Котел пульсирующего горения



Котел пульсирующего горения
Котел пульсирующего горения
Котел пульсирующего горения

 


Владельцы патента RU 2419027:

СОСЬЕТЕ МЮЛЛЕР Э СИ (FR)

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлах пульсирующего горения для нагревания воды в системах отопления. Предложен котел пульсирующего горения, содержащий камеру предварительного смешивания для получения газовой смеси окислителя с топливом, клапанный затвор на выходе из камеры предварительного смешивания, снабженный впускным трубопроводом и стабилизатором пламени в виде вертикальной цилиндрической детали, расширяющейся на нижнем конце в виде раструба, камеру сгорания на выходе впускного трубопровода, включающую в себя камеру воспламенения и расширительную камеру, продолжающую камеру воспламенения, при этом камера сгорания ограничена первой металлической стенкой, камера воспламенения охватывает стабилизатор пламени и ограничена второй металлической стенкой, коаксиальной с первой стенкой, в металлической стенке камеры воспламенения выполнены один или несколько вырезов. В результате ход клапана клапанного затвора хорошо синхронизируется с пульсацией горения, а также обеспечивается полное сгорание в течение всего периода работы котла. За счет этого повышаются производительность котла и его мощность. 22 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к котлу пульсирующего горения, предназначенному, например, для нагревания воды в системе отопления, в частности к камере сгорания нагревательного корпуса.

Котел пульсирующего горения содержит нагревательный корпус, выполненный в виде цилиндра, ограничивающего замкнутое пространство. В своей верхней части это замкнутое пространство содержит камеру предварительного смешивания, нижняя часть которой соединена с клапанным затвором. Частично затвор вставлен в верхнюю часть камеры сгорания, при этом камера сгорания соединена с теплообменником, сообщающимся с камерой расширения, расположенной в нижней части цилиндра.

Внутри нагревательного корпуса часть клапанного затвора, наружная металлическая стенка камеры сгорания и теплообменник погружены в воду нагревательного контура, предназначенную для нагрева.

Нагревательный корпус соединен с выпускной трубой, находящейся снаружи замкнутого пространства, начиная от его камеры предварительного смешивания.

Клапанный затвор обеспечивает периодическую и управляемую подачу газовой смеси окислитель-топливо в камеру воспламенения. Эту смесь получают в камере предварительного смешивания, в которую одновременно подают окислитель и топливо, например воздух и углеводородный газ; затем эта смесь поступает через клапанный затвор во впускной трубопровод и в конечном итоге попадает в камеру сгорания котла, где воспламеняется.

Клапанный затвор в основном содержит четыре части: корпус, клапанный упор, набор средств зажигания и клапан.

Верхняя часть клапанного упора сообщается через отверстия с камерой предварительного смешивания газов. Газовая смесь поступает во впускной трубопровод за счет давления газовой смеси в камере предварительного смешивания в верхней части клапана и одновременно за счет всасывания в нижней части клапана. Это явление всасывания происходит из-за расширения газов, горящих внутри камеры сгорания, и выброса газообразных продуктов горения в камеру разрежения. Это создает разрежение на входе во впускной трубопровод, а также в камере предварительного смешивания через клапанный затвор.

Таким образом, выброс газообразных продуктов горения приводит к всасыванию нового количества газовоздушной смеси в камеру сгорания.

В корпус затвора заходит клапанный упор и весь узел устанавливают непосредственно на верхней части камеры сгорания.

По обе стороны от узла корпуса и клапанного упора установлены средства зажигания, содержащие, в частности, свечу первого зажигания, вставленную в цилиндрическую деталь. Во время запуска эта свеча воспламеняет газы непосредственно внутри камеры сгорания. Цилиндрическую деталь, в которую вставлена свеча, называют стабилизатором пламени. Цилиндрическая часть расширяется в виде раструба на своем нижнем конце, расположенном в камере сгорания.

Камера сгорания содержит, в частности, камеру воспламенения и расширительную камеру, продолжающую камеру воспламенения. Камера сгорания ограничена металлической стенкой. Эта стенка может быть выполнена в виде колокола, на вершине которого закреплен вентиль. В частности, стенка может иметь вид перевернутого тюльпана. Верхняя часть этой стенки имеет по существу параболическое сечение в плоскости, проходящей через ось поверхности вращения указанной стенки. Нижняя часть указанной стенки имеет по существу цилиндрическую форму.

Внутри камеры сгорания камера воспламенения ограничена второй металлической стенкой, коаксиальной первой стенке и имеющей аналогичную форму колокола или перевернутого тюльпана. Обе стенки разделены небольшим пространством.

Таким образом, самые первые возгорания газовой смеси в течение примерно одной - двух секунд происходят при помощи свечи зажигания, расположенной внутри раструба, находящегося в центре камеры воспламенения. Затем газы всасываются в камеру сгорания, где происходит их самовоспламенение за счет высокой температуры в камере воспламенения. В частности, это самовоспламенение происходит в момент, когда газы оказываются вблизи более или менее обширной зоны. Указанную зону называют горячей точкой. Эта горячая точка расположена вдоль стенки камеры воспламенения.

Однако возникает проблема, связанная со стабильностью места расположения этой горячей точки. Действительно, чтобы горение газовой смеси было оптимальным и чтобы сгорание смеси было полным, необходимо, чтобы температура внутри камеры воспламенения была достаточно высокой. В противном случае вдоль стенок камеры образуется нагар, который приводит к ее загрязнению. Кроме того, плохое сгорание, в частности связанное со слишком низкой температурой, приводит к образованию окиси углерода (СО), являющегося чрезвычайно вредным газом.

Чтобы поддерживать в камере воспламенения температуру, обеспечивающую полное сгорание смеси, внутреннюю поверхность стенки камеры воспламенения покрывают жаропрочным материалом. Этот материал оказывает эффект теплового щита напротив внутренней стенки камеры сгорания, которая окружает стенку камеры воспламенения. Что касается наружной поверхности стенки камеры сгорания, то она находится в прямом контакте с нагреваемой водой.

Технической проблемой устройства такого типа является то, что по мере сгорания смеси, подаваемой в камеру воспламенения, температура внутренней стенки этой камеры поднимается. Однако этот подъем температуры, хотя и происходит постепенно, приводит к перемещению зоны, определяющей локализацию горячей точки.

Действительно, в зависимости от более или менее продолжительной работы котла происходит нагрев внутренней стенки, ограничивающей камеру воспламенения. Этот нагрев происходит в камере воспламенения снизу вверх по направлению к вершине стенки в виде перевернутого тюльпана. Это явление приводит к перемещению зоны горячей точки вверх. С учетом более высокой температуры в верхней части камеры газы, сразу попадающие в камеру воспламенения, расширяются быстрее. С подъемом горячей точки они, следовательно, расширяются быстрее и самовоспламеняются.

Этот механизм ослабляет явление всасывания в камеру воспламенения и, в частности, уменьшает количество кислорода, поступающего внутрь камеры воспламенения. В таком случае сгорание оказывается неполным. В зависимости от продолжительности работы котла и от теплотворной способности подаваемого в камеру газа в результате нехватки кислорода происходит затухание, а затем полная остановка котла.

Кроме того, котел должен работать довольно продолжительное время в зависимости от количества нагреваемой воды в контуре, а также от своей мощности.

Мощность котла определена его техническими характеристиками и, в частности, его способностью перерабатывать поступающее в него топливо с большей или меньшей степенью обогащения.

Можно определить энергетический порог, ниже которого котел не выдаст предусмотренной мощности и даже не будет работать совсем. Можно также определить порог, выше которого котел не может выдать свою мощность по причине слишком обогащенного топлива. Действительно, высокий уровень обогащения топлива может привести к температурам горения, превышающим предусмотренный для котла диапазон. Это может привести к еще более быстрому подъему горячей точки вдоль стенки камеры воспламенения. В этом случае снижается максимально допустимая рабочая мощность котла пульсирующего горения.

Задачей изобретения является решение этих проблем путем модификации стенки камеры воспламенения. Согласно изобретению в указанной стенке выполнены один или несколько вырезов.

Согласно изобретению предложен котел (1) пульсирующего горения, содержащий камеру (3) предварительного смешивания для получения газовой смеси окислителя с топливом, клапанный затвор (2) на выходе из камеры (3) предварительного смешивания, снабженный впускным трубопроводом (21) и стабилизатором (17) пламени в виде вертикальной цилиндрической детали (18), расширяющейся на нижнем конце в виде раструба (19), камеру (7) сгорания на выходе впускного трубопровода (21), включающую в себя камеру (10) воспламенения и расширительную камеру (11), продолжающую камеру (10) воспламенения, при этом камера сгорания (7) ограничена первой металлической стенкой (6), камера (10) воспламенения охватывает стабилизатор (17) пламени и ограничена второй металлической стенкой (12), коаксиальной с первой стенкой. В металлической стенке (12) камеры (10) воспламенения выполнены один или несколько вырезов (20).

При этом верхняя часть (8.1) стенки (12) камеры (10) воспламенения имеет по существу параболическое сечение в плоскости, проходящей через ось (15) камеры этой (10), а нижняя часть стенки (12) имеет по существу цилиндрическую форму (9.1), при этом граница между указанными частями (8.1, 9.1) находится по существу на уровне основания раструба (19) стабилизатора (17) пламени.

Вырез или вырезы (20) расположены на высоте, по существу соответствующей третьей части высоты стенки (12) камеры (10) воспламенения, начиная от вершины указанной стенки (12).

Часть стенки (12), ограниченная ее вершиной и вырезом или вырезами (20), по существу соответствует части (8.1) параболического сечения.

Вырез или вырезы (20) расположены по высоте между вершиной камеры (10) воспламенения и основанием раструба (19) вблизи основания раструба.

Вырезы (20) и сплошные части (20.1), соединяющие верхнюю и нижнюю части стенки (12), равномерно распределены вдоль горизонтального круглого сечения стенки (12).

В горизонтальном круглом сечении стенки (12) имеются три выреза (20) идентичной формы и размеров и три сплошные части (20.1) идентичной формы и размеров.

В горизонтальном круглом сечении стенки (12) длина выреза (20) больше длины сплошной части (20.1).

Длина выреза (20) превышает в пять раз длину сплошной части (20.1).

Клапанный затвор (2) расположен в опоре (5), на которой закреплены стенки (6, 12) камер сгорания (7) и воспламенения (10), и снабжен по меньшей мере двумя прокладками (22, 23) для изоляции клапанного затвора (2) от тепла, передающегося от стенок (6, 12) и их опоры (5).

Вырезы позволяют не только стабилизировать место, где находится горячая точка, но также избежать слишком большой потери тепла через тепловой щит стенки камеры воспламенения.

Действительно, возможная слишком большая потеря тепла через вырезы стенки камеры воспламенения может стать причиной:

- плохого горения, связанного со слишком низкой температурой в камере воспламенения,

- снижения горячей точки в направлении нижней части камеры воспламенения, что приводит к запоздалому самовоспламенению смеси,

- чрезмерного нагрева стенки камеры сгорания.

С учетом теплопроводности этот нагрев может привести к слишком высокой температуре опоры, на которой закреплена стенка камеры воспламенения, а также самой стенки камеры воспламенения. Но в эту опору заходит клапанный затвор. Температура указанного клапанного затвора должна быть строго контролируемой, чтобы избежать любой возможности воспламенения газовоздушной смеси внутри впускного трубопровода.

Другой задачей изобретения является ограничение чрезмерного нагрева корпуса затвора, вследствие теплопроводности опоры стенок камер сгорания и воспламенения. Согласно изобретению для этого имеются по меньшей мере две изолирующие прокладки, охватывающие корпус клапанного затвора. Опора стенок камер сгорания и воспламенения контактирует с этими прокладками.

Изобретение будет более понятно из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 схематично показан котел согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, общий вид;

на фиг.2 - разрез камеры воспламенения котла, изображенного на фиг.1, по вертикальной плоскости, проходящей через вертикальную центральную ось котла;

на фиг.3 - разрез камеры воспламенения котла, изображенного на фиг.1, по горизонтальной плоскости, проходящей через вырезы в соответствии с настоящим изобретением.

В дальнейшем описании указания на направления, такие как горизонтальное, вертикальное, верх, низ и т.д., следует рассматривать соответствующими рабочему положению котла.

На фиг.1 показан котел 1 пульсирующего горения, снабженный клапанным затвором 2. На этом чертеже показан только главный нагревательный корпус котла 1; впускной коллектор, а также выпускной коллектор не показаны. Кроме того, не показан клапан затвора 2.

В своей вершине над клапанным затвором 2 котел 1 содержит камеру 3 предварительного смешивания, в которую из впускного входа 4 поступает газообразная смесь типа воздух - углеводородный газ.

Клапанный затвор 2 установлен внутри опоры 5, имеющей по существу цилиндрическую форму. В нижней части опоры 5 на наружной стенке цилиндра закреплена вершина металлической стенки 6, ограничивающей камеру 7 сгорания. Стенка 6 имеет вид колокола. В частности, указанная стенка 6 имеет форму перевернутого тюльпана. Первая часть 8 указанного тюльпана по существу является поверхностью вращения относительно оси 15. Указанная ось 15 является также осью клапанного затвора 2 и опоры 5. Сечение части 8 в вертикальной плоскости, проходящей через ось 15, имеет по существу параболическую форму. Вторая часть 9 стенки 6 имеет по существу цилиндрическую форму.

Во время работы котла для нагревания воды в системе отопления стенка 6 снаружи окружена нагреваемой водой.

Внутри камеры 7 сгорания находятся камера 10 воспламенения и расширительная камера 11. Камера 10 воспламенения ограничена стенкой 12. Вершина указанной стенки 12 закреплена на нижней части опоры 5 на наружной стенке цилиндра под креплением стенки 6. Стенка 12 камеры 10 воспламенения имеет форму перевернутого тюльпана аналогично стенке 6. Первая часть 8.1 указанной стенки 12 по существу является поверхностью вращения с осью 15. Сечение части 8.1 в вертикальной плоскости, проходящей через ось 15, имеет по существу параболическую форму. Вторая часть 9.1 стенки 12 имеет по существу цилиндрическую форму. Наружная поверхность стенки 12 отделена от внутренней поверхности стенки 6 зазором по существу постоянной толщины.

Основание камеры 7 сгорания отделено от расширительной камеры 11 металлической сотовой конструкцией 13, придающей жесткость камере 7 сгорания.

Конструкция нагревательного корпуса также содержит на выходе, т.е. снизу расширительной камеры, камеру 14, называемую камерой разрежения. Эта камера 14 состоит из различных выпускных каналов, выполненных по спирали относительно центральной оси 15 вращения нагревательного корпуса.

Клапанный затвор 2 оборудован трубопроводом 21 подачи смеси воздуха с газом в камеру 7 сгорания. Впускной трубопровод 21 образует по существу цилиндрическое пространство с вертикальной осью 15. Кроме того, клапанный затвор 2 содержит средства 16 зажигания, предназначенные для первых зажиганий газовой смеси. Эти средства 16 зажигания содержат, в частности, свечу первого зажигания (не показана), расположенную внутри стабилизатора 17 пламени. Стабилизатор 17 пламени выполнен в виде цилиндрической детали 18, расширяющейся на своем нижнем конце с образованием раструба 19. Свеча производит искру зажигания внутри раструба 19.

Оси камер сгорания 7, воспламенения 10 и расширения 14, а также стабилизатора 17 пламени совпадают с центральной осью 15 нагревательного корпуса.

Раструб 19 стабилизатора 17 пламени находится в центре камеры 10 воспламенения на высоте, находящейся между третьей частью и половиной общей высоты колокола, образующего стенку 12, начиная от вершины указанной стенки 12. Предпочтительно раструб 19 расположен на высоте, близкой к третьей части общей высоты колокола, образующего стенку 13, начиная от вершины стенки 12.

Предпочтительно вершина стенки 12 камеры 10 воспламенения, нижний конец опоры 5 и нижний конец клапанного затвора 2, помещенный в опору 5, находятся по существу в одной горизонтальной плоскости.

В стенке 12 выполнены сквозные вырезы 20, предпочтительно расположенные по существу в плоскости, перпендикулярной к оси 15 нагревательного корпуса, в горизонтальном сечении колокола, образующего стенку 12 камеры 10 воспламенения.

Предпочтительно каждый вырез 20 выполнен в виде горизонтальной щели, проходящей через часть окружности горизонтального сечения стенки 12 камеры 10 воспламенения. Вырезы разделены сплошными частями, соединяющими верхнюю часть и нижнюю часть стенки 12.

На фиг.2 показана камера 10 воспламенения котла, изображенного на фиг.1, в разрезе в вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось 15. Как показано на фиг.2, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения вырезы образованы в стенке 12 на высоте, по существу соответствующей границе между частью 8.1 параболического сечения и цилиндрической частью 9.1 этой стенки 12. Предпочтительно высота части 8.1 составляет от одной трети до половины общей высоты стенки 12, следовательно, высота части 9.1 составляет от половины до двух третей общей высоты стенки 12.

Длину цилиндрической детали 18 стабилизатора 17 пламени определяют таким образом, чтобы нижний конец раструба 19, т.е. его основание, находился в горизонтальной плоскости, расположенной немного ниже горизонтальной плоскости, проходящей через вырезы 20.

В частности, расстояние d между горизонтальной плоскостью, содержащей основание раструба 19, и горизонтальной плоскостью, проходящей на половине высоты вырезов 20, предпочтительно превышает высоту h вырезов 20, измеренную вдоль вертикальной оси, от 1 до 5 раз.

Таким образом, проемы, образованные вырезами 20 в стенке 12, находящиеся в прямом контакте с воздушным промежутком, отделяющим стенку 12 от стенки 6, расположены выше основания раструба 19. Таким образом, указанные проемы расположены на входе свечи, то есть перед первым зажиганием газовой смеси, поступающей из клапанного затвора.

В зоне прохождения газов, расположенной между внутренним пространством параболической части 8.1 стенки 12 и верхней частью раструба 19, газовый поток течет достаточно быстро и направлен таким образом, чтобы смесь не заходила в проемы, образованные вырезами 20 в стенке 12. Расширяющаяся форма раструба 19 позволяет также улучшить поток и турбулентные явления. Она позволяет также лучше охлаждать внутреннее пространство параболической части 8.1 стенки 12 за счет объема поступающей смеси воздуха с углеводородным газом до ее воспламенения.

Раструб 19 не дает также этому объему смеси сразу войти в контакт со свечой во время его захождения в камеру 10. Действительно, поскольку свеча вставлена в цилиндрический канал 18, воспламеняющая искра появляется внутри раструба 19. Прежде чем войти в контакт с указанной искрой, поступающая в камеру 10 воспламенения смесь воздуха с углеводородным газом успевает относительно равномерно распределиться внутри указанной камеры. Кроме того, самая высокая точка воспламенения смеси остается ниже вырезов 20.

Если по окружности сечения стенки 12 выполнены несколько описанных выше вырезов, то они предпочтительно имеют идентичные форму и размеры. В частности, они имеют идентичные длину и высоту. Вырезы разделены сплошными частями 20.1. Предпочтительно эти сплошные части тоже имеют идентичные форму и размеры, в частности идентичную длину. Длину измеряют вдоль горизонтального круглого сечения стенки 12.

Предпочтительно длина выреза 20 больше длины промежутка между двумя вырезами, то есть больше длины сплошной части 20.1. Еще предпочтительнее, длина выреза 20 в пять раз превышает длину сплошной части 20.1, а наиболее предпочтительно длина выреза 20 в восемь раз превышает длину сплошной части 20.1.

Таким образом, части стенки 12, находящиеся выше и ниже вырезов 20, соединены между собой минимальным количеством материала, следовательно, они термически изолированы друг от друга слоем воздуха, при этом стенка сохраняет достаточную жесткость во время дефлаграции, связанной с воспламенением воздушно-углеводородной смеси.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения стенка 12 содержит три выреза 20 одинаковой длины, расположенных вдоль горизонтального круглого сечения камеры 10 воспламенения, как показано на фиг.3. Сплошные части 20.1, число которых также равно трем, тоже имеют одинаковую длину и равномерно распределены вдоль горизонтального круглого сечения стенки 12. Таким образом, вертикальные плоскости симметрии между этими тремя сплошными частями 20.1 образуют между собой углы 360°/3=120°.

Например, для котла, показанного на фиг.1, 2 и 3, можно принять следующие размеры: диаметр горизонтального круглого сечения стенки 12 на уровне вырезов 20 приблизительно равен 100 мм; длина сплошной части 20.1, измеренная по этому горизонтальному сечению, равна примерно 10 мм; длина выреза 20, измеренная по указанному горизонтальному сечению, равна примерно 95 мм. Высота вырезов 20, измеренная по вертикальной оси, равна примерно 2 мм.

Эти размеры являются достаточными, чтобы не допустить нагрев материала параболической верхней части 8.1 стенки 12 до тех температур, до которых нагревается цилиндрическая нижняя часть 9.1 стенки 12.

Высокие температуры нижней части 9.1 связаны с воспламенением газовой смеси внутри камеры 10 воспламенения.

После первых воспламенений, произведенных свечой, за счет наличия горячей точки происходит самопроизвольное воспламенение. Эта горячая точка соответствует зоне небольшой высоты, расположенной на горизонтальном круглом сечении стенки 12. Таким образом, горячая точка имеет вид кольца на нижней стороне стенки 12, покрытой огнеупорным материалом.

Предпочтительно, когда котел поддерживает правильное самовоспламенение, горячая точка располагается на цилиндрической части 9.1 стенки 12. Горячая точка находится немного ниже основания раструба 19, то есть на уровне первого воспламенения газовой смеси от свечи в камере 10.

При отсутствии описанных выше вырезов 20 по мере работы котла эта горячая точка стремится слегка подняться вдоль стенки 12. При этом она переходит уровень основания раструба 19 и поднимается еще дальше вдоль параболической части 8.1 и может оказаться слишком близко к клапанному затвору 2 и к зоне поступления смеси воздуха с углеводородным газом.

Кроме того, такой подъем горячей точки приводит к нарушению регулировки частоты пульсации клапана в клапанном затворе 2. Подъем горячей точки прежде всего приводит к образованию большого количества окиси углерода по причине недостаточного поступления воздуха и неполного сгорания.

Действительно, при каждом импульсе котла пульсирующего горения подача нового объема смеси воздуха с углеводородным газом прежде всего происходит внутри камеры 3 предварительного смешивания через отверстия клапанного затвора. После этого газовая смесь проходит через впускной трубопровод 21 и затем попадает в верхнюю часть камеры 10 воспламенения. Верхняя часть камеры 10 воспламенения соответствует параболической части 8.1 стенки 12 и содержит нижнюю часть средств 16 зажигания, в частности цилиндр 18 с раструбом 19 на его конце.

Смесь воздуха с углеводородным газом воспламеняется при контакте с соответствующей зоной в горячей точке. После дефлаграции удаление газового потока в направлении расширительной камеры 11, а затем в направлении камеры 14 разрежения приводит к появлению разрежения в верхней части камеры 10 воспламенения и, следовательно, к явлению всасывания в части, находящейся на входе в указанную камеру. В ходе одного движения клапан открывает отверстия в клапанном затворе 2, сообщающиеся с камерой 3 предварительного смешивания. Явление всасывания позволяет новому объему смеси воздуха с углеводородным газом попасть из камеры предварительного смешивания во впускной трубопровод 21.

Однако топливо, в данном случае углеводородный газ, поступает в камеру предварительного смешивания с постоянными значениями расхода и давления. Что же касается окислителя, в данном случае воздуха, то он поступает в основном за счет всасывания, возникающего в результате выброса газов из камер расширения 11 и разрежения 14. Этот выброс происходит в результате дефлаграции, связанной с воспламенением смеси воздуха с углеводородным газом.

В случае слишком позднего или, наоборот, слишком раннего воспламенения всасываемый объем воздуха оказывается недостаточным, что приводит к неполному сгоранию смеси воздуха с углеводородным газом.

Это неполное сгорание приводит к образованию окиси углерода, чрезвычайно вредной и не имеющей запаха, следовательно, являющейся опасным газом. Одновременно температура в камере 10 воспламенения снижается, в результате чего загрязняется внутренняя часть камеры 10 воспламенения.

Таким образом необходимо поддерживать горячую точку в камере воспламенения на постоянной или почти постоянной высоте, причем не только для обеспечения равномерности циклов сгорания и равномерной пульсации, синхронизированной с ходом клапана, но также и для обеспечения постоянной дозировки смеси воздуха с углеводородным газом для ее полного сгорания.

Описанные выше вырезы поддерживают горячую точку на уровне, расположенном в верхней части цилиндрической части 9.1 камеры воспламенения. Предпочтительно горячая точка находится вблизи уровня основания раструба 19.

Например, температура стенки 12 в вершине колокола может составлять порядка 120°С. Температура внутри этой же стенки 12 на уровне горячей точки может составлять порядка 900°С. Благодаря наличию жаропрочного материала внутри стенки 12, а также воздушного промежутка между двумя стенками 12 и 6 указанная стенка 6 сохраняет контролируемую температуру, чтобы соответствующим образом нагревать отопительную воду, в которую она погружена.

Котел может работать более или менее долго в зависимости от количества нагреваемой воды в контуре, а также от своей мощности. Мощность котла определяется его техническими характеристиками и, в частности, его способностью в большей или меньшей степени перерабатывать энергетический уровень поступающего в него топлива.

Существует энергетический порог, ниже которого котел не выдает предусмотренной мощности и даже не работает совсем. Существует также порог, выше которого котел не может выдавать свою мощность из-за слишком обогащенного топлива. Вследствие этого температура горения повышается, что приводит к еще более быстрому подъему горячей точки вдоль стенки камеры 10 воспламенения. Таким образом снижается максимальная допустимая рабочая мощность котла.

Например, котел может работать в заданном диапазоне ±7,5%, что соответствует диапазону скоростей воспламенения используемого газа. Действительно, газ воспламеняется более или менее быстро в зависимости от степени его обогащения. Для одного и того же типа газа вырезы 20 позволяют повысить мощность котла примерно на 20%, то есть на значение мощности от 20 кВт до 25 кВт.

Поскольку обе стенки 6 и 12 закреплены на одной опоре 5, тепло, передающееся через стенки, достигает этой опоры 5. В предпочтительном варианте осуществления изобретения опора 5 изолирована от клапанного затвора 2 посредством двух прокладок (22, 23). По меньшей мере две прокладки (22, 23), например, в виде тороидальных колец установлены одна над другой и частично вставлены в желобки на наружной стенке цилиндрической части 24 клапанного затвора 2.

Предпочтительно одна из прокладок 22 установлена по существу на половине высоты этой цилиндрической части. Вторая прокладка 23 установлена над первой прокладкой 22, но ниже верхнего конца опоры 5.

Цилиндрическая часть 24 вставлена в опору 5. Учитывая толщину прокладок, расположенных снаружи указанной части 24, внутренняя стенка опоры 5 находится в контакте с прокладками (22, 23), но без прямого контакта с наружной стенкой части 24. Таким образом, между опорой 5 и частью 24 клапанного затвора 2 остается пространство, за счет чего клапанный затвор 2 оказывается защищенным от высоких температур, которых может достичь опора 5.

Таким образом, наличие прокладок (22, 23) позволяет предотвратить воспламенение смеси воздуха с углеводородным газом внутри впускного трубопровода 21.

1. Котел (1) пульсирующего горения, содержащий камеру (3) предварительного смешивания для получения газовой смеси окислителя с топливом, клапанный затвор (2) на выходе из камеры (3) предварительного смешивания, снабженный впускным трубопроводом (21) и стабилизатором (17) пламени в виде вертикальной цилиндрической детали (18), расширяющейся на нижнем конце в виде раструба (19), камеру (7) сгорания на выходе впускного трубопровода (21), включающую в себя камеру (10) воспламенения и расширительную камеру (11), продолжающую камеру (10) воспламенения, при этом камера сгорания (7) ограничена первой металлической стенкой (6), камера (10) воспламенения охватывает стабилизатор (17) пламени и ограничена второй металлической стенкой (12), коаксиальной с первой стенкой, отличающийся тем, что в металлической стенке (12) камеры (10) воспламенения выполнены один или несколько вырезов (20).

2. Котел (1) по п.1, отличающийся тем, что верхняя часть (8.1) стенки (12) камеры (10) воспламенения имеет, по существу, параболическое сечение в плоскости, проходящей через ось (15) этой камеры (10), а нижняя часть стенки (12) имеет, по существу, цилиндрическую форму (9.1), при этом граница между указанными частями (8.1, 9.1) находится, по существу, на уровне основания раструба (19) стабилизатора (17) пламени.

3. Котел (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что вырез или вырезы (20) расположены на высоте, по существу, соответствующей третьей части высоты стенки (12) камеры (10) воспламенения, начиная от вершины указанной стенки (12).

4. Котел (1) по п.2, отличающийся тем, что часть стенки (12), ограниченная ее вершиной и вырезом или вырезами (20), по существу, соответствует части (8.1) параболического сечения.

5. Котел (1) по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что вырез или вырезы (20) расположены по высоте между вершиной камеры (10) воспламенения и основанием раструба (19) вблизи основания раструба.

6. Котел (1) по п.3, отличающийся тем, что вырез или вырезы (20) расположены по высоте между вершиной камеры (10) воспламенения и основанием раструба (19) вблизи основания раструба.

7. Котел (1) по любому из пп.1, 2, 4 и 6, отличающийся тем, что вырезы (20) и сплошные части (20.1), соединяющие верхнюю и нижнюю части стенки (12), равномерно распределены вдоль горизонтального круглого сечения стенки (12).

8. Котел (1) по п.3, отличающийся тем, что вырезы (20) и сплошные части (20.1), соединяющие верхнюю и нижнюю части стенки (12), равномерно распределены вдоль горизонтального круглого сечения стенки (12).

9. Котел (1) по п.5, отличающийся тем, что вырезы (20) и сплошные части (20.1), соединяющие верхнюю и нижнюю части стенки (12), равномерно распределены вдоль горизонтального круглого сечения стенки (12).

10. Котел (1) по п.7, отличающийся тем, что в горизонтальном круглом сечении стенки (12) имеются три выреза (20) идентичной формы и размеров и три сплошные части (20.1) идентичной формы и размеров.

11. Котел (1) по п.8 или 9, отличающийся тем, что в горизонтальном круглом сечении стенки (12) имеются три выреза (20) идентичной формы и размеров и три сплошные части (20.1) идентичной формы и размеров.

12. Котел (1) по п.7, отличающийся тем, что в горизонтальном круглом сечении стенки (12) длина выреза (20) больше длины сплошной части (20.1).

13. Котел (1) по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что в горизонтальном круглом сечении стенки (12) длина выреза (20) больше длины сплошной части (20.1).

14. Котел (1) по п.11, отличающийся тем, что в горизонтальном круглом сечении стенки (12) длина выреза (20) больше длины сплошной части (20.1).

15. Котел (1) по п.12 или 14, отличающийся тем, что длина выреза (20) превышает в пять раз длину сплошной части (20.1).

16. Котел (1) по п.13, отличающийся тем, что длина выреза (20) превышает в пять раз длину сплошной части (20.1).

17. Котел (1) по любому из пп.1, 2, 4, 6, 8-10, 12, 14 и 16, отличающийся тем, что клапанный затвор (2) расположен в опоре (5), на которой закреплены стенки (6, 12) камер сгорания (7) и воспламенения (10), и снабжен по меньшей мере двумя прокладками (22, 23) для изоляции клапанного затвора (2) от тепла, передающегося от стенок (6, 12) и их опоры (5).

18. Котел (1) по п.3, отличающийся тем, что клапанный затвор (2) расположен в опоре (5), на которой закреплены стенки (6, 12) камер сгорания (7) и воспламенения (10), и снабжен по меньшей мере двумя прокладками (22, 23) для изоляции клапанного затвора (2) от тепла, передающегося от стенок (6, 12) и их опоры (5).

19. Котел (1) по п.5, отличающийся тем, что клапанный затвор (2) расположен в опоре (5), на которой закреплены стенки (6, 12) камер сгорания (7) и воспламенения (10), и снабжен по меньшей мере двумя прокладками (22, 23) для изоляции клапанного затвора (2) от тепла, передающегося от стенок (6, 12) и их опоры (5).

20. Котел (1) по п.7, отличающийся тем, что клапанный затвор (2) расположен в опоре (5), на которой закреплены стенки (6, 12) камер сгорания (7) и воспламенения (10), и снабжен по меньшей мере двумя прокладками (22, 23) для изоляции клапанного затвора (2) от тепла, передающегося от стенок (6, 12) и их опоры (5).

21. Котел (1) по п.11, отличающийся тем, что клапанный затвор (2) расположен в опоре (5), на которой закреплены стенки (6, 12) камер сгорания (7) и воспламенения (10), и снабжен по меньшей мере двумя прокладками (22, 23) для изоляции клапанного затвора (2) от тепла, передающегося от стенок (6, 12) и их опоры (5).

22. Котел (1) по п.13, отличающийся тем, что клапанный затвор (2) расположен в опоре (5), на которой закреплены стенки (6, 12) камер сгорания (7) и воспламенения (10), и снабжен по меньшей мере двумя прокладками (22, 23) для изоляции клапанного затвора (2) от тепла, передающегося от стенок (6, 12) и их опоры (5).

23. Котел (1) по п.15, отличающийся тем, что клапанный затвор (2) расположен в опоре (5), на которой закреплены стенки (6, 12) камер сгорания (7) и воспламенения (10), и снабжен по меньшей мере двумя прокладками (22, 23) для изоляции клапанного затвора (2) от тепла, передающегося от стенок (6, 12) и их опоры (5).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к парогенераторам и может быть использовано как автономный агрегат для получения парогазовой смеси. .

Изобретение относится к силовым установкам паротурбинного типа, а именно парогенераторам, использующим в качестве горючего водород. .

Изобретение относится к силовым установкам паротурбинного типа, а именно парогенераторам, использующим в качестве горючего водород. .

Изобретение относится к области силовых установок, преимущественно газо- и паротурбинных, использующих в качестве рабочего тела водяной пар, генерируемый путем непосредственного перемешивания балластировочного компонента (вода, отработанный водяной пар) с горячим газом - продуктом сгорания водорода в кислороде, а более конкретно - к конструкциям парогенераторов.

Изобретение относится к парогенераторам для силовых установок, преимущественно паротурбинных, использующих в качестве рабочего тела пар, генерируемый посредством перемешивания высокотемпературных продуктов сгорания водорода с кислородом с балластировочным компонентом - водой.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может найти применение в любой хозяйственной области, где требуется получение одного или нескольких теплоносителей одновременно (горячая вода, пар, парогазовоздушная смесь).

Изобретение относится к теплоэнергетике и может найти применение там, где требуется получение нескольких видов теплоносителя одновременно (горячая вода, пар, парогазовоздушная смесь) с повышенным давлением по отношению к давлению газа и воздуха на входе в устройство.

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для производства пара и горячей воды. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для выработки тепловой энергии и подачи ее с помощью вырабатываемого биагентного теплоносителя потребителю.

Изобретение относится к устройствам для получения пара и предназначено для применения в нефтяной промышленности, преимущественно в установках для термической очистки насосно-компрессорных труб от парафиновых осадков.

Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для использования на паротурбинных установках атомных электрических станций (АЭС) при температуре рабочего тела ниже температуры самовоспламенения водорода в смеси с кислородом (450°С)

Изобретение относится к тепловым энергетическим установкам, а именно к парогенераторам, использующим в качестве компонентов топлива кислород и водород с добавлением балластной воды, и может быть использовано в паросиловых установках, где в качестве рабочего тела используется водяной пар

Группа изобретений относится к скважинному парогенератору. Устройство может включать в себя секцию введения, секцию сжигания и секцию парообразования. Система скважинного парогенератора содержит секцию введения, выполненную с возможностью введения топлива и окислителя в камеру сгорания; секцию сгорания, содержащую лейнер, и секцию парообразования, содержащую форсунку. Лейнер образует камеру сгорания. Причем лейнер содержит путь потока, проходящий через лейнер для подачи текучей среды к лейнеру. Секция парообразования выполнена с возможностью введения текучей среды из пути потока лейнера к камере сгорания. Причем форсунка соединена с лейнером посредством трубы, которая обеспечивает сообщение по текучей среде между путем потока лейнера и форсункой. Подают топливо, окислитель и текучую среду в устройство. Сжигают топливо и окислитель в камере с подачей текучей среды через множество каналов, проходящих через лейнер. Нагревают текучую среду и охлаждают лейнер. Вводят капли нагретой текучей среды в камеру. Превращают капли в пар с помощью сжигания. Техническим результатом является повышение эффективности извлечения нефти из пласта. 5 н. и 43 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может использоваться для автономного обеспечения потребителей различными видами энергии. Изобретение позволяет достигнуть высоких экологических показателей при получении горячей воды и снизить энергопотребление при ее нагреве, расширить диапазон автономного и мобильного обеспечения потребителей различными видами энергии. Указанный технический результат достигается тем, что система содержит источники кислорода и водорода, парогенератор, пароводяной эжектор с активным и пассивным контурами, источник воды и потребитель горячей воды, где парогенератор снабжен трубопроводами подвода кислорода, водорода, балластировочной воды, отвода пароводяной смеси и включает объединенный узел устройства зажигания и форсунок, причем трубопроводы подвода кислорода и водорода к парогенератору оснащены каждый краном и жиклером и подключены на входе к источникам кислорода или водорода, притом к активному контуру эжектора на входе подключен трубопровод отвода пароводяной смеси от парогенератора, пассивный контур эжектора на входе соединен трубопроводом с источником воды, а выход эжектора подключен к потребителю горячей воды. Дополнительно система содержит регуляторы давления и гидротурбину, соединенную валом с потребителем мощности, выход эжектора подключен к потребителю горячей воды через гидротурбину, краны сделаны запорными, регуляторы давления установлены в трубопроводах подвода кислорода и водорода между кранами и жиклерами. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение предназначено для выработки высокотемпературного водяного пара и может быть использовано в силовых установках. Парогенератор содержит запальное устройство с электросвечой, смесительную головку с магистралями подвода окислителя, горючего и воды на завесное охлаждение, камеру сгорания с каналами тракта охлаждения и профилированной торцевой стенкой для направления балластировочной воды, камеру смешения с отверстиями для подачи балластировочной воды. Каналы тракта охлаждения камеры сгорания выполнены под острым углом к оси парогенератора, а отверстия для подачи балластировочной воды в зону смешения выполнены также под острым углом к оси парогенератора, и направлены в противоположную сторону относительно каналов тракта охлаждения камеры сгорания. Изобретение улучшает процесс перемешивания воды с продуктами сгорания компонентов топлива за счет наличия дополнительной турбулентной составляющей, что позволяет получить качественный фракционный состав водяного пара при уменьшенной длине камеры смешения. 2 ил.

Изобретение относится к конструкции печей и способу генерации перегретого пара и может быть использовано при разработке оборудования для бань стационарного и мобильного типов. Способ получения пара заключается в обеспечении взаимодействия парообразующей жидкости с разогретым теплообменным материалом. Парообразующую жидкость подают в предварительно расположенные в теплообменном материале емкости в виде вертикальных патрубков, состоящих из двух частей, нижней и верхней, для парообразующей жидкости, расположенных в нижней части вертикальной центральной полой стойки. Емкости патрубков заполняют парообразующей жидкостью. В верхней части центральной полой стойки установлена емкость для парообразующей жидкости с гидрозатвором. Каждый вертикальный патрубок в своей центральной части соединен с центральной стойкой соединительным патрубком. Между местом их соединения с центральной стойкой и ее нижним торцом образована полость. В верхней части вертикальных патрубков и нижней части вертикальной стойки в месте ее соединения с упомянутыми соединительными патрубками выполнены каналы, соединяющие полость устройства с окружающей средой. Каналы в вертикальных патрубках расположены выше проходного сечения соединительных патрубков. Достигаемый результат - упрощение обслуживания и повышение экономичности работы устройства за счет увеличения времени подачи пара без обслуживающего персонала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в эжекторных установках для имитации высотных условий при испытаниях ракетных двигателей, а также в силовых установках паротурбинного типа. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в разработке способа, обеспечивающего повышение надежности и эффективности парогенератора, используемого в качестве стендового агрегата. Для решения задачи в способе получения высокотемпературного парогаза в жидкостном ракетном парогазогенераторе, включающем подачу компонентов топлива в камеру сгорания парогазогенератора и их сжигание с образованием высокотемпературных продуктов сгорания, в которые в камере смешения парогазогенератора впрыскивают воду с получением парогаза, отличающемся тем, что часть воды, используемой для получения парогаза, в количестве 30…40% от суммарного расхода этой воды и горючего, подают на регенеративное охлаждение огневого днища смесительной головки камеры сгорания парогазогенератора с последующим ее впрыском через выдвинутые в камеру сгорания форсунки, установленные на огневом днище, а остальную часть воды, впрыскиваемой в высокотемпературные продукты сгорания в камере смешения, подают в виде пучков капель, равномерно распределенных по поперечному сечению высокотемпературных продуктов сгорания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к конструкциям парогенераторов. Задачей изобретения является упрощение осуществления способа и упрощение конструкции устройства. Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе получения пара, включающем горение топлива, контактирование газообразных продуктов горения топлива с водосодержащей средой и отвод образующегося пара, в качестве топлива используют смесь водорода с кислородом или с воздухом при соотношении водорода и кислорода в указанной смеси, обеспечивающем ее горение в режиме взрыва, обеспечивают контактирование газообразных продуктов горения топлива с водосодержащей средой путем их ввода под поверхность водосодержащей среды с образованием в ней парогазовых пузырей и последующим выделением из указанных пузырей пара при достижении ими поверхности водосодержащей среды. Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в устройстве для получения пара, содержащем по меньшей мере одну камеру сгорания, снабженную выпускным отверстием, узел подвода топлива в камеру сгорания, узел воспламенения топлива, камеру испарения, сообщенную через выходное отверстие с камерой сгорания, согласно изобретению узел подвода топлива включает узел подвода водорода и узел подвода кислорода или воздуха, камера испарения изготовлена в виде закрытого сверху резервуара, выполненного с возможностью заполнения его нижней части водосодержащей средой, при этом в камере испарения установлена по меньшей мере одна открытая с двух концевых участков отводная труба, один концевой участок которой сообщен с выпускным отверстием камеры сгорания, а другой концевой участок расположен в резервуаре таким образом, что он оказывается заглубленным по отношению к поверхности заполняющей резервуар водосодержащей среды. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх