ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2001 года по МПК F23D5/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплогенерирующих установках для осуществления регулируемого устойчивого пульсирующего горения.

Известно горелочное устройство, включающее подключенный к источнику дутьевого воздуха корпус, по оси которого на выходе установлены с возможностью продольного перемещения конфузорно-диффузорный насадок, выполненный с конусностью конфузорного и диффузорного участков соответственно 1,0 - 0,25 и 0,33 - 0,1, и скрепленные топливная форсунка и стабилизатор горения, выполненный в виде конусной струйно-стабилизаторной решетки с углом раскрытия конуса 60 - 90^o и с максимальным диаметром, не превышающим диаметр пережима насадка, при этом конфузорно - диффузорный насадок установлен в корпусе устройства с сужающимся радиальным зазором, образующим пристенный канал величиной не менее 10-16 мм и 5-8 мм соответственно на входе и на выходе скоростного потока дутьевого воздуха, и принятое за прототип (см. Патент РФ N 2123638, кл F 23 D 5/00, 1998).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного горелочного устройства, принятого за прототип, относится то, что известное устройство снабжено одной топливной форсункой. Одна форсунка не позволяет осуществить качественное испарение и газификацию - распыливание жидкого топлива, т.е. не обеспечивает достаточно эффективное смесеобразование и получение совершенной топливовоздушной смеси особенно при больших нагрузках, что приводит к химическому недожогу и перерасходу топлива.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения эффективности сжигания топлива, существенно зависящей от качества подготовки топливовоздушной смеси, осуществляется раздельная подача топлива через несколько топливных форсунок, равномерно расположенных на сферической стенке специальной топливной камеры.

Технический результат - повышение эффективности сжигания топлива, надежности работы и ресурса горелочного устройства.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем топливную форсунку, подключенный к источнику дутьевого воздуха корпус, по оси которого на выходе установлены с возможностью продольного перемещения конфузорно-диффузорный насадок, выполненный с конусностью конфузорного и диффузорного участков соответственно 1,0 - 0,25 и 0,33 - 0,1, и стабилизатор горения, выполненный в виде конусной струйно-стабилизаторной решетки с углом раскрытия конуса 60 - 90^o и с максимальным диаметром, не превышающим диаметр пережима насадка, при этом конфузорно-диффузорный насадок установлен в корпусе устройства с сужающимся радиальным зазором, образующим пристенный канал величиной не менее 10-16 мм и 5-8 мм соответственно на входе и на выходе скоростного потока дутьевого воздуха. Особенность заключается в том, что горелочное устройство дополнительно снабжено установленной по оси корпуса с возможностью продольного перемещения топливной камерой, выполненной в форме полусферы и жестко скрепленной со стабилизатором горения. Кроме того, особенность горелочного устройства заключается в том, что оно снабжено не менее чем тремя топливными форсунками, установленными на сферической стенке топливной камеры равномерно по окружной координате и под углом к центральной оси корпуса горелочного устройства.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.);
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется ввиду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертеже изображено горелочное устройство.

Горелочное устройство содержит цилиндрический корпус 1, подключенный к источнику дутьевого воздуха, конфузорно-диффузорный насадок 2, установленный в корпусе с сужающимся по направлению движения дутьевого воздуха радиальным зазором, образующим пристенный канал 3, стержень 4 для продольного перемещения конфузорно-диффузорного насадка 2, топливную камеру 5, выполненную в форме полусферы и установленную по оси корпуса 1 горелочного устройства с возможностью продольного перемещения, топливные форсунки 6, расположенные на сферической стенке топливной камеры 5 равномерно по окружной координате и под углом к центральной оси корпуса горелочного устройства, конусный стабилизатор горения 7, имеющий для интенсивного перемешивания компонентов топлива и воздуха по всей поверхности конического шатра отверстия 8.

Конусный стабилизатор горения 7 жестко скреплен с топливной камерой 5 и имеет максимальный диаметр радиального сечения, не превышающий диаметр пережима конфузорно-диффузорного насадка 2. Конфузорныи и диффузорный участки насадка 2 могут быть выполнены с конусностью, равной соответственно 1,0 - 0,25 и 0,33 - 0,1, угол при вершине конусной решетки стабилизатора горения 7 составляет 60 - 90^o, а щелевой радиальный зазор пристенного канала 3 - не менее 10-16 мм и 5-8 мм соответственно на входе и на выходе скоростного охлаждающего потока дутьевого воздуха.

Работа горелочного устройства осуществляется следующим образом.

В цилиндрический корпус 1 горелочного устройства поступает необходимое для горения количество дутьевого воздуха, топливо подается в камеру 5 и из нее равномерно распределяется по форсункам 6. Наличие топливной камеры 5 позволяет установить в горелочном устройстве несколько форсунок с распылителями минимальных размеров, при этом улучшается испарение и газификация - распыливание жидкого топлива. В топливной камере стабилизируется давление и повышается температура топлива за счет излучения факела, что дополнительно повышает качество распыливания и снижает энергозатраты на подогрев топлива. Дутьевой воздух распределяется на два потока: основной, проходящий через конфузорно-диффузорный насадок 2, и второстепенный, поступающий в пристенный канал 3. Основной поток воздуха пересекает конусный стабилизатор горения 7 и перемешивается с распыленным топливом, выходящим из форсунок 6. Образуется топливовоздушная горючая смесь, которая первоначально поджигается от внешнего источника, а в последующем стабильное воспламенение новых порций горючей смеси и устойчивое сгорание обеспечивается стабилизатором горения 7. Второстепенный поток воздуха проходит в пристенном канале 3, охлаждает стенки канала 3, образуя на выходе скоростную пристенную завесу, что защищает выходную часть корпуса 1 и насадка 2 от перегрева и оплавления.

Продольным перемещением топливной камеры 5 совместно со стабилизатором горения 7 устанавливают оптимальное положение зоны горения. Необходимую частоту вихреобразования подбирают перемещением насадка 2 относительно корпуса 1 и стабилизатора 7, т.е. за счет изменения скорости потока, обтекающего стабилизатор 7.

Снабженный отверстиями 8 по всей конической поверхности шатра конусный стабилизатор горения 7 образует струйно-стабилизаторную решетку, движение воздуха за которой представляет собой чередование прямых и обратных токов с высокими градиентами скоростей, генерирующими пульсации, что улучшает смесеобразование и ликвидирует недожог. Кроме того, струйно-стабилизаторный метод смесеобразования обладает свойством саморегулируемости состава смеси на переменных нагрузках, что расширяет диапазон регулирования устойчивого пульсирующего горения. Наиболее эффективные результаты работы устройства могут быть достигнуты при выполнении конфузорного и диффузорного участков насадка 2 с конусностью соответственно 1,0 - 0,25 и 0,33 - 0,1, сужающегося радиального зазора пристенного канала 3 величиной не менее 10-16 мм и 5-8 мм соответственно на входе и на выходе скоростного потока дутьевого воздуха и конусного стабилизатора горения 7 с углом раскрытия конуса 60 - 90^o.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в теплоэнергетике;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплогенерирующих установках для осуществления регулируемого устойчивого пульсирующего горения. Технический результат - повышение эффективности сжигания топлива, надежности работы и ресурса горелочного устройства. Предлагается горелочное устройство, содержащее подключенный к источнику дутьевого воздуха корпус, на выходе по оси которого установлены с возможностью продольного перемещения конфузорно-диффузорный насадок и скрепленная с конусным стабилизатором горения, выполненная в форме полусферы топливная камера, на которой равномерно по окружной координате и под углом к центральной оси корпуса расположены топливные форсунки. Конфузорно-диффузорный насадок установлен в корпусе с радиальным зазором, образующим пристенный канал, по которому протекает скоростной поток охлаждающего воздуха, а стабилизатор горения выполнен с отверстиями для прохода воздуха по всей конической поверхности, при этом угол при вершине конического шатра стабилизатора горения составляет 60 - 90°. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Горелочное устройство, содержащее топливную форсунку, подключенный к источнику дутьевого воздуха корпус, по оси которого на выходе установлены с возможностью продольного перемещения конфузорно-диффузорный насадок, выполненный с конусностью конфузорного и диффузорного участков соответственно 1,0 - 0,25 и 0,33 -0,1, и стабилизатор горения, выполненный в виде конусной струйно-стабилизаторной решетки с углом раскрытия конуса 60 - 90° и с максимальным диаметром, не превышающим диаметр пережима насадка, при этом конфузорно-диффузорный насадок установлен в корпусе устройства с сужающимся радиальным зазором, образующим пристенный канал величиной не менее 10 - 16 мм и 5 - 8 мм соответственно на входе и на выходе скоростного потока дутьевого воздуха, отличающееся тем, что горелочное устройство дополнительно снабжено установленной по оси корпуса с возможностью продольного перемещения топливной камерой, выполненной в форме полусферы и жестко скрепленной со стабилизатором горения. 2. Горелочное устройство по п.1, отличающееся тем, что горелочное устройство снабжено не менее чем тремя топливными форсунками, установленными на сферической стенке топливной камеры равномерно по окружной координате и под углом к центральной оси корпуса горелочного устройства.