ГОРЕЛКА Российский патент 1994 года по МПК F23D11/24 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания топлива в топках котлов.

Известна конструкция горелки, содержащей присоединенные к вентилятору короб с диффузорным выходным участком и камеру газификации, соосно размещенные в коробе профилированное сопло и форсунку, корпус которой выполнен в виде участка трубы с поршнем, кинематически связанным через щиток с механизмом регулирования подачи топлива и воздуха, а также теплообменник и топливосборник.

Недостатком приведенной конструкции является неудовлетворительное распыление и смесеобразование при использовании "тяжелого" более вязкого топлива, что ограничивает ее использование.

Известна также конструкция горелки, содержащей подключаемый к вентилятору короб с присоединительным фланцем и с диффузорным выходным участком, термостатирующим устройством, и камеру газификации, установленные в коробе с кольцевым зазором и заключенное в кожух профилированное вращающееся вокруг своей оси сопло и соосно ему форсунку с рассекателем, а также механизм регулирования подачи воздуха и топлива.

Недостатком известной конструкции является ограниченность ее применения при использовании более "тяжелых" сортов жидкого топлива, плохое качество смесеобразования, увеличение шума от колебаний, возникающих в результате сгорания топлива.

Технической задачей изобретения является расширение области применения горелки путем использования более "тяжелых" сортов жидкого топлива, повышение качества смесеобразования и снижение шума.

Это достигается тем, что в горелке, содержащей подключаемый к вентилятору короб с присоединительным фланцем и с диффузорным выходным участком и камеру газификации, соосно размещенные в коробе профилированное сопло и форсунку, термостатирующее устройство, а также механизм регулирования подачи воздуха и топлива, горелка дополнительно снабжена отсечным клапаном, системой предварительного розжига горелки и профилированной втулкой, соосно расположенной и подвижной в осевом направлении относительно сопла. Кроме того, камера газификации снабжена упругодеформируемым элементом, соединенным с присоединительным фланцем.

На чертеже изображена схема горелки.

Горелка состоит из воздушного короба 1, в котором установлены с кольцевым зазором 2 подвижная в осевом направлении профилированная втулка 3 и вращающееся вокруг своей оси профилированное сопло 4, входной цилиндрический хвостовик которого расположен в подшипниках 5 качения, находящихся в цилиндрическом корпусе 6. Для смазки подшипников 5 хвостовик сопла 4 снабжен радиальными каналами 7. Между подшипниками 5 имеется распорная втулка 8 с радиальными отверстиями 9 и наружной кольцевой проточкой, которая с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 6 образует замкнутую кольцевую полость 10. В нижней части корпуса подшипников 7 под распорной втулкой 8 имеется отверстие с укрепленной в нем сливной трубкой 11, обеспечивающей слив топлива с подшипникового узла в зону распыления топлива. На наружной цилиндрической поверхности сопла 4 для обеспечения его вращения при наличии потока воздуха имеются криволинейные лопатки 12, а внутри сопла для диспергирования потока воздушно-топливной смеси установлены рассекатели 13. С обратной стороны сопла в корпус 6 вставлены конфузор 14 с радиальными каналами 15 и наружной кольцевой проточкой, образующей с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 6 замкнутую кольцевую полость 16, соединенную с трубопроводом 17 системы подачи жидкого легковоспламеняющегося топлива для розжига горелки. Предотвращение вращения сопла осуществляется фиксатором 18, взаимодействующим с одной из лопаток 12, а осевое перемещение профилированной втулки 3 и ее фиксация в нужном положении осуществляются болтом 19.

На корпусе подшипников 6 закреплен цилиндр 20 с входным продольным пазом 21. Внутри цилиндра 20 расположен шток 22 с продольным пазом 23, глухим осевым каналом 24 и радиальным отверстием, в котором укреплена расходная трубка-форсунка 25. Торец штока 22 опирается на пружину сжатия 26, которая в свою очередь через опорное кольцо 27 опирается на кронштейн 28 корпуса вентилятора 29.

На корпусе вентилятора 29 установлен механизм регулирования подачи жидкого топлива и воздуха, который оснащен электромагнитом 30, укрепленным в подвижном в осевом направлении корпусе 31. Корпус 31 имеет резьбовое отверстие, в которое завинчивается резьбовой хвостовик маховика 32, торцом опирающийся на упор 33, а между корпусом 31 и упором 33 для фиксированного поступательного перемещения электромагнита, следовательно, изменения хода якоря электромагнита, установлена пружина сжатия 34. Электромагнит 30 через щиток 35 с резьбовым участком и гибкий элемент 36 связан с заслонкой 37. На резьбовом участке штока 35 расположен маховик 38 с кронштейном 39, который взаимодействует с упором 40, размещенным на продольной тяге 41. Тяга 41 связана с штоком 22 и имеет регулировочные гайки 42, опирающиеся на упор 33. Направляющая 43 через пружину 44 и шток 45 обеспечивает необходимое натяжение гибкого элемента 36. Регулирование угла поворота заслонки при настройке горелки на оптимальный режим при малом факеле осуществляется эксцентриком 46.

Короб 1 имеет присоединительный фланец 47, на котором расположено термостатирующее устройство 48, связанное трубопроводом 49 с топливной системой котельной, а через ниппель 50 и накидную гайку 51 - с корпусом 52 отсечного клапана. Внутри корпуса 52, перекрывая входное отверстие 53, на штоке 54 расположен клапан 55 с пружиной 56, которая сжата ниппелем 57, имеющим радиальные отверстия 58. Между торцом корпуса 52 отсечного клапана и торцом ниппеля 57 на его наружной поверхности расположено кольцо 59 с радиальным отверстием 60 и внутренней цилиндрической проточкой, которая с наружной цилиндрической поверхностью ниппеля 57 образует кольцевую полость 61, сообщающуюся через отверстие 60 и трубопровод 62 с системой слива излишков топлива, в результате чего топливо, поступившее в кольцевую полость 61 через минимальный зазор между штоком 54 и отверстием ниппеля 57, переливается в систему слива. Внутренняя полость корпуса клапана 52 через радиальное отверстие 63 и трубопровод 64 сообщается через продольные пазы 21 и 23 с каналом 24 и расходной трубкой 25. В ниппель 57 завинчена гайка 65, образующая внутри ниппеля 57 полость 66 для накапливания топлива, просачивающегося в процессе работы через зазор между штоком 54 и внутренней направляющей поверхностью отверстия ниппеля 57.

Проходящий через ниппель 57 и гайку 65 шток 54 соединен с электромагнитом 67. Электромагнит 67 установлен на подвижном кронштейне 68, который перемещается по неподвижной направляющей 69 при помощи винтового механизма, состоящего из винта 70 и резьбовой втулки 71 подвижного кронштейна 68. Для фиксированного поступательного перемещения электромагнита, а следовательно, изменения хода якоря электромагнита между кронштейном и направляющей 69 установлена пружина 72 сжатия.

Со стороны крепления фланца 47 к котлу на входе воздушного короба 1 закреплена камера газификации 73, которая для уменьшения шума, возникающего во время сгорания топлива, снабжена "глушителем", выполненным в виде гибкого упругодеформируемого элемента 74, соединяющего наружную поверхность камеры газификации 73 с фланцем 47, в результате чего происходит поглощение упругих колебаний камеры газификации, возникающих при сгорании потока воздушно-топливной смеси.

Розжиг горелки осуществляется через свечу 75, а контроль наличия пламени - специальным датчиком 76.

Горелка работает следующим образом.

Легковоспламеняемое с меньшей вязкостью топливо из топливной системы котельной поступает по трубопроводу 17 в кольцевую полость 16 конфузора 14 и через радиальные каналы 15 в цилиндрическую полость конфузора, через которую проходит поток воздуха. Встретив на своем пути поток воздуха, жидкое топливо распыляется, преобразовываясь в воздушно-топливную смесь, которая поступает в зону дугового разряда от свечей 75, где она воспламеняется и образует устойчивый факел. При этом профилированное сопло 4 застопорено стопорным устройством 18, входящим в зацепление с одной из лопаток 12. В результате создается большее сопротивление для прохода воздуха и образуется более обогащенная топливно-воздушная смесь. Для розжига горелки необходимо не более 0,5 кг топлива. После того, как датчик 76 зафиксирует наличие пламени, автоматически включается электромагнит 67, шток которого перемещает отсечной клапан 55 и открывает подачу основного (более тяжелого и вязкого) топлива, которое от магистрали котельной по трубопроводу 49 через термостатирующее устройство 48 поступает через проходное отверстие 53 во внутреннюю полость корпуса 52, а затем через радиальное отверстие 63 по трубопроводу 64, пазы 21 и 23, по осевому каналу 24 поступает в расходную трубку 25. На выходе из расходной трубки 25 топливо попадает в поток воздуха, распыляется и потоком воздуха уносится на выход из профилированного сопла в зону сгорания, где оно воспламеняется от факела легкого топлива.

Одновременно сопло 4 освобождается от фиксации и под действием потока воздуха начинает вращаться. Основной поток топлива, попадая в зону вращения рассекателей 13, дополнительно распыляется и смешивается с воздухом, идущим по центру профилированного сопла и далее в зону сгорания, а часть топлива попадает на цилиндрическую поверхность сопла 4 и образует под действием центробежных сил тонкую пленку. Топливная пленка под действием также центробежных сил перемещается по конусной части сопла на выход, еще больше растягивается, становится еще тоньше и сходит с торца сопла. Эта топливная тонкая пленка, отрываясь от торца сопла, попадает в поток воздуха, который вращает сопло, распыляется этим потоком воздуха, с ним смешивается и уносится в зону сгорания. Поток воздуха, вращающий сопло 4, проходя через изменяемый кольцевой зазор 2 между соплом 4 и профилированной втулкой 3, изменяется в скорости. В зависимости от положения цилиндрической части втулки по отношению к торцу профилированного сопла 4 изменяется форма и длина факела, а следовательно, расширяется диапазон применения горелки. При перемещении профилированной втулки 3 в ее крайнее заднее положение цилиндрическая часть ее уходит за торец сопла 4 и так как зазор 2 в этом случае наибольший, скорость воздуха наименьшая. В этом случае топливная смесь формируется в зоне, где скорость воздуха падает, а, следовательно, возрастает его давление. Факел в этом случае объемный и короткий.

При перемещении втулки 3 в крайнее переднее положение ее цилиндрическая поверхность уходит за торец сопла 4. Следовательно, топливная смесь формируется в зоне высокой скорости и малого давления воздуха и факел в этом случае становится удлиненным и менее объемным, что позволяет применять горелку в котлах с удлиненной топкой.

Перевод горелки на работу при максимальном расходе топлива и воздуха осуществляется включением электромагнита 30, якорь которого через щиток 35 и гибкий элемент (цепь) 36 поворачивают заслонку 37 и перекрывает отверстие для сброса избытка воздуха при работе на малом огне. При этом кронштейн 39 взаимодействует с упором 40 и при помощи тяги 41 перемещает шток 22, сжимая пружину 26, в результате чего происходит совмещение продольных пазов 21 и 23. Регулировка совмещения пазов производится при помощи маховика 38, связанного со штоком 35. При вращении маховичка 38 в ту или другую сторону меняется величина проходного сечения для топлива.

Дополнительная настройка подачи топлива производится при помощи маховика 70, при вращении которого в ту или другую сторону перемещается подвижный кронштейн 68, а вместе с ним перемещается и электромагнит 67, якорь которого соединен со штоком 54 отсечного клапана 55. Настройка горелки на работу в промежуточном режиме осуществляется маховичком 32, при вращении которого против часовой стрелки подвижный кронштейн 31 под действием пружины 34 перемещается вперед, а заслонка 37 под действием толкателя 45 и пружины 44 разворачивается на определенный угол. При перемещении кронштейна 31 вперед под действием пружины 26 происходит и перемещение штока 22, что изменяет проходное сечение для прохода топлива, а, следовательно, и его расход. Топливо, просочившееся через минимальный зазор между осевым отверстием ниппеля 57 и штоком 54, попадает через отверстия 58 в кольцевую полость 61 и через отверстие 60 и трубопровод 62 в кольцевую полость 16 конфузора 14. Из кольцевой полости 16 по отверстиям 15 топливо подсасывается потоком воздуха и уносится на распыление и в зону сгорания. При переходе горелки с большого факела на малый при отключенном электромагните 30 воздух от вентилятора стремится удержать заслонку 37 в верхнем положении, но направляющая 43 через пружину 44 и шток 45 разворачивает заслонку 37 на небольшой угол в сторону движения потока воздуха, в результате чего воздушный поток разворачивает заслонку 37 до упора в эксцентрик 46, при помощи которого осуществляется регулирование положения заслонки 37 при малом факеле.

Смазка подшипников 5 осуществляется от топлива, которое попадает на цилиндрическую поверхность сопла 4 в зоне посадки подшипников. Часть топлива попадает в камеру между подшипниками через отверстия 7, а излишки его через отверстия 9 поступают во внутреннюю кольцевую полость распорного кольца 8 и по трубопроводу 11 в зону вращения криволинейных лопаток 12, где оно смешивается с потоком воздуха и уносится в зону горения.

Предложенная конструкция горелки позволяет значительно расширить область ее применения в различных конструкциях котлов, использовать любое (по вязкости) топливо, улучшить условия эксплуатации котлов.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания более вязкого тяжелого топлива в топках котлов. Цель: расширение области применения горелки путем использования более "тяжелых" сортов жидкого топлива, повышение качества смесеобразования и снижение шума. Горелка содержит подключаемый к вентилятору короб 1 с присоединительным фланцем 47. В коробе имеются соосно размещенные в коробе профилированное сопло 4, форсунка 25, а также термостатирующее устройство 48. Горелка снабжена также отсечным клапаном 52 и профилированной втулкой 3, соосно расположенной и подвижной в осевом направлении относительно сопла, а также упругодеформируемым элементом 74, соединенным с присоединительным 47. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ГОРЕЛКА, содержащая подключаемый к вентилятору короб с присоединительным фланцем и с диффузорным выходным участком, и камеру газификации, соосно размещенные в коробе профилированное сопло и форсунку, термостатирующее устройство, а также механизм регулирования подачи воздуха и топлива, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена отсечным клапаном, системой предварительного розжига горелки и соосно расположенной и подвижной в осевом направлении относительно сопла профилированной втулкой. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что камера газификации снабжена упруго-деформируемым элементом, соединенным с присоединительным фланцем горелки.