Инжекционный смеситель горелки
Владельцы патента RU 2672230:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) (RU)
Изобретение относится к нагревательным устройствам и установкам для сжигания газа, которые могут быть использованы в различных областях техники для нагрева деталей и в других теплоэнергетических установках. Инжекционный смеситель горелки содержит трубчатый корпус 1 с газовым коллектором 2, патрубок подвода газа 4, наклонные газовые сопла, оси которых при пересечении с радиусом трубчатого корпуса 1 образуют угол 22-25°, а при пересечении с продольной осью трубчатого корпуса - 40-45°, при этом нижний торец трубчатого корпуса 1 соединен с газовым коллектором 2, при этом отношение внутреннего диаметра трубчатого корпуса к внутреннему диаметру газового коллектора составляет от 1,1 до 1,2, причем высота трубчатого корпуса равна его внутреннему диаметру, а сопла расположены в верхней части коллектора диаметрально, на одинаковом расстоянии друг от друга. Технический результат - повышение эффективности инжекционного смесителя горелки путем увеличения коэффициента полезного действия и улучшения эксплуатационных характеристик за счет обеспечения высокой устойчивости работы его на всех режимах. 2 ил.
Изобретение относится к нагревательным устройствам и установкам для сжигания газа, которые могут быть использованы в различных областях техники для нагрева деталей и в других теплоэнергетических установках.
Известен инжекционный смеситель горелки, (А.С. №964360 от 07.10.1982 г., Бюл. №37, МПК F23D 13/40), содержащий корпус в виде усеченного конуса с газовым коллектором. К газовому коллектору тангенциально присоединен патрубок подвода газа. К полости корпуса подключены сопла, выполненные с наклоном в сторону движения воздуха. Оси сопел при пересечении с радиусом внутренней поверхности корпуса образуют угол 22-25°, а оси сопел при пересечении с продольной осью корпуса образуют угол 40-45°.
Однако известный смеситель имеет ряд недостатков, таких как: низкая устойчивость работы горелки при работе в составе теплоэнергетических установок, работающих с разрежением. Происходит частый отрыв пламени от горелки, приводящий к снижению эксплуатационных характеристик.
При использовании горелки, как нагревательного устройства, на больших расходах, корпус, имеющий форму усеченного конуса обладает большим тепловым сопротивлением. Из-за этого происходит его «запирание», которое приводит к недостатку кислорода воздуха. Вследствие этого увеличивается недожог горючего газа, снижающего коэффициент полезного действия и, как следствие, к ухудшению работы инжекционного смесителя, в целом.
Известна также газовая инжекционная горелка, (патент RU 2395035 С1 от 20.07.2010 г., Бюл. №20, МПК, F23D 14/02 2006.01, включающая газовую камеру, образованную цилиндрической боковой и торцевыми стенками, патрубок подвода газа, смесительные стволы, газовые сопла с наклоном к оси ствола, вентилятор.
Недостатками такой инжекционной горелки являются: громоздкость, металлоемкость и сложность конструкции, а также необходимость использования вентилятора. Ввиду этих недостатков горелку неудобно использовать в качестве переносного горелочного устройства, снижающего его коэффициент полезного действия.
Наиболее близким, по технической сущности, к заявляемому инжекционному смесителю горелки, и принятым за прототип, является «Инжекционный смеситель горелки» (А.С. №805009 от 15.02.1981 г. Бюл. №6 F23D 13/40), содержащий трубчатый корпус с газовым коллектором, с тангенциально присоединенным к нему патрубком подвода газа. Также к полости корпуса подключены сопла, выполненные с наклоном в сторону движения воздуха. Оси сопел при пересечении с радиусом трубчатого корпуса образуют угол 22-25°, а оси сопел при пересечении с продольной осью трубчатого корпуса образуют угол 40-45°.
Недостатком инжекционного смесителя является то, что по конструкции часть внутренней стенки цилиндрического корпуса является конструктивным элементом газового коллектора, на котором непосредственно располагаются сопла. При работе инжекционного смесителя на малых расходах и в условиях разряжения из-за воздействия сильного воздушного потока движущегося по трубчатому корпусу на начальный участок газовых струй, истекающих из сопел, расположенных на внутренней стенке трубчатого корпуса, происходит срыв факела пламени. Это снижает устойчивость работы, ухудшая эксплуатационные характеристики инжекционного смесителя в целом.
К основным недостаткам рассматриваемого устройства также следует отнести то, что длина трубчатого корпуса по сравнению с его диаметром намного больше. Вследствие этого при работе на больших расходах горючего газа из-за теплового сопротивления трубчатого корпуса происходит «запирание» инжекционного смесителя горелки, что снижает полноту сгорания топлива и, как следствие, к.п.д. горелочного устройства.
Решаемой задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия инжекционного смесителя горелки путем повышения инжекции воздуха для полного сгорания горючего газа и улучшение эксплуатационных характеристик за счет устранения срыва пламени в условиях разрежения и при работе на малых расходах.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности инжекционного смесителя горелки путем увеличения коэффициента полезного действия и улучшения эксплуатационных характеристик за счет обеспечения высокой устойчивости работы его на всех режимах.
Технический результат достигается тем, что в инжекционном смесителе горелки, содержащем трубчатый корпус с газовым коллектором, патрубок подвода газа, наклонные газовые сопла, оси которых при пересечении с радиусом трубчатого корпуса образуют угол 22-25°, а при пересечении с продольной осью трубчатого корпуса - 40-45°, согласно которому, нижний торец трубчатого корпуса соединен с газовым коллектором, при этом соотношение внутреннего диаметра трубчатого корпуса к внутреннему диаметру газового коллектора составляет от 1,1 до 1,2, причем высота трубчатого корпуса равна его внутреннему диаметру, а сопла расположены в верхней части газового коллектора диаметрально, на одинаковом расстоянии друг от друга.
Сущность изобретения:
Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность инжекционного смесителя горелки, благодаря повышению коэффициента полезного действия и улучшению эксплуатационных характеристик путем обеспечения устойчивости работы горелки в условиях разрежения или при работе на малых расходах горючего газа за счет другого конструктивного исполнения газового коллектора и трубчатого корпуса. В отличие от прототипа, газовый коллектор выполнен целостным, т.е. трубчатый корпус не является конструктивным элементом газового коллектора и который прикреплен к нему сверху торцом, сопла расположены в верхней части газового коллектора внутри трубчатого корпуса.
В предложенном устройстве срыв пламени устраняется тем, что начальные участки газовых струй, истекающих из сопел расположенных в верхней части газового коллектора внутри трубчатого корпуса, защищены от воздействия инжектируемого воздушного потока. Защита обеспечивается нижней частью газового коллектора, внутренний диаметр которого (d) меньше внутреннего диаметра трубчатого корпуса (D), при этом соотношение внутреннего диаметра трубчатого корпуса к внутреннему диаметру газового коллектора составляет от 1,1 до 1,2, которое способствует экранированию начальных участков газовых струй от инжектируемого воздушного потока.
Полнота сгорания газо-воздушной смеси обеспечивается повышением инжекции необходимого количества воздуха, которая достигается равенством высоты трубчатого корпуса и его диаметра, что уменьшает сопротивление инжекционного смесителя и обеспечивает необходимый коэффициент инжекции воздуха для полного сгорания горючего газа, при этом этот признак устраняет запирание инжекционного смесителя при работе горелки на больших расходах горючего газа.
Для пояснения технической сущности изобретения рассмотрим фиг. 1, где изображен общий вид инжекционного смесителя, на фиг. 2 - изображен вид сверху, где: 1 - газовый коллектор; 2 - верхняя часть газового коллектора; 3 - наклонные газовые сопла; 4 - трубчатый корпус; 5 - патрубок для подвода газа; 6 - нижняя часть газового коллектора. D - внутренний диаметр трубчатого корпуса; d - внутренний диаметр газового коллектора.
Устройство работает следующим образом:
Горючий газ по патрубку 5 (Фиг. 1) подается в газовый коллектор 1 и истекает по четырем газовым соплам 3 (Фиг. 2) в трубчатый корпус 4 (фиг. 1). Оси сопел расположены под углом 22-25° к радиусу трубчатого корпуса 4, а при пересечении с осью трубчатого корпуса образуют угол 40-45°. Газовые струи, истекающие в полость трубчатого корпуса 4, под определенными углами, инжектируют воздух и закручивают газо-воздушную смесь, тем самым интенсифицируя тепло- и массообменные процессы. Полнота сгорания газо-воздушной смеси достигается за счет инжекции необходимого количества воздуха и качественного смешения горючего газа с воздухом. Необходимое количество воздуха в инжекционный смеситель инжектируется за счет равенства высоты трубчатого корпуса Н и его диаметра D. Выполнение этого условия предотвращает запирание инжекционного смесителя при больших расходах горючего газа, так как сопротивление такого трубчатого корпуса по сравнению с длинным трубчатым корпусом существенно уменьшается. Далее продукты сгорания горючего газа истекают в топочное пространство теплового агрегата или в атмосферу. Газовые сопла 3 расположены на верхней части газового коллектора 2. Начальные участки газовых струй защищены от инжектируемого воздушного потока нижней частью газового коллектора 6, внутренний диаметр которого меньше внутреннего диаметра трубчатого корпуса, при этом соотношение внутреннего диаметра трубчатого корпуса к внутреннем у диаметру газового коллектора составляет от 1,1 до 1,2, что обеспечивает устранение срыва факела пламени, то есть устойчивое горение газо-воздушной смеси при работе на малых расходах и в условиях разрежения.
По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, предлагаемый инжекционный смеситель горелки позволяет повысить коэффициент полезного действия инжекции воздуха при больших расходах сжигаемого газа и устранить срыв пламени в условиях разрежения или при работе на малых расходах горючего газа, что обеспечивает эффективность инжекционного смесителя горелки в целом.
Инжекционный смеситель горелки, содержащий трубчатый корпус с газовым коллектором, патрубок подвода газа, наклонные газовые сопла, оси которых при пересечении с радиусом трубчатого корпуса образуют угол 22-25°, а при пересечении с продольной осью трубчатого корпуса - 40-45°, отличающийся тем, что нижний торец трубчатого корпуса соединен с газовым коллектором, при этом отношение внутреннего диаметра трубчатого корпуса к внутреннему диаметру газового коллектора составляет от 1,1 до 1,2, причем высота трубчатого корпуса равна его внутреннему диаметру, а сопла расположены в верхней части коллектора диаметрально, на одинаковом расстоянии друг от друга.
