ИНЖЕКЦИОННАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1995 года по МПК F23D14/04 F23D21/00 

Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразных топлив.

Известны инжекционные горелки, содержащие последовательно расположенные конфузор, смеситель, диффузор, газовое сопло, установленное на входе в конфузор [1].

Указанные инжекционные горелки малоэффективны по причине недостаточно быстрого смешения горючего газа с воздухом, а также из-за невозможности регулирования проходного сечения смесителя.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому устройству является инжекционная горелка, содержащая газовое сопло, установленное на входе в конфузор, примыкающий к смесителю, снабженному выходным диффузионно-конфузорным насадком с углом раскрытия диффузора 8-20 градусов и дополнительный кольцевой коллектор для подачи газа низкого давления, установленный вокруг диффузионного участка насадка и подключенный к его полости при помощи отверстий, выполненных на боковой поверхности диффузора, причем оси этих отверстий наклонены к оси горелки под углом, равным половине угла раскрытия диффузора [2].

Эта инжекционная горелка выбрана в качестве прототипа.

Указанная горелка малоэффективна по причине недостаточно быстрого смешения горючего газа с воздухом, что обусловлено недостаточной турбулизацией смешивающихся газов и наличием возле стенок смесителя малоподвижного пограничного слоя, не участвующего в процессах смешения, а также по причине невозможности регулирования проходного сечения смесителя.

Целью настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков в разработанной конструкции инжекционной горелки.

Указанная цель достигается тем, что в инжекционной горелке, содержащей последовательно расположенные конфузор, смеситель, диффузор, газосопло, установленное на входе в конфузор, согласно изобретению вокруг смесителя и концентрично ему расположена электромагнитная система, включающая магнитопроводы с многофазными обмотками, с внешней стороны смесителя в местах сопряжения его с конфузором и диффузором установлены постоянные магниты, кроме того, смеситель снабжен системой ввода-вывода магнитной жидкости (в дальнейшем - МЖ), которая может состоять из бака с МЖ, насоса и Т-образной трубки, введенной в полость смесителя.

Размещение вокруг смесителя и концентрично ему электромагнитной системы, включающей магнитопроводы с многофазными обмотками, установка с внешней стороны смесителя в местах сопряжения его с конфузором и диффузором постоянных магнитов, снабжение смесителя системой ввода - вывода МЖ, которая может состоять из бака с МЖ, насоса и Т-образной трубки, введенной в полость смесителя - эти признаки определяют новизну данного технического решения.

Сходных технических решений в области устройства для сжигания газообразных топлив нами при патентном поиске не обнаружено. Это позволяет вынести суждение о том, что предлагаемое устройство обладает существенными отличиями.

На чертеже изображена инжекционная горелка (продольное сечение), снабженная системой ввода-вывода МЖ, состоящей из Т-образной трубки, насоса и бака с МЖ.

Инжекционная горелка, содержит последовательно расположенные конфузор 1, смеситель 2, диффузор 3, газовое сопло 4, установленное на входе в конфузор 1, магнитопроводы 5 с многофазными обмотками 6, размещенные вокруг смесителя 2 и концентрично ему, постоянные магниты 7, установленные с внешней стороны смесителя 2 в местах сопряжения его с конфузором 1 и диффузором 3, систему ввода-вывода МЖ 8, состоящую из бака 9 с МЖ 8, насоса 10 и Т-образной трубки 11 с краном 12, введенной в полость смесителя 2. Поток горючего газа показан стрелками 13, а воздуха - стрелками 14.

Инжекционная горелка работает следующим образом. Обмотки 6 магнитопроводов 5 подключаются к источнику многофазного переменного напряжения, при этом внутри смесителя 2 создается магнитное поле, вращающееся вокруг продольной оси смесителя 2. Затем открывается кран 12 и насосом 10 из бака 9 по трубке 11 вовнутрь смесителя 2 подается необходимое количество МЖ 8, после чего кран 12 закрывается. Внутри смесителя 2 МЖ 8 под воздействием магнитного поля электромагнитной системы (5,6) распределяется по внутренним стенкам смесителя 2 и движется вместе с полем. Через газовое сопло 4 в конфузор 1 подается горючий газ (см. стрелки 13), поток газа инжектирует воздух (стрелки 14), оба потока 13 и 14 попадают в смеситель 2, где начинают смешиваться. Слои потоков, находящиеся возле стенок смесителя 2, соприкасаясь с движущейся поверхностью МЖ 8, турбулизуются, эта турбулизация силами аэродинамического трения передается к срединным слоям потоков 13 и 14, в результате чего процесс смешения горючего газа и воздуха значительно ускоряется. Кроме того, движущаяся поверхность МЖ 8 разрушает не участвующий в процессах смешения малоподвижный пограничный слой газа и воздуха, что также повышает эффективность работы устройства. Кроме того, при соприкосновении с поверхностью МЖ 8 пылевидные загрязнения, содержащиеся в газе и воздухе, смачиваются жидкостью-основой МЖ 8 и задерживаются в ее слое, что повышает качество сгорания смеси.

Для достижения наибольшей эффективности необходимо, чтобы напряженность поля внутри смесителя превосходила некоторую критическую величину, которая зависит от свойств применяемой МЖ и для существующих типов МЖ реально достижима. При выполнении этого условия слой МЖ 8 будет представлять собой нестационарную игольчатую структуру с большой площадью свободной поверхности, что позволит увеличить турбулизацию и повысить эффективность очистки газов от загрязнений.

Система ввода-вывода МЖ позволяет регулировать проходное сечение смесителя 2. При необходимости уменьшить проходное сечение через трубку 11 при открытом кране 12 из бака 9 насосом 10 в смеситель 2 подается дополнительный объем МЖ 8, который вращающимися магнитными полями электромагнитной системы (5,6) распределяются по периметру смесителя 2, при этом проходное сечение последнего уменьшается пропорционально введенному объему МЖ 8. При необходимости уменьшить проходное сечение смесителя 2 из него аналогичным образом откачивается в необходимый объем МЖ 9. Изменение проходного сечения следует производить в функции от напора горючего газа в сопле 4, так как горелка обладает наибольшей эффективностью при определенном соотношении проходного сечения смесителя 2 и напора газа в сопле 4. Для этого может быть использована какая-либо электрическая или электромеханическая система управления.

По окончании работы горелки сначала из смесителя 2 насосом 10 через трубку 11 МЖ 8 откачивается в бак 9, а затем снимается напряжение с обмоток 6 магнитопроводов 5.

Постоянные магниты 7, размещенные снаружи смесителя 2 в местах сопряжения его с конфузором 3, создают внутри смесителя 2 по его краям стационарные магнитные поля. При работе горелки эти поля накладываются на вращающееся поле, созданное электромагнитной системой (5, 6); результирующее поле усложняет характер движения МЖ 8, что увеличивает степень турбулизации газовых потоков 13 и 14. Кроме того, магнитные поля постоянных магнитов 7 предотвращают вытекание МЖ 8, оставшейся в смесителе 2 после окончания работы горелки, что конфузор 1 и диффузор 3, а также при снятии напряжения с обмоток 6 в случае аварийной ситуации на работающей горелке.

Использование: для сжигания газообразного топлива. Сущность изобретения: вокруг смесителя 2 и концентрично ему размещена электромагнитная система, включающая магнитопроводы 5 с магнитофазными обмотками 6, с внешней стороны смесителя 2 в местах его сопряжения с конфузором 1 и диффузором 3 установлены постоянные магниты 7, кроме того сместитель 2 снабжен системой 8 ввода-вывода магнитной жидкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ИНЖЕКЦИОННАЯ ГОРЕЛКА, содержащая последовательно расположенные конфузор, смеситель, диффузор, газовое сопло, установленное на входе в конфузор, отличающаяся тем, что вокруг смесителя и концентрично ему размещена электромагнитная система, включающая магнитопроводы с многофазными обмотками, с внешней стороны смесителя в местах его сопряжения с конфузором и диффузором установлены постоянные магниты, кроме того, смеситель снабжен системой ввода-вывода магнитной жидкости. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что система ввода-вывода магнитной жидкости состоит из бака магнитной жидкости, насоса и Т-образной трубки, введенной в полость смесителя.