Фурма для подачи акустически возбужденных газовых струй в рабочее пространство энерготехнологических агрегатов

Изобретение относится к области энерготехнологий и может быть использовано для осаждения пыли из газовых потоков и интенсификации тепломассообменных процессов и процессов горения в энерготехнологических агрегатах. Фурма содержит корпус с водяным охлаждением и сопло фурмы для выхода озвученного газа. Внутри фурмы на одной оси с ней расположен газовый струйный акустический излучатель, состоящий из сопла, резонатора и рефлектора. Расстояние от торца резонатора до выходного сечения сопла фурмы составляет 4-5 диаметров резонатора. Выходное сечение сопла фурмы имеет различную ориентировку относительно ее продольной оси в диапазоне угла 0-45° между осью фурмы и осью ее сопла. Использование изобретения обеспечивает уменьшение габаритов и стоимости фурмы и снижение требуемых расходов газовой среды на создание звуковых колебаний. 2 ил.

 

Изобретение относится к области энерготехнологий и может быть использовано для осаждения пыли из газовых потоков и интенсификации тепломассообменных процессов и процессов горения в энерготехнологических агрегатах.

Известна конструкция фурмы для подачи акустически возбужденных газовых струй в рабочее пространство плавильных печей [1]. В этой фурме установлен газоструйный излучатель, имеющий сопло для выхода газа, резонатор и рефлектор, что обеспечивает создание звуковых акустических колебаний в исходящем в рабочее пространство газовом озвученном потоке. Однако недостатком конструкции является расположение оси, связывающей сопло и резонатор, перпендикулярно исходящему озвученному потоку газовой среды. Это приводит к усложнению конструкции излучателя, увеличению его габаритов, а главное к невозможности размещения резонатора вблизи выходного сечения сопел исходящего озвученного газа. При этом излучатель вынуждены выносить за пределы конструкции фурмы, создавать дополнительный газопроводящий тракт на пути от излучателя до выхода озвученного газа из сопла фурмы, что приводит к значительным потерям энергии звуковых колебаний в этих подводящих газопроводах.

Технической задачей настоящего изобретения является снижение потерь энергии звуковых колебаний при вводе в рабочее пространство, уменьшение габаритов и стоимости фурмы и снижение требуемых расходов газовой среды на создание звуковых колебаний.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что фурма для подачи акустически возбужденных газовых струй в рабочее пространство энерготехнологических агрегатов, включающая корпус с водяным охлаждением, газовый струйный акустический излучатель, состоящий из сопла, резонатора и рефлектора, подводящий трубопровод и сопло фурмы для выхода озвученного газа, отличается тем, что газовый струйный акустический излучатель расположен внутри фурмы на одной оси с ней, а расстояние от торца резонатора до выходного сечения сопла фурмы составляет 4-5 диаметров резонатора, при этом выходное сечение сопла фурмы имеет различную ориентировку относительно ее продольной оси в диапазоне угла 0÷45° между осью фурмы и осью ее сопла.

Таким образом, основной особенностью предлагаемого устройства является максимальная приближенность газового струйного акустического излучателя (в дальнейшем акустического излучателя) к выходному соплу фурмы. Как известно, при движении в газопроводе потери акустической энергии вдоль газового тракта пропорциональны длине этого участка газопровода. При расположении акустического излучателя на входе в фурму, как это имеет место в аналоге [1], происходят значительные потери акустической энергии. Это снижает эффект воздействия акустических волн на процессы пылеосаждения, интенсификацию процессов тепломассообмена, приводит к необходимости увеличивать расходы рабочих газовых сред (компрессорного воздуха, кислорода и т.д.) для достижения соответствующего эффекта.

Расположение же оси акустического излучателя на одной оси с осью фурмы позволяет, с одной стороны, максимально приблизить излучатель к выходному сечению сопла фурмы, а с другой, обеспечивает лишь небольшое увеличение габаритов излучателя и соответственно фурмы. Конструктивно предлагаемое расположение излучателя обеспечивает возможность расположения торца резонатора на расстоянии Lв=4-5 диаметров резонатора dp от выходного сечения сопла фурмы, т.е. Lв=(4-5)dp (см. фиг.1, 2). При таком взаимном расположении излучателя и выходного сечения сопла фурмы потери акустической энергии практически сводятся к нулю.

Выходное сечение сопла фурмы имеет различную ориентировку относительно продольной оси фурмы. Это зависит от расположения самой фурмы относительно поверхности, с которой взаимодействует струя, выходящая из сопла фурмы. Так, например, при расположении оси фурмы перпендикулярно поверхности (на своде печи) и задаче взаимодействия с потоком пыленесущего газа для осаждения пыли на поверхность ванны металла наилучший угол между осью фурмы и осью выходного сопла составляет α=45° [2, 3]. При этом поток озвученного газа, истекающего из сопла фурмы, взаимодействует с потоком пыленесущего газа и одновременно обеспечивает осаждение коагулированных частиц пыли на поверхность ванны. При торцевом расположении фурмы ее лучшее взаимодействие с потоком газа обеспечивается при совпадении оси фурмы и сопла фурмы, т.е. при α=0. Может быть обеспечено и промежуточное расположение оси выходного сопла - в пределах α=0-45° между осью фурмы и осью ее сопла (см. фиг.1 и 2).

На фиг.1 и 2 представлено устройство фурмы для подачи акустически возбужденных газовых струй в рабочее пространство энерготехнологических агрегатов.

Оно включает водоохлаждаемый корпус 1, трубопровод для подачи рабочего газа (компрессорный воздух, кислород и др.), сопло 3, резонатор 4 и рефлектор 5 акустического излучателя, выходное сопло фурмы 6, корпус акустического излучателя 7, центровое устройство резонатора относительно корпуса акустического излучателя 8, подачу рабочего газа 9 и воды 10, отвод воды 11, патрубки для подачи воды 12 и отвода воды 13.

Устройство работает следующим образом. По трубопроводу 2 подается рабочий газ 9. Рабочий газ, истекая через сопло акустического излучателя 3, взаимодействует с резонатором 4, в результате чего формируется акустическое поле. Рефлектор 5 служит для обеспечения направленности звуковых волн вдоль оси акустического излучателя между внешним диаметром резонатора 4 и внутренним диаметром корпуса акустического излучателя 7. Далее акустически возбужденный газовый поток движется в направлении выходного сопла фурмы 6 и истекает из его выходного отверстия в рабочее пространство. Через трубопровод 12 и 13 осуществляется подвод 10 и отвод 11 воды, охлаждающей корпус 11 фурмы. Угол α между осью выходного сопла и сопла резонатора изменяется в пределах от 0° (фиг.1) до 45° (фиг.2).

В соответствии с рекомендациями [2] основные размеры устройства рассчитываются следующим образом.

Диаметр сопла акустического излучателя dc определяется исходя из формулы [2-4]

где Gг - расход рабочего газа; Kг - коэффициент пропорциональности; Рг и Тг - давление и температура торможения газа; ωс - площадь выходного сечения сопла резонатора.

Из формулы (1) получим

Площадь критического сечения выходного сопла 6 Лаваля принимается равной площади выходного сечения сопла резонатора. Диаметр выходного сечения сопла Лаваля принимается равным

где dкр=dc - диаметр критического сечения сопла Лаваля.

Диаметр резонатора принимается равным

Длина резонатора lр определяется требуемой частотой акустических колебаний и вычисляется по формуле (6)

Так как акустический газовый излучатель работает в основном в диапазоне частот 100-2000 Гц, то длина резонатора по формуле (6) может быть определена при средней частоте ν ≅ 1000 Гц.

Расстояние от выходного сечения сопла излучателя до входа в резонатор lc определяется соотношением

Диаметр корпуса излучателя dп определяется из условия равенства площади проходного сечения между внешней поверхностью резонатора диаметром резонатора dп и внутренней поверхностью корпуса излучателя ωп площади выходного сечения сопла излучателя ωс, т.е. условием

Расход рабочего газа Gг в соответствии с рекомендациями [3] принимается равным

Gг = 0,1÷0,12 Gпог,

где Gпог - расход основного (несущего) газового потока в рабочем пространстве энерготехнологического агрегата.

Пример расчета конструкции фурмы с акустическим излучателем.

Расход несущего потока газовой среды Gпог = 5000 м3/ч.

Тогда расход рабочего газа - компрессорного воздуха Gг = 0,1

Gпог = 0,1·5000 = 500 м3/4 (при н.у.) = 0,139 м/с.

Давление рабочего газа Рг = 0,4 МПа (4 атм), температура Тг=243 K.

Для компрессорного воздуха величина Kг=0,0404 K0,5 с/м [4].

Тогда по формуле (2)

и

Эта величина dc равна диаметру критического сечения сопла Лаваля на выходе фурмы dc = dкр = 13,7 мм.

Выходное сечение сопла Лаваля по формуле (4)

dт = 1,3dкр = 1,3·13,7 = 17,8 мм

Диаметр резонатора по формуле (5)

dp = 1,5dc = 1,5·13,7 = 20,6 мм

При частоте акустических колебаний ν = 2000 Гц по формуле (6) длина резонатора

Расстояние от выходного сечения сопла излучателя до входа в резонатор по формуле (7) при радиусе отражателя R=20 мм

По формуле (8) площадь проходного сечения между внешней поверхностью резонатора и внутренней поверхностью корпуса излучателя

ωп = ωс = 147,2 мм2

Тогда при внешнем диаметре резонатора

dвн.р = dp+4 = 20,6+4 = 24,6 мм

получаем диаметр внутренней поверхности корпуса излучателя

Расстояние от торца резонатора до выходного сечения сопла Lв принимаем из конструктивных соображений

Lв=5 dвн.p=5·24,6=123 мм

Тогда расстояние L от выходного сечения сопла акустического излучателя до выходного сечения фурмы

L = lc+lp+Lв = 11,7+85,4+123 = 220,1 мм

При вертикальном расположении фурмы (перпендикулярно поверхности ванны) принимаем угол α = 45°.

При горизонтальном расположении фурмы (параллельно поверхности ванны) принимаем угол α = 0°.

При произвольном расположении фурмы, например, под углом 20° к поверхности ванны, угол α может быть принят также α = 20°.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Лисиенко В.Г., Воронов Г.В., Засухин А.Л. и др. Способ комбинированной струйно-акустической интенсификации тепломассообмена в рабочем пространстве промышленных печей. Патент на изобретение РФ №2203327. Бюл. №12, 22.04.2003.

2. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Плавильные агрегаты: теплотехника, управление и экология. Справочное издание в 4-х книгах. Кн. 2 / Под ред. В.Г.Лисиенко. - М.: Теплотехник, 2005. - 912 с.

3. Гущин С.Н., Лисиенко В.Г., Кутьин В.Б. Моделирование и управление тепловой работой стекловаренных печей. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1997. - 398 с.

4. Теплотехнические расчеты металлургических печей. Учебное пособие / Б.И.Китаев, Б.Ф. Зобнин, В.Ф.Ратников и др. / Под ред. А.С.Телегина. - М.: Металлургия, 1970. - 528 с.

Фурма для подачи акустически возбужденных газовых струй в рабочее пространство энерготехнологических агрегатов, включающая корпус с водяным охлаждением, газовый струйный акустический излучатель, состоящий из сопла, резонатора и рефлектора, подводящий трубопровод и сопло фурмы для выхода озвученного газа, отличающаяся тем, что газовый струйный акустический излучатель расположен внутри фурмы на одной оси с ней, а расстояние от торца резонатора до выходного сечения сопла фурмы составляет 4-5 диаметров резонатора, при этом выходное сечение сопла фурмы имеет различную ориентировку относительно ее продольной оси в диапазоне угла 0÷45° между осью фурмы и осью ее сопла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в конструкциях газоотводящего тракта электродуговой печи. .

Изобретение относится к бескоксовой металлургии, в частности к устройствам для производства отливок, металлических порошков и гранул посредством восстановления металлов из металлсодержащего дисперсного оксидного сырья газообразными и дисперсными восстановителями в плазмохимических реакторах, основная доля энергии в которые вводится с помощью дугового разряда.

Изобретение относится к топливным печам, применяемым в металлургии и в машиностроении для нагрева металла перед обработкой давлением и для термообработки изделий.

Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к способу охлаждения фурмы, предназначенной для введения вещества в расплав и/или для измерения свойств расплава. .
Изобретение относится к нагреву металла под горячую деформацию и может быть использовано в термических печах периодического действия. .

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к фурме для обработки стали, подвергаемой в агрегатах с циркуляционным вакуумированием действию вакуума. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к плавильным печным агрегатам (мартеновские, двухванные, отражательные и др.). .

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к устройствам мартеновской печи, предназначенным для выплавки стали. .

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве стали в дуговых сталеплавильных печах

Изобретение относится к области металлургии, в частности к комбинированным устройствам для создания ориентированного пламени для использования в электродуговой печи. Устройство содержит горелку для сжигания топлива и окислителя и фурму, при этом фурма оборудована сужающимся-расширяющимся соплом, содержащим критическое сечение, имеющее диаметр d, причем выходное отверстие фурмы и выходное отверстие горелки не являются концентрическими и расположены на расстоянии D друг от друга, где D меньше или равно 20*d, предпочтительно меньше или равно 10*d, а ось фурмы образует с осью горелки угол α в диапазоне от 10° до 40°, предпочтительно, от 15° до 30°. При этом горелку используют в течение, по меньшей мере, части стадии плавки для сжигания топлива и окислителя для создания пламени внутри электродуговой печи, а фурму используют в течение, по меньшей мере, части стадии рафинирования для создания сверхзвуковой струи. Изобретение позволяет увеличить эффективность энергопользования за счет отклонения направления пламени, создаваемого с помощью горелки, в течение процесса плавки для учета изменения геометрии пакета металлолома и/или для устранения холодных точек в печи. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к туннельным печам, предназначенным для термической обработки деталей поточным методом в производственном процессе. Туннельная печь с рабочим пространством характеризуется направлением перемещения в ней подвергаемых термической обработке деталей (12, 12′) и состоит из нескольких соединенных друг с другом фланцами и расположенных в направлении перемещения деталей туннельных секций (10). Печь в поперечном сечении разделена вертикальной потоконаправляющей перегородкой (13) из листового металла на две половины, каждая туннельная секция снабжена по меньшей мере одной воздуходувкой (15) и по меньшей мере одним нагревательным элементом (17), а также имеет всасывающий канал (19) для подачи свежего воздуха и газоотводный канал (22) для отвода отходящего воздуха с содержащимися в нем отходящими газами и водяным паром. Каждая воздуходувка расположена в туннельной секции с возможностью создания ею циркуляционного потока (23) с направленными поперечно направлению перемещения деталей нисходящей и восходящей ветвями, в которых предусмотрено два параллельных друг другу ленточных конвейера (11, 11′) для перемещения деталей. Технический результат заключается в уменьшении монтажного объема печи. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энерго/ресурсосберегающим технологиям в металлургии и машиностроении и может быть использовано для нагрева металла в нагревательных и термических печах перед обработкой давлением и при термообработке изделий. Способ малоокислительного нагрева металлических изделий в печи с аэродинамическим разделением нижней малоокислительной и верхней окислительной зон в горелках малоокислительной зоны включает сжигание газа и воздуха в соотношении, обеспечивающем получение продуктов неполного сгорания в виде экзогаза, который подают в зону расположения нагреваемого изделия с коэффициентом избытка воздуха в диапазоне 0,4-0,6, в горелках окислительной зоны сжигают газ и воздух в соотношении, обеспечивающем получение продуктов полного сгорания, которые подают в окислительную зону печи с коэффициентом избытка воздуха в диапазоне 3,0-5,0, при этом скорость истечения продуктов неполного сгорания, поступающих в малоокислительную зону печи, устанавливают равной скорости истечения продуктов полного сгорания, поступающих в окислительную зону печи, причем меньшую часть продуктов неполного сгорания малоокислительной зоны дожигают в рекуператорах малоокислительной зоны и эвакуируют из печи, а большую часть продуктов неполного сгорания малоокислительной зоны направляют в окислительную зону, в которой проводят их дожигание с передачей выделившейся теплоты нагреваемому изделию и дальнейшую эвакуацию из печи через рекуператоры окислительной зоны, что обеспечивает повышение качества нагреваемого металла за счет использования для экранирования нагреваемого изделия экзогаза, получаемого в камере горения специализированной горелки и обеспечивающего исключение горения на поверхности нагреваемого металлического изделия и образования на его поверхности локальных зон окисления на металле. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии производства сорбентов, иммобилизованных на полимерных волокнистых носителях, и может быть использовано для термической и термохимической обработки листовых материалов в различных отраслях промышленности. Устройство для термической обработки микроволокнистой матрицы содержит каркас из шести элементов коробчатой формы, каждый из которых имеет внутреннюю полость и является левой, правой, верхней, нижней, задней и разделительной секциями каркаса, в стенках которых выполнены отверстия. Устройство снабжено парогенератором, контуром подачи рабочей среды в виде пара, парогазовой смеси или воздуха в рабочий объем и вентилятором для перемещения рабочей среды. Разделительная секция установлена таким образом, что делит рабочий объем устройства на две отдельные верхнюю и нижнюю камеры нагрева. Рабочие объемы камер нагрева и рабочие объемы упомянутых четырех секций соединены между собой системой упомянутых отверстий для перемещения рабочей среды в упомянутом контуре по рабочему объему секций каркаса и рабочему объему камер нагрева. Способ термической обработки микроволокнистой матрицы включает нагрев микроволокнистой матрицы, содержащей на поверхности и в ее объеме предварительно нанесенные наноразмерные частицы на основе алюминия, во влажной насыщающей реактивной атмосфере и в условиях конвективного нагрева. При этом обеспечивают равномерный нагрев и формование в ней кристаллического сорбента одновременно как по всей поверхности, так и в объеме микроволокнистой матрицы. Технический результат заключается в обеспечении равномерного нагрева микроволокнистой матрицы и полного превращения частиц на основе алюминия в объеме матрицы. 2. н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при монтаже панельного устройства с горелкой и/или инжектором через круглое отверстие в выступающей охлаждающей панели дуговой электропечи. При этом панельное устройство содержит горизонтально продолжающийся фланец, основной корпус, соединенный с нижней стороной указанного фланца и продолжающийся вниз от указанного фланца вдоль оси основного корпуса под углом к вертикальной оси указанного фланца, при этом соединенные фланец и основной корпус имеют центрально расположенную камеру, продолжающуюся между их верхним и нижним концами, и горелку и/или инжектор. В способе опускают соединенные фланец и основной корпус через круглое отверстие в выступающей охлаждающей панели с опиранием фланца на горизонтальную пластину с вертикальным отверстием, имеющим размер, соответствующий отверстию в выступающей охлаждающей панели, выбирают целевую область ванны расплавленного металла в печи, в которую необходимо инжектировать по меньшей мере одно из пламени, струи кислорода и потока частиц углерода, и поворачивают соединенные фланец и основной корпус до тех пор, пока горелка и/или инжектор не будет указывать на целевую область. Изобретение позволяет создать оптимально охлаждаемое панельное устройство, расположенное в сливной области печи, с возможностью легкого монтажа и демонтажа без создания простоя печи. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх