ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК F23D14/02 

Изобретение относится к сжиганию преимущественно газообразного топлива и может быть использовано в различных тепловых агрегатах, например в экспериментальных камерах сгорания.

Известны горелочные устройства, содержащие воздухоподающий короб с закрепленными в его передней стенке выпускными патрубками, каждый из которых снабжен установленными по его оси топливораздающим коллектором и кольцевым завихрителем [1] .

Недостатком известных горелочных устройств является невозможность регулирования параметров факела.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является горелочное устройство, содержащее воздухоподающий короб с по меньшей мере одним закрепленным в его передней стенке выпускным патрубком, топливораздающий коллектор, расположенный по оси патрубка, установленную между патрубком и коллектором и радиальными зазорами относительно них соосную обечайку, подвижную в аксиальном направлении, и размещенный между коллектором и обечайкой кольцевой завихритель, причем к выходным торцам патрубка и обечайки прикреплены конфузорные насадки, а к выходному торцу обечайки - коническое сопло, диаметр выходного среза которого меньше внутреннего диаметра патрубка [2] .

В данном горелочном устройстве за счет продольного перемещения обечайки можно изменять величину зазора между патрубком и обечайкой, осуществляя тем самым перераспределение воздуха, поступающего в периферийную и центральную части патрубка. Однако возможности регулирования структуры и конфигурации факела у данного устройства невелики, поскольку направление тока прямоточной части воздуха относительно закрученной во всех случаях остается неизменной. Кроме того, данное устройство не позволяет трансформировать вихревой (или прямоточно-вихревой) режим течения в чисто прямоточный (например, с целью направленного измерения температуры газов в контрольной зоне экспериментальной камеры сгорания). Отмеченные недостатки ограничивают регулировочные возможности горелочного устройства.

Целью изобретения является расширение регулировочных возможностей.

В горелочном устройстве, содержащем воздухоподающий короб с по меньшей мере одним закрепленным в его передней стенке выпускным патрубком, топливораздающий коллектор, расположенный по оси патрубка, установленную между патрубком и коллектором с радиальными зазорами относительно них соосную обечайку, подвижную в аксиальном направлении, и размещенный между коллектором и обечайкой кольцевой завихритель, причем к входным торцам патрубка и обечайки прикреплены конфузорные насадки, а к выходному торцу обечайки - коническое сопло, диаметр выходного среза которого меньше внутреннего диаметра патрубка, поставленная цель достигается тем, что патрубок и обечайка выполнены цилиндрическими, сопло обечайки - диффузорным, завихритель скреплен с обечайкой с возможностью аксиального перемещения вместе с ней, при этом расстояние между входным торцом патрубка и задней стенкой короба превышает расстояние между выходным срезом сопла обечайки и входным срезом ее насадка.

Кроме того, насадок патрубка и сопло обечайки могут быть выполнены с одинаковой конусностью.

В просмотренных источниках информации признаки, сходные с существенными отличительными признаками заявляемого горелочного устройства, не обнаружены, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 схематически изображено горелочное устройство, продольный разрез (вариант выполнения с одним выпускным патрубком); на фиг. 2-5 - то же, при различных рабочих положениях обечайки; на фиг. 6 - горелочное устройство, продольный разрез (вариант выполнения с несколькими выпускными патрубками); на фиг. 7 - разрез А-А на фиг. 6.

Горелочное устройство содержит воздухоподающий короб 1, в передней стенке 2 которого закреплен один (фиг. 1-5) или несколько (фиг. 6-7) цилиндрических выпускных патрубков 3. По оси патрубка 3 расположен топливораздающий коллектор 4, пропущенный через заднюю стенку 5 короба 1 и имеющий на выходном конце группу сопловых отверстий для выпуска газа (не показаны). Между патрубком 3 и коллектором 4 с радиальными зазорами относительно них установлена соосная цилиндрическая обечайка 6, скрепленная с кольцевым лопаточным завихрителем 7, размещенным между коллектором 4 и обечайкой 6. Завихритель 7 скреплен также с втулкой 8, установленной на коллекторе 4 с возможностью скольжения по его поверхности. При помощи штока 9, скрепленного с втулкой 8, завихритель 7 и обечайка 6 имеют возможность совместно перемещаться в аксиальном направлении. К входному торцу 10 патрубка 3 и входному торцу 11 обечайки 6 прикреплены конфузорные насадки 12, 13, а к выходному торцу 14 обечайки 6 - диффузорное коническое сопло 15, диаметр выходного среза которого меньше внутреннего диаметра патрубка 3. Насадок 12 патрубка 3 и сопло 15 выполнены с одинаковой конусностью. Расстояние L между входным торцом 10 патрубка 3 и задней стенкой 5 короба 1 превышает расстояние S между выходным срезом сопла 15 и входным срезом насадка 13. Горелочное устройство подсоединено к камере 16 сгорания.

Горелочное устройство работает следующим образом.

Газ из коллектора 4 истекает струйками в выходной части патрубка 3 в воздушный поток. Образующаяся газовоздушная смесь сгорает в камере 16.

Устройство обеспечивает возможность изменения в широком диапазоне структуры и конфигурации факела за счет перемещения обечайки 6 и завихрителя 7 вдоль коллектора 4. В случае установки обечайки 6 в положение, при котором ее насадок 13 примыкает к насадку 12 патрубка 3 (фиг. 5), реализуется чисто вихревой режим течения. Факел в этом случае имеет наименьшую протяженность и наибольший угол раскрытия.

При установке обечайки 6 в положение, при котором ее насадок 13 оказывается расположенным с зазорами относительно насадка 12 патрубка 3 и задней стенки 5 короба 1 (фиг. 1-3), воздух из короба 1 поступает в патрубок 3 как в закрученном виде, так и прямотоком. В этих случаях за выходным срезом патрубка 3 формируется прямоточно-вихревой факел. Изменение структуры и/или степени прямоточности этого факела достигается за счет перемены направления и/или расхода периферийного потока воздуха, вступающего во взаимодействие с закрученным потоком воздуха, вытекающим из сопла 15 обечайки 6. Так, например, указанный периферийный поток воздуха для случая рабочего положения обечайки 6, изображенного на фиг. 1, направлен от оси устройства во внешнюю сторону, на фиг. 2 - параллельно оси устройства, на фиг. 3 - к оси устройства. Расход этого потока воздуха одинаков для случаев рабочего положения обечайки 6, изображенных на фиг. 1 и 2, увеличен в варианте, показанном на фиг. 3. Для обеспечения возможности получения в устройстве прямоточно-вихревого факела с высокой степенью прямоточности при минимальных гидравлических потерях по тракту прямотока необходимо, чтобы отношение L/S составляло не менее 1,4.

При установке обечайки 6 в положение, при котором ее насадок 13 примыкает к задней стенке 5 короба 1, весь воздух в патрубок 3 поступает прямотоком. В этом случае факел имеет наибольшую дальнобойность и наименьшее угловое раскрытие.

По сравнению с горелочным устройством-прототипом предлагаемое горелочное устройство позволяет расширить регулировочные возможности за счет более широкого диапазона изменения структуры и конфигурации факела.

Использование: в различных тепловых агрегатах, например в экспериментальных камерах сгорания. Сущность изобретения: в стенке 2 воздухоподающего короба 1 закреплен выпускной патрубок 3, по оси которого размещен топливораздающий коллектор 4. Между патрубком 3 и коллектором 4 с радиальными зазорами установлена соосная обечайка 6, скрепленная с завихрителем 7. Обечайка 6 и завихритель 7 имеют возможность совместно перемещаться в аксиальном направлении. К входному торцу 10 патрубка 3 и входному торцу 11 обечайки 6 прикреплены конфузорные насадки 12, 13, к выходному торцу 14 обечайки 6 - диффузорное коническое сопло 15. Устройство обеспечивает возможность изменения в широком диапазоне структуры и конфигурации факела. 1 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее воздухоподающий короб с по меньшей мере одним закрепленным в его передней стенке выпускным патрубком, топливораздающий коллектор, расположенный по оси патрубка, установленную между патрубком и коллектором с радиальными зазорами относительно них соосную обечайку, подвижную в аксиальном направлении, и размещенный между коллектором и обечайкой кольцевой завихритель, причем к входным торцам патрубка и обечайки прикреплены конфузорные насадки, а к выходному торцу обечайки - коническое сопло, диаметр выходного среза которого меньше внутреннего диаметра патрубка, отличающееся тем, что, с целью расширения регулировочных возможностей, патрубок и обечайка выполнены цилиндрическими, сопло обечайки - диффузорным, завихритель скреплен с обечайкой с возможностью аксиального перемещения, при этом расстояние между входным торцом патрубка и задней стенкой короба больше расстояния между выходным срезом обечайки и входным срезом ее насадка. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что насадок патрубка и сопло обечайки выполнены с одинаковой конусностью.