УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК F23D11/34 

Изобретение относится к любой отрасли промышленности, использующейся несамовоспламеняющиеся газообразные компоненты, одним из которых является атмосферный воздух, и может быть использовано на дожигателях (например на кислородно-водородных стендах).

Известное устройство (см. авторское свидетельство N 989240, кл. F 23 D 11/34, 1980 г.) имеет корпус в форме эллиптического концентратора с закрепленным в одном из его фокусов газоструйным излучателем с системой подвода одного из компонентов, а во втором фокусе установлена проходная резонансная трубка с отверстиями для подвода другого компонента топлива. Ультразвуковые колебания генерируются потоком протекающего через излучатель газообразного компонента топлива, а внутри резонансной трубки происходит разогрев компонента и ее стенок как за счет поглощения энергии генерируемых колебаний, так и за счет возникновения периодических колебаний газового объема в полости резонансной трубки, вызываемых пульсациями в струе от излучателя. Подвод второго компонента через каналы в резонансной трубке вызывает воспламенение топлива.

В этом устройстве при работе в земных условиях использование непосредственно атмосферного воздуха невозможно и для дожигания горючего (например водорода) необходима принудительная подача второго компонента, т.е. наличие дополнительной системы подачи.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. повышение эксплуатационных качеств устройства и надежности воспламенения при работе в земных условиях.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для воспламенения несамовоспламеняющихся компонентов, имеющем корпус с концентратором, газоструйный излучатель с системой подачи рабочего газа и проходную резонансную трубку, за выходом из резонансной трубки выполнена вихревая камера с цилиндрическим соплом и тангенциальным подводом рабочего газа. Проходная резонансная трубка установлена на оси и расположена входным сечением в центральной части со стороны эллиптического концентратора, а выходным сечением в полости вихревой камеры. Внутри резонансной трубки происходит разогрев газообразного горючего и ее стенок как за счет диссипации энергии ультразвуковых колебаний генерируемых рабочим газом, протекающим через излучатель, так и за счет возникновения периодических колебаний газового объема в полости резонансной трубки, вызываемых пульсациями от излучателя. Подача рабочего газа через тангенциальные отверстия в корпусе вихревой камеры обеспечивает закрутку потока и падение давления в центральной области вихревой камеры ниже атмосферного и в приосевой зоне возникает поток атмосферного воздуха через цилиндрическое сопло внутрь камеры к выходному отверстию резонансной трубки. Организованная топливная смесь из нагретого до высокой температуры рабочего газа и атмосферного воздуха у выходного отверстия резонансной трубки воспламеняется.

Устранение принудительной подачи второго компонента позволяет значительно упростить систему подачи, повысить эксплуатационные качества устройств и надежность воспламенения при работе в земных условиях.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого устройства.

Устройство имеет газоструйный излучатель 1, корпус, состоящий из эллиптического концентратора 2 и вихревой камеры в форме простейшей центробежной форсунки 3 с цилиндрическим соплом 4, проходную ступенчатую резонансную трубку 5 и систему подачу газообразного горючего 6.

Воспламенение топлива в данном устройстве происходит следующим образом. После подачи газообразного горючего (например водорода) на вход газоструйного излучателя 1 через систему подачи 6 и в вихревую камеру 3 через трубопроводы 7 и тангенциальные отверстия 9 в излучателе происходит генерирование ультразвуковых колебаний, а в полости вихревой камеры образуется закрученный поток газа. Область генерации колебаний расположена в одном из фокусов (F₁) эллипсоида, поэтому в другом фокусе (F₂), где расположено входное отверстие резонансной трубки 5, происходит концентрация акустической энергии, которая за счет линейных и нелинейных диссипативных процессов вызывает разогрев горючего, заполнившего резонансную трубку 5 и ее стенок особенно у выходного отверстия. При истечении закрученного потока газа из цилиндрического сопла 4 вихревой камеры 3 в центральной приосевой области давление падает ниже атмосферного до определенной величины и атмосферный воздух проникает через осевую область внутрь камеры к выходному отверстию резонансной трубки. Вследствие сил вязкого трения обратный поток раскручивается, образуя вынужденный вторичный вихрь (см. Изв. СОАН СССР, серия техн. наук, вып. 3, N 13, 1981 г. ). Подсос атмосферного воздуха к выходному отверстию резонансной трубки 5, из которого истекает нагретое до высокой температуры горючее, вызывает воспламенение топлива в виде факела. Дополнительное горючее из полости эллиптического концентратора, поступающее через каналы 8, воспламеняется от факела.

Таким образом, разогрев газообразного горючего в полости резонансной трубки за счет диссипации акустической энергии ультразвуковых колебаний, возникающих в излучателе, и наличие обратного потока атмосферного воздуха в центральной приосевой зоне вихревой камеры обеспечивает организацию и воспламенение топливной смеси без принудительной подачи второго компонента (окислителя), что значительно упрощает конструкцию устройства при работе в земных условиях. Обеспечение потока атмосферного воздуха непосредственно в зону высокотемпературного разогрева горючего обеспечивает высокое быстродействие устройства по воспламенению топлива.

Использование: в энергомашиностроении в дожигателях. Сущность изобретения: ультразвуковой воспламенитель содержит последовательно расположенные полый концентратор 2 с каналами подвода рабочего тела и установленным в нем газоструйным излучателем 1 и резонансную трубу 5. В корпусе 1 расположена вихревая камера 3, имеющая периферийные выходные каналы 8 и резонансную полость, сообщенную с полостью концентратора и периферийными каналами 8. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Ультразвуковой воспламенитель, содержащий последовательно расположенные полый концентратор с каналами подвода рабочего тела и установленным в нем газоструйным излучателем и резонансную трубу, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности воспламенения путем обеспечения подсоса атмосферного воздуха в зону выхода резонансной трубы, воспламенитель снабжен вихревой камерой, имеющей периферийные выходные каналы и резонансную полость, сообщенную с полостью концентратора и периферийными каналами. 2. Воспламенитель по п.1, отличающийся тем, что вихревая камера снабжена выходным цилиндрическим соплом, а выходные отверстия периферийных каналов симметрично расположены относительно последнего.