ГОРЕЛКА И СПОСОБ РАБОТЫ ГОРЕЛКИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК F23C99/00 F23Q13/00 

Изобретение относится к устройствам и способам для сжигания топлива с очень высокими плотностями теплового потока в стенку камеры сгорания и может быть использовано:

- для воспламенения топливных смесей и стабилизации пламени в камерах сгорания разных типов теплоэнергетических установок;

- в конструкциях устройств для газоструйной пайки, сварки, резки и выжигания поверхностных дефектов различных материалов;

- на стендах для создания разряжения перед пуском в проточных трактах РД и ГТУ;

- в качестве дежурной горелки для воспламенения и стабилизации открытых факелов пламени.

Достижение высокой температуры факела пламени с повышением полноты сгорания топлива, многоразовости запуска и длительности непрерывной работы в заданных условиях эксплуатации являются необходимыми требованиями при разработке разных видов горелок. Причем стенки камер сгорания таких теплонапряженных горелок нуждаются в защите от перегрева, окисления и эрозии. Выполнение этих требований обеспечивает повышение коэфициента полезного действия и надежности работы горелок, снижает их энергопотребление и повышает ресурс работы.

Известна головка терморезака (Патент РФ №2109211, ⁶F23D 7/00, 9/00, 10.11.1995), содержащая сопло, газогенератор с камерой сгорания и форкамерой, тракт подвода горючего с возможностью подачи последнего тангенциально относительно стенок газогенератора, тракт подвода окислителя и воспламенитель. Здесь форкамера выполнена трехступенчатой, причем диаметры ступеней последовательно увеличиваются в сторону выхода камеры сгорания. Тракт подвода окислителя сообщен посредством каналов со ступенями большего и меньшего диаметров. Тракт подвода горючего сообщен со ступенью среднего диаметра, а воспламенитель размещен в ступени меньшего диаметра.

Способ работы терморезака заключается в том, что горючее подается тангенциально на стенку ступени среднего диаметра. На стенке ступени формируется жидкая пелена топлива, часть которой испаряется и смешивается с окислителем, поступающим закрученным из ступени меньшего диаметра. Топливная смесь воспламеняется электрической свечой. Полученный факел воспламеняет основную массу топлива в ступени большего диаметра, которая сгорает в камере сгорания и истекает наружу через сопло на резку. Изобретение позволяет повысить полноту сгорания топлива, уменьшить массу и габариты головки терморезака. Однако вопросы охлаждения камеры сгорания терморезака здесь подробно не рассмотрены и согласно с заявленным техническим решением охлаждение осуществляется только за счет поглощения выделяемого тепла материалом конструкции и радиационного излучения тепла в окружающее пространство, что из-за возможности теплового разрушения камеры сгорания ограничивает достижение высоких температур факела пламени и снижает ресурс работы горелки.

Известна камера сгорания ЖРД (Патент РФ №2171388, ⁷F02K 9/64, 20.08.1999) с регенеративным и транспирационным охлаждением, содержащая смесительную головку с огневым днищем и форсунками, соединяющими полости компонентов с полостью камеры сгорания, внутреннюю и наружную оболочки, транспирационно охлаждаемую пористую вставку. Здесь форсунки выполнены коаксиальными, включающими втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник, при этом внутренняя и наружная оболочки расположены в начальной части камеры сгорания, а пористая вставка расположена от огневого днища на расстоянии, равном 15-20 внутренних диаметров втулки.

Способ работы такой камеры заключается в том, что компоненты топлива подаются в смесительную головку, а из нее по коаксальным форсункам в камеру сгорания. Одна часть охладителя подается в тракт охлаждения между наружной и внутренней оболочками и далее подается для дальнейшего использования. Другая часть охладителя подается в коллектор, расположенный снаружи на пористой вставке, далее через поры поступает на огневую стенку вставки и охлаждает ее. Здесь часть камеры, расположенная у головки, охлаждается регенеративно наружным проточным охлаждением, а другая, в районе максимальных тепловых потоков, - транспирационно. Однако обычно горелки воспламенителей не располагают значительными расходами компонентов топлива для достаточного транспирационного охлаждения теплонапряженных мест камер сгорания.

Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявляемое техническое решение по конструкции и способу работы является устройство для воспламенения компонентов топлива в камере сгорания ЖРД (Патент РФ №2183763, ⁷F23K 9/95, 11.05.2000), содержащее корпус, в котором соосно размещены камера сгорания с соплом и форкамера с расположенной в ней свечой зажигания, системы подачи горючего с форсункой и окислителя, а также систему конвективного охлаждения камеры сгорания, стенка которой снабжена каналами подвода окислителя - хладагента. Камера сгорания и форкамера соединены центральным отверстием, а форсунка подачи горючего расположена в последнем.

Данное устройство работает на несамовоспламеняющихся газообразном окислителе и жидком горючем. Способ работы такого устройства заключается в том, что из входного трубопровода окислитель через кольцевой коллектор протекает по винтовым каналам шнека и поступает закрученным в камеру сгорания. Из камеры сгорания основная часть окислителя через сопло истекает наружу. Часть окислителя проходит через центральный канал и периферийные отверстия в полость свечи зажигания. В центральном канале окислитель смешивается с горючим. При подаче импульсов электрического тока на свечу зажигания топливная смесь в полости свечи воспламеняется и продукты ее сгорания через центральное и периферийные отверстия истекают в камеру сгорания, где воспламеняют основную часть топливной смеси. Это обеспечивает надежное воспламенение топливной смеси несамовоспламеняющихся компонентов топлива в камере сгорания основного двигателя при запуске в условиях вакуума. Однако охлаждение камеры сгорания только за счет радиационного излучения, поглощения тепла не слишком массивным корпусом и хладагентом - газообразным окислителем с небольшим располагаемым хладоресурсом не позволяет повысить плотность теплового потока от продуктов сгорания топлив в стенку камеры сгорания без ее теплового разрушения и полностью использовать энергетические возможности топлива для получения высокотемпературого факела пламени.

Следует отметить, что работа горелок теплоэнергетических установок будет более экономичной и обеспечивать заданный ресурс, если они будут работать не только на постоянном режиме, но и циклически с заданной частотой на высокоэнергетичном малотоксичном топливе с малым временем нарастания и спада давления в камере сгорания при стехиометрическом или близком к нему соотношении расходов горючего и окислителя.

В основу изобретения положено решение следующих задач:

- обеспечение в заданных условиях работы надежного воспламенения горелки, работающей на малых расходах несамовоспламеняющихся компонентов топлива, от источника зажигания с заданной и пониженной энергией разряда источника зажигания;

- получение на выходе из горелки факела пламени продуктов сгорания с высокой температурой (до 3500К) и высоким полным давлением (до 100 бар);

- надежное охлаждение стенки камеры сгорания горелки с обеспечением заданного ресурса работы и минимальными потерями топливной экономичности.

Поставленные задачи решаются тем, что предлагаемая горелка на несамовоспламеняющихся компонентах топлива содержит корпус, в котором соосно размещены камера сгорания с соплом и форкамера с плоским торцем внутри. Форкамера снабжена расположенным в ней источником зажигания, также имеющим плоский торец. Кроме того, корпус содержит системы подачи горючего и окислителя с форсунками, а также систему конвективного охлаждения камеры сгорания, стенка которой имеет каналы прохода хладагента. Камера сгорания и форкамера соединены центральным отверстием, при этом форсунка системы подачи горючего расположена в последнем.

Согласно изобретения стенка камеры сгорания выполнена массивной, а форсунка системы подачи окислителя расположена в форкамере. Зазор между смежными торцами форкамеры и источника зажигания составляет от 1,0 до 3,0 мм. Отношение внутреннего диаметра камеры сгорания к диаметру центрального отверстия составляет от 3,0 до 8,0.

При такой конструкции горелки:

- выполнение камеры сгорания массивной обеспечивает увеличение емкостного поглощения стенкой тепла от продуктов сгорания топлива для его дальнейшего отвода в системы конвективного и радиационого охлаждения;

- расположение форсунки подачи окислителя в форкамере позволяет охлаждать источник зажигания во время работы, надежно активизировать окислитель и смесь компонентов топлива электрическим разрядом с малым временем задержки воспламенения, что обеспечивает надежность воспламенения малых расходов компонентов топлива для заданной энергии электрического разряда источника зажигания;

- выполнение зазора между смежными торцами форкамеры и источника зажигания меньше 1,0 мм не обеспечивает стабильного зажигания топливной смеси, а выполнение больше 3,0 мм приводит к тепловому разрушению источника зажигания.

Развитие и уточнение совокупности существенных признаков изобретения для частных случаев выполнения конструкции даны далее.

Выполнение источника зажигания в виде электроразрядной свечи позволяет надежно использовать заданную энергию разряда в ограниченном объеме горелки.

Комбинация головки горелки из форсунки газообразного окислителя и форсунки жидкого горючего позволяет выполнить ее газожидкостной, что обеспечивает хороший распыл жидкого компонента.

Расположение отверстий форсунок подачи горючего и окислителя радиально или тангенциально определяется физическими свойствами и уровнем расхода компонентов топлива.

Расположение форсунки подачи окислителя в форкамере в зоне места крепления источника зажигания позволяет охлаждать его полностью окислителем.

Расположение подводов каналов хладагента в стенку камеры сгорания в зоне критического сечения сопла позволяет оптимально охладить наиболее теплонапряженное место камеры сгорания и максимально использовать ресурс хладагента.

Расположение отводов каналов хладагента из стенки камеры сгорания в зоне места крепления источника зажигания обеспечивает эффективное охлаждение всей горелки.

Выполнение корпуса камеры сгорания из материала с высокой теплопроводностью, например хромистой бронзы БрХ08, обеспечивает увеличение скорости емкостного поглощения стенкой тепла от продуктов сгорания топлива и его дальнейшего отвода в системы конвективного и радиационного охлаждения.

Поставленные задачи для заданных условий эксплуатации горелки решаются таким способом работы, что газообразный окислитель и жидкое горючее через форсунки подают в полости горелки. Причем жидкое горючее через форсунку подают и распыливают в центральное отверстие горелки, где смешивают его с окислителем. Полученной смесью проточно заполняют полости горелки. На источник зажигания подают импульсы электрического тока, электрическим разрядом воспламеняют смесь компонентов топлива и сжигают ее в камере сгорания. Продукты сгорания смеси топлива через сопло выводят наружу из горелки в виде факела пламени.

Согласно изобретению при пуске первоначально подают хладагент в каналы стенки корпуса и охлаждают его. Затем с выдержкой по времени подключают подачу окислителя через форсунку в форкамеру горелки, заполняют окислителем последовательно полости форкамеры, центрального отверстия и камеры сгорания. При этом охлаждают окислителем эти полости и источник зажигания. После продувки внутренних полостей горелки окислителем с выдержкой по времени подают импульсы электрического тока на источник зажигания и активизируют электрическими разрядами окислитель в проточном тракте горелки. Дают выдержку по времени подачи активизированного окислителя, после чего подключают подачу горючего через форсунку и при смешивании воспламеняют горючее от активизированного окислителя. Далее сжигают воспламененную смесь компонентов топлива в камере сгорания, регулируют соотношение подачи компонентов и выводят горелку на заданный установившийся температурный режим. Включение горелки выполняют в циклическом режиме. Выключают горелку в следующем порядке: сначала прекращают подачу горючего, затем выключают подачу импульсов электрического тока на источник зажигания, далее выключают подачу окислителя и продолжают подачу хладагента. Снижают хладагентом температуру стенки камеры сгорания до заданного уровня и отключают подачу хладагента.

При таком способе работы:

- первоначальная подача хладагента в каналы стенки корпуса и охлаждение его перед пуском горелки обеспечивает запас по хладоресурсу корпуса горелки перед пуском;

- подключение подачи окислителя через форсунку в форкамеру с выдержкой по времени после подачи хладагента, заполнение окислителем последовательно полостей форкамеры, центрального отверстия и камеры сгорания с охлаждением этих полостей и источника зажигания позволяет продуть полости горелки от продуктов сгорания предшествующего включения горелки;

- подача импульсов электрического тока на источник зажигания с выдержкой по времени после продувки внутренних полостей горелки окислителем позволяет обеспечить его надежную без потери энергии разряда работу;

- активизация окислителя электрическими разрядами источника зажигания с выдержкой по времени с последующим смешиванием с горючим позволяет сократить время химической задержки воспламенения смеси;

- дальнейшее сжигание воспламененной топливной смеси в камере сгорания с регулировкой соотношения подачи компонентов и выводом горелки на установившийся режим работы обеспечивает получение заданных параметров факела пламени по температуре и давлению;

- включение горелки в циклическом режиме позволяет обеспечить заданный тепловой режим горелки;

- выключение горелки первоначальным прекращением подачи горючего, прекращением подачи импульсов электрического тока на источник зажигания, с последующим выключением подачи окислителя и продолжением подачи хладагента до снижения температуры стенки камеры сгорания до заданного уровня обеспечивает сохранение работоспособности горелки для последующих включений.

В случае снижения энергии электрического разряда источника зажигания по различным причинам способ работы горелки осуществляется таким образом, что газообразный окислитель и жидкое горючее через форсунки подают в полости горелки. Причем жидкое горючее через форсунку подают и распыливают в центральное отверстие горелки, где смешивают его с окислителем. Полученной смесью проточно заполняют полости горелки. На источник зажигания подают импульсы электрического тока. Электрическим разрядом воспламеняют смесь компонентов топлива и сжигают ее в камере сгорания. Продукты сгорания смеси топлива через сопло выводят наружу из горелки в виде факела пламени.

Согласно изобретению при пуске первоначально подают хладагент в каналы стенки корпуса и охлаждают его. Затем с выдержкой по времени подают импульсы электрического тока на источник зажигания. Потом подключают подачу горючего через форсунку в центральное отверстие горелки, которое оттуда поступает в полости форкамеры и камеры сгорания. Дают выдержку по времени подачи подогретого электрическими разрядами источника зажигания горючего. Далее подключают подачу окислителя через форсунку в форкамеру горелки. При этом охлаждают окислителем источник зажигания и воспламеняют смесь компонентов топлива. Направляют воспламененную смесь из форкамеры через центральное отверстие в камеру сгорания. Далее сжигают воспламененную смесь компонентов топлива в камере сгорания. Регулируют соотношение подачи компонентов и выводят горелку на заданный установившийся температурный режим. Включение горелки выполняют в циклическом режиме. Выключают горелку в том же порядке, что и при заданных условиях эксплуатации. Сначала выключают подачу горючего, затем выключают подачу импульсов электрического тока на источник зажигания, далее выключают подачу окислителя. Продолжают подачу хладагента. Снижают хладагентом температуру стенки камеры сгорания до заданного уровня и отключают подачу хладагента. При таком способе работы:

- первоначальная подача хладагента в каналы стенки корпуса и охлаждение его с выдержкой по времени перед пуском горелки обеспечивает запас по хладоресурсу корпуса горелки перед пуском;

- последующая подача импульсов электрического тока на источник зажигания и дальнейшее подключение подачи горючего в центральное отверстие с выдержкой по времени позволяет прогреть электрическими разрядами достаточное количество топлива перед вступлением в реакцию с окислителем;

- поступление прогретого электрическим разрядом горючего в полости форкамеры и камеры сгорания с выдержкой по времени сокращает время химической задержки необходимого для воспламенения количества смеси топлива;

- дальнейшая подача окислителя в форкамеру, воспламенение смеси окислителя с прогретым горючим в форкамере и направление воспламененной смеси в камеру сгорания позволяет обеспечить надежное сжигание последней;

- сжигание смеси компонентов топлива в камере сгорания с регулированием соотношения подачи компонентов и вывод горелки на установившийся режим обеспечивает получение на выходе из горелки факела пламени с заданными параметрами по температуре и давлению.

Развитие и уточнение совокупности существенных признаков способов работы горелки для частных случаев даны далее.

Прекращение подачи импульсов электрического тока на источник зажигания после устойчивого воспламенения топливной смеси в камере сгорания позволяет уменьшить емкость и соответственно массу электрических источников питания, что особенно важно для транспортных теплоэнергоустановок.

В качестве компонентов топливной смеси могут быть использованы одна из комбинаций топливных компонентов (газообразный окислитель (чистый кислород, или кислород воздуха) - жидкое горючее): кислород -керосин, кислород - пентан, кислород - гексан, воздух - бензин, что определяется наличием компонентов и требованиями условий эксплуатации.

В качестве хладагента могут быть использованы: вода или компонент топлива теплоэнергетической установки, содержащей заявляемую горелку, что определяется типом теплоэнергоустановки. Для стационарных теплоэнергоустановок в качестве хладагента целесообразно использовать воду, хладоресурс которой практически неограничен. Для транспорных теплоэнергоустановок целесообразно использовать компонент топлива теплоэнергетической установки, содержащей заявляемую горелку, так как расход хладоресурса этого компонента топлива будет незначительным.

Таким образом, решены поставленные в изобретении задачи:

- разработана конструкция горелки, которая в заданных условиях работы на малых расходах несамовоспламеняющихся компонентов топлива, воспламенения от источника зажигания с заданной и пониженной энергией разряда обеспечивает надежное воспламенение;

- конструкция горелки и способы ее работы обеспечивают получение факела пламени продуктов сгорания топливных смесей с высокой температурой (до 3500К) и высоким полным давлением (до 100 бар);

- конструкция горелки и способы ее работы обеспечивают надежное охлаждение стенки камеры сгорания с обеспечением заданного ресурса работы и минимальными потерями топливной экономичности.

Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием конструкции горелки, представленной на чертеже, и способов ее работы.

Горелка на несамовоспламеняющихся компонентах топлива содержит корпус 1, в котором соосно размещены камера сгорания 2 с соплом 3 и форкамера 4 с плоским торцем 5 внутри. Форкамера 4 снабжена расположенным в ней источником зажигания 6, также имеющим плоский торец 7. Кроме того, корпус 1 содержит системы подачи горючего и окислителя с форсунками 8 и 9, а также систему конвективного охлаждения камеры сгорания 2, стенка 10 которой имеет каналы 11 прохода хладагента. Камера сгорания 2 и форкамера 4 соединены центральным отверстием 12, при этом форсунка 8 системы подачи горючего расположена в последнем.

Стенка 10 камеры сгорания 2 выполнена массивной. Форсунка 9 системы подачи окислителя расположена в форкамере 4. Зазор между смежными торцами 5 и 7 форкамеры 4 и источника зажигания 6 составляет от 1,0 до 3,0 мм. Отношение внутреннего диаметра камеры сгорания 2 к диаметру центрального отверстия 12 составляет от 3,0 до 8,0.

Источник зажигания 6 может быть выполнен в виде электроразрядной свечи, а комбинация из форсунки 9 окислителя в форкамере 4 и форсунки 8 горючего в центральном отверстии 12 является газожидкостной форсункой.

Отверстия форсунки 8 подачи горючего могут быть расположены в центральном отверстии 12 радиально или тангенциально.

Отверстия форсунки 9 подачи окислителя могут быть расположены в форкамере 4 в зоне источника зажигания 6 радиально или тангенциально.

Подводы 13 каналов 11 хладагента в стенку 10 камеры сгорания 2 могут быть расположены в зоне критического сечения сопла 3, а отводы 14 каналов 11 хладагента из стенки 10 камеры сгорания 2 могут быть расположены в зоне источника зажигания 6.

Корпус 1 желательно выполнять из материала с высокой теплопроводностью, например из хромистой бронзы БрХ08.

Заявляемая конструкция горелки на несамовоспламеняющихся компонентах топлива в заданных условиях работает следующим образом. Газообразный окислитель через форсунку 9, а жидкое горючее через форсунку 8 подают в полости горелки, причем жидкое горючее через форсунку 8 подают и распыливают в центральное отверстие 12 горелки, где смешивают его с окислителем.

Полученной смесью проточно заполняют полости горелки, на источник зажигания 6 подают импульсы электрического тока, электрическим разрядом воспламеняют смесь компонентов топлива и сжигают ее в камере сгорания 2.

Продукты сгорания смеси топлива через сопло 3 выводят наружу из горелки в виде факела пламени.

Отличие заявляемого способа работы горелки заключается в том, что при пуске первоначально через подводы 13 подают хладагент в каналы 11 стенки 10 корпуса 1, охлаждают корпус 1 и выводят хладагент из корпуса 1 через отводы 14.

Затем с выдержкой по времени подключают подачу окислителя через форсунку 9 в форкамеру 4 горелки, заполняют окислителем последовательно полости форкамеры 4, центрального отверстия 12 и камеры сгорания 2, при этом охлаждают окислителем эти полости и источник зажигания 6.

После продувки внутренних полостей горелки окислителем с выдержкой по времени подают импульсы электрического тока на источник зажигания 6 и активизируют электрическими разрядами окислитель в проточном тракте горелки, дают выдержку по времени подачи активизированного окислителя.

Потом подключают подачу горючего через форсунку 8 и при смешивании воспламеняют горючее от активизированного окислителя, далее сжигают воспламененную смесь компонентов топлива в камере сгорания 2.

Регулируют соотношение подачи компонентов и выводят горелку на заданный установившийся температурный режим, причем включение горелки выполняют в циклическом режиме.

Выключают горелку в следующем порядке, сначала прекращают подачу горючего, затем выключают подачу импульсов электрического тока на источник зажигания 6, далее выключают подачу окислителя и продолжают подачу хладагента, снижают хладагентом температуру стенки 10 камеры сгорания 2 до заданного уровня и отключают подачу хладагента.

Заявляемая конструкция горелки на несамовоспламеняющихся компонентах топлива при сниженной энергии электрического разряда источника зажигания работает следующим образом.

Газообразный окислитель через форсунку 9, а жидкое горючее через форсунку 8 подают в полости горелки, причем жидкое горючее через форсунку 8 подают и распыливают в центральное отверстие 12, где смешивают его с окислителем, полученной смесью проточно заполняют полости горелки, на источник зажигания 6 подают импульсы электрического тока, электрическим разрядом воспламеняют смесь компонентов топлива и сжигают ее в камере сгорания 2, продукты сгорания смеси топлива через сопло 3 выводят наружу из горелки в виде факела пламени.

Отличие этого заявляемого способа работы горелки от прототипа также как и в рассмотренном ранее способе работы заключается в том, что при пуске первоначально через подводы 13 подают хладагент в каналы 11 стенки 10 корпуса 1, охлаждают корпус 1 и выводят хладагент из корпуса 1 через отводы 14.

Затем с выдержкой по времени подают импульсы электрического тока на источник зажигания 6, потом подключают подачу горючего через форсунку 8 в центральное отверстие 12 горелки, которое оттуда поступает в полости форкамеры 4 и камеры сгорания 2.

Дают выдержку по времени подачи подогретого электрическими разрядами источника зажигания горючего, далее подключают подачу окислителя через форсунку 9 в форкамеру 4 горелки, при этом охлаждают окислителем источник зажигания 6 и воспламеняют нагретую смесь компонентов топлива, направляют воспламененную смесь из форкамеры 4 в центральное отверстие 12.

Далее сжигают воспламененную смесь компонентов топлива в камере сгорания 2, регулируют соотношение подачи компонентов и выводят горелку на заданный установившийся температурный режим. Включение горелки выполняют в циклическом режиме.

Выключают горелку в следующем порядке. Сначала выключают подачу горючего, затем выключают подачу импульсов электрического тока на источник зажигания 6, далее выключают подачу окислителя.

Продолжают подачу хладагента, снижают хладагентом температуру стенки 10 камеры сгорания 2 до заданного уровня и отключают подачу хладагента.

В частных случаях могут быть развиты и уточнены существенные признаки рассмотреных способов работы горелки.

После устойчивого воспламенения смеси в камере сгорания может быть прекращена подача импульсов электрического тока на источник зажигания 6.

Конструкция горелки и способы ее работы проверены экспериментально. В качестве компонентов топливной смеси были выбраны кислород-керосин и кислород-пентан. В качестве хладагента использовалась вода, подаваемая в каналы охлаждения при давлении 5 бар. Расход воды составлял 103 г/с. Масса корпуса горелки составляла порядка 3 кг. Соотношение компонентов топлива было выбрано близко к стехиометрическому. Пуск горелки осуществлялся в заданных условиях эксплуатации, причем энергия разряда источника зажигания соответствовала заданным пределам. Выход на установившийся режим достигался за время около двух секунд. Длительность включения и длительность перерыва между включениями составляла 10 с. В процессе экспериментов измерялось давление в камере сгорания, которое достигало величины 25 бар и температура внешней стенки корпуса. Температура продуктов сгорания при таком режиме работы составляла более 3500 К. В процессе работы температура внешней стенки около критического сечения не превышала 680 К. Температура хладагента (воды) на выходе канала охлаждения не превышала 345 К. После многоцикловой работы на компонентах топлива кислород-керосин и кислород-пентан внешних признаков повреждений горелки не обнаружено. Горелка находилась полностью в работоспособном состоянии.

Изобретение относится к области энергетики. Горелка содержит корпус, в котором соосно размещены камера сгорания с соплом и форкамера с плоским торцем внутри, снабженная расположенным в ней источником зажигания, также имеющим плоский торец, системы подачи горючего и окислителя с форсунками, а также систему конвективного охлаждения камеры сгорания, стенка которой имеет каналы прохода хладагента, кроме того, камера сгорания и форкамера соединены центральным отверстием, при этом форсунка системы подачи горючего расположена в последнем. Стенка камеры сгорания выполнена массивной, форсунка системы подачи окислителя расположена в форкамере, зазор между смежными торцами форкамеры и источника зажигания составляет от 1,0 до 3,0 мм, а отношение внутреннего диаметра камеры сгорания к диаметру центрального отверстия составляет от 3,0 до 8,0. Источник зажигания выполнен в виде электроразрядной свечи. Комбинация из форсунки окислителя в форкамере и форсунки горючего в центральном отверстии является газожидкостной форсункой. Отверстия форсунки подачи горючего расположены в центральном отверстии или радиально, или тангенциально. Отверстия форсунки подачи окислителя расположены в форкамере или радиально, или тангенциально. Форсунка подачи окислителя расположена в форкамере в зоне места крепления источника зажигания. Подводы каналов хладагента в стенку камеры сгорания расположены в зоне критического сечения сопла. Отводы каналов хладагента из стенки камеры сгорания расположены в зоне места крепления источника зажигания. Корпус выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например из хромистой бронзы БрХ08. Изобретение обеспечивает надежное воспламенение горелки, надежное охлаждение стенки камеры сгорания, позволяет получить на выходе из горелки факел пламени продуктов сгорания с высокой температурой и высоким давлением. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Горелка, содержащая корпус, в котором соосно размещены камера сгорания с соплом и форкамера с плоским торцом внутри, снабженная расположенным в ней источником зажигания также имеющим плоский торец, системы подачи горючего и окислителя с форсунками, а также систему конвективного охлаждения камеры сгорания, стенка которой имеет каналы прохода хладагента, кроме того, камера сгорания и форкамера соединены центральным отверстием, при этом форсунка системы подачи горючего расположена в последнем, отличающаяся тем, что стенка камеры сгорания выполнена массивной, форсунка системы подачи окислителя расположена в форкамере, зазор между смежными торцами форкамеры и источника зажигания составляет от 1,0 до 3,0 мм, а отношение внутреннего диаметра камеры сгорания к диаметру центрального отверстия составляет от 3,0 до 8,0.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что источник зажигания выполнен в виде электроразрядной свечи.

3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что комбинация из форсунки окислителя в форкамере и форсунки горючего в центральном отверстии является газожидкостной форсункой.

4. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что отверстия форсунки подачи горючего расположены в центральном отверстии радиально.

5. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что отверстия форсунки подачи горючего расположены в центральном отверстии тангенциально.

6. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что отверстия форсунки подачи окислителя расположены в форкамере радиально.

7. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что отверстия форсунки подачи окислителя расположены в форкамере тангенциально.

8. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что форсунка подачи окислителя расположена в форкамере в зоне места крепления источника зажигания.

9. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что подводы каналов хладагента в стенку камеры сгорания расположены в зоне критического сечения сопла.

10. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что отводы каналов хладагента из стенки камеры сгорания расположены в зоне места крепления источника зажигания.

11. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что корпус выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например, из хромистой бронзы БрХ08.

12. Способ работы горелки по п.1, заключающийся в том, что газообразный окислитель и жидкое горючее через форсунки подают в полости горелки, причем жидкое горючее через форсунку подают и распыливают в центральное отверстие горелки, где смешивают его с окислителем, полученной смесью проточно заполняют полости горелки, на источник зажигания подают импульсы электрического тока, электрическим разрядом воспламеняют смесь компонентов топлива и сжигают ее в камере сгорания, продукты сгорания смеси топлива через сопло выводят наружу из горелки в виде факела пламени, отличающийся тем, что при пуске первоначально подают хладагент в каналы стенки корпуса и охлаждают его, затем с выдержкой по времени подключают подачу окислителя через форсунку в форкамеру горелки, заполняют окислителем последовательно полости форкамеры, центрального отверстия и камеры сгорания, при этом охлаждают окислителем эти полости и источник зажигания, после продувки внутренних полостей горелки окислителем, с выдержкой по времени, подают импульсы электрического тока на источник зажигания и активизируют электрическими разрядами окислитель в проточном тракте горелки, дают выдержку по времени подачи активизированного окислителя, после чего подключают подачу горючего через форсунку и при смешивании воспламеняют горючее от активизированного окислителя, далее сжигают воспламененную смесь компонентов топлива в камере сгорания, регулируют соотношение подачи компонентов и выводят горелку на заданный установившийся температурный режим, включение горелки выполняют в циклическом режиме, а выключают горелку в следующем порядке, сначала прекращают подачу горючего, затем выключают подачу импульсов электрического тока на источник зажигания, далее выключают подачу окислителя и продолжают подачу хладагента, снижают хладагентом температуру стенки камеры сгорания до заданного уровня и отключают подачу хладагента.

13. Способ работы горелки по п.12, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют чистый кислород или кислород воздуха, а горючее выбирают из ряда: керосин, бензин, пентан или гексан, кроме того, в качестве хладагента используют воду или компонент топлива теплоэнергетической установки, содержащей горелку.

14. Способ работы горелки по п.12, отличающийся тем, что после устойчивого воспламенения смеси в камере сгорания прекращают подачу импульсов электрического тока на источник зажигания.

15. Способ работы горелки по п.1, заключающийся в том, что газообразный окислитель и жидкое горючее через форсунки подают в полости горелки, причем жидкое горючее через форсунку подают и распыливают в центральное отверстие горелки, где смешивают его с окислителем, полученной смесью проточно заполняют полости горелки, на источник зажигания подают импульсы электрического тока, электрическим разрядом воспламеняют смесь компонентов топлива и сжигают ее в камере сгорания, продукты сгорания смеси топлива через сопло выводят наружу из горелки в виде факела пламени, отличающийся тем, что при пуске первоначально подают хладагент в каналы стенки корпуса и охлаждают его, затем с выдержкой по времени подают импульсы электрического тока на источник зажигания, потом подключают подачу горючего через форсунку в центральное отверстие горелки, которое оттуда поступает в полости форкамеры и камеры сгорания, дают выдержку по времени подачи подогретого электрическими разрядами источника зажигания горючего, далее подключают подачу окислителя через форсунку в форкамеру горелки, при этом охлаждают окислителем источник зажигания и воспламеняют подогретую смесь компонентов топлива, направляют воспламененную смесь из форкамеры в центральное отверстие, далее сжигают воспламененную смесь компонентов топлива в камере сгорания, регулируют соотношение подачи компонентов и выводят горелку на заданный установившийся температурный режим, включение горелки выполняют в циклическом режиме, а выключают горелку в следующем порядке: сначала выключают подачу горючего, затем выключают подачу импульсов электрического тока на источник зажигания, далее выключают подачу окислителя и продолжают подачу хладагента, снижают хладагентом температуру стенки камеры сгорания до заданного уровня и отключают подачу хладагента.

16. Способ работы горелки по п.15, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют чистый кислород или кислород воздуха, а горючее выбирают из ряда: керосин, бензин, пентан или гексан, кроме того, в качестве хладагента используют воду или компонент топлива теплоэнергетической установки, содержащей горелку.

17. Способ работы горелки по п.15, отличающийся тем, что после устойчивого воспламенения смеси в камере сгорания прекращают подачу импульсов электрического тока на источник зажигания.