ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1995 года по МПК F23D17/00 

Изобретение относится к горелкам и может быть использовано в термических печах и камерах сгорания котельных и газотурбинных установок.

Известно устройство, содержащее цилиндрическую камеру смешения с воздухоподводящим патрубком на входе и размещенную по оси топливной трубой, в выходном торце которой установлен с возможностью продольного перемещения рассекатель, образующий с трубой кольцевую щель, направленную встречно потоку воздуха под углом 55-60^о. Существенным недостатком такого устройства является низкое качество смешения на режимах, отличных от номинального, а возможность регулирования за счет ширины щели весьма ограничена величиной потерь давления.

Наиболее близким техническим решением является устройство, содержащее цилиндрическую камеру смешения с воздухоподводящим патрубком и периферийный газовый коллектор с газовыпускными отверстиями. Основной недостаток устройства низкое качество сжигания топлива на переменных режимах.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей и повышение качества сжигания.

Указанная цель достигается за счет того, что газовая горелка, содержащая цилиндрическую камеру смешения с воздухоподводящим патрубком и периферийный газовый коллектор с газовыпускными отверстиями, причем газовыпускные отверстия выполнены овальной формы и объединены в две группы по четыре встречнонаправленных отверстия в каждой, причем направление отверстий различных групп перпендикулярное, а большая ось овала отверстий одной группы параллельна оси камеры смешения.

Известно, что при поперечной подаче струй эффективность смешения лимитируется конвективными тепломассопереносом и может быть определена соотношением
θ H^-2/3,
h_s= a_hdsinα; = 1- где α угол атаки;
β угол хордальности;
θ параметр качества;
А характерный размер потока;
d_h коэффициент формы струи;
d диаметр отверстия;
V скорость;
ρ плотность;
h глубина проникновения.

Индексы: 2 ограничения по передней границе, 3 ограничения по конвективному массопереносу, с струя, см смесь, s в плотности траектории струй.

Таким образом, при изменении режима работы устройства меняется в самом общем случае меняется , и, как следствие, уменьшается качество смешения θ.

Для того, чтобы при изменении режима работы устройства качество смешения сохранилось неизменным, необходимо, чтобы схема подачи струй допускала const при var. Это в редакции отсутствия ограничений по дискретности асимметрии распределения и длине на завершении технологического процесса принципиально возможно в схеме, когда насадки направлены по касательной к поверхности условного цилиндра и в пределах группы попарно направлены навстречу друг другу, оси насадков разных групп взаимно перпендикулярны, расположены в одном поясе и в каждой группе четыре насадка.

Для исключения соударения соседних струй, принадлежащих соседним группам, предусмотрена различная ориентация большей полуоси овального сечения насадка относительно оси канала (параллельно и перпендикулярно). Такой подход позволяет реализовать различные значения a_h(a_h/ϕ 0/, a_h/ ϕ 90^o/) для различных групп насадков и, следовательно, различных траекторий, не допускающих соударение струй с учетом нарастания ширины пограничного слоя. Здесь ϕ угол между большой полуосью овала и осью канала.

Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что известные технические решения, имеющие признаки сходных с признаками, отличающими изобретение от прототипа, не обнаружены.

На фиг.1 приведена горелка, продольный разрез; на фиг.2 вид А-А на фиг. 1.

Газовая горелка содержит цилиндрическую камеру смешения 1 с воздухоподводящим патрубком 2, периферийный газовый коллектор 3 с газовыпускными насадками 4 и 5 первой и второй групп соответственно. Насадки установлены по касательной к поверхности условного цилиндра, в поясе две группы насадков овального поперечного сечения по четыре насадка в каждой с большей полуосью овала параллельной и перпендикулярной оси магистральной трубы соответственно. Насадки в пределах группы попарно направлены навстречу друг другу и для различных групп взаимно перпендикулярны.

Устройство работает следующим образом.

Воздух из воздухоподводящего патрубка 2 поступает в камеру смешения 1, туда же из коллектора 3 через две группы насадков 4 и 5 истекает газ. Как показано выше, различная ориентация насадков позволяет исключить соударение струй, принадлежащих различным группам за счет a_h. Это позволяет обеспечить const при var за счет соударения струй в пределах группы.

Исследования, проведенные в лаборатории "Гидродинамика", в широком диапазоне изменения геометрических и режимных параметров ≥ ϕ_i≥ 0, 0-0,70; ρ 1,0-2,65; 1,0÷2,65 0,098-1,5, 1,0-4,0 показали, что при увеличении /ϕ_I- -ϕ_II/ стабильность характеристик качества смешения возрастает.

Здесь ρ
ϕ угол между большей полуосью овала и осью трубы,
G массовый расход,
ρ плотность,
d диаметр,
t шаг,
А характерный размер потока.

Индексы: 1 поперечные струи,
2 сносящий поток,
Э эквивалентный,
см смесь,
I первая группа отверстий,
II вторая группа отверстий,
i текущее значение.

Использование: в термических печах и камерах сгорания котельных и газотурбинных установок. Сущность изобретения: воздух из воздухоподводящего патрубка 2 поступает в камеру 1 смешения, туда же из коллектора 3 через две группы отверстий 4 и 5 подается газообразное топливо. Встречное расположение отверстий 4 и 5 в пределах группы позволяет интенсифицировать процесс смешения газа и воздуха, а различная ориентация овалов отверстий 4 и 5 исключает возможность соударения струй топлива, истекающих из отверстий, принадлежащих различным группам. Это позволяет расширить функциональные возможности устройства, и повысить качество сжигания. 2 ил.

ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА, содержащая цилиндрическую камеру смешения с воздухоподводящим патрубком и периферийный газовый коллектор с газовыпускными отверстиями, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения качества сжигания, газовыпускные отверстия выполнены овальной формы и объединены в две группы по четыре встречно направленных отверстия в каждой, причем оси отверстия различных групп взаимно перпендикулярны и большие оси овалов отверстий одной группы и меньшие оси овалов отверстий другой группы параллельны оси камеры сжигания.