ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2002 года по МПК F24H1/44 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в котлах системы отопления.

Известен водотрубно-газотрубный котел, содержащий цилиндрический корпус с внутренней топочной камерой, снабженной пучком кипятильных труб, установленных поперечно потоку топочных газов и с наклоном к горизонту (М.М.Щеглов, Ю. Л. Гусев и М.С.Иванова. Котельные установки, издание 2-е переработанное и дополненное, издательство литературы по строительству, М., 1972 г., с. 160, рис. 8.29). Наружный корпус котла соединен с топочной камерой уторным кольцом желобчатой формы и пучком дымогарных труб. Нижние концы этих труб развальцованы в днище топочной камеры, а верхние концы - в днище наружного корпуса.

Недостатком известного котла является малый ресурс работы котла в связи с недостаточной возможностью свободного расширения топочной камеры в корпусе котла и возникновением термических напряжений, а также нарушением герметичности вальцовочных соединений и сложности обслуживания и ремонта котла.

Известен водогрейный котел, содержащий корпус и центральную обечайку с верхним и нижним днищами, образующими между собой водяную рубашку, подключенную к нижнему входному и верхнему выходному патрубкам (Патент RU 2006754 (4750078/06), F 24 Н 1/26, 1989). В полости обечайки размещена камера сгорания с горелочным устройством, сообщенная с газоходом и снабженная турбулизаторами в виде пучка труб, расположенных поперечно и подключенных к водяной рубашке. При этом обечайка камеры сгорания выполнена с переменным поперечным сечением, плавно уменьшающимся по направлению к газоходу. Трубы пучка расположены рядами и под углом к горизонту. Нижнее днище обечайки имеет отбортовку с отверстиями для прохода воды, скрепленную своими краями с корпусом. Входной патрубок скреплен с днищами корпуса и обечайки и выполнен с отверстиями на боковых поверхностях.

Недостатком известного котла является то, что крепление центральной обечайки к нижней и верхней частям корпуса создает невозможность свободного теплового расширения этой обечайки относительно корпуса, что вызывает напряжения и деформации, снижающие ресурс работы котла. Расположение труб рядами с наклоном в одну сторону ухудшает условия циркуляции воды и соответственно скорости омывания поверхностей нагрева, что ведет к снижению теплообмена.

Известен также водогрейный котел, содержащий корпус и цилиндрическую обечайку, имеющие верхние и нижние днища и образующие между собой водяную рубашку, подключенную к нижнему входному и верхнему выходному патрубкам (Патент RU 2056595 (5022699/06), F 24 Н 1/16, 1992)). В полости обечайки размещены камера сгорания и турбулизаторы в виде пучка труб, поперечных оси обечайки и сообщенных с водяной рубашкой. Турбулизаторы установлены рядами и имеют в каждом ряду трубы более чем одного диаметра или трубы одного диаметра, увеличивающегося от ряда к ряду в сторону газохода, или трубы одного диаметра во всех рядах, в которых количество их постоянно, или переменно, или увеличивающееся от ряда к ряду в сторону газохода.

Недостатком известного котла, что и котла по ранее упомянутому патенту 2006754, является снижение ресурса работы котла в связи с возникновением напряжений и деформации обечайки по причине невозможности свободного теплового расширения этой обечайки, а также сложностью конструкции в связи с потребностью большой номенклатуры труб и инструмента для обработки отверстий разных диаметров и большой трудоемкости в связи со сложностью разметки и вырезки отверстий.

Котел по патенту 2056595 наиболее близок по технической сущности и решаемой задачи к предлагаемому и поэтому примем его за прототип.

Основные задачи, решаемые предлагаемым изобретением: интенсификация теплопередачи, направленная на повышение его эффективности; повышение ресурса работы котла и безопасности при его эксплуатации; снижение металлоемкости и улучшение возможности обслуживания и ремонта котла.

Сущность изобретения заключается в том, что обечайка предложенного котла прикреплена к корпусу рамками загрузочного и зольного люков и выходного газохода, расположенными на его противоположных сторонах в нижней половине цилиндрической части корпуса, а сам корпус в своей верхней части имеет разъем. Пучок труб выполнен в виде коридорно расположенных рядов, сгруппированных из поочередно наклоненных в разные стороны под углом к горизонту блоков, состоящих по меньшей мере из двух основных рядов труб с расстояниями между ними по горизантали и вертикали в проекции на плоскости, касательные к образующим цилиндра обечайки и перпендикулярные рядам труб, равными по величине расчетной перемычке L, а между блоками - 1,75 L, с установкой внутри блоков между каждыми двумя горизонтальными рядами дополнительных шахматно расположенных и имеющих такой же наклон к горизонту рядов труб с сохранением величины перемычек в проекции на указанные плоскости между трубами дополнительных и основных рядов как внутри, так и между рядом расположенными блоками не менее расчетной.

Сопоставительный анализ с аналогами и прототипам позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Исходя из технической сущности и решаемых задач предлагаемого изобретения, приходим к выводу, что использование данного изобретения позволит получить следующий технический результат: повышение экономичности путем интенсификации теплопередачи за счет шахматного расположения труб, обеспечивающих турбулизацию потока и оптимальные скорости топочных газов при постепенном уменьшении сечений газоходов и выбора оптимального шага между трубами; увеличение эксплуатационного КПД путем интенсивного вращения и перемешивания поступающей в котел воды с выпадающими частицами шлама и их удаления через патрубок нагретой воды, вследствие чего отпадает необходимость периодической продувки котла; повышение ресурса работы котла и безопасности его эксплуатации за счет обеспечения возможности свободного расширения обечайки в корпусе относительно его средней части; упрощение обслуживания и ремонта котла благодаря свободному доступу к трубам, используя фланцевый разъем корпуса котла.

Признаки, изложенные в отличительной части формулы изобретения: "... обечайка прикреплена к корпусу рамками загрузочного и зольного люков и выходного газохода, расположенными на его противоположных сторонах в нижней половине цилиндрической части корпуса"... в несколько иной формулировке известны. Так, в изобретении по выше упомянутому патенту RU 2006754 в п.2 сказано ..."что входной патрубок скреплен с днищами корпуса и обечайки и выполнен с отверстиями на боковой поверхности". Следовательно, обечайка скреплена с корпусом в трех местах. Это расположенный снизу входной патрубок, расположенный сбоку люк загрузочного устройства и сверху патрубок газохода. При тепловом удлинении обечайки два соединения из трех будут подвержены разгерметизации.

Признаки ..."сам корпус в своей верхней части имеет разъем"... известны (Патент RU 2052733 (93014156/06), F 24 Н 1/24, 1993). Согласно изобретению аналогичные признаки таковы: ..."днища снабжены съемными крышками, причем крышка верхнего днища выполнена конической, а вершина конуса снабжена патрубком для подключения трубопровода отвода горячей воды".

Признаки ". ..пучок труб выполнен в виде коридорно расположенных рядов, сгруппированных из поочередно наклоненных в противоположные стороны под углом к горизонту блоков, состоящих по меньшей мере из двух основных рядов"... частично известны, это - ..."водяные трубы каждого вертикального ряда относительно горизонтальной плоскости установлены с одинаковым наклоном поочередно как в одну, так и в другую сторону" (ПМ RU 8453 (98101970/20), F 24 Н 1/00, 1998)).

Реализация порознь известных и ранее неизвестных признаков в совокупности с признаками, изложенными в ограничительной части формулы изобретения, способствует получению новых потребительских свойств объекта изобретения, что подтверждается достижением указанного технического результата, а это дает основание считать, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез котла; на фиг.2 - вид А на фиг.1.

Водогрейный котел содержит вертикальный корпус 1 и центральную обечайку 2, соединенных между собой рамками загрузочного 3 и зольного 4 люков и выходного газохода 5, расположенными на противоположных сторонах в нижней половине цилиндрической части корпуса 1. Корпус 1 и обечайка 2 снабжены соответственно верхними 6 и 7, а также нижними 8 и 9 днищами, образующими между собой водяную рубашку 10, подключенную к нижнему входному 11 и верхнему выходному 12 патрубкам. В нижнем входном 11 патрубке установлено устройство 13 для ввода питательной воды в котел, выполненное в виде лопаток криволинейной формы, находящихся между двумя дисками для подачи воды непосредственно на всю поверхность нижнего днища 9 обечайки 2. Корпус 1 в верхней части снабжен разъемом 14.

В полости обечайки 2 размещена камера сгорания 15 с подъемным 16 и опускным 17 газоходами, снабженными турбулизаторами в виде пучка труб, расположенных поперечно оси обечайки и подключенных к водяной рубашке 10. Пучок труб выполнен в виде коридорно расположенных рядов, сгруппированных из поочередно наклоненных в противоположные стороны под углом к горизонту блоков, состоящих по меньшей мере из двух 18 основных рядов с шагом внутри блока, равным расчетной перемычке L, а между блоками - 1,75 L. Внутри блоков дополнительно установлены ряды шахматно расположенных труб 19, имеющие такой же наклон к горизонту, как и трубы основных рядов. Величина перемычек между трубами дополнительных рядов 19 и основных рядов 18 должна быть не менее расчетной.

Подъемный 16 и опускной 17 газоходы разделены перегородкой 20, не доходящей до верхнего днища 7 обечайки 2. Опускной газоход 17 оканчивается выходным газоходом 5. Перегородка 20 разделяет живое сечение подъемного 16 и опускного 17 газоходов пропорционально уменьшению объема топочных газов, тем самым поддерживается оптимальная скорость их движения. Нижняя часть 21 перегородки 20 армирована огнеупорным материалом, обладающим большой теплоемкостью.

Внизу обечайки 2 установлен колосник 22, под которым расположена подколосниковая камера 23, закрытая зольным люком 24.

Котел работает следующим образом.

Через загрузочный люк 3 в камеру сгорания 15 забрасывают топливо. Из подколосниковой камеры 23 через колосник 22 поступает воздух для горения топлива. В процессе горения топлива выделенное тепло через стенки обечайки 2 нагревает воду, находящуюся в водяном объеме котла. Топочные газы, увлекаемые тягой, поднимаются вверх по сужающемуся подъемному 16 газоходу, продолжая отдавать тепло стенкам обечайки 2 и трубам 18, 19. Достигнув проема, соединяющего газоходы 16 и 17, топочные газы, развернувшись на 180^o, опускаются вниз, благодаря чему несгоревшие частицы топлива, попадая в воздушные вихри, полностью сгорают. При движении топочных газов по газоходам 16 и 17 последние встречают на своем пути поперечно расположенные и наклоненные в разные стороны к горизонту трубы 18 и 19, способствующие образованию вихревых потоков и более полному сгоранию топлива, а также более интенсивному теплообмену и очистке поверхностей нагрева от наружных отложений. При движении топочных газов по опускному 17 газоходу так же, как и по подъемному, 16 происходит интенсивный теплообмен. Далее топочные газы достигают выходной 5 газоход, откуда направляются в дымовую трубу.

В процессе работы котла нижняя часть 21 перегородки 20, нагреваясь, аккумулирует тепло, расходуемое на подсушивание и поддержание интенсивного горения загружаемого топлива, а также на выжигание его пылевидных частиц.

Из приведенного описания котла и его работы приходим к выводу, что технический результат, выражающийся в повышении ресурса работы котла и безопасности его эксплуатации за счет обеспечения свободного расширения обечайки в корпусе котла относительно его средней части; в интенсификации теплопередачи в связи с коридорно-шахматным расположением труб и соблюдением оптимальных скоростей топочных газов по всему газовому тракту; в снижении металлоемкости в связи с уменьшением шага между трубами и упрощением обслуживания и ремонта котла в связи с предусмотренным разъемом корпуса котла, позволяющим обеспечить свободный доступ внутрь котла для осмотра, обслуживания и ремонта, достигнут. Следовательно, данное изобретение прогрессивно, существенно ново и с большими потребительскими свойствами, в сравнении с котлами, используемыми для этих целей.

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в системах отопления. Котел содержит корпус и центральную обечайку, прикрепленную к корпусу рамками загрузочного и зольного люков и выходного газохода, водяную рубашку и камеру сгорания, которая снабжена турбулизаторами в виде пучка труб. Пучок труб выполнен в виде коридорно расположенных рядов, сгруппированных в поочередно наклоненные в противоположные стороны под углом к горизонту блоки, состоящие по меньшей мере из двух основных рядов труб с расстояниями между ними по горизонтали и вертикали, в проекции на плоскости, касательные к образующим цилиндра обечайки и перпендикулярные рядам труб, равными по величине расчетной перемычке L, а между блоками 1,75 L, с установкой внутри блоков между каждыми двумя горизонтальными рядами дополнительных шахматно расположенных и имеющих такой же наклон к горизонту рядов труб, при этом величина перемычки в проекции на указанные плоскости между трубами дополнительных и основных рядов как внутри, так и между рядом расположенными блоками должна быть не менее расчетной. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы котла. 2 ил.

Вертикальный водогрейный котел, содержащий корпус и центральную обечайку, имеющие верхние и нижние днища и образующие между собой водяную рубашку, подключенную к нижнему входному и верхнему выходному патрубкам, при этом в полости обечайки размещена сообщенная с газоходом камера сгорания, снабженная турбулизаторами в виде пучка труб, расположенных поперечно оси обечайки и подключенных к водяной рубашке, отличающийся тем, что обечайка прикреплена к корпусу рамками загрузочного и зольного люков и выходного газохода, расположенными на его противоположных сторонах в нижней половине цилиндрической части корпуса, а сам корпус в своей верхней части имеет разъем, при этом пучок труб выполнен в виде коридорно расположенных рядов, сгруппированных в поочередно наклоненные в противоположные стороны под углом к горизонту блоки, состоящие по меньшей мере из двух основных рядов труб с расстояниями между ними по горизонтали и вертикали, в проекции на плоскости, касательные к образующим цилиндра обечайки и перпендикулярные рядам труб, равными по величине расчетной перемычке L, а между блоками 1,75 L, с установкой внутри блоков, между каждыми двумя горизонтальными рядами, дополнительных шахматно расположенных и имеющих такой же наклон к горизонту рядов труб, при этом величина перемычки в проекции на указанные плоскости между трубами дополнительных и основных рядов как внутри, так и между рядом расположенными блоками, должна быть не менее расчетной.