Способ сжигания топлива и детонационное устройство для его осуществления



Способ сжигания топлива и детонационное устройство для его осуществления
Способ сжигания топлива и детонационное устройство для его осуществления
Способ сжигания топлива и детонационное устройство для его осуществления

Владельцы патента RU 2595005:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
ООО "Эрбас Груп Инновейшнс Ск" (RU)

Изобретение относится к области энергетики. Детонационное устройство для сжигания топлива содержит систему подачи топлива и окислителя, кольцевую камеру сгорания, систему смешения топлива с окислителем, размещенную в начале камеры сгорания, включающую равномерно расположенные отверстия форсунки для топлива и входное отверстие в виде кольцевой щели для окислителя, а также выходное отверстие для продуктов горения. Устройство дополнительно оснащено средством для обеспечения повышения коэффициента расхода окислителя в прямом направлении - в камеру сгорания, затрудняющим проникновение продуктов детонации в обратном направлении - в систему подачи окислителя, т.е. выполняющим функцию газодинамического клапана, и выполненным в виде кольцевой профилированной щели с плавным входом и острыми кромками на выходе со стороны камеры сгорания. Изобретение позволяет повысить экономичность камеры сгорания и надежность ее работы. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания различных видов топлив. Оно найдет применение в двигателестроении, на транспорте, в стационарных энергетических установках, в химической промышленности.

Известны различные способы сжигания топлива и детонационные устройства для их осуществления, например: патент RU №2003923 (1993 г. ) [1], патент RU №2285143 (2004 г. ) [2], патент RU №2330979 (2006 г. ) [3], заявка RU №93001763 (1995 г. ) [4], патент RU №2294446 (2004 г. ) [5], патент FR №2004/001313 (2004 г. ) [6], патент ЕР 2525070 (2012 г. ) [7], патент RU №2435060 (2011 г. ) [8], заявка RU №93046334 (1993 г. ) [9], патент ЕР №2525062 (2012 г. ) [10], патент № US 2005/0284127 (2005 г. ) [11].

В настоящее время возможности сжигания топлива в режиме обычного турбулентного горения себя исчерпали и в ряде случаев переходят к другому режиму сжигания - детонационному. Известны два режима детонационного сжигания: в продольных пульсирующих и вращающихся (спиновых) детонационных волнах, суть которых отображена, например, в патентах [1-10]. Однако известные способы детонационного сжигания топлив и детонационные устройства обладают рядом недостатков. Одни из них предполагают принудительную струйную подачу окислителя [1, 9], другие - наличие скоростного напора воздуха в проточных вариантах камеры сгорания и камерах типа ВРД (воздушно-реактивных двигателей) [2, 7, 8, 11], а в пульсирующих детонационных двигателях - циклическое (периодическое) инициирование детонации смеси с использованием клапанной системы подачи смесевых компонентов [3, 4, 5, 6, 10]. Известно также предварительное образование детонационноспособной смеси перед камерой сгорания, что неприемлемо по требованиям взрывобезопасности, а также установка закручивающих поток горючей смеси лопастей для создания центробежных сил, создающих градиент давления в камере и всасывание смеси в камеру, но представляющих дополнительное гидродинамическое сопротивление [11].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, описанный в патенте RU №2459150 (2009 г. ) [12], выбранный в качестве прототипа.

Известный способ сжигания горючих смесей, то есть топлива (горючего) и окислителя (воздуха), включает подачу в камеру сгорания одного из упомянутых реагентов горючей смеси через форсунки. При этом другой реагент подают сплошным потоком через щель в режиме эжекции. Для этого в камере сгорания организуют детонационную волну, в волне разрежения в которой эжектируют второй реагент в камеру из окружающего пространства. Смешение реагентов производят непосредственно в камере сгорания, причем всасывание второго реагента в камеру сгорания осуществляют из окружающей среды в волне разрежения, примыкающей к детонационному фронту. При этом реагент, подаваемый из форсунок в камеру сгорания, подают равномерно по окружности камеры сгорания под углом к сплошному потоку другого реагента, подаваемого через щель в направлении выхода из камеры.

Таким образом, известный способ включает раздельную подачу компонентов горючей смеси: топлива - встречными равнораспределенными струями (через форсунку), а окислителя - сплошным потоком (через кольцевую щель), образующих поток горючей смеси, в котором инициируют самоподдерживающуюся непрерывную спиновую детонацию, продолжающуюся по мере поступления в камеру компонентов упомянутой горючей смеси.

Однако для известного способа характерны недостаточные функциональные возможности, а также недостаточная технологичность. Это связано с высокими гидродинамическими потерями полного давления на отверстиях форсунок и щели подачи окислителя, а также влиянием детонационных волн в камере сгорания на систему подачи топлива и окислителя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является детонационное устройство, описанное в патенте RU №2459150 (2009 г.) [12], выбранное в качестве прототипа.

Известное устройство содержит кольцевую камеру сгорания, систему смешения реагентов (компонентов горючей смеси, то есть топлива с окислителем), размещенную в начале камеры сгорания, систему подачи, включающую кольцевую форсунку с равномерно расположенными по окружности камеры сгорания отверстиями, входное отверстие и выходное отверстие для продуктов горения, источник зажигания. При этом камера сгорания снабжена средством, обеспечивающим турбулизацию потока, расположенным в начале камеры. Известная камера сгорания выполнена расширяющейся от входа к выходу. На переднем конце камеры сгорания имеется кольцевая щель, через которую в режиме эжекции подают один из реагентов горючей смеси. Напротив расположена кольцевая форсунка, которая является средством турбулизации потока. При этом отверстия форсунки направлены под углом к потоку реагента, подаваемого через щель, в направлении выходного отверстия.

Однако у известного устройства недостаточные функциональные возможности, а также недостаточная технологичность. Поскольку оно обладает большим гидродинамическим сопротивлением на входе подачи воздуха в камеру сгорания, неизбежны значительные потери полного давления поступающей в камеру смеси. Происходит значительный заброс продуктов сгорания в систему подачи воздуха и топлива, особенно воздуха, препятствующих развитию детонационного горения.

Таким образом, недостатками известных способа и устройства являются недостаточные функциональные возможности, а также недостаточная технологичность.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение функциональных возможностей способа сжигания топлива и детонационного устройства для его осуществления, а также повышение их технологичности.

Для решения поставленной задачи сущность заявляемого изобретения состоит в том, что, в отличие от известного способа сжигания топлива, включающего раздельную подачу в камеру сгорания компонентов горючей смеси: топлива - встречными равнораспределенными струями (через форсунку), а окислителя (воздуха) - сплошным кольцевым потоком (через кольцевую щель), образующих однородный кольцевой поток горючей смеси, в котором инициируют самоподдерживающуюся непрерывную спиновую детонацию, продолжающуюся по мере поступления в камеру компонентов упомянутой горючей смеси, согласно изобретению организуют изменение формы потока окислителя (в том числе границ кольцевого потока окислителя и его внутреннего течения). Формирование указанного потока окислителя производят посредством подачи окислителя в камеру сгорания через профилированную щель с плавным входом и острыми кромками на выходе, обеспечивающей улучшение движения потока окислителя в прямом направлении (в камеру сгорания) и затрудняющей (снижающей) проникновение продуктов детонации в обратном направлении (в систему подачи окислителя). При этом профилированная кольцевая щель выполняет функцию газодинамического клапана - обеспечивает подачу окислителя в камеру и препятствует проникновению продуктов детонации в систему подачи.

Таким образом, сущность заявляемого технического решения состоит в том, что, в отличие от известного способа сжигания топлива, включающего подачу топлива встречными равнораспределенными струями, а окислителя - сплошным потоком, образующими в камере сгорания поток горючей смеси, согласно изобретению организуют изменение формы и внутренней структуры потока окислителя посредством подачи окислителя в камеру сгорания через профилированную щель с плавным входом и острыми кромками на выходе. Это обеспечивает повышение коэффициента расхода окислителя в прямом направлении (в камеру сгорания) и затрудняет (снижает) проникновение продуктов детонации в обратном направлении - в систему подачи окислителя (снижает коэффициент расхода продуктов в обратном направлении). Таким образом, указанная профилированная кольцевая щель выполняет функцию газодинамического клапана, обеспечивая подачу окислителя в камеру и препятствуя проникновению продуктов детонации в систему подачи.

Кроме того, указанное воздействие на поток усиливают за счет многократного (двукратного и более) циклического изменения формы и внутренней структуры потока окислителя путем пропускания его через пакет двух и более равных по ширине кольцевых профилированных щелей. При этом поступающий в камеру сгорания воздух испытывает минимальное сопротивление и минимальную потерю полного давления, а заброс продуктов детонации в систему подачи воздуха минимизируется. Подбором числа воздействий и варьированием их ориентации в пространстве добиваются оптимального соотношения входных и выходных параметров прямого и обратного потоков.

При этом в качестве окислителя могут быть использованы кислород, воздух, их смеси, а топливо может быть использовано в газообразном, жидком или твердом мелкодисперсном состоянии.

Кроме того, организуют (осуществляют) направление вращения поперечных детонационных волн в камере сгорания, для чего в ней создают тангенциальную составляющую потока окислителя, то есть делают его (поток) как минимум двумерным. Для этого закручивают поток окислителя до входа в щель или пакет щелей средством для завихрения. Это может быть центробежный компрессор, направляющие лопатки. Тем самым создают дополнительную турбулизацию потока, усиливающую смесеобразование топлива и окислителя в камере сгорания, которое необходимо для реализации непрерывной спиновой детонации, что особенно существенно для сжигания химически малоактивных топлив.

Также для решения поставленной задачи заявляемый способ осуществляют в детонационном устройстве для сжигания топлива, которое, в отличие от известного устройства, содержащего систему подачи топлива и окислителя, кольцевую камеру сгорания, системы смешения топлива с окислителем в начале камеры сгорания, включающую равномерно расположенные отверстия форсунки для топлива и входное отверстие в виде кольцевой щели для окислителя, а также выходное отверстие для продуктов горения, источник зажигания, согласно изобретению дополнительно оснащено средством для обеспечения улучшения движения потока окислителя (повышения коэффициента его расхода) в прямом направлении - в камеру сгорания, затрудняющим проникновение продуктов детонации в обратном направлении - в систему подачи окислителя (снижающим коэффициент расхода продуктов в обратном направлении), т.е. выполняющим функцию газодинамического клапана, и выполненным в виде кольцевой профилированной щели с плавным входом и острыми кромками на выходе со стороны камеры сгорания. Таким образом, существенное отличие заявляемого детонационного устройства состоит в том, что оно дополнительно оснащено средством для обеспечения повышения коэффициента расхода окислителя в прямом направлении - в камеру сгорания, затрудняющим проникновение продуктов детонации в обратном направлении - в систему подачи окислителя (снижения коэффициента расхода продуктов в обратном направлении), т.е. выполняющим функцию газодинамического клапана, и выполненным в виде кольцевой профилированной щели с плавным входом и острыми кромками на выходе со стороны камеры сгорания. Причем отверстия форсунок для подачи топлива могут быть расположены как в боковых стенках камеры, так и на ее переднем торце.

Кроме того, упомянутое средство, выполняющее функцию газодинамического клапана, может быть выполнено в виде пакета, состоящего из двух и более кольцевых профилированных щелей, причем указанные щели имеют равную ширину. Расстояние и пространственная ориентация между смежными щелями выполнены оптимальными для устойчивого функционирования упомянутого газодинамического клапана (оптимального соотношения входных и выходных параметров прямого и обратного потоков) при реализации устойчивой непрерывной спиновой детонации. Так, расстояние между упомянутыми щелями выполнены равными ширине щели.

При этом система подачи окислителя (кольцевой коллектор) дополнительно снабжена средством для закручивания потока окислителя до входа в упомянутую профилированную щель или в пакет этих щелей. Средством для закручивания потока может быть центробежный компрессор или направляющие лопатки. Это обеспечивает формирование тангенциальной составляющей потока окислителя в камере сгорания, улучшает смесеобразование за счет дополнительной турбулизации и создает условия для реализации и задания определенного (требуемого) направления вращения поперечных детонационных волн.

Кроме того, отверстия форсунки для подачи топлива расположены на наружной или на внутренней, или на обеих стенках камеры сгорания, и/или на ее торце.

При этом кольцевой канал камеры сгорания образован наружными и внутренними стенками. Данные стенки могут быть выполнены цилиндрическими, коническими и/или профилированными, и/или их комбинацией (а также их комбинацией), но они не должны быть обязательно одинаковыми. Так, в частности, наружная стенка может быть выполнена цилиндрической, а внутренняя стенка выполнена конической или в комбинации с цилиндрической.

Кроме того, кольцевой канал камеры сгорания может быть образован одной цилиндрической и двумя плоскими или коническими радиальными стенками с одинаковым или переменным расстоянием между ними. При этом на цилиндрической поверхности имеется щель или пакет щелей, расположенных в одной плоскости, для подачи окислителя, а отверстия форсунки для подачи топлива расположены на одной или на обеих стенках камеры сгорания, и/или на ее цилиндрической поверхности.

При этом в одном случае цилиндрическая стенка расположена в центре камеры (на меньшем диаметре камеры), а выход продуктов происходит от центра к периферии через зазор между плоскими (или коническими) стенками. Во втором случае цилиндрическая стенка имеет наибольший диаметр, а истечение продуктов происходит через отверстие меньшего диаметра, расположенное в центре на одной или обеих плоских (или конических) стенках камеры.

Таким образом, в одном варианте подачу топлива и воздуха (окислителя) производят от цилиндрической поверхности к периферии, а продукты горения вытекают через открытый зазор между плоскими стенками. Обратный вариант заключается в том, что подачу топлива и воздуха производят от цилиндрической поверхности на периферии к центру. Одна или обе плоские радиальные или конические стенки камеры имеют в центре отверстие для выхода продуктов детонации.

Кроме того, возможна комплектация в пакет (сборку) цилиндрических, плоских или конических камер сгорания с индивидуальным или общим входом окислителя и топлива, а также с индивидуальным или общим выходом продуктов детонации.

Именно заявляемые конструктивные отличия, признаки устройства для детонационного сжигания топлива позволяют реализовать заявляемый способ, тем самым обеспечивая достижение поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей и повышении технологичности.

Становится возможным осуществление детонационного сжигания топлива с минимальными потерями полного давления и минимальным влиянием детонационных процессов в камере сгорания на систему подачи воздуха. Закрутка воздуха в тангенциальном направлении задает в этом же направлении вращение поперечных детонационных волн при реализации непрерывной спиновой детонации, а также создает дополнительную турбулизацию в камере сгорания, что способствует смешению топлива и окислителя (воздуха). При этом устройство может работать как в непрерывном спиновом детонационном режиме, так и циклическом с поперечными и продольными детонационными волнами и не требует дополнительных механических устройств (например, клапанной системы). Кроме того, повышается экономичность камеры сгорания и надежность ее работы.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена одна из схем устройства для детонационного сжигания топлива с цилиндрическими внешней и внутренней стенками. На фиг. 2 представлена схема устройства для детонационного сжигания топлива, образованного одной внутренней цилиндрической и двумя плоскими стенками с истечением исходных компонентов и продуктов от центра к периферии. На фиг. 3 приведена схема устройства для детонационного сжигания топлива, образованного одной наружной цилиндрической и двумя плоскими стенками с истечением исходных компонентов и продуктов от периферии к центру.

Устройство (см. фиг. 1) включает корпус камеры сгорания 1, образованный цилиндрическими стенками: наружной 2 и внутренней 3. На переднем конце камеры имеется пакет профилированных кольцевых щелей 4, через которые поступает окислитель (например, воздух) из системы подачи, а напротив выхода из щелей - форсунка 5 для подачи топлива с равномерно расположенными по окружности стенки камеры 2 (возможно и стенки 3 при двухсторонней подаче топлива) отверстиями и направленными под углом к направлению подачи окислителя. На входе пакета кольцевых щелей стоит завихритель 6.

Устройство работает следующим образом.

В камеру 1 поступает воздух через завихритель 6 и пакет кольцевых щелей 4, а топливо - из форсунки 5. Топливо смешивается с воздухом и поджигается электрическим разрядом, пережиганием проволочки или другим тепловым импульсом.

Образующаяся в продуктах горения высокочастотная тангенциальная или продольная неустойчивость через несколько миллисекунд развивается во вращающиеся (спиновые) или пульсирующие в поперечном или продольном направлении детонационные волны. Плавный вход воздуха из системы подачи в камеру сгорания обеспечивает максимально возможный расход и минимальные потери полного давления, а выход с острыми кромками - минимальный заброс продуктов в систему подачи воздуха в момент подхода к ней или к ее участкам детонационной волны. Завихритель, роль которого может играть центробежный компрессор или направляющие лопатки, задает направление вращения поперечных детонационных волн. Двухсторонняя подача топлива обеспечивает лучшее его перемешивание с окислителем. Детонация осуществляется непрерывно до тех пор, пока подается воздух и топливо.

Схема устройства для детонационного сжигания топлива, образованного одной внутренней цилиндрической и двумя плоскими стенками с истечением исходных компонентов и продуктов от центра к периферии (см. фиг. 2), включает корпус камеры сгорания 1, образованный плоскими стенками 2 и внутренней цилиндрической стенкой 3, на которой имеется пакет профилированных кольцевых щелей 4. Окислитель из системы подачи поступает в камеру 1 через щели 4, а топливо - напротив щелей 4 через форсунку 5 с равномерно расположенными по окружности стенки камеры 2 или по цилиндрической поверхности 3 отверстиями, ориентированными под углом к направлению подачи окислителя. На входе пакета кольцевых щелей стоит завихритель 6. При этом данное устройство работает так же, как это описано для фиг. 1, с тем лишь отличием, что подачу топлива и воздуха (окислителя) производят от цилиндрической поверхности к периферии, а продукты детонации вытекают в окружающую среду из зазора между плоскими стенками 2. На фиг. 2 цилиндрическая стенка расположена в центре камеры на ее меньшем диаметре dc1, а зазор между плоскими или коническими стенками оканчивается на внешнем, то есть большем диаметре dc2.

Схема устройства для детонационного сжигания топлива, образованного одной наружной цилиндрической и двумя плоскими стенками с истечением исходных компонентов и продуктов от периферии к центру (см. фиг. 3), включает корпус камеры сгорания 1, образованный плоскими стенками 2 и наружной цилиндрической стенкой 3, на которой имеется пакет профилированных кольцевых щелей 4. Окислитель из системы подачи поступает в камеру 1 через щели 4, а топливо - напротив щелей 4 через форсунку 5 с равномерно расположенными по окружности стенки камеры 2 или по цилиндрической поверхности 3 отверстиями, ориентированными под углом к направлению подачи окислителя. На входе пакета кольцевых щелей стоит завихритель 6. Одна или обе плоские стенки 2 имеют отверстие для выхода продуктов. Данное устройство так же работает, как это описано для фиг. 1, только подачу топлива и воздуха производят от цилиндрической поверхности на периферии к центру, а продукты детонации вытекают в окружающую среду из отверстия в одной или обеих плоских стенках 2. На фиг. 3 цилиндрическая стенка имеет наибольший диаметр dc1, а для истечения продуктов служит отверстие меньшего диаметра dc2, расположенное в центре на одной или обеих плоских или конических стенках камеры (в данном случае в одной плоской стенке камеры).

Применение заявляемого изобретения, основанного на организации особого течения окислителя, например воздуха в системе подачи, позволит значительно расширить функциональные возможности и повысить эффективность способа сжигания топлива в детонационном устройстве для его реализации и технологичность. Кроме того, повышается экономичность камеры сгорания и надежность ее работы.

Изобретение применимо для камер сгорания различного назначения: двигателей летательных аппаратов и наземного транспорта, стационарных энергетических установок, МГД-генераторов, а также химических реакторов и других устройств. Возможно применение достаточно широкого класса топлив: газообразных, жидких и твердых мелкодисперсных, образующих горючие топливные смеси при смешивании с окислителем (воздухом). Появляется возможность создания камер сгорания различной геометрии, наиболее подходящей к конкретным условиям сжигания топлива.

Список литературы

1. Быковский Ф.А., Войцеховский Б.В., Митрофанов В.В. Способ сжигания топлива. Патент RU №2003923 (1993 г.).

2. Иванов М.С., Кудрявцев A.M., Троцюк А.В, Фомин В.М. Способ организации детонационного режима горения в камере сгорания сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Патент RU №2285143 (2004 г.).

3. Ульяницкий В.Ю., Штерцер А.А., Злобин С.Б, Кирякин А.Л. Способ получения тяги. Патент RU №2330979 (2006 г.)

4. Васильев К.А. Способ сжигания топлива в камере сгорания. Заявка RU №93001763 (1995 г.).

5. Daniau Е. Двигатель с пульсирующей детонацией. Патент RU №2294446 (2004 г.).

6. Daniau E. Патент FR №2004/001313 (2004 г.).

7. Falempin F.; Le Naour B. Ramjet engine with detonation chamber and aircraft comprising such a ramjet engine. Patent EP №2525070 (2012 г.).

8. Фалемпен Ф., Даню Е., Бобо Е., Минар Ж.-П. Двигатель с импульсной детонацией, работающий на воздушно-топливной смеси. Патент RU №2435060 (2011 г.).

9. Антоненко В.Ф., Масс A.M., Минин С.Н., Пушкин P.M., Словецкий Д.И., Смирнов В.И., Тарасов А.И. Способ получения тяги и устройство для получения тяги. Заявка RU №93046334 (1993 г.).

10. Falempin F.; Le Naour В. Turbomachine with detonation chamber and aircraft provided with such a turbomachine, Patent EP №2525062 (2012 г.).

11. Akihiro Tobita (JP), Toshitaka Fujiwara (JP), Piotr Wolanski, Warshaw (PL). Detonation engine and flying object provided therewith. United States, Patent № US 2005/0284127 A1 (2005 г.).

12. Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф., Способ детонационного сжигания горючих смесей и устройство для его осуществления. Патент RU №2459150 (2009 г.).

1. Способ сжигания топлива, включающий подачу топлива встречными равнораспределенными струями, а окислителя - сплошным потоком, с образованием в камере сгорания потока горючей смеси, в котором инициируют самоподдерживающуюся непрерывную спиновую детонацию, продолжающуюся по мере поступления в камеру компонентов упомянутой горючей смеси, отличающийся тем, что организуют изменение формы и внутренней структуры потока окислителя посредством подачи окислителя в камеру сгорания через профилированную щель с плавным входом и острыми кромками на выходе, обеспечивающей повышение коэффициента расхода окислителя в прямом направлении - в камеру сгорания, и затрудняющей проникновение продуктов детонации в систему подачи окислителя за счет снижения коэффициента расхода продуктов в обратном направлении, таким образом, что при этом указанная профилированная кольцевая щель выполняет функцию газодинамического клапана, обеспечивая подачу окислителя в камеру и препятствуя проникновению продуктов детонации в систему подачи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное воздействие на поток усиливают за счет двукратного и более циклического изменения формы и внутренней структуры потока окислителя путем пропускания его через пакет двух и более равных по ширине кольцевых профилированных щелей.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют кислород, воздух, их смеси, а топливо - в газообразном, жидком или твердом мелкодисперсном состоянии.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что организуют направление вращения поперечных детонационных волн в камере сгорания, для чего в ней создают тангенциальную составляющую потока окислителя, то есть делают его как минимум двумерным, для этого закручивают поток окислителя до входа в щель или пакет щелей средством для завихрения.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве средства для завихрения используют центробежный компрессор или направляющие лопатки.

6. Детонационное устройство для осуществления способа сжигания топлива по п. 1, содержащее систему подачи топлива и окислителя, кольцевую камеру сгорания, систему смешения топлива с окислителем, размещенную в начале камеры сгорания, включающую равномерно расположенные отверстия форсунки для топлива и входное отверстие в виде кольцевой щели для окислителя, а также выходное отверстие для продуктов горения, отличающееся тем, что оно дополнительно оснащено средством для обеспечения повышения коэффициента расхода окислителя в прямом направлении - в камеру сгорания, затрудняющим проникновение продуктов детонации в обратном направлении - в систему подачи окислителя, т.е. выполняющим функцию газодинамического клапана, и выполненным в виде кольцевой профилированной щели с плавным входом и острыми кромками на выходе со стороны камеры сгорания.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что упомянутое средство, выполняющее функцию газодинамического клапана, может быть выполнено в виде пакета, состоящего из двух и более кольцевых профилированных щелей, причем указанные щели имеют равную ширину, при этом расстояния между смежными щелями равны ширине щели для устойчивого функционирования упомянутого газодинамического клапана.

8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что система подачи окислителя дополнительно снабжена средством для закручивания потока окислителя до входа в упомянутую профилированную щель или в пакет щелей.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что в качестве средства для закручивания потока используют центробежный компрессор или направляющие лопатки.

10. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что отверстия форсунки для подачи топлива расположены на наружной или на внутренней, или на обеих стенках камеры сгорания, и/или на ее торце.

11. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что кольцевой канал камеры сгорания образован наружными и внутренними стенками.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что наружные и внутренние стенки выполнены цилиндрическими, коническими и/или профилированными, а также их комбинацией.

13. Устройство по пп. 6, 10 или 11, отличающееся тем, что кольцевой канал камеры сгорания образован одной цилиндрической и двумя плоскими или коническими радиальными стенками с одинаковым или переменным расстоянием между ними, при этом на цилиндрической поверхности имеется щель или пакет щелей, расположенных в одной плоскости, для подачи окислителя, а отверстия форсунки для подачи топлива расположены на одной или на обеих стенках камеры сгорания, и/или на ее цилиндрической поверхности.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что цилиндрическая стенка расположена в центре камеры на ее меньшем диаметре, а для выхода продуктов от центра к периферии служит зазор между стенками.

15. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что цилиндрическая стенка имеет наибольший диаметр, а для истечения продуктов служит отверстие меньшего диаметра, расположенное в центре на одной или обеих стенках камеры.

16. Устройство по пп. 6, 14 или 15, отличающееся тем, что оно выполнено в виде сборки цилиндрических, плоских или конических камер сгорания с индивидуальным или общим входом окислителя и топлива, а также с индивидуальным или общим выходом продуктов детонации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций при сжигании природного газа и угольной пыли. Вертикальная призматическая топка содержит фронтовую, заднюю и боковые стены, потолочное и подовое перекрытия, установленные на фронтовой стене в горизонтальных и вертикальных рядах с разделением вертикальной плоскостью симметрии топки на две симметричные группы многофункциональные горелки, имеющие по три вертикальных щелевых сопла с собственными вертикальными плоскостями симметрии соответственно, для подачи пылеуглевоздушной смеси, газовоздушной смеси и вторичного воздуха, разделенные простенками, размещенные с образованием вертикального ряда на каждой из боковых стен топки и с наклоном к задней стене дополнительные вертикальные щелевые сопла для подачи третичного воздуха, а также окна для вывода газообразных и твердых продуктов сгорания, причем каждая симметричная группа состоит из горелок двух соседних вертикальных рядов, примыкающих соответственно к боковым стенам и вертикальной плоскости симметрии топки, вертикальные плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси горелок вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам топки, наклонены к вертикальной плоскости симметрии топки, в горелках вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам топки, сопла для подачи вторичного воздуха установлены со стороны боковых стен топки, а сопла для подачи газовоздушной смеси размещены со стороны вертикальной плоскости симметрии топки, в горелках вертикальных рядов, примыкающих к вертикальной плоскости симметрии топки, сопла для подачи вторичного воздуха установлены со стороны плоскости симметрии топки, а сопла для подачи газовоздушной смеси размещены со стороны боковых стен топки, сопла для подачи пылеуглевоздушной смеси во всех горелках установлены в центре соответственно между соплами для подачи вторичного воздуха и газовоздушной смеси.

Изобретение относится к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим при горении перегретый водяной пар. Горелочное устройство содержит корпус с топкой.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплогенерирующих установках, работающих на природном газе. Комплексное устройство для подготовки и сжигания газообразного топлива, включающее турбулентную горелку, помещенную в амбразуру топки, в которой коаксиально расположен конвертер, состоящий из цилиндрической капсулы, выполненной из жаропрочного металла, соединенной с наружного торца камеры смешения с газовым патрубком и присоединенным к нему коаксиально паровым патрубком, фронтальная часть капсулы помещена в зону факела, внутри капсулы коаксиально помещена труба, выполненная из жаропрочного металла, состоящая из зоны конвертированного газа, с наружного торца заглушенной коническим днищем и соединенной с каналом первичного воздуха тангенциальными эллиптическими патрубками выпуска конвертированного газа и зоны риформинга, где труба выполнена перфорированной и покрытой с наружной и внутренней сторон слоем никелевого катализатора на керамической основе, причем тангенциальные эллиптические патрубки выпуска конвертированного газа проходят через кольцевую камеру нагрева парогазовой смеси, расположенную между внутренней поверхностью капсулы и наружной поверхностью трубы, на входе в которую расположены лопатки завихрителя.

Изобретение относится к области энергетики. Способ осуществления рассредоточенного горения включает следующие этапы: инжектируют топливо в печь вдоль оси инжектирования топлива из топливной форсунки, расположенной в узле горелки; инжектируют окислитель в печь из форсунки первичного окислителя, при этом топливная форсунка и форсунка первичного окислителя расположены концентрично относительно друг друга; сжигают топливо и первичный окислитель в печи; уменьшают количество окислителя, инжектируемого из форсунки первичного окислителя; инжектируют первую и вторую струи окислителя в печь из первой и второй динамических фурм, расположенных с противоположных сторон топливной форсунки в узле горелки; инжектируют первую и вторую струи рабочего тела под углами к первой и второй струям окислителя соответственно, так что первая и вторая струи вторичного окислителя направляются под углом от оси инжектирования топлива.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к области энергетического машиностроения, и позволяет обеспечить эффективность и экологичность сжигания жидкого и газообразного топлива.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для нагрева участка трубопровода и жидкости в нем в полевых условиях, а также применимо для нагрева других протяженных объектов, таких как рельсы или балки.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в процессе добычи жидких углеводородов, в частности для вынужденного бездымного сжигания жидких углеводородов, в том числе нефти, накапливаемой в период пробной эксплуатации и исследования нефтяных скважин непосредственно на промысле, а также на морских нефтяных платформах.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для нагрева технологических сред в нефтегазовой и других отраслях промышленности. Способ включает многостадийный нагрев теплоносителя газами окисления, при этом на каждую стадию подают часть теплоносителя и часть топлива, на первой стадии газы окисления получают каталитическим окислением газотопливной смеси, полученной смешением нагретого воздуха и первой части топлива, а на каждой последующей стадии газы окисления получают каталитическим окислением газотопливной смеси, полученной смешением газов окисления предыдущей стадии и одной из остальных частей топлива.

Изобретение относится к энергетике. Клапанно-смесительное устройство котла пульсирующего горения содержит камеру сжигания газообразного топлива с цилиндрической полостью, закрытой торцовой стенкой с проходным отверстием с одной стороны и открытой - с другой, запальное устройство, установленное в полости камеры сжигания, устройства подвода топлива и воздуха, снабженные ресиверами с обратными клапанами, смесительное устройство с дозирующими отверстиями, сообщающееся с камерой сжигания через проходное отверстие в торцовой стенке, дефлектор изменения направления потоков газообразного топлива, установленный на расстоянии от закрытого торца камеры сжигания, определяющем размер кольцевого канала выхода газовоздушной смеси из смесительного устройства в камеру сжигания.
Изобретение относится к теплоэнергетике, к области сжигания ожиженного угольного топлива в топках паровых котлов и других теплогенерирующих установок. Способ сжигания жидкого угольного топлива включает подготовку твердого углеродсодержащего вещества в качестве дисперсной фазы в жидкой дисперсной среде к сжиганию, подачу топливной дисперсной системы в пневмомеханические форсунки, газовое вдувание и распыление ее на факелах в камере сгорания и съем тепловой нагрузки теплоносителем в виде нагретого водяного пара.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к технологии каталитического сжигания газообразного углеводородного топлива с целью генерации тепловой энергии. Каталитическое нагревательное устройство с распределителем газового потока содержит камеру, трубу, подводящую топливный газ в камеру, распределитель газового потока и каталитический активный слой. Распределитель первой ступени состоит из перфорированного листа и слоев нержавеющей сетки саржевого плетения, расположенных с каждой из сторон перфорированного листа. Распределитель второй ступени состоит из слоев нержавеющей сетки саржевого плетения. Разделительные камеры отделяют ступени распределителя газового потока и каталитический активный слой друг от друга. Технический результат - улучшение однородности потока топливного газа, подводимого к катализатору и, как следствие, улучшение однородности радиационного теплового потока, излучаемого разогретой поверхностью катализатора. 4 ил.

Заявляемая пылегазомазутная топка относится к области тепловой энергетики и может быть использована на паровых котлах, снабженных шаровыми барабанными мельницами. Она содержит экранированные вертикальную прямоугольную камеру сгорания 1 и двускатную холодную воронку 2, шлаковый комод 3, группы из пылеугольных 4 и расположенных под ними газовых горелок 5, а также из мазутных горелок 6 и расположенных под ними сопл сбросного агента пылесистем 7, установленных на больших стенах камеры сгорания 1 в общих вертикальных плоскостях. Горелки и сопла каждого наименования установлены на противоположных стенах по встречно-смещенной схеме, направлены с наклоном вниз и тангенциально относительно горизонтальной поверхности цилиндрического условного тела вращения 9, а сопла сбросного агента пылесистем 7 повернуты в горизонтальной проекции в одну сторону относительно указанных вертикальных плоскостей на угол arctg2S/B, где S - среднее расстояние между вертикальными плоскостями размещения горелок и сопл, В - расстояние между большими стенами камеры сгорания. На больших стенах шлакового комода 3 в вертикальных плоскостях размещения горелок и сопл дополнительно установлены комбинированные сопла воздуха и газов рециркуляции 8 с направлением их осей наклонно вверх и тангенциально относительно горизонтальной поверхности цилиндрического условного тела вращения 9. Использование данной пылегазомазутной топки обеспечит повышение надежности, экономичности и экологической безопасности ее работы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области энергетики. Способ сжигания углеводородной загрузки из твердых частиц в химическом контуре, в котором циркулирует материал-носитель кислорода в виде частиц, при этом упомянутый способ включает, по меньшей мере, приведение в контакт частиц твердой загрузки и частиц материала-носителя кислорода в первой реакционной зоне R1, работающей в плотном кипящем слое; сжигание газообразных отходов, выходящих из первой реакционной зоны R1, в присутствии частиц материала-носителя кислорода во второй реакционной зоне R2; разделение несгоревших частиц твердой загрузки, летучих зол и частиц материала-носителя кислорода внутри смеси, выходящей из зоны R2, в зоне быстрого разделения S3 для перемещения вместе с дымами горения (13) основной части несгоревших частиц твердой загрузки и летучих зол и направления основной части частиц материала-носителя кислорода в зону окисления R0; очистку от пыли дымов (13), выходящих из зоны быстрого разделения S3, в зоне очистки дымов от пыли S4 для удаления потока очищенных от пыли газов (14) и потока частиц (15), содержащего золы и плотные частицы, в основном образовавшиеся из частиц носителя кислорода и из частиц несгоревшей твердой загрузки; разделение потока частиц (15), отделенных на этапе пылеулавливания S4, на два потока в зоне разделения потока D7, при этом один из них рециркулируют в реакционную зону R1, работающую в плотном кипящем слое, а другой направляют в зону разделения S5 посредством декантации; разделение посредством декантации в упомянутой зоне S5 для рекуперации зол и рециркуляции плотных частиц в первую реакционную зону R1. Изобретение позволяет полностью сжигать твердую загрузку, снизить выброс вредных веществ. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области энергетики. Способ сжигания с организацией циклов химических реакций твердых частиц углеводородного сырья, в котором кислородсодержащий материал циркулирует в форме частиц и который включает контакт частиц углеводородного сырья с частицами кислородсодержащего материала в восстановительной зоне R0, контакт частиц кислородсодержащего материала (1) из восстановительной зоны R0 с потоком газообразного окислителя (2) в реакционной окислительной зоне R1, направление подвижной фазы (5) из реакционной зоны R1, которая включает газовую и твердую фазы, в разделяющую газовую и твердую фазы зону S2 таким образом, чтобы разделить преимущественно газообразную подвижную фазу (6), включающую летучую золу и мелкие частицы кислородсодержащего материала, и твердофазный поток (7), включающий основную массу мелких частиц, летучую золу и основную массу частиц кислородсодержащего материала, направление твердофазного потока (7) из разделяющей газовую и твердую фазы зоны S2 в отделяющую плотную фазу декантационную зону S3, псевдоожиженную невосстанавливающим газом (8), что позволяет отделять мелкие частицы и летучую золу от частиц кислородсодержащего материала таким образом, чтобы направлять поток частиц (10), включающий основную массу кислородсодержащих частиц, в восстановительную зону R0 и выпускать через выпускную линию преимущественно газообразный выходящий поток (9), включающий основную массу летучей золы и мелких частиц кислородсодержащего материала. Изобретение позволяет получать синтетический газ и/или водород, а также удалять золу и мелкие частицы. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к устройствам топок паровых котлов со встроенной компоновкой газомазутных горелок. Топка для сжигания газомазутного топлива включает под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные горелки. На расстоянии, равном 0,33 высоты топки от пода, фронтальная, боковые и задняя стены топки выполнены под углом 4-6° с наклоном вовнутрь топки с образованием четырехгранной усеченной пирамиды. Техническим результатом является повышение надежности и срока службы экранных труб топки. 4 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в топливосжигающих установках, в частности в котлах тепловых электростанций и промышленных котельных, а также в обжиговых печах при совмещении выработки пара, производства стройматериалов, металлоизделий и активирования угля. Способ получения активного фракционированного угля в камере на решетке путем предварительного подключения камеры к газовому тракту топливосжигающего устройства и заполнения решетки слоем фракционированных угольных частиц, их последующего активирования нагревом пропускаемым через слой потоком дымовых газов с содержанием кислорода до 16% и температурой 900-1300 К и отделением влаги и летучих горючих веществ, подачи последних в топливосжигающее устройство, продувки слоя паром, охлаждения подаваемым под решетку и пропускаемым через слой снизу потоком дымовых газов с содержанием кислорода до 16% и температурой 400-500 К и вывода с решетки термообработанных, освобожденных от влаги и летучих веществ активированных угольных частиц. При активировании нагревающий поток дымовых газов направляют в слой сверху, а под решетку одновременно с расходом V1=(0,4-0,6)Vнагр подают охлаждающие дымовые газы, кроме того, этими же газами с расходом V2=(0,8-1,2)Vохл периодически продувают слой снизу при одновременном прекращении в период продувки подачи в слой нагревающих газов, где Vнагр и Vохл - расходы нагревающего и охлаждающего газов в периоды активирования и охлаждения угольных частиц, нм3/с. Изобретение позволяет повысить надежность используемого оборудования, эффективность активирования. 4 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к пылеугольным котлам. Пылеугольный котел содержит вертикальную экранированную топку прямоугольного сечения и установленные в ее верхней части тангенциально направленные горелки и воздушные сопла, нижнее газовое окно, нижний горизонтальный газоход с ширмовым пароперегревателем, холодные воронки в нижней части топки, вертикальные подъемный и опускной газоходы с пакетами пароперегревателя острого и вторичного пара, водяного экономайзера и воздушного подогревателя и снабжен дополнительными вертикальным подъемным и опускным газоходами, подсоединенными к топке котла через дополнительный нижний горизонтальный газоход с ширмовым пароперегревателем, топка снабжена однорядными горелками, а также вышерасположенными соплами вторичного воздуха и нижерасположенными соплами третичного воздуха, которые установлены рассредоточенно по ширине больших стен топки по встречно-смещенной схеме, газовые окна и нижние горизонтальные газоходы с ширмами пароперегревателей размещены напротив друг друга, выше газовых окон расположены аэродинамические выступы малых стен топки, в нижней части топки размещены четырехскатные холодные воронки, причем в нижних горизонтальных и подъемных вертикальных газоходах с одной стороны котла установлены ширмы и пакеты острого пара, а с противоположной - ширмы и пакеты вторичного пара. Изобретение направлено на устранение повышенного шлакования ширмовых пароперегревателей и снижение содержания оксидов азота на периферийных участках топки. 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к способу сжигания топлива (жидкого, твердого, газообразного) в отопительных котлах индивидуального и коллективного пользования, и может быть использовано в энергетике, в жилищно-коммунальном хозяйстве для обеспечения отопления, горячего водоснабжения и др. Способ сжигания топлива включает подачу топлива в камеру сгорания, его поджог в присутствии атмосферного воздуха с последующим каталитическим горением без доступа атмосферного воздуха, при этом сжигание топлива осуществляют в два этапа, на первом этапе осуществляют сжигание топливно-воздушной смеси с образованием насыщенного пара в парогенераторе, на втором этапе проводят пиролиз водяного пара при одновременном горении топлива без доступа атмосферного воздуха, при этом водяной пар подают в камеру сгорания отопительного котла при температуре 400-960°C и атмосферном давлении, а как катализатор используют железо, никель и/или их окислы, которые размещены на колоснике. Технический результат заключается в интенсификации процессов горения и теплообмена, повышении эффективности сгорания топлива при одновременном уменьшении вредных выбросов в атмосферу. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в вертикальных четырехгранных призматических топках котлов электростанций, промышленных котельных и теплоэлектроцентралей при сжигании одновременно или отдельно угольной пыли, природного газа и жидкотопливной смеси. Способ комбинированного сжигания угольной пыли, природного газа и жидкотопливной смеси путем экзотермического окисления воздухом в вертикальной четырехгранной призматической топке с подачей через установленные на двух противоположных стенах в горизонтальных и четырех вертикальных рядах горелки первичных реагентных потоков из предварительно подготовленных пылеуглевоздушной смеси, газовоздушной смеси и жидкотопливовоздушной смеси по касательным к горизонтальным окружностям в центре топки с образованием на уровне каждого горизонтального горелочного ряда двух встречно-смещенных струйных топливовоздушных пар, а также дожигающих воздушных потоков по касательным к горизонтальным окружностям, примыкающим к стенам. В качестве топливного компонента для одной из струйных пар используют угольную пыль, для другой струйной пары - природный газ и жидкотопливную смесь, при этом через горелки вертикальных рядов организуют чередующуюся подачу первичных реагентных потоков из пылеуглевоздушной смеси и первичных реагентных потоков из газовоздушной смеси и жидкотопливовоздушной смеси. Изобретение позволяет снизить тепловые потери с уходящими газами и недожогом топлива независимо от топливного режима. 9 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах теплоснабжения и при сжигании топлива для нагрева рабочих тел, где сжигание различных топлив происходит в псевдоожиженном слое. Каталитический генератор теплоты состоит из вертикального корпуса с патрубками подачи воздуха и топлива в нижней части, патрубками отвода дымовых газов и загрузки катализатора в верхней части, с газораспределительной решеткой внутри корпуса между патрубками подачи воздуха и топлива, на которой находится слой смеси гранулированного катализатора окисления и инертного материала, выше которой последовательно размещены организующая и неизотермическая насадки, теплообменник, на корпусе под неизотермической насадкой расположен патрубок для выгрузки катализатора, а неизотермическая насадка соединена с вибрационным механизмом. Способ регулирования мощности каталитического генератора теплоты заключается в том, что регулирование тепловой мощности проводят изменением температуры в псевдоожиженном слое над неизотермической насадкой за счет изменения амплитуды и частоты колебаний неизотермической насадки и изменения количества сжигаемого топлива. Изобретение позволяет увеличить пределы изменения мощности генератора теплоты с псевдоожиженным слоем смеси катализатора и инертного материала, не меняя его конструктивных параметров и не уменьшая высоты псевдоожиженного слоя, т.е. без отгрузки части смеси катализатора и инертного материала с сохранением экологически чистого сжигания топлив при максимальном КПД 0.93-0,96. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-08-20 2016-08-20T02:00:32
Наверх