Горелка регулируемая газовая теплозащищенная универсальная

Изобретение относится к горелочным устройствам инжекционного типа, может быть использовано в аппаратах для сжигания газообразных топлив, установленных в промышленных печах и других теплотехнических устройствах различного назначения, и обеспечивает при его использовании повышение эффективности работы горелки, качество и полноту сжигания топлива, снижение содержания СО и NO в продуктах сгорания. Указанный технический результат достигается в горелке, содержащей цилиндрический корпус с заслонкой, коаксиальный ему кольцевой газовый коллектор с двумя сопрягаемыми по цилиндрической поверхности и коаксиальных коллектору поворотными магазинами с рядами равномерно расположенных идентичными друг другу группами разнокалиберных сменных сопел, каналы которых направлены под острым углом к оси горелки, трубопроводы подачи газа, воздуховод, образованный центральным отверстием кольцевого газового коллектора, и в нем управляемый завихритель, при этом радиальные поворотные лопатки завихрителя закреплены на оси завихрителя, установленной на резьбе в центральной втулке заслонки, а стержневой поводок лопаток, параллельный их оси поворота, сопряжен с кольцевой проточкой центральной втулки, и направление поворота лопаток обратно направлению резьбы центральной втулки, кроме того, горелка содержит поворотную втулку с поводком, щитком и фиксатором, скрепленную с внутренним магазином и посаженную с возможностью перемещения по оси в центральное отверстие коллектора, прижимную втулку, посаженную в поворотную втулку с фиксацией от проворота относительно коллектора и прижимающую через межвтулочную разрезную кольцевую шпонку посредством гайки с поводком, щитком и фиксатором оба магазина к коническому торцу коллектора с двумя рядами отверстий, выполненных в нем в количествах соответствующих количеству групп сопел в ряду, причем один ряд отверстий сдвинут по окружности относительно другого, внешний магазин оснащен поводком со щитком и фиксатором, кроме того, корпус горелки состоит из стянутых фланцевым соединением с тепловым барьером конической проставки и цилиндрического оголовка с установленной на входе торцевой заслонкой с радиальными поворотными створками, во фланцевом соединении установлены защитный экран с зазором S₀ между ним и образующей конической проставки в комплекте с маской, хромированной со стороны факела и покрывающей теплоизолирующий слой на экране, и дефлектор, причем в комплекте выполнены отверстия, расположенные по осям, соответствующим осям сопел, а площадь зазора S₀ соответствует сумме площадей S₁ зазоров между коллектором и оголовком и S₂ между экраном и магазинами. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к горелочным устройствам инжекционного типа, предназначенным для сжигания газообразных топлив, и может быть применено в печах и других теплотехнических устройствах различного назначения.

Известна горелка ГП-2 (ТУ-26-02-68-78, каталог "Горелки для трубчатых печей" ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва, 1985 г.), содержащая корпус с веерной заслонкой, коаксиальный к нему кольцевой газовый коллектор с двумя рядами сопел, коаксиальных оси горелки, воздуховод с установленной внутри него жидкостной форсункой, завихрителем, заслонкой и трубопроводом подвода газа.

Недостатками известной горелки являются:

- невозможность использования в качестве топлива тепло-неустойчивых природных газов, склонных к пиролизу из-за перегрева их при теплообмене с коллектором, нагревающимся за счет лучистого теплообмена от пламени горящего газа. Коллектор нагревается значительно выше температуры пиролиза газа. Температура газа повышается до критической величины. Происходит пиролиз газа с образованием сажи, забивающей сопла. Очистка сопел в этом случае возможна лишь при остановке печи и демонтаже горелки;

- расположение сопел коаксиально оси горелки и, как следствие, увеличенная длина факела пламени;

- ограниченность максимального раскрытия по величине площади прохода веерной заслонки не более 40-45 процентов от площади воздуховода, что значительно сужает потенциальные возможности горелки по увеличению мощности из-за недостатка воздуха;

- невозможность регулирования мощности горелки путем замены сопел на соответствующие требованию без полного демонтажа горелки и остановки печи;

- конструкцией горелки не предусмотрена возможность оперативной перенастройки ее для работы на газе с давлением, величина которого аварийно или же планово на время снизилась с тем, чтобы не допустить резкого падения уровня мощности горелки, обеспечивающего нормальное функционирование теплотехнического устройства. Это отсутствие универсальности горелки, т.е. способности ее работать на газе с давлением, изменяющимся в широком диапазоне величин, и возможности оперативной перенастройки работы значительно снижает эффективность ее применения;

- отсутствие конструктивно возможных решений в устройстве горелки, потенциально направленных на снижение уровня шума ее работы.

Известна горелка газовая многорежимная теплозащищенная (патент N 2262637 C1 от 20.10.2005, МПК F23D 14/02), содержащая корпус с заслонкой, коаксиальный ему кольцевой газовый коллектор с одним рядом сменных сопел, каналы которых направлены под острым углом к оси горелки, трубопроводы подачи газа, воздуховод, образованный центральным каналом кольцевого газового коллектора, и в нем управляемый завихритель, защитный экран перед коллектором, установленный перед ним со стороны факела с осевым зазором S₁, развитый торец коллектора в виде кольцевого козырька в качестве диафрагмы, при этом радиальный зазор S₂ между торцом и корпусом равен по величине зазору S₁ и половине величины радиальных зазоров: между коллектором и корпусом S₀ и между корпусом и экраном S₃, кроме того, радиальные поворотные лопатки завихрителя закреплены на оси завихрителя, установленной на резьбе в центральной втулке заслонки, а стержневой поводок лопаток, параллельный оси их поворота, сопряжен с кольцевой проточкой центральной втулки, причем направление поворота лопаток обратно направлению винтовой линии резьбы.

Известная горелка имеет ряд недостатков:

- сложность конструкции сменных сопел и большая трудоемкость их изготовления, затрудненная герметизация места сопряжения сопел и коллектора;

- сложность регулирования мощности горелки за счет значительного числа демонтажных и монтажных операций по замене сменных сопел;

- невозможность достижения максимальной, потенциально возможной по калибру горелки величины расхода воздуха через заслонку, в частности аналог горелки имеет недостаток необходимого расхода воздуха для достижения потенциально возможной по калибру максимальной мощности горелки;

- загромождение коллектором калибра горелки, что ограничивает потенциально достижимую ею мощность;

- возможность перегрева коллектора, чреватого пиролизом газа при минимальном его расходе, обусловленного вторичным лучистым теплообменом от экрана и теплопередачей от диафрагмы, перегретых прямым воздействием лучистой энергией пламени, в сочетании с недостаточным охлаждением их воздухом, при малом расходе его, стехиометрически соответствующем малому расходу газа;

- возможность локального перегрева коллектора за счет теплопередачи от диафрагмы;

- возможность неопределенного направления разворота поворотных лопаток в момент вывода их из положения максимального угла поворота, соответствующего нахождению оси стержневых поводков в плоскости, проходящей через ось горелки, при вращении полой оси в необусловленном инструкцией направлении;

- отсутствие универсальности в работе горелки, т.е. ее способности работать в широком диапазоне изменения величины давления газа и возможности оперативно перенастроить работу адекватно изменяющимся условиям;

- нет конструктивно возможных решений в устройстве горелки потенциально направленных на снижение уровня шума работы горелки;

- конструкция сопел ограничивает максимально достижимую величину площади их проходных сечений.

Известная горелка наиболее близка по технической сущности и достигаемым техническим результатам заявленному изобретению и принята за прототип.

Технической задачей изобретения является горелка, регулируемая газовая теплозащищенная универсальная, конструкция которой предотвращает перегрев подводимого к соплам газа за счет оптимальной защиты коллектора от лучистого теплового воздействия факела пламени и упрощает процесс регулирования мощности горелки за счет устранения демонтажных и монтажных операций по съему и замене сменных сопел, выполняемых оперативно в процессе ее эксплуатации, путем перестановки сменных сопел из имеющегося постоянно закрепленного их набора, расширяет диапазон регулирования мощности горелки путем повышения величины максимально достижимого расхода воздуха, возможного благодаря установке торцевой заслонки с радиальными поворотными створками, ликвидации загромождения коллектором калибра горелки, смены величины калибра путем перестановки из имеющегося их набора и увеличения общей площади проходных сечений сопел до максимально возможной величины, допускаемой конструкцией сопел и плотностью установки их максимального числа, в том числе путем установки дополнительного ряда сменных сопел. Увеличение числа сопел, расширение диапазона значений величины площади сопел в наборе обеспечивают универсальность работы горелки на газе с широким диапазоном изменения величины его давления, оперативность ее настройки на соответствующее значение давления, снижают уровень шума работы горелки за счет наложения разночастотных шумовых спектров соседних сопел, а также увеличивают эффективность и качество смешения воздуха и газа, полноту его сгорания, снижение содержания NO и СО в продуктах сгорания, повышают коэффициент инжекции воздуха струями газа из сопел, расширяют область применения горелок.

Техническая задача по горелке регулируемой газовой теплозащищенной универсальной, содержащей цилиндрический корпус с заслонкой, коаксиальный ему коллектор с одним рядом сменных сопел, каналы которых направлены под острым углом к оси горелки, трубопроводы подачи газа, воздуховод, образованный центральным отверстием коллектора, и в нем управляемый завихритель, защитный экран, при этом радиальные поворотные лопатки завихрителя закреплены на оси завихрителя, установленной на резьбе в центральной втулке заслонки, а стержневой поводок лопаток, параллельный их оси поворота, сопряжен с кольцевой проточкой центральной втулки, причем направление поворота лопаток обратно направлению резьбы центральной втулки решается согласно изобретению тем, что горелка включает два сопрягаемых по цилиндрической поверхности коаксиальных коллектору поворотных магазина, в которых установлены по ряду, в том числе второй дополнительный ряд, разнокалиберных сменных сопел, равномерно расположенных идентичными друг другу, группами в количестве, соответствующем заданной инвариантности величины диаметра d канала сопел в группе, поворотную втулку с поводком, шторкой и фиксатором, скрепленную с внутренним магазином и посаженную с возможностью перемещения по оси в центральное отверстие коллектора, прижимную втулку, посаженную в поворотную втулку с фиксацией от проворота относительно коллектора и прижимающую со стороны факела, через межвтулочную разрезную кольцевую шпонку, посредством гайки с поводком, шторкой и фиксатором оба магазина к коническому торцу коллектора с двумя рядами отверстий, выполненных в нем в количествах, соответствующих количеству групп сопел в ряду, в сопряжение с которыми попеременно устанавливаются сменные сопла одинакового калибра в группах при повороте магазинов, причем один ряд отверстий сдвинут по окружности относительно другого на половину углового шага, при этом внешний магазин оснащен поводком со шторкой и фиксатором, оси каналов всех сменных сопел сходятся в одной точке на оси горелки, кроме того, корпус горелки состоит из стянутых фланцевым соединением, с тепловым барьером, конической проставки и цилиндрического оголовка, с установленной на входе торцевой заслонкой с радиальными поворотными створками, во фланцевом соединении установлены защитный экран с зазором S₀ между ним и образующей конической проставки, в комплекте с маской, хромированной со стороны факела и покрывающей теплоизолирующий слой на экране и дефлектор, причем в комплекте экрана выполнены отверстия, расположенные по осям, соответствующим осям каналов сопел в момент их сопряжения с отверстиями торца коллектора, величина зазора S₀ соответствует сумме площадей проходов между коллектором и оголовком S₁, между экраном и магазинами S₂.

Также горелка включает спицы с насаженными на них поворотными лопатками, крепящими ось завихрителя в прижимной втулке, в которой выполнены радиальные отверстия, вентилирующие межвтулочную полость, при этом зазор между торцом коллектора и магазинами, обусловленный вкладышами из фторопласта или отожженной меди, вставленными в отверстия торца коллектора, вентилируются через отверстия в месте скрепления поворотной втулки и внутреннего магазина, причем центральная втулка торцевой заслонки выполнена с возможностью вращения и состоит из головки и ползунка с кольцевой проточкой, посаженного на резьбу оси завихрителя с возможностью осевого перемещения относительно головки, связанной кинематически с ползунком передачей крутящего момента сопрягаемыми торцевыми кулачками головки и ползунка, и посаженной в венец, закрепленный в оголовке спицами, с насаженными на них радиальными поворотными створками, разбитыми на пары, связанные в них, левая и правая, синхронным поворотом в противоположных направлениях от перемещения ползуна, посаженного на венец, при этом створки усечены по ширине вдоль оси поворота. Кроме того, индивидуальные величины диаметров d каналов сопел одного калибра в группах отличаются от номинала и друг от друга в пределах величины, равной двум ÷ трем величинам допуска на изготовление d, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, причем сопла с этими отличиями относительно номинала и сопла номинального диаметра d равномерно чередуются в ряду однокалиберных сопел.

Изобретение поясняется чертежами

Фиг.1 - Общий вид горелки сечения А-А;

Фиг.2 - Вид Б на горелку со стороны торцевой заслонки;

Фиг.3 - Выноска В с фиг.1, место скрепления поворотной втулки с внутренним магазином;

Фиг.4 - Сечение Д-Д с фиг.2, поводок, шторка и фиксатор поворотной втулки;

Фиг.5 - Сечение Г-Г с фиг.2, поводок со шторкой и фиксатором внешнего магазина;

Фиг.6 - Сечение Е-Е с фиг.2, фланцевое соединение с тепловым барьером;

Фиг.7 - Сечение Ж-Ж с фиг.2, крепление шторки поводка гайки к оголовку.

Горелка регулируемая газовая теплозащищенная универсальная - ГРГТУ-1 (в дальнейшем тексте - «горелка») (см. фиг.1, 2) содержит корпус 1, состоящий из цилиндрического оголовка 2 и конической тонкостенной проставки 3 с патрубком 4 для установки запального устройства и узла контроля пламени. Оголовок 2 и проставка 3 (см. фиг.6) соединяются фланцевым соединением 5 с тепловым барьером, состоящим из прокладки 6, болтовых втулок 7, болтовых прокладок 8 из теплоизолирующего материала, предназначенным для снижения величины потока теплопередачи от нагретой тонкостенной проставки 3 к оголовку 2. В цилиндрическом оголовке 2 с радиальным зазором S₁ установлен коаксиальный ему газовый кольцевой коллектор 9, закрепленный в нем трубопроводами подачи газа 10. Благодаря конусности проставки 3 устранено загромождение коллектором 9 калибра "Д" горелки. В центре отверстия коллектора 9 расположен воздуховод 11 и в нем управляемый завихритель с радиальными поворотными лопатками 12. К коническому торцу 13 коллектора 9 прижаты коаксиальные ему поворотные внутренний 14 и внешний 15 магазины. В центральное отверстие коллектора 9 с возможностью перемещения по оси посажена поворотная втулка 16 с закрепленным на ней внутренним магазином 14. В поворотную втулку 16 посажена прижимная втулка 17 с гайкой 18. Магазин 15 посажен на цилиндрическую поверхность магазина 14. Таким образом, магазины 14, 15 сцентрированы относительно друг друга, а также относительно оси горелки. Магазины 14, 15 прижаты к коническому торцу 13 коллектора 9 с помощью гайки 18 с поводком 19, оснащенным фиксатором 20 со щитком 21 (см. фиг.7), перекрывающим доступ внутрь оголовка 2. В торце 13 коллектора 9 выполнены два ряда отверстий 22, 23, сдвинутых в окружном направлении относительно друг друга на половину углового шага. В отверстия 22, 23 посажены вкладыши 24, 25 в виде патрубков с фланцами, из фторопласта или отожженной меди для обеспечения герметичности между торцом 13 и магазинами 14, 15.

В магазинах 14, 15 выполнены по ряду равномерно расположенных по окружности отверстий 26, 27, поочередно сопрягаемых с отверстиями 22, 23 в торце 13. В отверстия 26, 27 ввинчены сменные сопла 28, 29, распределенные по идентичным друг другу группам в количестве, соответствующем заданной инвариантности диаметра d канала сменных сопел 28, 29 в группе. Количество отверстий 22, 23 в ряду соответствует количеству групп, а общее количество отверстий 26, 27 в ряду соответствует количеству групп в ряду, помноженному на количество отверстий 26, 27 в группе. Внешний магазин 15 (см. фиг.5) оснащен поводком 30 со щитком 31 и фиксатором 32, фиксирующим угловой поворот магазина 15 через каждый угловой шаг между отверстиями 27. Поворотная втулка 16 с магазином 14 (см. фиг.4) оснащена поводком 33 со щитком 34 и фиксатором 35, фиксирующим угловой поворот магазина 14 через каждый угловой шаг между отверстиями 26. Скрепление поворотной втулки 16 с магазином 14 (см. фиг.3) имеет отверстия 36, через которые вентилируется зазор между магазинами 14, 15 и торцом коллектора 9, обусловленный вкладышами 24, 25. При повороте магазинов 14, 15 каждое из очередных выбранных в группах отверстий 26, 27 в рядах становятся в сопряжение с отверстиями 22, 23 в рядах в торце 13. Оси каналов d сопел 28 направлены под острым углом α₁ к оси горелки в точку на оси, в ту же точку под острым углом α₂ направлены оси каналов d сопел 29. Во внешнем магазине 15 сгруппированы сменные сопла 29 с инвариантностью d их каналов средних и малых калибров, во внутреннем магазине 14 сгруппированы сменные сопла 28 с инвариантностью d их каналов больших калибров. Перед магазинами 14, 15 со стороны факела через зазор S₂ закреплены во фланцевом соединении 5 защитный экран 37 в комплекте с маской 38, покрывающей со стороны факела теплозащитный слой 39 из теплоизолирующего материала, и дефлектор 40. В комплекте выполнены два ряда отверстий 41, 42, расположенных соответственно по осям отверстий каналов сопел 28, 29 в момент их сопряжения с отверстиями 22, 23 в торце 13, равных им по количеству в ряду. Поверхность маски 38 и поверхности торцов сопел 28, 29 отполированы и хромированы для повышения их отражающей способности. Диаметр дефлектора 40 меньше диаметра калибра горелки "Д", что позволяет отсечь часть потока в воздуховоде 11 и направить ее к магазинам 14, 15 в проходе S₂ и защитить от прямого лучевого воздействия факела нижний край внутреннего магазина 14. Теплозащитный слой 39 снижает величину вторичного лучевого воздействия от экрана 37 на магазины 14, 15. В торце оголовка 2 установлена торцевая заслонка 43, венец 44 которой закреплен спицами 45 в оголовке 2. На спицах 45 установлены разбитые на пары, радиальные поворотные левые 46 и правые 47 створки, связанные в них синхронным поворотом в противоположных направлениях от перемещения ползуна 48, посаженного на венец 44. Створки 46 и 47 усечены по ширине вдоль оси. Ползун 48 сопряжен с венцом 44 через резьбовую гильзу 49, имеющую внутреннюю правую резьбу и внешнюю левую резьбу. На ползуне 48 закреплена опора 50, имеющая стояки 51, связанные тягами 52 с поводками 53 створок 46 и 47. При вращении гильзы 49 за шлицы 54 ползун 48 перемещается, поворачивая створки 46 и 47. Защитный экран 37 установлен во фланцевом соединении 5 с зазором S₀ между ним и образующей конуса проставки 3. Зазор S₀ по величине соответствует сумме площадей зазоров S₁ и S₂. Индивидуальные величины диаметров d каналов сопел 28 и 29 одного калибра в группах отличаются от номинала и друг от друга в пределах величины, равной 2÷3 величинам допусков на изготовление, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, причем сопла 28 и 29 с этими отличиями от номинала и сопла 28, 29 с номинальными d равномерно чередуются в ряду однокалиберных сопел 28, 29. В воздуховоде 11 в прижимной втулке 17, зафиксированной от проворота относительно коллектора 9 штифтами 55, на спицах 56, с насаженными на них радиальными поворотными лопатками 57, ввернутых на резьбе в венец оси 58, закреплен управляемый завихритель 12. В прижимной втулке 17 имеются радиальные отверстия 59, вентилирующие межвтулочную полость 60. Межвтулочная разрезная кольцевая шпонка 61 служит для передачи осевого усилия от прижимной втулки 17 поворотной втулке 16. Центральная втулка 62 торцевой заслонки 43 установлена с возможностью вращения в венец 44 и зафиксирована в ней шлицевым диском 63, с возможностью передачи от него крутящего момента центральной втулке 62. Ось 58 закреплена в осевом направлении в центральной втулке 62, которая выполнена составной из головки 64 и ползунка 65, навернутого по резьбе на ось 58. Головка 64 и ползунок 65 с кольцевой проточкой 66 связаны кинематически, с возможностью осевого перемещения ползунка 65 относительно головки 64, передачей крутящего момента сопрягаемыми торцевыми кулачками 67 головки 64 и 68 ползунка 65. С кольцевой проточкой 66 сопряжены стержневые поводки 69 поворотных лопаток 57. При вращении шлицевого диска 63 ползунок 65, вращаясь, перемещается по оси 58, увлекая поводки 69 лопаток 57, поворачивает их.

Направление резьбы оси 58 обратно направлению поворота лопаток 57, если смотреть на них по оси спицы 56 к периферии от центра. Осевое перемещение ползунка 65 - h ограничено, и крайнее левое положение его определяет максимальный поворот лопаток 57 относительно оси горелки, правое - крайнее положение по оси горелки.

Горелка работает следующим образом: воздух за счет эжектирующего действия струй газа из сменных сопел 28, 29 и печной тяги поступает через открытую торцевую заслонку 43 в горелку, обтекает коллектор 9 через проход - S₁ и воздуховод 11, охлаждая его, смешивается с газом, который сгорает в пламени и факелом подается в печь. Воздух, протекающий через воздуховод 11, является первичным, протекающий через зазоры S₁, S₂ и далее вместе через зазор S₀ - вторичным, и служит не только для поддержания горения газа, но и для защиты и охлаждения корпуса 1, стенок амбразуры печи, на которой устанавливается горелка. Поток первичного воздуха, проходящего через воздуховод 11, закручивается в управляемом завихрителе 12 и вступает в аэродинамическое взаимодействие с вторичным потоком, с радиально-осевыми струями газа из сопел 28, 29 перемешивается с ними, образуя газовоздушную смесь, горящим факелом через амбразуру, поступающую в печь.

Воздух через торцевую заслонку 43 поступает в горелку по оси незакрученным потоком, что обусловлено синхронным поворотом левых 46 и правых 47 створок в парах, в противоположных направлениях. Усечение по ширине створок 46, 47 вдоль оси предназначено для охлаждения неработающей горелки при закрытой торцевой заслонке 43. Воздух через усечения створок 46, 47 под воздействием только печной тяги поступает в горелку и охлаждает ее. Применение большого количества сопел 28, 29, обеспечиваемое максимально возможным по конструкции горелки плотным их размещением, позволяет создать максимально большой резерв площади проходных каналов d сопел 28, 29, что создает возможность работы горелки при сниженном давлении газа подключением резерва проходной площади сопел 28, 29. То есть обеспечивает универсальность горелки, способной работать и на пониженных давлениях, не снижая уровень выдаваемой мощности. Возможность замены сменных сопел 28, 29 поворотом магазина 14, 15 на сопла 28, 29 большого "резервного" диаметра d проходных каналов обеспечивает оперативность перенастройки горелки при аварийном или плановом, временном падении давления. Кроме того, большой выбор величин диаметров d повышает тонкость настройки на необходимый режим. Большое количество струй газа резко повышает площадь поверхности взаимодействия активных инжектирующих струй газа и пассивного инжектируемого потока воздуха, что выражается в повышении эффективности и росте коэффициента инжекции процесса смешения. Кроме прочего различие индивидуальных величин диаметра d проходных каналов однокалиберных работающих сопел 28, 29 от номинала в пределах величины, равной 2÷3 величинам допуска на изготовление их, и равномерное чередование номинальных и "отличающихся" в ряду задействованных однокалиберных сопел 28, 29 является гарантией предотвращения резонансных звуковых явлений и снижает уровень шума, поскольку звуки, генерируемые струями газа из различных по величине d соседних сопел 28, 29 различной частоты, налагаются и взаимно гасят друг друга, тем самым снижая общий уровень шума горелки. К тому же уровень шума от маленькой отдельной струи меньше, чем от большой, и сумма уровней шума от большого количества струй гораздо меньше, чем от большой струи с расходом, равным сумме расходов малых струй. Вторичные потоки воздуха из прохода S₁ и прохода S₂, отсекаемый дефлектором 40 от первичного потока и подаваемый в зазор между магазинами 14, 15 и экраном 37 и к тому же форсируемый инжекцией струй газа из сопел 28, 29, сливаются (сходятся) в проходе S₀ в единый вторичный поток, инжектируемый струями газа из сопел 28, 29, и смешивается с завихренным первичным потоком из воздуховода 11. Струи газа достигают центра амбразуры печи, где размываются и смешиваются с единым потоком воздуха, что способствует более равномерному перемешиванию газовоздушной смеси.

Пониженное давление в центре потока смеси, обусловленное центробежными силами, способствует притоку возвратными течениями сюда вторичного воздуха, который, примешиваясь к потоку, способствует дожиганию несгоревших остатков газа, тем самым обеспечивая повышенные качество и полноту сгорания газа, и снижение содержания СО и NO в продуктах сгорания. Интенсивность смешивания газа с воздухом определяется величиной закрутки потока воздуха, проходящего через управляемый завихритель 12, и, тем самым, задается длина факела пламени горелки. Это объясняется тем, что чем выше интенсивность смешивания, тем раньше, ближе по потоку к соплам 28, 29, образуются локальные зоны газовоздушной смеси с соотношением газа и воздуха близким к стехиометрическому, тем раньше по потоку происходит воспламенение смеси, тем и короче факел. Изменением угла разворота поворотной лопатки 57 можно изменить степень закрутки потока воздуха, то есть длину факела.

Направление струй газа из сопел 28, 29 под острыми углами α₁, α₂ к оси горелки значительно увеличивает интенсивность смешивания газа и воздуха. Это объясняется тем, что смешивание происходит не только при попутном движении струй газа и воздуха по осевым составляющим векторов их скоростей, но и при поперечном столкновении струй при движении газа по осевой, а воздуха по окружной составляющей их векторов скорости и при встречном столкновении струй газа и воздуха при движении по радиальным составляющим их векторов скоростей, что является наиболее эффективным способом смешивания.

Сам метод подачи газа многими струями, равномерно распределенными по окружности и радиусу, изначально является самым эффективным способом смешивания воздуха и газа. Размещение сопел 28 большого калибра на внутреннем магазине 14 способствует лучшему смешиванию воздуха и газа, поскольку мощным струям газа из сопел 28 крупного калибра будет соответствовать часть потока воздуха, ближняя к центру, с большей энергетикой, чем часть потока у периферии с уже частично потраченной энергетикой.

Торцевой заслонкой 43 можно регулировать расход воздуха. Расход газа можно регулировать не только изменением его давления, но и сменой сопел 28, 29, для чего поводком 19 отворачивают гайку 18, которая, упираясь в упорное кольцо 70, сдвигает прижимную втулку 17, а через кольцевую шпонку 61 и поворотную втулку 16 с магазином 14. Сила прижима магазина 15 к торцу 13 коллектора 9 ослабевает. Поводками 30 и 33 поворачивают отжатые магазины 15 и 14 на необходимый угол, сопрягая сопла 28, 29 необходимого калибра с отверстиями 22, 23. Затем гайкой 18 поджимают магазины 14, 15 к торцу 13, создавая необходимую герметичность между коллектором 9, вкладышами 24, 25 и магазинами 14, 15. Поводки 19, 30, 33 стопорятся фиксаторами 20, 32, 35 соответственно.

Теплозащита горелки включает защиту коллектора 9 экраном 37 от лучевого теплообмена с факелом и охлаждение его воздухом, а также охлаждение воздухом вторичного потока стенок корпуса 1 амбразуры печи.

Маска 38 за счет отражения значительной части лучистой энергии факела ее поверхностью и теплозащитный слой 39 предотвращают перегрев экрана 37, что значительно снижает вероятность вторичного лучистого теплообмена с ним магазинов 14, 15 и коллектора 9.

Первичный воздух через отверстия 59 в прижимной втулке 17 за счет центробежных сил во вращающемся потоке воздуха и перепада давлений потока воздуха на лопатках 57 завихрителя 12 вентилирует полость 60 между втулками 16, 17. Аналогичным образом, первичный воздух через отверстия 36 вентилирует зазор между магазинами 14, 15 и коллектором 9. Так же за счет центробежных сил и эжектирующего воздействия струй газа из сопел 28, 29 прокачивается первичный воздух через зазор 82 между магазинами 14, 15 и экраном 37. Таким образом, не только коллектор 9, но и магазины 14 и 15, как звено в цепи теплопередачи от факела к коллектору 9, обдуваются охлаждающими потоками воздуха, что позволяет эффективно охлаждать магазины 14, 15, в том числе, и сменные сопла 28, 29.

Первичный воздух, протекая по воздуховоду 11, охлаждает прижимную втулку 17, что, учитывая наличие охлаждаемой полости 60 между втулками 16, 17, значительно ограничивает поток теплопередачи к коллектору 9 от прижимной втулки 17, нагретой косыми лучами от пламени.

Универсальность горелки заключается в осуществлении возможности подачи воздуха в нее в количестве, полностью удовлетворяющем максимально возможные потребности горелки, определяемые ее калибром, что выгодно отличает заявленную горелку от аналогов и прототипа, и в возможности использовать газ с давлением самого широкого диапазона величин в количестве, удовлетворяющем потребности горелки.

Использование данного изобретения позволит создать горелку с повышенными: эффективностью, качеством и полнотой сгорания газа и с возможностью в широком диапазоне регулировать ее мощность. Горелка проста и надежна в обслуживании и регулировании, не сложна по конструкции, технологична в изготовлении.

1. Горелка регулируемая газовая теплозащищенная универсальная, содержащая цилиндрический корпус с заслонкой, коаксиальный ему кольцевой газовый коллектор с двумя сопрягаемыми по цилиндрической поверхности и коаксиальных коллектору поворотными магазинами с рядами равномерно расположенных идентичными друг другу группами разнокалиберных сменных сопел, каналы которых направлены под острым углом к оси горелки, трубопроводы подачи газа, воздуховод, образованный центральным отверстием кольцевого газового коллектора, и в нем управляемый завихритель, при этом радиальные поворотные лопатки завихрителя закреплены на оси завихрителя, установленной на резьбе в центральной втулке заслонки, а стержневой поводок лопаток, параллельный их оси поворота, сопряжен с кольцевой проточкой центральной втулки, и направление поворота лопаток обратно направлению резьбы центральной втулки, кроме того, горелка содержит поворотную втулку с поводком, щитком и фиксатором, скрепленную с внутренним магазином и посаженную с возможностью перемещения по оси в центральное отверстие коллектора, прижимную втулку, посаженную в поворотную втулку с фиксацией от проворота относительно коллектора и прижимающую через межвтулочную разрезную кольцевую шпонку посредством гайки с поводком, щитком и фиксатором оба магазина к коническому торцу коллектора с двумя рядами отверстий, выполненных в нем в количествах, соответствующих количеству групп сопел в ряду, причем один ряд отверстий сдвинут по окружности относительно другого, внешний магазин оснащен поводком со щитком и фиксатором, кроме того, корпус горелки состоит из стянутых фланцевым соединением с тепловым барьером конической проставки и цилиндрического оголовка с установленной на входе торцевой заслонкой с радиальными поворотными створками, во фланцевом соединении установлены защитный экран с зазором S₀ между ним и образующей конической проставки в комплекте с маской, хромированной со стороны факела и покрывающей теплоизолирующий слой на экране, и дефлектор, причем в комплекте выполнены отверстия, расположенные по осям, соответствующим осям сопел, а площадь зазора S₀ соответствует сумме площадей S₁ зазоров между коллектором и оголовком и S₂ между экраном и магазинами.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что включает спицы с насаженными на них поворотными лопатками, крепящими ось завихрителя в прижимной втулке, в которой выполнены радиальные отверстия для вентиляции межвтулочной полости, при этом центральная втулка торцевой заслонки выполнена с возможностью вращения и состоит из головки и ползунка с кольцевой проточкой, посаженного на резьбу оси завихрителя с возможностью осевого перемещения относительно головки, кинематически связанной с ползунком передачей крутящего момента сопрягаемыми торцевыми кулачками головки и ползунка и посаженной в венец торцевой заслонки, закрепленный в оголовке спицами с насаженными на них разбитыми на пары радиальными поворотными левыми и правыми створками, связанными синхронным поворотом в противоположных направлениях от перемещения ползунка, посаженного на венец торцевой заслонки.