Газовая горелка с принудительной подачей воздуха

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к газогорелочным устройствам, использующим природный газ в качестве источника тепловой энергии. Технический результат изобретения состоит в упрощении общей конструкции газогорелочного устройства и его эксплуатации, а также в увеличении надежности его работы. Указанный технический результат достигают за счет того, что в газовой горелке с принудительной подачей воздуха, содержащей тягодутьевое устройство, всасывающая линия которого выполнена в виде цилиндра с перфорированной вставкой и соединена с подводящим газ трубопроводом, всасывающая линия снабжена дроссельным устройством, выполненным в виде установленной между цилиндром и вставкой соосной им перегородки с отверстиями, разделяющей всасывающую линию на связанную с подводящим газ трубопроводом внешнюю и внутреннюю полости, и размещенной в зоне отверстий перегородки цилиндрической втулки, причем одна из отделяющих внутреннюю полость от атмосферы торцевых стенок выполнена в виде связанной со втулкой кольцевой мембраны. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к газогорелочным устройствам, использующим природный газ в качестве источника тепловой энергии.

Известны горелки с принудительной подачей воздуха, включающие совмещенный с горелкой центробежный вентилятор, устройство, обеспечивающее смешение газа и воздуха, и запальное устройство (см., например, Н.Л. Стаскевич и др. Справочник по газоснабжению и использованию газа. Л.: Недра, Ленинградское отделение, 1990 г. , стр. 599-604). Основной недостаток горелок данного типа состоит в низком качестве смешения воздуха и природного газа, в необходимости оснащать горелку автономным регулятором давления.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является горелка, включающая совмещенное с ней тягодутьевое устройство, всасывающая линия которого выполнена в виде цилиндра с перфорированной вставкой (см., например, патент Российской Федерации 2150044, 27.05.2000 г., бюл. 15). Основной недостаток горелки данного типа состоит в том, что при введении в ее конструкцию сложных конструктивных элементов и сложных схем автоматического регулирования и управления работой горелки не обеспечивается достаточно точное поддержание заданного состава газовоздушной смеси (поддержание заданного коэффициента избытка воздуха), особенно при переменной в ходе работы мощности горелки. Указанный недостаток исключается в условиях, когда полость между цилиндром, перфорированной вставкой и торцевыми стенками находится под атмосферным давлением (см., например, решение о выдаче патента на изобретение по заявке 2001103462/06 (003386) "Способ подготовки природного газа и газовая горелка с принудительной подачей воздуха" от 05 июля 2001 г.). Поддержание в указанной полости атмосферного давления обеспечивает и в этом случае автономный регулятор давления, что усложняет установку и эксплуатацию горелки и снижает надежность ее работы.

Задача настоящего изобретения состоит в создании единого моноблока "горелка-регулятор".

Технический результат изобретения состоит в упрощении общей конструкции газогорелочного устройства и его эксплуатации, а также в увеличении надежности его работы.

Указанный технический результат достигают за счет того, что в газовой горелке с принудительной подачей воздуха, содержащей тягодутьевое устройство, всасывающая линия которого выполнена в виде цилиндра с перфорированной вставкой и соединена с подводящим газ трубопроводом, всасывающая линия снабжена дроссельным устройством, выполненным в виде установленной между цилиндром и вставкой соосной им перегородки с отверстиями, разделяющей всасывающую линию на связанную с подводящим газ трубопроводом внешнюю и внутреннюю полости, и размещенной в зоне отверстий перегородки цилиндрической втулки, причем одна из отделяющих внутреннюю полость от атмосферы торцевых стенок выполнена в виде связанной с втулкой кольцевой мембраны. Втулка снабжена связанными с ней и кольцевой мембраной и установленными вдоль образующих втулки по меньшей мере тремя кронштейнами, имеющими по меньшей мере по одному касающемуся перегородки ролику, причем ролики размещены в перпендикулярных оси перегородки плоскостях.

Сущность изобретения состоит в следующем.

В известном газогорелочном устройстве при снижении давления исходного газа до атмосферного и поддержании этого давления в газовом пространстве между цилиндром, перфорированной вставкой и торцевыми стенками обеспечивается постоянный состав поступающей на сжигание газовоздушной смеси благодаря тому, что истечение газа из отверстий перфорированной вставки в полной мере определяется разрежением, возникающем во всасывающей линии вентилятора при поступлении в нее воздуха.

В случае необходимости увеличения тепловой мощности горелки при увеличении расхода воздуха возрастает разрежение в зоне отверстий перфорированной вставки всасывающей линии горелки со стороны воздуха и в соответствие с этим возрастает подсос природного газа из газового пространства, расположенного между цилиндром, перфорированной вставкой и торцевыми стенками. В известном решении поддержание давления поступающего газа в указанном пространстве на уровне атмосферного обеспечивает автономный регулятор давления, являющийся достаточно сложным и требующим установки электронных устройств узлом.

В настоящем техническом решении исключается необходимость использования автономного регулятора давления, поскольку предлагается такая конструкция горелки, при которой регулятор давления совмещен с горелкой и образует с ней единый газогорелочный блок. Принцип работы известной горелки при этом не претерпевает изменения.

Принципиальная конструкция горелки представлена на фиг.1 К крышке 1 тягодутьевого устройства (вентилятора), не показанного на фиг. 2, присоединена всасывающая линия, выполненная в виде цилиндра 2 с перфорированной вставкой 3, снабженной отверстиями 4. Между цилиндром 2 и перфорированной вставкой 3 соосно им установлена перегородка 5 с отверстиями 6. Перегородка 5 разделяет всасывающую линию на внешнюю 7 и внутреннюю 8 полости. Внешняя полость 7 связана с подводящим природный газ трубопроводом 9 и снабжена торцевыми стенками 10 и 11. Внутренняя полость 8 также снабжена отделяющими ее от атмосферы торцевыми стенками: сплошной стенкой 12 и подвижной в осевом направлении кольцевой мембраной 13 с жесткой средней частью. Жесткая средняя часть может быть образована, например, двумя стянутыми болтами металлическими кольцами, расположенными с обеих сторон мембраны. Возможен и ряд других конструкций данного узла, например изготовление жесткой средней части в виде одного металлического кольца, соединенного с гибкой частью мембраны, выполненной из резины, путем вулканизации. В зоне отверстий 6 перегородки 5 размещена цилиндрическая втулка 14, соединенная с мембраной 13, например, с помощью штифтов 15. Перегородка 5 с отверстиями 6 и установленная с возможностью возвратно-поступательного движения втулка 14 представляют собой обычное дроссельное устройство. Очевидна необходимость изготовления скользящей пары (перегородка 5 и втулка 14) из антифрикционных материалов или в оснащении их соответствующими прокладками при данной конструкции устройства. В данной конструкции связь внешней стороны мембраны 13 с атмосферой обеспечивают отверстия 16 цилиндра 2. Канал 17 для прохода подсасываемого воздуха образован собственно перфорированной вставкой 3.

К описанной конструкции необходимо сделать следующие замечания. Мембрана 13 с жесткой средней частью может быть размещена при незначительных изменениях конструкции непосредственно в плоскости торцевой стенки 11 внешней полости 7. Однако при этом снижается площадь мембраны 13 и, соответственно, возможный ее прогиб под действием разности давлений. Увеличение площади до максимальной в описанной конструкции достигнуто размещением мембраны 13 между цилиндром 2 и перфорированной вставкой 3. Следует отметить, что принципиально возможно выполнение в виде кольцевой мембраны торцевой стенки 12. Предотвращение перекоса втулки 14 в ходе ее работы при совершении втулкой возвратно-поступательного движения в описываемой конструкции достигнуто за счет значительной ее длины, а следовательно, за счет увеличения массы. При этом соответственно увеличивается и сила трения.

Значительное улучшение эксплуатационных свойств устройства по изобретению может быть обеспечено при использовании конструкции, представленной на фиг. 2, в которой сила трения дроссельного устройства значительно уменьшена. Для этого цилиндрическая втулка 14 снабжена связанными с ней и мембраной 13 и установленными вдоль образующих втулки 14 по меньшей мере тремя кронштейнами 18. В свою очередь каждый кронштейн 18 снабжен в описываемой конструкции, соответствующей фиг.2, двумя касающимися перегородки 5 роликами 19 и 20. Ролики 19 размещены в одной перпендикулярной оси перегородки 5 плоскости. Это же относится и к роликам 20.

К данной конструкции следует сделать следующее замечание. Принципиально возможно снабдить каждый кронштейн 18 одним роликом, например 19. При этом для предотвращения перекоса необходим скользящий контакт между втулкой 14 и перегородкой 5. В подобной конструкции трение скольжения в дроссельном устройстве не исключается, но играет малую роль, благодаря возможности значительного уменьшения длины втулки 14 (длина втулки практически равна диаметру отверстий 6). При наличии у каждого кронштейна 18 двух роликов 19 и 20 и малого зазора между перегородкой 5 и втулкой 14 трение скольжения в данной конструкции практически полностью заменено трением качения. Смещение втулки 14 и ее перекос при работе полностью исключен при установке по меньшей мере трех кронштейнов 18, которые целесообразно разместить под углом 120^o друг к другу.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Необходимый для работы газогорелочного устройства природный газ подают по подводящему трубопроводу 9 к всасывающей линии, выполненной в виде цилиндра 2 с перфорированной вставкой 3. Газ поступает во внешнюю полость 7, образованную цилиндром 3, промежуточной перегородкой 5 и торцевыми стенками 10 и 11. Через отверстия 6 перегородки 5 природный газ далее поступает во внутреннюю полость 8, образованную соответственно перегородкой 5, перфорированной вставкой 3 и торцевыми стенками 12 и 13, из которых последняя выполнена в виде подвижной в осевом направлении мембраны с жесткой средней частью. Из внутренней полости 8 газ через отверстия 4 перфорированной вставки 3 поступает в канал 17 для подсасываемого тягодутьевым устройством воздуха, образованный перфорированной вставкой 3. Поскольку в зоне отверстий 4 перфорированной вставки 3 давление ниже атмосферного, а согласно основному условию работы горелки давление во внутренней полости 8 равно атмосферному и постоянно поддерживается на этом уровне в ходе работы горелки, количество поступающего в канал 17 природного газа определяется в полной мере разрежением и площадью отверстий 4. При изменении расхода воздуха, связанного с изменением потребной тепловой мощности горелки, изменяется величина разрежения в зоне отверстий 4 в канале 17 и соответственно изменяется в сторону увеличения или уменьшения объем подсасываемого газа из внутренней полости 8. Давление, равное атмосферному, строго поддерживается во внутренней полости 8 следующим образом. Если давление во внутренней полости 8 отличается от атмосферного, изменяется положение мембраны 13, а давление на ее внешнюю сторону строго равно атмосферному, что обеспечивается в свою очередь отверстиями 16. При, например, увеличении давления в полости 8 против атмосферного, что может быть связано только с повышенной подачей природного газа, мембрана 13 смещается в сторону крышки 1 тягодутьевого устройства. При этом цилиндрическая втулка 14, связанная с мембраной 13, например, с помощью штифтов 15, также перемещается в сторону крышки 1 тягодутьевого устройства и перекрывает отверстия 6, за счет чего уменьшается количество поступающего в полость 8 природного газа. При уменьшении давления в полости 8 против атмосферного из-за недостаточного поступления газа все происходит в обратном порядке. Мембрана 13 смещается внутрь полости 8 и втулка 14 открывает отверстия 6, что приводит к увеличению поступления газа в полость 8.

Работа устройства, соответствующего фиг.2, не отличается от описанного выше. Особенность состоит в следующем. При перемещении мембраны 13 перемещаются в соответствующую сторону связанные с ней кронштейны 18. Их перемещение не требует повышенных усилий мембраны, поскольку осуществляется с помощью качения роликов 19 и 20 по перегородке 5. Малая длина, а соответственно и масса втулки 14 сводит к минимуму трение скольжения в данной паре.

Использование предлагаемого технического решения обеспечивает образование единого блока "регулятор - горелка", упрощает конструкцию и эксплуатацию узла в целом благодаря отсутствию сложного, автономного и нуждающегося в сложных электронных устройствах регулятора давления.

Формула изобретения

1. Газовая горелка с принудительной подачей воздуха, содержащая тягодутьевое устройство, всасывающая линия которого выполнена в виде цилиндра с перфорированной вставкой и соединена с подводящим газ трубопроводом, отличающаяся тем, что всасывающая линия снабжена дроссельным устройством, выполненным в виде установленной между цилиндром и вставкой соосной им перегородки с отверстиями, разделяющей всасывающую линию на связанную с подводящим газ трубопроводом внешнюю и внутреннюю полости, и размещенной в зоне отверстий перегородки цилиндрической втулки, причем одна из отделяющих внутреннюю полость от атмосферы торцевых стенок выполнена в виде связанной со втулкой кольцевой мембраны.

2. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что втулка снабжена связанными с ней и кольцевой мембраной и установленными вдоль образующих втулки по меньшей мере тремя кронштейнами, имеющими по меньшей мере по одному касающемуся перегородки ролику, причем ролики размещены в перпендикулярных оси перегородки плоскостях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2