СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 2006 года по МПК F23R3/42 

Предлагаемое изобретение относится к области сжигания топлива и может найти применение в воздушно-реактивных двигателях, в газотурбинных, топочных и теплоэнергетических установках, в установках по переработке и утилизации бытовых и промышленных отходов.

Известен способ сжигания топлива, при котором создают сильно закрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, ее последующему воспламенению и сжиганию, движение топливовоздушной смеси формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей, плотность топливовоздушной смеси, которую вводят в зону горения, увеличивается по мере удаления от сформировавшегося потока продуктов сгорания, фронт пламени проходит по границе раздела области движения топливовоздушной смеси и продуктов сгорания по всей длине жаровой трубы, в передней части которой фронт пламени образует тороидальный вихрь, центральная ось которого совпадает с центральной осью камеры сгорания (см. патент SU №1726917, 1992).

Из известных способов сжигания топлива наиболее близким к заявляемому является способ, описанный в патенте RU №2196940, 2003. По этому способу создают сильно закрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, движение которой формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей. Дополнительно потоку топливовоздушной смеси основной камеры создают поток топливовоздушной смеси в первичной камере сгорания, поджигают его, а выход продуктов сгорания направляют в начало формирования топливовоздушной смеси периферийного вихря по направлению его вращения, при этом формирование топливовоздушной смеси, ее воспламенение и горение осуществляют в периферийном вихре, а дожигание и разбавление - в приосевом.

Известные способы сжигания не обеспечивают достаточно надежного запуска и устойчивой работы в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха в камере сгорания, не позволяют интенсифицировать процесс сжигания топлива. Это значительно сужает область их применения.

Техническая задача, которую решает данное изобретение, - повышение надежности запуска и устойчивой работы в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха в камере сгорания, что значительно расширяет область их применения.

Техническая задача решается тем, что способ сжигания топлива, при котором создают сильно закрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, движение которой формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей, при этом формирование топливовоздушной смеси, ее воспламенение и горение осуществляют в периферийном вихре, а дожигание и разбавление - в приосевом, отличается тем, что в зоне периферийного вихря дополнительно создают циркуляционное течение, которое формирует тороидальный вихрь топливовоздушной смеси и продуктов сгорания, при этом воспламенение топливовоздушной смеси осуществляют в зоне циркуляционного течения. Циркуляционное течение создают в зоне начала формирования топливовоздушной смеси.

Наличие высокотемпературного тороидального вихря, насыщенного химически активными центрами, расположенного постоянно в зоне циркуляции, способствует повышению надежности запуска и устойчивой работы в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха в камере сгорания.

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность запуска и устойчивость работы в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха в камере сгорания, что значительно расширяет область их применения.

На фиг.1 изображен продольный разрез устройства;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1;

на фиг.4 - разрез по В-В на фиг.1.

Способ осуществляют следующим образом. Воздух от внешнего источника подают в камеру сгорания. В периферийной области камеры сгорания создают сильно закрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, движение которой формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей. В зоне начала формирования топливовоздушной смеси дополнительно создают циркуляционное течение, формирующее тороидальный вихрь топливовоздушной смеси, которая поджигается внешним источником тепловой энергии. Поток продуктов сгорания зоны циркуляции, имеющий высокую температуру и насыщенный химически активными центрами, поджигает формирующуюся топливовоздушную смесь периферийного вихря, стабилизируя процесс горения, который продолжается в приосевом вихре путем дожигания и разбавления.

Изменение осевой составляющей скорости периферийного вихря приводит к изменению скорости вращения тороидального вихря без изменения места его расположения в зоне начала формирования топливовоздушной смеси.

Таким образом, наличие высокотемпературного тороидального вихря, насыщенного химически активными центрами, расположенного постоянно в зоне циркуляции периферийного вихря, независимо от изменения скоростного режима течения, улучшает пусковые и рабочие характеристики, стабилизируя рабочий процесс камеры сгорания в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха в камере сгорания.

Устройство для осуществления способа сжигания топлива (фиг.1) содержит корпус 1, жаровую трубу 2, завихритель 3, канал 4 выхода продуктов сгорания, топливные форсунки 5, воспламеняющее устройство 6, рубашку 7 охлаждения с патрубком для ввода воздуха в рубашку 8 охлаждения (фиг.2). Завихритель 3 и канал 4 выхода продуктов сгорания расположены в одном сечении, перпендикулярном центральной оси корпуса 1. Завихритель 3 - тангенциального типа. Рубашка 7 охлаждения выполнена в виде кольцевого канала, внутренняя поверхность которого образована наружной поверхностью жаровой трубы 2, а наружная - внутренней поверхностью корпуса 1. Выход из рубашки 7 соединен с входом в завихритель 3 камеры сгорания 1. Воспламеняющее устройство 6, расположенное за плоскостью перепада внутренней поверхности жаровой трубы 2 в зоне ее большего диаметра, выполнено в виде горелочного устройства факельного типа с каналом 9 выхода факела продуктов сгорания (фиг.3), направленным тангенциально к боковой поверхности жаровой трубы 2, по направлению вращения потока, выходящего из завихрителя 3 (фиг.4). Топливные форсунки 5 расположены в сечении жаровой трубы, примыкающем к зоне перепада диаметра жаровой трубы 2. Патрубок 8 установлен по касательной к внутренней поверхности корпуса 1.

Устройство для сжигания топлива работает следующим образом. Воздух от внешнего источника через патрубок 8 поступает в рубашку 7 охлаждения камеры сгорания, пройдя которую, поступает в завихритель 3. Разогнанный в завихрителе 3 воздушный поток поступает в жаровую трубу 2.

В периферийной области жаровой трубы 2 создается сильно закрученный воздушный поток, в начало которого из форсунок 5 подают топливо. Подвод топлива ведет к образованию топливовоздушной смеси, движение которой формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению приосевого вихря продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и начало канала выхода продуктов сгорания 4 находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей.

Перемещаясь вдоль жаровой трубы, периферийный вихрь, в зоне перепада диаметров жаровой трубы - зоне срывного диффузорного течения, создает циркуляционное течение, формирующее тороидальный вихрь топливовоздушной смеси, которая поджигается воспламеняющим устройством 6 - источником тепловой энергии. Поток продуктов сгорания зоны циркуляции, имеющий высокую температуру и насыщенный химически активными центрами, поджигает формирующуюся топливовоздушную смесь периферийного вихря, стабилизируя процесс горения, который продолжается в приосевом вихре путем дожигания и разбавления.

При изменении осевой составляющей скорости периферийного вихря, что характерно для пускового режима и режима максимальной теплопроизводительности, изменяется скорость вращения тороидального вихря без изменения места его расположения в зоне циркуляции периферийного вихря. Таким образом, наличие высокотемпературного тороидального вихря, насыщенного химически активными центрами, расположенного постоянно в зоне циркуляции периферийного вихря, независимо от изменения скоростного режима течения, улучшает пусковые и рабочие характеристики, стабилизируя рабочий процесс камеры сгорания в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха в камере сгорания, что значительно расширяет область их применения.

Изобретение относится к области сжигания топлива и может найти применение в воздушно-реактивных двигателях, газотурбинных, топочных и теплоэнергетических установках, в установках по переработке и утилизации бытовых и промышленных отходов. Способ заключается в том, что создают сильно закрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, движение которой формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей, при этом формирование топливовоздушной смеси, ее воспламенение и горение осуществляется в периферийном вихре, которое продолжается в приосевом вихре путем дожигания и разбавления. В зоне периферийного вихря дополнительно создают циркуляционное течение, которое формирует тороидальный вихрь топливовоздушной смеси и продуктов сгорания, при этом воспламенение топливовоздушной смеси осуществляют в зоне циркуляционного течения, которое создают в зоне начала формирования топливовоздушной смеси. Изобретение позволяет повысить надежность запуска и устойчивость работы в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и расхода воздуха на входе в камеру сгорания, что значительно расширяет область их применения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ сжигания, при котором создают сильно закрученный воздушный поток, в начало которого подают топливо, что ведет к образованию топливовоздушной смеси, движение которой формируют как внешнее в виде периферийного вихря, находящегося в противотоке к движению продуктов сгорания, которое формируют как внутреннее в виде приосевого вихря, при этом начало формирования топливовоздушной смеси и выход продуктов сгорания находятся в одном сечении, перпендикулярном оси периферийного и приосевого вихрей, при этом формирование топливовоздушной смеси, ее воспламенение и горение осуществляют в периферийном вихре, а дожигание и разбавление - в приосевом, отличающийся тем, что в зоне периферийного вихря дополнительно создают циркуляционное течение, которое формирует тороидальный вихрь топливовоздушной смеси и продуктов сгорания, при этом воспламенение топливовоздушной смеси осуществляют в зоне циркуляционного течения.2. Способ сжигания топлива по п.1, отличающийся тем, что циркуляционное течение создают в зоне начала формирования топливовоздушной смеси.