ширина щели приблизительно 0,5-0,7 мм
Шаг расположения щелей равен или более 1,3 мм
Диаметр центральных отверстий для стабилизации пламени приблизительно 0,6-1 мм
Расстояние между центрами стабилизирующих отверстий приблизительно 1,3-1,7 мм
Поперечный шаг тонкостенных элементов приблизительно от 18 до 25 мм
Шаг расположения групп щелей приблизительно 13-17 мм
Большой радиус профиля наружного овала приблизительно от 5 до 15 мм
Меньший радиус профиля наружного овала приблизительно от 2,5 до 7,5 мм
Расстояние между верхней поверхностью диффузора и нижней поверхностью теплообменника приблизительно от 80 до 160 мм
Высота распределительной камеры от нескольких мм до 50 мм
Пример 8. Горелка состоит из набора отдельных тонкостенных диффузорных элементов удлиненного прямоугольного сечения. Горелка инжекционного типа.

Тип диффузора: диффузор выполнен из листового металла. Форма выпуклая по краям.

Ширина диффузора 8 мм
Высота распределительной камеры 50 мм
Количество щелей в группе с каждой из двух сторон 5
Количество крайних щелей в группе 2
Длина одной щели 2,5 мм
Ширина одной щели 0,65 мм
Ширина каждой группы 7,75 мм
Длина каждой группы (расстояние между осями крайних щелей) 7,8 мм
Шаг между щелями 1,3 мм
Шаг между группами 12,25 мм
Пример 9. Блочная горелка, составленная из отдельных алюминиевых диффузорных элементов удлиненного прямоугольного сечения. Горелка инжекционного типа.

Тип диффузора: диффузор выполнен из листового металла. Форма выпуклая по краям.

Ширина диффузора 8 мм
Высота распределительной камеры 50 мм
Количество щелей в группе на каждой из двух сторон 5
Количество крайних щелей в группе 2
Длина каждой щели 2,5 мм
Ширина одной щели 0,65 мм
Ширина каждой группы 7,75 мм
Длина каждой группы (расстояние между осями крайних щелей) 7,8 мм
Шаг между щелями 1,3 мм
Шаг между группами 12,25 мм
Диаметр центрального отверстия 0,8 мм
Пример 10. Блочная горелка, составленная из отдельных алюминиевых диффузорных элементов удлиненного прямоугольного сечения. Горелка инжекционного типа.

Тип диффузора: диффузор выполнен из листового металла. Форма выпуклая по краям.

Ширина диффузора 8 мм
Высота распределительной камеры 50 мм
Количество щелей в группе на каждой из двух сторон 5
Количество крайних щелей в группе 2
Длина одной щели 2,5 мм
Ширина одной щели 0,65 мм
Ширина каждой группы 7,75 мм
Длина каждой группы (расстояние между осями крайних щелей) 7,8 мм
Шаг между щелями 1,3 мм
Шаг между группами 12,25 мм
Диаметры двух центральных отверстий 0,8 мм
Расстояние между осями центральных отверстий 1,4 мм
При реализации настоящего изобретения могут быть использованы различные материалы, изменены размеры и конструкция элементов в рамках настоящего изобретения в соответствии с его формулой. Например, расположение отверстий и щелей, как это было проиллюстрировано и описано, применимо не только к обычным трубчатым и/или тонкостенным или плоским диффузорам и их вариантам, но также и к диффузорам другой формы.

Формула изобретения

1. Способ сжигания газов в горелке, имеющей диффузор, оснащенный множеством щелей, расположенных группами, путем подачи через щели диффузора струй смеси газообразного топлива и воздуха, и образования в зоне горения групп тонких слоистых факелов пламени, отличающийся тем, что смесь в щели подают с коэффициэнтом избытка воздуха более 0,9, а удельную тепловую нагрузку на диффузор при максимальной номинальной производительности поддерживают 0,3 - 0,8кВт/см².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждой группе факелы организуют с образованием периферийной зоны, ограничивающей центральную зону, причем отношение площади периферийной зоны к площади центральной составляет 3 10, а отношение суммарной площади поперечных сечений выходящих струй к площади периферийной зоны менее 1 3,5.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент избытка воздуха в смеси поддерживают не более 1,4.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент избытка воздуха в смеси поддерживают не менее 1,1 и не более 1,6, а предпочтительно в диапазоне 1,2 1,3.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразное топливо подают под давлением 100 450 мбар (10 45 кПа).

6. Горелка, содержащая диффузор с группами щелей, распределенными в продольном направлении повторяющимися поперечными рядами, а щели в каждой группе расположены с образованием периферийной зоны, ограничивающей центральную зону, в которой либо отсутствуют щели, либо выполнена перфорация, занимающая 20% площади этой зоны, предпочтительно 5 40 мм², отличающаяся тем, что отношение площади периферийной зоны к площади центральной зоны составляет 3 10, щели выполнены предпочтительно прямоугольной формы или образованы группой отверстий на соответствующей поверхности или ее части, причем ширина одной щели равна или немного больше толщины стенки диффузора в зависимости от типа сжигаемого топлива, а отношение площади щелей к площади периферийной зоны составляет 1/2 1/3,5.

7. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что диффузор снабжен смесителем, расположенным внутри или вне последнего, имеющим ось прямолинейной или криволинейной формы, расположенную вертикально, или горизонтально, или наклонно, а диффузор выполнен трубчатым, цилиндрическим, призматическим, суживающимся, пирамидальным или прямоугольным и удлиненным.

8. Горелка по пп.6 и 7, отличающаяся тем, что смеситель выполнен в виде трубы Вентури.

9. Горелка по пп.6 8, отличающаяся тем, что центральная зона с шириной приблизительно 3 мм имеет ось прямолинейной, криволинейной, зигзагообразной формы или в виде сочетания указанных форм и размещена вдоль всей длины диффузора.

10. Горелка по пп.6 9, отличающаяся тем, что диффузор выполнен вытянутым в продольном направлении и незначительно выпуклым верхним перекрытием, а в поперечном сечении раздвоенным в виде направленных выпуклостями вниз двух долей, между которыми расположены продольно распределенные каналы впуска смеси топлива и воздуха, причем на выходе из последних вдоль всей длины полости диффузора установлена отражающая перегородка в виде перевернутой буквы омега в поперечном сечении, образующая со стенками долей диффузора каналы с возрастающим постоянно поперечным сечением, имеющие синусоидальную ось.

11. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что периферийная зона с группой щелей расположена между концентрических окружностей или эллипсов, причем радиус вписанной центральной зоны равен или менее 3,5 мм.

12. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что периферийная зона с группой щелей выполнена кольцевой, а щели выполнены удлиненными и имеют форму прямоугольника или треугольника, причем они расположены в кольце, а оси щелей взаимно параллельны, направлены радиально или поперечно в одном или более разных рядов.

13. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что периферийная зона с группой щелей выполнена кольцевой, а удлиненные прямоугольные или треугольные щели расположены в один или более рядов, совпадающих по направлению с боковыми сторонами правильных многоугольников, таких как пятиугольники, концентрично размещенных внутри друг друга, а группы в виде пятиугольников расположены по одной линии или в шахматном порядке.

14. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что периферийная зона с группой щелей выполнена кольцевой, а расположенные в ней щели имеют форму удлиненных прямоугольников, треугольников или закругленных щелей, расположенных в один ряд и более, причем эти ряды могут быть одинаковыми или различными, совпадая с концентричными удлиненными замкнутыми кривыми.

15. Горелка по п. 6, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит корпус газового сопла с конусным выходным участком, снабженного имеющим шток клапаном в виде конического пропорционирующего элемента с углом конусности не более 10^o, равным или близким к углу конусности выходного участка сопла и установленным в последнем с возможностью направленного осевого перемещения с помощью штока, задний конец которого выполнен в виде пластины, взаимодействующей посредством прижимной пружины с боковой поверхностью управляющего кулачка, работающего при ручном или автоматическом регулировании.

16. Горелка по п.15, отличающаяся тем, что в корпусе газового сопла выполнена аксиальная камера с плоской торцевой стенкой на границе выходного участка сопла, а шток пропорционирующего элемента снабжен охватывающей его гильзой с плоской торцевой головкой, прижатой с помощью охватывающей гильзу прижимной пружины к торцевой стенке камеры, причем в торцевой головке гильзы и в пластине штока выполнены радиальные щели или выемки для прохода газа.

17. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что для подачи дутьевого воздуха и газа она снабжена центробежным вентилятором с переменной скоростью вращения, обеспечивающим давление на входе 100 450 мбар (10 45 кПа), имеющим на выходе байпас для обеспечения частичной рециркуляции поступающего потока и снабженным на входе отсечными клапанами, установленными на линиях подачи газа и воздуха.

18. Горелка по пп.6 9, отличающаяся тем, что отношение высоты к ширине диффузора более 1,5 для обеспечения средней скорости смеси в кольцевом пространстве между его стенкой и трубкой Вентури, выполненной с проходным сечением ее горла, обеспечивающим в последнем среднюю скорость смеси, равную или менее 4 м/с, и длиной, превышающей перфорированную часть поверхности диффузора по меньшей мере на величину 50 150% размера выходного сечения трубки Вентури, размещенного на расстоянии от соответствующей торцевой стенки диффузора, обеспечивающем скорость смеси на повороте в среднем более 2 м/с, причем при горизонтальном расположении диффузора группы щелей расположены по верхней поверхности последнего с обеспечением его тепловой нагрузки менее 0,7 кВт/см², причем щели периферийных зон расположены поперечно или тангенциально относительно своей зоны и чередуясь с дополнительными отверстиями меньшего размера, выполненными круглыми, прямоугольными, треугольными, трапецеидальными или неправильной формы, а расстояние между поперечными рядами групп щелей составляет не менее 65% максимального поперечного размера группы, а осевое расстояние между осями двух соседних рядов равно по меньшей мере nd/2, где d осевой размер одной группы, а n - число групп в одном ряду или в двух соседних рядах групп, расположенных в шахматном порядке.

19. Горелка по п.6 или 17, отличающаяся тем, что группа щелей распределена по всей поверхности диффузора на расстоянии друг от друга, составляющем 65% максимального размера одной группы и измеренной в направлении рядов.

20. Горелка по пп.10 13, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит последовательно соединенные соответственно смесительную и распределительную камеры, каждая с удлиненным вверх прямоугольным поперечным сечением, образованным совмещенными половинами, и размещенные между выходным сечением трубки Вентури, имеющей прямолинейную ось, и диффузором, группы щелей в котором расположены по одной линии на верхней его поверхности на расстоянии друг от друга менее половины продольного размера группы.

21. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что при соосном расположении трубки Вентури внутри диффузора имеет следующие размеры, мм:
Длина диффузора L_I 394,6
Длина трубки Вентури 359
Диаметр горла трубки Вентури 26
Диаметр выходного сечения трубки Вентури 35
Расстояние между входом в диффузор и самой удаленной группой щелей 324
а профиль поперечного сечения диффузора выполнен в виде пары противоположно направленных выпуклостями и сходящихся книзу кривых, соединенных между собой сверху и снизу дугами, последняя из которых образует криволинейное основание, причем указанное сечение диффузора имеет следующие основные размеры, мм:
Высота диффузора 61,3
Ширина диффузора 51,5
Радиус кривизны каждой из двух противоположно направленных выпуклостям кривых 76
Радиус кривизны основания 45,5
Радиус верхней соединительной дуги 23
Радиус дуг, соединяющих боковые стороны с основанием 13
при этом центры основания и верхней дуги совпадают с вертикальной осью симметрии диффузора, а центры противоположных сторон совпадают с горизонтальной осью, располагаясь по обе стороны вертикальной оси симметрии, расположение щелей в каждой группе и величины последних выполнены следующими:
Ширина одной щели 0,5
Расстояние между центрами щелей 1,25
Количество щелей 14,
оси щелей параллельны между собой и расположены в периферийной зоне, ограничивающей центральную зону в виде ромба с большой и малой диагоналями 6,1 мм и 5,5 мм соответственно, причем наружная граница периферийной зоны представляет собой правильный многоугольник с апофемой приблизительно 5,75 мм, при этом группы щелей распределены по верхней поверхности диффузора четырьмя продольными рядами, расположенными в шахматном порядке на расстоянии друг от друга 13 мм или на расстоянии, составляющем около половины расстояния между группами в одном ряду, с поперечным и продольным шагами, составляющими соответственно 13 и 26 мм.

22. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что при соосном расположении внутри диффузора трубки Вентури последняя и диффузор выполнены со следующими основными размерами, мм:
Длина диффузора 325,6
Длина трубки Вентури 290
Диаметр горла трубки Вентури 26
Диаметр выходного сечения трубки Вентури 35
Расстояние между входом в диффузор и наиболее удаленной группой щелей - 290,6
причем профиль поперечного сечения диффузора образован парой противоположных и сходящихся книзу боковых кривых, соединенных снизу и сверху дугами с удлинением при соблюдении следующих основных размеров, мм:
Высота диффузора 61,3
Ширина диффузора 51,5
Радиус кривизны каждой из противоположных боковых кривых 76
Радиус кривизны верхнего удлинения 45,5
Радиус нижней соединительной дуги 23
Радиус дуг, соединяющих боковые кривые с верхним удлинением 13
при этом центры основания и верхней дуги совпадают с вертикальной осью симметрии диффузора, а центры противоположных боковых кривых совпадают с горизонтальной осью, располагаясь по обе стороны вертикальной оси симметрии сечения диффузора щели в каждой группе имеют следующие размеры и расположение, мм:
Ширина одной щели 0,5
Расстояние между осями щелей 1,25
Количество щелей 14
щели периферийной зоны ограничивают центральную зону в виде ромба с большой и малой диагоналями соответственно 61,1 и 5,5 мм, а наружную образующую периферийной зоны в виде восьмиугольника с апофемой приблизительно 5,75 мм, оси щелей параллельны между собой, а их группы распределены по верхней поверхности диффузора четырьмя продольными рядами, расположенными в шахматном порядке на расстоянии друг от друга 14,8 мм или на расстоянии, составляющем около половины расстояния между группами в одном ряду, т.е. с поперечным и продольным шагами соответственно 13 мм и 29,5 мм.

23. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что при соосном расположении внутри диффузора трубки Вентури последняя и диффузор имеют следующие размеры, мм:
Длинна диффузора 336,5
Длина трубки Вентури 302
Диаметр горла трубки Вентури 30
Диаметр выходного сечения трубки Вентури 42
Расстояние между входом в диффузор и наиболее удаленной группой щелей - 294,5
причем профиль поперечного сечения диффузора образован парой противоположных и сходящихся книзу боковых кривых, соединенных снизу дугой, а сверху дугами с криволинейной удлиненной дугой при соблюдении следующих основных размеров, мм:
Высота диффузора 82,9
Ширина диффузора 54,5
Радиус кривизны каждой из боковых кривых 156
Радиус нижней соединительной дуги 23,7
Радиус кривизны верхнего удлинения 44,2
Радиус дуг, соединяющих стороны с верхним удлинением 13
при этом центры верхнего удлинения и соединительной нижней дуги совпадают с вертикальной осью симметрии диффузора, а центры противоположных сторон отстоят на 13,5 мм от вертикальной оси, располагаясь по обе стороны от нее на горизонтальной оси; щели в каждой группе имеют следующие размеры и расположение, мм:
Ширина одной щели 0,5
Расстояние между осями щелей 1,25
Число щелей 14
оси щелей параллельны между собой, сами щели периферийной зоны ограничивают центральную зону в виде ромба с большой и малой диагоналями соответственно 6,1 и 5,5 мм, а наружную образующую периферийной зоны в виде правильного восьмиугольника с апофемой приблизительно 5,75 мм, группы щелей распределены по верхней поверхности диффузора в четыре продольных ряда в шахматном порядке, с обеспечением расстояния между рядами 13 мм или составляющем половину расстояния между группами в одном ряду, при этом поперечный шаг между первыми и вторыми рядами равен 14 мм, между третьим и четвертым рядами 13 мм, а продольный шаг составляет 28 мм.

24. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что при выполнении смесителя инжекционного типа мощностью приблизительно 2 кВт диффузор выполнен в виде блока отдельных тонкостенных элементов удлиненного прямоугольного сечения со следующими основными размерами, мм:
Длина щели приблизительно 2 3
Ширина щели приблизительно 0,5 0,7
Шаг между щелями равен или более 1,3
Диаметр отверстий в центральной зоне для стабилизации пламени приблизительно 0,6 1
Расстояние между центрами стабилизирующих отверстий приблизительно 1,3 1,7
Поперечный шаг между элементами блока приблизительно 18 25
Шаг между группами щелей приблизительно 12 17
Больший радиус наружного овального профиля группы приблизительно 5 15
Меньший радиус наружного овального профиля группы приблизительно 2,5 - 7,5
Высота распределительной камеры не превышает 50
25. Горелка по п. 24, отличающаяся тем, что элементы блока диффузора выполнены из листового металла выпуклого профиля и имеют следующие основные размеры, мм:
Ширина элемента 8
Высота распределительной камеры 50
Число щелей в группе с каждой из двух сторон 5
Число концевых щелей в группе 2
Длина одной щели 2,5
Ширина одной щели 0,65
Ширина каждой группы 7,75
Длина каждой группы (расстояние между осями крайних щелей) 7,8
Шаг щелей 1,3
Шаг между группами щелей 12,25
26. Горелка по п. 24, отличающаяся тем, что элемент блока выполнен из листового металла выпуклого профиля и имеет следующие основные размеры, мм:
Ширина диффузора 8
Высота распределительной камеры 50
Число щелей на группу с каждой из двух сторон 5
Число крайних щелей на группу 2
Длина одной щели 2,5
Ширина одной щели 0,65
Ширина каждой группы 7,75
Длина каждой группы (расстояние между осями крайних щелей) 7,8
Шаг между щелями 1,3
Шаг между группами 12,25
Диаметр центрального отверстия 0,8
27. Горелка по п. 24, отличающаяся тем, что элемент блока выполнен из листового металла выпуклого профиля и имеет следующие основные размеры, мм:
Ширина диффузора 8
Высота распределительной камеры 50
Число щелей в группе с каждой из двух сторон 5
Число крайних щелей на группу 2
Длина одной щели 2,5
Ширина одной щели 0,65
Ширина каждой группы 7,75
Длина каждой группы (расстояние между осями крайних щелей) 7,8
Шаг между щелями 1,3
Шаг между группами 12,25
Диаметр каждого из двух центральных отверстий 0,8
Расстояние между центрами центральных отверстий 1,4
Приоритет по пунктам
14.01.91 по пп. 1 27.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43, Рисунок 44, Рисунок 45, Рисунок 46, Рисунок 47, Рисунок 48, Рисунок 49, Рисунок 50, Рисунок 51, Рисунок 52, Рисунок 53, Рисунок 54, Рисунок 55, Рисунок 56, Рисунок 57, Рисунок 58, Рисунок 59, Рисунок 60, Рисунок 61, Рисунок 62, Рисунок 63