ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2009 года по МПК F23D14/62 

Изобретение относится к устройствам для сжигания низкокалорийных газов.

Наиболее близким техническим решением является газовая горелка, включающая воздухоподающий корпус, с установленным на его выходе лопаточным завихрителем и центральной газовой трубой с выходным осевым сужающимся соплом с углом α=5-20° при вершине и двумя радиальными выпускными отверстиями, при этом клапанное устройство для распределения газа размещено в центральной газовой трубе перед осевым сужающимся соплом (Авт. свид. СССР №1262199, М. кл. F23D 14/00, 1985 г.).

Недостатками известного устройства являются невозможность сжигания низкокалорийного газа, например коксового, генераторного и других газов с требуемыми технологическими параметрами: тепловой производительностью, длиной факела, а также опасность возникновения взрыва газовоздушной смеси в объеме между газовой и воздухоподающей трубами в зоне радиальных отверстий вследствие малой скорости газовоздушной смеси в этой зоне из-за большого гидравлического сопротивления завихрителя горелки.

Задачей предлагаемого изобретения являются создание газовой горелки, обеспечивающей повышенную надежность в эксплуатации, высокую взрывобезопасность, требуемую технологическую тепловую производительность и регулируемую длину факела.

Поставленная задача достигается тем, что в газовой горелке, включающей воздухоподающую и газовую трубы, клапанное устройство и сопло, новым является то, что воздухоподающая и газовая трубы жестко соединены выходами с образованием единого канала и установлены под углом друг к другу α'=30-45°, внутри клапанного устройства по центральной оси установлен шток с резьбой по всей поверхности и жестко закрепленным в нижней части золотником в виде сдвоенных основаниями конусов, соединенных через диск, диаметром равным диаметру конуса и рукояткой в верхней части, причем между воздухоподающей и газовой трубами жестко закреплен фиксатор со сквозным резьбовым отверстием.

В газовой горелке углы вершины конусов равны β=5-20° каждый, а диаметр основания каждого конуса равен 1/3-1/4 диаметра выходного отверстия сопла, а высота каждого конуса равна

,

где d_конуc - диаметр основания конуса;

h_конуc - высота конуса.

В газовой горелке угол конфузорности единого канала равен γ=10÷20°.

В газовой горелке диаметры воздухоподающей, газовой труб и входа единого канала равны между собой, а диаметр выхода единого канала равен

d_{вых. канал}=(0,75÷0,6)d_{вх.канал}

где d_{выx.канал} - диаметр выхода единого канала;

d_{вх.канал} - диаметр входа единого канала.

В газовой горелке ширина диска между сдвоенными основаниями конусов равна 0,1 диаметра основания конуса:

а=0,1 d_конус,

где а - ширина диска;

d_конус - диаметр основания конуса.

В газовой горелке длина сопла равна от одного до трех диаметров сопла

L_сопло=(l÷3)d_сопло

где L_сопло - длина сопла;

d_сопло - диаметр сопла.

Выполнение воздухоподающей и газовой труб под углом =30-45° с образованием единого канала приводит к взаимной эжекции воздушного и газового потоков, снижению гидравлического сопротивления, перемешиванию газовоздушных потоков с образованием газовоздушой смеси в едином канале и сопле.

Равенство диаметров на входе в единый канал воздухоподающей и газовой труб приводит к турбулентности движения газового и воздушного потоков и к увеличению до 50 м/с скорости в едином канале и сопле, что способствует образованию хорошо перемешанной газовоздушной смеси на выходе из сопла горелки и предотвращает взрывное воспламенение смеси внутри газовой горелки.

Клапанное устройство позволяет регулировать длину факела горелки при незначительном увеличении гидравлического сопротивления, благодаря обтекаемой форме золотника в виде сдвоенных конусов с углом, равным β=5-20°.

Фиксатор со сквозным резьбовым отверстием, жестко закрепленный между трубами, обеспечивает при помощи штока плавную регулировку длины факела без нарушения герметичности горелки.

Угол конфузорности единого канала γ=10÷20° позволяет получить удлиненный факел за счет увеличения скорости выхода газовоздушной смеси из выходного отверстия сопла с незначительным увеличением гидравлического сопротивления.

Использование сопла длиной L_сопло=1÷3d_coплo позволяет увеличить длину факела за счет выравнивания в нем эпюры и векторов скоростей потока газовоздушной смеси на выходе из сопла.

Соединение двух конусов золотника через диск шириной а_диск=0,ld_конуc и диаметром d_диск=d_конус, где d_конуc - диаметр конуса, делает это соединение плавным и позволяет снизить гидравлическое сопротивление золотника в горелке.

Предлагаемая газовая горелка поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид газовой горелки;

на фиг.2 - золотник, жестко соединенный со штоком.

Газовая горелка состоит из воздухоподающей 1 и газовой 2 труб, жестко соединенных под углом =30÷60° с единым каналом 3 с углом конфузорности γ=10÷20°, клапанным устройством 4 и соплом 5, клапанное устройство 4 состоит из золотника 6 в виде сдвоенных конусов 7 с углом, равным β=5-20°, соединенных через диск 8 шток 9 с рукояткой 10 и фиксатором 11. Газовая горелка работает следующим образом. Воздух и газ в горелку через воздухоподающую 1 и газовую 2 трубы подаются одновременно в единый канал 3, где воздушный и газовый потоки турбулизуются, поэтому перемешиваются, ускоряются за счет равенства диаметра входа в единый канал 3 с диаметрами воздухоподающей 1 и газовой 2 труб, при котором площадь сечения канала 3 для газовоздушной смеси уменьшается в два раза, а скорость смеси возрастает в два раза, смесь перемещается в едином канале 3, где происходит дополнительное перемешивание и ускорение газовоздушной смеси в зазоре между единым каналом 3 или соплом 5 и золотником 6 с минимальным местным гидравлическим сопротивлением, благодаря обтекаемой форме золотника 6 в виде сдвоенных конусов 7, соединенных через диск 8, и малому углу γ=10÷20° конфузорности единого канала 3, происходит уменьшение площади живого сечения этого зазора. Уменьшение или увеличение площади живого сечения в этом зазоре посредством вкручивания или выкручивания рукоятки 10 штока 9 с золотником 6 в фиксаторе 11 позволяет регулировать длину факела сжигания газовоздушной смеси.

Технический результат использования газовой горелки заключается в полном сжигании низкокалорийных газов без физического и химического недожегов, с тепловой производительностью и с регулируемой длиной факела, необходимыми для технологии сушки, прокалки и обжига различных материалов, простота конструкции обеспечивает повышенную надежность горелки в эксплуатации, а конструктивно обусловленная высокая скорость движения газовоздушной смеси внутри горелки обеспечивает ее взрывобезопасность.

Изобретение относится к устройствам для сжигания низкокалорийных газов. Газовая горелка включает воздухоподающую и газовую трубы, клапанное устройство и сопло, при этом воздухоподающая и газовая трубы жестко соединены выходами с образованием единого канала и установлены под углом друг к другу '=30-45°, внутри клапанного устройства по центральной оси установлен шток с резьбой по всей поверхности и жестко закрепленным в нижней части золотником в виде сдвоенных основаниями конусов, соединенных через диск, диаметром равным диаметру конуса и рукояткой в верхней части, причем между воздухоподающей и газовой трубами жестко закреплен фиксатор со сквозным резьбовым отверстием. Технический результат использования газовой горелки заключается в полном сжигании низкокалорийных газов без физического и химического недожегов, с тепловой производительностью и с регулируемой длиной факела, необходимыми для технологии сушки, прокалки и обжига различных материалов, а простота конструкции обеспечивает повышенную надежность горелки в эксплуатации, а конструктивно обусловленная высокая скорость движения газовоздушной смеси внутри горелки обеспечивает ее взрывобезопасность. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газовая горелка, включающая воздухоподающую и газовую трубы, клапанное устройство и сопло, отличающаяся тем, что воздухоподающая и газовая трубы жестко соединены выходами с образованием единого канала и установлены под углом друг к другу =30-45°, а внутри клапанного устройства по центральной оси установлен шток с резьбой по всей поверхности с жестко закрепленным в нижней части золотником в виде сдвоенных основаниями конусов, соединенных через диск диаметром, равным диаметру конуса, и рукояткой в верхней части, причем между воздухоподающей и газовой трубами жестко закреплен фиксатор со сквозным резьбовым отверстием.

2. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что углы вершины конусов равны β=5÷20° каждый, диаметр основания каждого конуса равен 1/3÷1/4 диаметра выходного отверстия сопла, а высота каждого конуса равна
где d_конус - диаметр основания конуса;
h_конус - высота конуса;
β - угол вершины конуса.

3. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что угол конфузорности единого канала равен γ=10÷20°.

4. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что диаметры воздухоподающей, газовой труб и входа единого канала равны между собой, а диаметр выхода единого канала равен
d_{вых.канал}=(0,75÷0,5)d_{вх.канал}
где d_{вых.канал} - диаметр выхода единого канала;
d_{вх.канал} - диаметр входа единого канала.

5. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что ширина диска между сдвоенными основаниями конуса равна
a_диск=0,1 d_конус,
где а_диск - ширина диска;
d_конус - диаметр основания конуса.

6. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что длина сопла равна
L=(l÷3)d_сопла,
где L - длина сопла;
d_сопла - диаметр сопла.