ГАЗОИНЖЕКТОРНОЕ СОПЛО Российский патент 2000 года по МПК F23D14/48 

Изобретение относится к газоинжекторному соплу, в частности к инжекторному соплу, предназначенному для подачи окислителя к горелке.

Сопла такого типа используют в промышленных горелках, работающих на газе, и нагревателях в технологических процессах, где требуется стабильное пламя с высокой интенсивностью сгорания. Известные горелки содержат инжекторную трубку для подвода топлива и сопло для подачи окислителя. Интенсивное смешивание топлива и окислителя в зоне сгорания обеспечивается за счет инъекции окислителя через сопло, установленное у передней части горелки. Таким образом, поток окислителя поступает с высокой скоростью, что приводит к высокой степени внутренней и наружной рециркуляции продуктов сгорания и в результате этого к высокой интенсивности сгорания.

Общеизвестные газоинжекторные сопла включают выпускную камеру со стенкой и выпускное отверстие на выпускном конце выпускной камеры.

В частности известно газоинжекторное сопло, содержащее выпускную камеру со стенкой и выпускное отверстие на выпускном конце выпускной камеры, причем стенка в направлении выпускного конца выполнена изогнутой по кривой линии (см. Lueger Lexikon der Technik, издательство Deutsche Verlags-Anstalt Stuttgart, 4-е издание, том 6, стр. 411, рис. 7).

При высокой скорости подачи газа, требуемой в промышленных процессах, передний конец сопла подвергается перегреву из-за высокой интенсивности сгорания вблизи переднего конца сопла. При этом горячие продукты сгорания текут обратно в направлении переднего конца сопла, что приводит к быстрому нагреванию при высокой температуре и в конечном счете к разрушению переднего конца сопла.

Недостаток известного сопла заключается в том, что имеется опасность его неэффективного функционирования из-за разрушения его переднего конца.

Задача изобретения заключается в обеспечении надежного функционирования газоинжекторного сопла путем совершенствования конструкции сопла.

Поставленная задача решается в предлагаемом газоинжекторном сопле, содержащем выпускную камеру со стенкой и выпускное отверстие на выпускном конце выпускной камеры, причем стенка в направлении выпускного конца выполнена изогнутой по кривой линии, за счет того, что стенка выполнена с цилиндрической внутренней поверхностью и наружной поверхностью, концентрично обхватывающей внутреннюю поверхность, причем наружная поверхность выполнена изогнутой по непрерывно кривой линии у выпускного конца на участке 1 и на выпускном отверстии с образованием острой кромки сходится с внутренней поверхностью, причем изогнутый участок l имеет радиус кривизны R согласно уравнению

причем l имеет вышеуказанное значение,
t - максимальное горизонтальное расстояние между внутренней и наружной поверхностями,
α - угол кромки на выпускном конце вокруг выпускного отверстия.

Улучшенная конструкция согласно изобретению основана на осознании того, что стабильное пламя с высокой интенсивностью сгорания на безопасном расстоянии от переднего конца сопла получается в результате снабжения сопла наружной поверхностью, выполненной изогнутой по непрерывно кривой линии с оптимальным радиусом кривизны, сужающимся в направлении выпускного конца сопла. В рамках настоящего изобретения было найдено, что оптимальным радиусом кривизны R является именно радиус, определяемый вышеприведенным уравнением. С помощью выбора такого радиуса кривизны надежно предотвращается обратный поток продуктов сгорания к переднему концу сопла, благодаря чему устраняется опасность разрушения сопла.

Температура у выпускного сопла далее значительно снижается при выполнении переднего конца сопла с острой кромкой, то есть с минимальным углом α. Предпочтительно угол α передней кромки составляет 7 - 20^o, в частности 12 - 18^o. Это способствует снижению нагревания и повышению механической устойчивости переднего конца сопла.

Длина участка l составляет предпочтительно 1,5 - 5-кратное, в частности 2 - 3-кратное внутреннего диаметра выпускной камеры. При таком соотношении длины участка l и внутреннего диаметра выпускной камеры интенсивность смешивания окислителя с топливом является очень низкой вокруг переднего конца сопла, что приводит к сниженному сгоранию, или даже к отсутствию сгорания в непосредственной близости сопла. При этом окислитель выпускается с высокой скорость. То есть, смешивание топлива с окислителем и сгорание происходит в зоне сгорания на расстоянии от переднего конца сопла.

Внутренний диаметр выпускной камеры сопла предпочтительно составляет 0,010 - 0,050 м, в частности 0,025 - 0,028 м. Расстояние t между внутренней и наружной поверхностями, то есть максимальная толщина стенки сопла, при этом составляет предпочтительно 0,002 - 0,008 м, в частности 0,003 - 0,006 м.

Изобретение поясняется приложенным чертежом, представляющим собой частичный разрез газоинжекторного сопла согласно одной форме выполнения.

На чертеже показано газоинжекторное сопло 1 в частичном разрезе. Сопло 1 содержит выпускную камеру 2, окруженную стенкой с цилиндрической внутренней поверхностью 3. Наружная поверхность 4 концентрично обхватывает выпускную камеру 2 на максимальном расстоянии, соответствующем общей толщине t стенки сопла.

Наружная поверхность 4 выполнена непрерывно сужающейся до выпускного отверстия 5, причем ее изогнутый участок l имеет радиус кривизны R. Наружная поверхность 4 сходится с внутренней поверхностью 3 у выпускного отверстия 3, образуя острую кромку вокруг отверстия с углом α.

Предлагаемое газоинжекторное сопло работает следующим образом. Газообразное топливо, например природный газ, подают по направлению стрелки A со скоростью, например, 10 - 15 м/с, причем окислитель, например, воздух, подают по направлению стрелки Б со значительно более высокой скоростью, составляющей, например, 50 м/с. При этом применяют газоинжекторное сопло, длина участка l которого составляет 44,5 мм, толщина стенки выпускной камеры - 8 мм, и угол α кромки на выпускном конце вокруг выпускного отверстия - 15^o. Радиус кривизны R при этом составляет 117,4 мм. При объединении потока топлива с потоком окислителя топливо сжигается. Однако, при предлагаемой конфигурации сопла надежно предотвращен обратный поток горячих продуктов сгорания к соплу, благодаря чему повреждение его переднего конца снижено до минимума, и обеспечено надежное функционирование сопла.

Изобретение относится к газоинжекторному соплу, в частности, к инжекторному соплу, предназначенному для подачи окислителя в горелке. Газоинжекторное сопло содержит выпускную камеру со стенкой и выпускное отверстие на выпускном конце выпускной камеры, причем стенка в направлении выпускного конца выполнена изогнутой по кривой линии, стенка выполнена с цилиндрической внутренней поверхностью и наружной поверхностью, концентрично обхватывающей внутреннюю поверхность, причем наружная поверхность выполнена изогнутой по непрерывно кривой линии у выпускного конца на участке l и на выпускном отверстии с образованием острой кромки сходится с внутренней поверхностью, причем изогнутый участок l имеет радиус кривизны R согласно уравнению: , причем l имеет указанное значение, t - максимальное горизонтальное расстояние между внутренней и наружной поверхностями, α - угол кромки на выпускном конце вокруг выпускного отверстия. Изобретение позволяет обеспечить надежность функционирования газоинжекторного сопла путем совершенствования конструкции сопла. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газоинжекторное сопло, содержащее выпускную камеру со стенкой и выпускное отверстие на выпускном конце выпускной камеры, причем стенка в направлении выпускного конца выполнена изогнутой по кривой линии, отличающееся тем, что стенка выполнена с цилиндрической внутренней поверхностью и наружной поверхностью, концентрично обхватывающей внутреннюю поверхность, причем наружная поверхность выполнена изогнутой по непрерывно кривой линии у выпускного конца на участке l и на выпускном отверстии с образованием острой кромки сходится с внутренней поверхностью, причем изогнутый участок l имеет радиус кривизны R согласно уравнению

причем l имеет указанное значение;
t - максимальное горизонтальное расстояние между внутренней и наружной поверхностями;
α - угол кромки на выпускном конце вокруг выпускного отверстия. 2. Газоинжекторное сопло по п.1, отличающееся тем, что угол α передней кромки составляет 7 - 20^o. 3. Газоинжекторное сопло по п.1, отличающееся тем, что угол α передней кромки составляет 12 - 18^o. 4. Газоинжекторное сопло по п.1, отличающееся тем, что длина участка l составляет 1,5 - 5-кратное внутреннего диаметра выпускной камеры. 5. Газоинжекторное сопло по п.1, отличающееся тем, что длина участка l составляет 2 - 3-кратное внутреннего диаметра выпускной камеры. 6. Газоинжекторное сопло по п.1, отличающееся тем, что внутренний диаметр выпускной камеры составляет 0,010 - 0,050 м. 7. Газоинжекторное сопло по п.1, отличающееся тем, что внутренний диаметр выпускной камеры составляет 0,025 - 0,028 м. 8. Газоинжекторное сопло по п.1, отличающееся тем, что расстояние t между внутренней и наружной поверхностями ее стенки составляет 0,002 - 0,008 м. 9. Газоинжекторное сопло по п.1, отличающееся тем, что расстояние t между внутренней и наружной поверхностями составляет 0,003 - 0,006 м.