ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК F22B13/00 

Группа изобретений относится к энергетическому машиностроению, а именно к водогрейным котлам котельных установок, и может быть использована для снижения уровня шума, производимого работающим котлом.

Известны технические решения [1], [2], направленные на снижение уровня шума котельного оборудования, предусматривающие конструктивные изменения горелки, являющейся источником звуковых колебаний в единой акустической системе "горелка-котел". Средство для снижения уровня шума может быть выполнено, например, в виде специального шумозаглушающего пространства для создания противошумов, складывающихся в противофазе с шумами от работы горелки [1] , или в виде перфорированной стенки, обладающей определенным аэродинамическим сопротивлением [2].

Известные изобретения позволяют несколько снизить уровень шума горелочного устройства, однако вследствие значительного усиления звука в котле, являющемся резонатором, обладают недостаточной эффективностью шумоглушения котлоагрегата как целого.

Известен также глушитель аэродинамических шумов [3], преимущественно напорных систем вентиляции, содержащий корпус, внутри которого установлены раструбы с внутренним слоем звукопоглощающего материала, и акустический экран, облицованный звукопоглощающим материалом, выполненный с возможностью перемещения по высоте корпуса.

Известное устройство обеспечивает снижение уровня шума за счет поглощения энергии звуковой волны от источника аэродинамического шума (вентилятора) в слоях звукопоглощающего материала.

Выполнение футеровки переменной толщины по высоте корпуса позволяет снизить уровень шума в области низких частот.

Сходное по принципу действия техническое решение, выбранное в качестве прототипа, реализовано в водогрейном котле, снабженном на выходе газового тракта глушителем, содержащим корпус с впускным и выпускным отверстиями, установленную в корпусе коаксиально вставку с входным обтекателем и экран с центральным отверстием, установленным со стороны впускного отверстия корпуса. Внутренняя поверхность корпуса, а также наружные поверхности вставки и экрана облицованы звукопоглощающим материалом [4].

Водогрейный котел содержит, как обычно, размещенные в корпусе топочную камеру и дымогарные трубы, а также газовую горелку (в [4] не показаны).

При работе котла звуковая энергия газообразных продуктов сгорания топлива, распространяясь по газовому тракту (топка и дымогарные трубы), достигает глушителя, где происходит ее поглощение звукопоглощающим материалом, размещенным на поверхностях указанных элементов глушителя.

Данное устройство обладает сравнительно невысокой эффективностью шумоглушения, обусловленной как самим принципом его работы, основанным на рассеянии и поглощении акустической энергии звукопоглощающим материалом, так и конкретным конструктивным исполнением. Для эффективного поглощения звуковой энергии требуется значительно больший объем звукопоглощающего материала, что достигается существенным увеличением количества элементов глушителя или их площади, дополнительных разворотов газового потока, введением специальных рассеивающих элементов (решеток, перфорированных стенок и т.п.), что усложняет устройство и увеличивает газодинамическое сопротивление тракта.

Техническим результатом изобретений является повышение эффективности шумоглушения водогрейного котла.

Указанный технический результат достигается тем, что в водогрейном котле, содержащем корпус с размещенными в нем топочной камерой и дымогарными трубами, газовую горелку и средство для снижения уровня шума, согласно первому варианту средство для снижения уровня шума выполнено в виде сопел Вентури, установленных в выходных сечениях дымогарных труб.

Согласно второму варианту средство для снижения уровня шума выполнено в виде центрального цилиндрического тела, установленного по оси дымогарных труб на всей их длине с образованием кольцевого зазора между внутренней стенкой дымогарной трубы и наружной поверхностью центрального цилиндрического тела.

В первом варианте наличие сопел Вентури в выходных сечениях дымогарных труб уменьшает площадь сечения акустического горла резонатора, образованного топочной камерой и внутренним объемом дымогарных труб, что приводит к изменению собственной частоты резонатора.

Центральное цилиндрическое тело, установленное по оси дымогарных труб (второй вариант), также уменьшает площадь горла резонатора, что приводит к изменению его собственной частоты.

И в том, и в другом случае изменение собственной частоты акустического резонатора приводит к нарушению условия резонанса, и, как следствие, к подавлению звуковых колебаний в акустической системе (котел в целом) и повышению эффективности шумоглушения водогрейного котла.

Изобретения поясняются графическими материалами, где на фиг.1 схематически представлен водогрейный котел со средством для снижения уровня шума по первому варианту (сопла Вентури); на фиг.2 - то же, по второму варианту (центральное цилиндрическое тело); на фиг.3 - выносной элемент I на фиг.1; на фиг.4 - выносной элемент II на фиг.2.

Водогрейный котел содержит корпус 1 с размещенными в нем топочной камерой 2 и дымогарными трубами 3, а также газовую горелку 4.

Котел снабжен средством для снижения уровня шума, выполненным по первому варианту в виде сопел Вентури 5, установленных в выходных сечениях дымогарных труб 3 (см. фиг.3).

Во втором варианте средство для снижения уровня шума выполнено в виде центрального цилиндрического тела 6, установленного по оси дымогарных труб 3 на всей их длине с образованием кольцевого зазора 7 между внутренней стенкой дымогарной трубы 3 и наружной поверхностью центрального цилиндрического тела 6 (см. фиг.4).

Работа водогрейного котла сопровождается значительным шумом, возникающим вследствие усиления звука от работающей газовой горелки 4 в резонаторе, образованном топочной камерой 2 котла и дымогарными трубами 3. Звуковые колебания передаются корпусу 1 котла, стенки которого излучают звуковые волны. Звук излучается в окружающее пространство также через выходное отверстие коллектора дымовых газов.

Газовая горелка 4 является широкополосным источником шума, спектр которого имеет несколько пиков, один из которых находится в области низких частот.

Повышенный уровень шума водогрейного котла обусловлен резонансными явлениями, возникающими при передаче звука от горелки к резонатору, собственная частота которого совпадает с упомянутым низкочастотным максимумом в спектре шумов горелки.

Размещение в выходных сечениях дымогарных труб 3 сопел Вентури 5 (по первому варианту выполнения водогрейного котла) уменьшает площадь акустического горла резонатора, образованного топочной камерой 2 и дымогарными трубами 3, что приводит к изменению собственной частоты резонатора и ее несовпадению с максимумом в низкочастотной области спектра шумов горелки.

Наличие центрального цилиндрического тела 6, установленного по оси дымогарных труб 3 по всей их длине (второй вариант, см. фиг.3), также приводит к смещению собственной частоты резонатора, что также нарушает условия резонанса.

В обоих вариантах механизм подавления шумов в акустической системе "горелка-котел" по существу одинаков (что и определяет возможность подачи заявки на группу изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом), а именно: нарушение условия резонанса за счет изменения (отстройки) собственной частоты резонатора.

Источники информации
1. Патент Великобритании 2292794, 1998 г.

2. Заявка Франции 2731265, 1998 г.

3. Авторское свидетельство СССР 1320581, МПК F 16 L 55/02, 1987 г.

4. Авторское свидетельство СССР 1694947, МПК F 01 N 1/24, 1991 г., прототип.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к водогрейным котлам котельных установок, и может быть использовано для снижения уровня шума, производимого работающим котлом. Задачей изобретения является повышение эффективности шумоглушения водогрейного котла. Поставленная задача решается тем, что в водогрейном котле, содержащем корпус с размещенными в нем топочной камерой и дымогарными трубами, газовую горелку и средство для снижения уровня шума, по первому варианту средство для снижения уровня шума выполнено в виде сопел Вентури, установленных в выходных сечениях дымогарных труб, а по второму варианту средство для снижения уровня шума выполнено в виде центрального цилиндрического тела, установленного по оси дымогарных труб на всей их длине с образованием кольцевого зазора между внутренней стенкой дымогарной трубы и наружной поверхностью центрального цилиндрического тела. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Водогрейный котел, содержащий корпус с размещенными в нем топочной камерой и дымогарными трубами, газовую горелку и средство для снижения уровня шума, отличающийся тем, что средство для снижения уровня шума выполнено в виде сопел Вентури, установленных в выходных сечениях дымогарных труб. 2. Водогрейный котел, содержащий корпус с размещенными в нем топочной камерой и дымогарными трубами, газовую горелку и средство для снижения уровня шума, отличающийся тем, что средство для снижения уровня шума выполнено в виде центрального цилиндрического тела, установленного по оси дымогарных труб на всей их длине с образованием кольцевого зазора между внутренней стенкой дымогарной трубы и наружной поверхностью центрального цилиндрического тела.