ВИХРЕВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2002 года по МПК F23C11/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для сжигания жидкого углеводородного топлива.

Известны различные конструкции многосопловых форсунок [1, 2], предназначенных для улучшения распыла жидкого топлива и смесеобразования. Недостатком известных форсунок является нестабильная работа на различных режимах и при использовании различных типов топлива, трудность регулировки параметров факела.

Известна комбинированная горелка [3], содержащая короб подвода воздуха, осевую форсунку, лопаточный завихритель, соосный с форсункой, расположенный внутри короба. Недостатком известного устройства является высокая сложность, низкая эффективность при использовании в составе с многосопловой форсункой из-за большой величины зоны эжекции.

В качестве прототипа вихревой горелки выбрана вихревая торцевая камера [4] , используемая в составе воздушного циклонного предтопка. Горелка содержит короб подвода воздуха, осевую форсунку, периферийный двухвенечный аксиальный лопаточный завихритель на выходе, воздушный кольцевой канал, конус для подвода воздуха, соосный с форсункой, расположенный внутри короба и сообщающийся с полостями короба и с кольцевым каналом посредством сквозных окон. Недостатком известного устройства является низкая эффективность при использовании в составе с многосопловой форсункой из-за большой величины зоны эжекции, а также узкая функциональная направленность - только для использования в составе циклонного предтопка, снабженного дополнительным коробом для тангенциального подвода воздуха.

Целью предлагаемого технического решения является повышение эффективности сжигания жидкого топлива с использованием вихревой горелки и универсальности ее использования в различных конструкциях камер сгорания.

Предлагаемая вихревая горелка содержит короб подвода воздуха, воздушный кольцевой канал, конус для подвода воздуха, соосный с форсункой, расположенный внутри короба и сообщающийся с полостями короба и с кольцевым каналом посредством сквозных окон. Осевая форсунка выполнена многосопловой, а периферийный двухвенечный лопаточный завихритель содержит наружный аксиальный венец и внутренний аксиально-тангенциальный венец, причем угол между выходными кромками лопаток последнего и осью форсунки выбран таким образом, чтобы тангенциальная составляющая скорости потока воздуха на выходе из завихрителя была как минимум в 2 раза больше осевой составляющей. Для улучшения работы горелки окна лучше располагать равномерно в диаметральной плоскости и снабжать направляющими изогнутыми пластинами, расположенными вогнутыми частями навстречу воздушному потоку. Для повышения эффективности сжигания жидкого топлива горелка может содержать устройство для регулировки угла лопаток завихрителя, причем органы управления лучше располагать за пределами короба.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически представлен общий вид вихревой горелки в разрезе, а на фиг.2 - вид со стороны короба.

Вихревая горелка содержит короб подвода воздуха 1, который тангенциально подключен к воздушному источнику и установлен на торцевой стенке 2 камеры сгорания. Короб 1 закрыт крышкой 3, снабжен конусом 4 со сквозными окнами 5. Многосопловая форсунка 6 и конус 4 образуют кольцевой канал 7. Периферийный лопаточный завихритель расположен на выходе из горелки и состоит из наружного аксиального венца с лопатками 8 и внутреннего аксиально-тангенциального венца, выходные кромки лопаток 9 которого расположены под углом β к оси форсунки 6. Угол поворота лопаток 8 может изменяться устройством регулировки 10. Фланец 11 служит для присоединения горелки к стенке 2 камеры сгорания. Величина угла β выбирается таким образом, чтобы тангенциальная составляющая скорости потока воздуха на выходе из лопаток 9 (v_t) была как минимум в 2 раза больше осевой составляющей (v_a).

Вихревая горелка работает следующим образом. Воздух подается в короб 1, где разветвляется и часть воздуха через лопатки 8 и 9 завихрителя подается непосредственно в камеру сгорания, а другая часть воздуха через окна 5 подается в камеру сгорания через кольцевой канал 7, подавляя центральную зону эжекции. Параметры факела могут регулироваться с помощью органов управления (не показано) устройства регулировки 10.

Сочетание в заявляемой конструкции многосопловой форсунки и аксиально-тангенциального завихрителя, а также возможность регулировки крутки на выходе из камеры повышают эффективность сжигания жидкого топлива за счет уменьшения зоны эжекции, локализации факела и улучшения смесеобразования.

Источники информации
1. Патент РФ 2052719, 1996.

2. Патент РФ 2021557, 1994.

3. Патент РФ 2084764, 1997.

4. Свидетельство на полезную модель РФ 12215, 1999.

Изобретение может быть использовано для сжигания жидкого углеводородного топлива. Вихревая горелка содержит короб подвода воздуха, воздушный кольцевой канал, конус для подвода воздуха, соосный с форсункой, расположенный внутри короба и сообщающийся с полостями короба и с кольцевым каналом посредством сквозных окон. Осевая форсунка выполнена многосопловой, а периферийный двухвенечный лопаточный завихритель содержит наружный аксиальный венец и внутренний аксиально-тангенциальный венец, причем угол между выходными кромками лопаток последнего и осью форсунки выбран таким образом, чтобы тангенциальная составляющая скорости потока воздуха на выходе из завихрителя была как минимум в 2 раза больше осевой составляющей. Изобретение позволяет повысить эффективность сжигания жидкого топлива с использованием вихревой горелки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вихревая горелка, содержащая короб подвода воздуха, осевую форсунку, периферийный двухвенечный лопаточный завихритель на выходе, воздушный кольцевой канал, конус для подвода воздуха, соосный с форсункой, расположенный внутри короба и сообщающийся с полостями короба и с кольцевым каналом посредством сквозных окон, отличающаяся тем, что форсунка выполнена многосопловой, наружный венец завихрителя выполнен аксиальным, внутренний венец завихрителя выполнен аксиально-тангенциальным, а угол между выходными кромками лопаток внутреннего венца завихрителя и осью форсунки выбран таким образом, чтобы тангенциальная составляющая скорости потока воздуха на выходе из завихрителя была как минимум в 2 раза больше осевой составляющей. 2. Вихревая горелка по п. 1, отличающаяся тем, что в диаметральной плоскости окна расположены равномерно. 3. Вихревая горелка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство для регулировки угла поворота лопаток завихрителя. 4. Вихревая горелка по п. 1, отличающаяся тем, что окна сообщения полости короба с полостью конуса снабжены направляющими пластинами. 5. Вихревая горелка по п. 3, отличающаяся тем, что устройство для регулировки угла лопаток завихрителя имеет органы управления, расположенные за пределами короба. 6. Вихревая горелка по п. 4, отличающаяся тем, что направляющие пластины для окон изогнуты, причем вогнутая часть расположена навстречу воздушному потоку в коробе.