Устройство для сжигания топлива



Устройство для сжигания топлива
Устройство для сжигания топлива
Устройство для сжигания топлива

 


Владельцы патента RU 2567899:

ЩУКИН ДМИТРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ (RU)
ШАХОВ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ (RU)
МЕЛЬНИКОВ АНДРЕЙ АРКАДЬЕВИЧ (RU)
ФЕНЬКОВ ИГОРЬ НИКОЛАЕВИЧ (RU)
ФЕНЬКОВ ИЛЬЯ ИГОРЕВИЧ (RU)
МЕЛЬНИКОВ АРКАДИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ (RU)

Изобретение относится к области сжигания топлива и может найти применение в воздушно-реактивных двигателях, в газотурбинных, топочных и теплоэнергетических установках, в установках по переработке и утилизации бытовых и промышленных отходов. Устройство для сжигания топлива включает камеру сгорания, содержащую в корпусе коническую жаровую трубу, образующую канал подвода основного воздуха, устройство подвода основного топлива. К устройству подвода основного топлива примыкает головка камеры сгорания, выполненная сферической с радиусом, равным радиусу жаровой трубы. Корпус камеры сгорания содержит крышку с внутренней поверхностью в виде «тора». Торец стенки жаровой трубы выполнен скругленным и вместе с внутренней поверхностью в виде «тора» образует канал с проходным сечением, равным проходному сечению канала, образованного наружным диаметром жаровой трубы и внутренним диаметром корпуса устройства. Торец жаровой трубы заглублен в крышку на длину, равную не менее двух расстояний между корпусом и жаровой трубой. На противоположной стороне жаровой трубы расположена головка камеры сгорания, снабженная форсункой пускового топлива и свечой зажигания. Изобретение направлено на упрощение конструкции и технологии ее сборки, повышение надежности работы. 3 ил.

 

Изобретение относится к области сжигания топлива и может найти применение в воздушно-реактивных двигателях, в газотурбинных, топочных и теплоэнергетических установках, в установках по переработке и утилизации бытовых и промышленных отходов.

Известно устройство для сжигания топлива, включающее камеру сжигания, содержащую жаровую трубу, устройство подвода вторичного воздуха и расположенные в одном сечении, перпендикулярном центральной оси камеры сгорания, завихритель и канал выхода продуктов сгорания, первичную камеру сгорания, установленную перед основной соосно с последней, жаровые трубы камер сгорания соединены, воспламеняющее устройство, выполненное в виде форкамеры, содержащей топливную форсунку, электрическую свечу зажигания и сопло, а устройство подвода топлива и выполненный в виде закручивающего соплового аппарата завихритель первичной камеры сгорания расположены на ее переднем торце в сечении, перпендикулярном центральной оси камеры (См. МПК F23 3/00, патент Российской Федерации №2212004, опубл. 20.01.2003 г.).

Существенными недостатками известного устройства для сжигания топлива являются:

- сложность конструкции, обусловленная наличием дополнительной первичной камеры сгорания, установленной перед соосно с последней, жаровые трубы которых соединены, воспламеняющее устройство, выполненное в виде форкамеры, которая создает высокотемпературный поток продуктов сгорания, в результате чего происходит перегрев лопаток и разрушение ускорителя;

- сложность и большая трудоемкость изготовления отдельных деталей и узлов, обусловленные наличием поверхностей, выполняемых по сложным законам профилирования, требующим для изготовления специального технологического оборудования и больших трудозатрат;

- невысокая надежность работы устройства.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для сжигания топлива, включающее камеру сгорания, содержащую жаровую трубу, канал подвода основного воздуха, завихритель, устройство подвода основного топлива, головку камеры сгорания, выполненную сферической с радиусом, равным радиусу жаровой трубы, при этом устройство дополнительно содержит дефлектор рассеивающий и конус рассеивающий, установленные соосно на выходе воздуха из завихрителя и дефлектор сжимающий, примыкающий к сферической головке и расположенный внутри жаровой трубы. (См. МПК F23R 3/00, патент Российской Федерации №2256850, опубл. 20.07.2005 г., №20).

Существенными недостатками известного устройства для сжигания топлива являются:

- технологическая сложность конструкции и ее сборки, значительная трудоемкость изготовления, обусловленная наличием завихрителя, дефлектора и конуса рассеивающих, установленных соосно на выходе воздуха из завихрителя и дефлектора сжимающего, примыкающего к сферической головке и расположенных внутри жаровой трубы, что приводит к зажатию проходного сечения свободного выхода продуктов сгорания и уменьшает производительность устройства.

- повышенное аэродинамическое сопротивление устройства из-за наличия дефлектора сжимающего, примыкающего к сферической головке.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение конструкции и технологии ее сборки, повышение надежности работы.

Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве для сжигания топлива, включающем камеру сгорания, содержащую в корпусе коническую жаровую трубу, образующую канал подвода основного воздуха, устройство подвода основного топлива, к которому примыкает головка камеры сгорания, выполненная сферической с радиусом, равным радиусу жаровой трубы, корпус камеры сгорания содержит крышку с внутренней поверхностью в виде «тора», а торец стенки жаровой трубы выполнен скругленным и вместе с внутренней поверхностью в виде «тора» образует канал с проходным сечением, равным проходному сечению канала, образованного наружным диаметром жаровой трубы и внутренним диаметром корпуса устройства, при этом торец жаровой трубы заглублен в крышку на длину, равную не менее двух расстояний между корпусом и жаровой трубы, а на противоположной стороне жаровой трубы расположена головка камеры сгорания, снабженная форсункой пускового топлива и свечой зажигания.

Выполнение крышки устройства с внутренней поверхностью в виде «тора», разворачивающего основной воздух и направляющий его вдоль внутренней стенки конической жаровой трубы в головку камеры сгорания, выполненной сферической с радиусом, равным радиусу жаровой трубы, позволит выходящему из крышки с внутренней поверхностью в виде «тора» основному воздуху омывать постоянно внутреннюю поверхность крышки, жаровой трубы и сферической головки, охлаждая их, исключить концентрацию тепловой энергии и перегрев отдельных деталей и узлов, обеспечивая тем самым надежную работу всего устройства. При этом создается возможность образования приосевого вихревого потока, который, смешиваясь с пусковым или основным топливом, образует топливовоздушную смесь, и не требует для изготовления специального технологического оборудования, при упрощении конструкции и ее технологической сборки, снижении трудоемкости изготовления.

Заглубление торца жаровой трубы в крышку на длину, равную не менее двух расстояний между корпусом и жаровой трубой, обеспечивает плавность изменения направления потока основного воздуха и равномерное его истекание. При меньшем расстоянии между корпусом и жаровой трубой происходит срыв потока по внутренней кромке поверхности в виде тора, что приведет к пульсациям работы устройства и не достигается новый технический результат.

В целом это позволит исключить из конструкции устройства дефлектор и конус рассеивающийся, завихритель и дефлектор сжимающий, что, в свою очередь, уменьшит газодинамическое сопротивление, повысит производительность, обеспечит повышение надежности работы.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства в разрезе; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 - сечение В-В фиг. 1.

Устройство для сжигания топлива включает камеру сгорания 1, содержащую коническую жаровую трубу 2, расположенную в корпусе 3 и образующую с ней канал 4 подвода основного воздуха, устройство 5 подвода основного топлива, к которому примыкает головка 6 камеры сгорания 1, внутренняя поверхность 7 которой выполнена сферической с радиусом R, равным радиусу R1 жаровой трубы 2. К правой части корпуса 3 присоединена крышка 8 с внутренней поверхностью 9 в виде «тора», которая огибает скругленный по радиусу R2 торец 10 стенки жаровой трубы 2. Внутренняя поверхность крышки 8 в виде «тора» и торец 10 образуют канал 11 одного проходного сечения. Торец 10 жаровой трубы 2 заглублен в крышку на длину L, равную не менее двух расстояний между корпусом 3 и жаровой трубой 2, а на противоположной стороне жаровой трубы 2 расположена сферическая головка 6, снабженная форсункой 12 пускового топлива и свечой зажигания 13. Устройство содержит также устройство 14 подачи основного топлива, штуцер 15, завихритель 16 вторичного воздуха, снабженный эжекторной втулкой 17.

Устройство для сжигания топлива работает следующим образом. Основной (первичный) воздух в устройство подается от компрессора (на чертеже не показан) через штуцер 5, расположенный тангенциально к поверхности конической жаровой трубы 2 (см. фиг. 1 и фиг. 3), и создает в канале 4 сильно закрученный воздушный поток, который доходит до крышки 8, разворачивается в ней и, используя расширяющуюся внутреннюю конусную поверхность жаровой трубы 2, формируется в периферийный вихревой поток, и, входя в сферическую головку 6, возбуждает в приосевой зоне камеры сгорания 1 находящийся в противотоке к нему вращающийся в том же направлении, сильно закрученный воздушный поток, приосевой вихрь 18, в который посредством форсунки 12 подают пусковое топливо, образовавшуюся топливовоздушную смесь поджигают с использованием свечи зажигания 13 и сжигают в образовавшемся приосевом вихревом потоке. Далее дожигание продуктов сгорания камеры сгорания осуществляют в зоне 19 дожига канала 20 выхода продуктов сгорания.

Для осуществления режима работы на основном топливе дополнительно направляют вторичный (эжектирующий, активный) воздух через штуцер 15 в завихритель 16 (см. фиг. 1 и фиг. 2) вторичного воздуха, создавая сильно закрученный активный поток, формирующий в плоскости его образования у цилиндрической эжекторной втулки 17 структуру потока с высоким радиальным градиентом статического давления, а в качестве пассивного потока используют основное газообразное топливо, поступающее в центральную часть создаваемого активного потока за счет формирования высоким радиальным градиентом статического давления высокого осевого градиента статического давления. После воспламенения основного топлива отключается подача пускового топлива с соответствующей корректировкой расхода основного воздуха для поддержания устойчивого процесса горения в необходимых параметрах. Путем изменения расхода вторичного воздуха в определенной пропорции изменяется и расход основного топлива, т.е. производится регулировка мощности устройства, при этом меняется и расход основного воздуха. После выхода на устойчивый режим устройство запуска свеча зажигания 13 отключается.

Проведенные испытания показали, что:

- в режиме работы на пусковом топливе (баллонный газ пропан-бутановая смесь) разряжение эжекторов составляет Ризб.=1,0 кг/см2, температура выхлопных газов достигла Т=+2277°C;

- в режиме на эжектируемом разряженном газе (баллонный газ пропан-бутановая смесь) Рабс.=0,8 кг/см2; температура выхлопных газов составила +2244°C.

Устройство для сжигания топлива, включающее камеру сгорания, содержащую в корпусе коническую жаровую трубу, образующую канал подвода основного воздуха, устройство подвода основного топлива, к которому примыкает головка камеры сгорания, выполненная сферической с радиусом, равным радиусу жаровой трубы, отличающееся тем, что корпус камеры сгорания содержит крышку с внутренней поверхностью в виде «тора», а торец стенки жаровой трубы выполнен скругленным и вместе с внутренней поверхностью в виде «тора» образует канал с проходным сечением, равным проходному сечению канала, образованного наружным диаметром жаровой трубы и внутренним диаметром корпуса устройства, при этом торец жаровой трубы заглублен в крышку на длину, равную не менее двух расстояний между корпусом и жаровой трубой, а на противоположной стороне жаровой трубы расположена головка камеры сгорания, снабженная форсункой пускового топлива и свечой зажигания.



 

Похожие патенты:

Камера сгорания газовой турбины содержит пилотную топливную форсунку, расположенную в среднем участке цилиндра, открывающегося на одном конце в камеру сгорания. Пилотная топливная форсунка содержит топливную форсунку, а также радиально отстоящую вокруг внешнего периметра топливной форсунки цилиндрическую наружную обшивку.

Камера сгорания в сборе содержит основной корпус, формируемый подающим коллектором с системой подачи топлива и топливными форсунками, продолжающимися от подающего коллектора и снабжаемыми топливом посредством системы подачи топлива подающего коллектора.

Камера сгорания для газовой турбины содержит группу радиально внешних сопел, по меньшей мере центральное сопло, первую и вторую камеры сгорания. Внешние сопла расположены по существу по кольцевой схеме и выпускной конец каждого из них расположен с возможностью подачи топлива и/или воздуха в первую камеру сгорания.

Горелка газовой турбины содержит реакционную камеру (5) и множество выходящих в реакционную камеру (5) реактивных сопел (6). Реактивными соплами (6) с помощью струи (2) флюида через выпускное отверстие (22) флюид подается в реакционную камеру (5).

Камера сгорания содержит торцевую крышку, камеру воспламенения, расположенную за торцевой крышкой, форсунки, расположенные радиально в торцевой крышке и содержащие первое подмножество форсунок и второе подмножество форсунок.

Кольцевая малоэмиссионная камера сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус с расположенной в нем кольцевой жаровой трубой, включающей две отстоящие друг от друга кольцевые оболочки, соединенные между собой в передней по потоку части жаровой трубы фронтовым устройством, систему подачи топлива и, по меньшей мере, две запальные свечи.

Изобретение относится к энергетическому, химическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных установок. Предложен способ сжигания топлива, заключающийся в предварительном разделении потока воздуха на коаксиальные кольцевые струи, закрутке соседних смежных струй в противоположных направлениях, причем ближайшие одна к другой части соседних закрученных в противоположном направлении струй подают в радиальном направлении навстречу одна другой с образованием турбулентного сдвигового слоя, при этом подачу топлива осуществляют в этот слой для последующего воспламенения образовавшейся топливовоздушной смеси.

Изобретение относится к устройству сгорания, в частности газотурбинному двигателю, содержащему: трубопровод подачи топлива в устройство сгорания для обеспечения подачи всего топлива в устройство сгорания; по меньшей мере одну горелку, включающую множество трубопроводов подачи топлива по меньшей мере в одну горелку, при этом подача топлива в множество трубопроводов подачи топлива по меньшей мере в одну горелку соответствует общей подаче топлива в трубопровод подачи топлива в устройство; объем сгорания, связанный по меньшей мере с одной горелкой; датчик температуры, расположенный в устройстве с возможностью передачи информации о температуре, относящейся к части устройства, которая подлежит защите от перегрева; датчик давления, предназначенный для передачи информации о давлении внутри объема сгорания; и систему управления.

Изобретение относится к области авиационной техники. Сверхзвуковой плазмохимический стабилизатор горения для прямоточной камеры сгорания состоит из установленных в проточной части камеры сгорания двух последовательно расположенных по потоку электродов, выполненных в виде обтекаемых пилонов с симметричными аэродинамическими профилями, один из которых - анод, электрически изолирован от металлической стенки камеры сгорания и оборудован трубкой для подвода топлива и инжекторами для впрыска топлива в поток, при этом анод имеет излом так, что корневая часть анода имеет отрицательную стреловидность относительно направления потока, а концевая - нулевую стреловидность, а второй электрод - катод расположен в следе за первым и непосредственно закреплен на стенке камеры сгорания, в анод дополнительно встроены трубка и инжекторы для впрыска в поток одновременно с топливом химически активных добавок, торец концевой части анода со стороны набегающего потока имеет выступ в виде тонкой прямоугольной пластины, расположенной в плоскости симметрии пилона, задняя кромка пластины скошена и имеет скругления в угловых точках, при этом угол между торцевой поверхностью и задней кромкой анода также скруглен.

Изобретение относится к узлу сгорания для газотурбинного двигателя. .

Изобретение относится к горелочному устройству промежуточного подогрева и способу работы газотурбинной установки с последовательным сгоранием. Горелочное устройство промежуточного подогрева выполнено для второй камеры сгорания газотурбинной установки. Газотурбинная установка содержит первое сжигающее устройство с первой камерой сгорания и первой горелкой и второе сжигающее устройство со второй камерой сгорания и второй горелкой. Горелочное устройство содержит канал с площадью поперечного сечения, центральное тело, плоскость впрыска топлива. Плоскость впрыска топлива расположена вдоль длины центрального тела. Центральное тело расположено в канале выше по потоку от второй камеры сгорания и оканчивается на впуске второй камеры сгорания. Поперечное сечение канала, ограниченного второй горелкой и последующей второй камерой сгорания, увеличивается ступенчато от выпуска второй горелки до впуска второй камеры сгорания. Отношение периметра поперечного сечения выпуска второй горелки к периметру поперечного сечения впуска второй камеры сгорания составляет от 0,6 до 1. Техническим результатом является упрощение проектирования компонентов газотурбинной установки. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 11 ил.

Система для впрыска эмульсии из первой текучей среды и второй текучей среды в пламя горелки содержит центральный газовый канал, наружный газовый канал, канал текучей среды и смесительное устройство для образования эмульсии из первой текучей среды и второй текучей среды и для выпуска эмульсии в сужающийся кольцевой канал текучей среды и для впрыска эмульсии из указанного кольцевого канала текучей среды в пламя. Центральный газовый канал проходит вдоль продольной центральной оси от верхнего по потоку конца до нижнего по потоку конца. Наружный газовый канал расположен коаксиально с газовым каналом. Канал текучей среды расположен коаксиально между газовым каналом и наружным газовым каналом с образованием сужающегося вниз по потоку кольцевого канала текучей среды. Центральный газовый канал и канал текучей среды разделены с помощью первой стенки в форме усеченного конуса на ее нижнем по потоку конце, заканчивающемся кольцевым внутренним выступом. Канал текучей среды и наружный газовый канал разделены с помощью второй стенки в форме усеченного конуса на ее нижнем по потоку конце, заканчивающимся кольцевым наружным выступом. Система установлена с концентричным окружением источника нагревания, подающего через газовый канал горячие газы, направляемые в пламя горелки. Изобретение уменьшает выброс NOx при горении основного пламени. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх