УСТРОЙСТВО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ГОРЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F23C15/00 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в системах отопления, в частности в водонагревателях или бойлерах; в системах утилизации, работающих на сжигании попутного газа, для исключения влияния вибраций, а также для компенсации температурных расширений.

Известны котлы пульсирующего горения, содержащие камеру сгорания, запальное устройство, устройства подвода топлива, подвода воздуха и выхлопные каналы отвода продуктов сгорания, выполненные в виде U-образных трубок, одним концом закрепленные на камере сгорания, другим концом прикрепленные к полости дымоудаления, которая в свою очередь связана с корпусом. Указанные каналы отвода продуктов сгорания предназначены для компенсации температурных расширений, возникающих при работе котла пульсирующего горения (Интернет-страница http://www.fulton.com/downloader.php7doc_id=106).

Недостатком аналога является большая трудоемкость и сложность в изготовлении, а также увеличенные габариты конструкции.

Наиболее близким к заявляемому устройству является котел пульсирующего горения, содержащий камеру сгорания, выполненную в виде цилиндрической полости с закрытым торцом и открытым торцом, в котором выполнено, по меньшей мере, одно отверстие для отвода продуктов сгорания, емкость для нагреваемого теплоносителя, установленное в камере сгорания запальное устройство со свечой зажигания, а также смесительное устройство, дефлектор. Устройство отвода продуктов сгорания, образующее выхлопной канал, связано с открытым торцом камеры сгорания посредством, по меньшей мере, одного змеевика, расположенного в полости емкости для нагреваемого теплоносителя. По другому варианту устройство отвода продуктов сгорания связано с открытым торцом камеры сгорания посредством изогнутых труб, расположенных в полости емкости для нагреваемого теплоносителя. Змеевики и изогнутые трубы компенсируют температурные расширения массивных узлов и частично гасят вибрацию резонансной системы (патент RU 2293253, МПК F23C 15/00, опубл. 10.02.2007).

Недостаток прототипа - недостаточная компенсация вибраций и температурных расширений, большая трудоемкость и сложность в изготовлении, а также увеличенные габариты конструкции.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение "эффективности компенсации вибраций и температурных расширений, возникающих при работе устройства пульсирующего горения, а также повышение технологичности сборочных операций и упрощение конструкции.

Задача решается устройством пульсирующего горения, содержащим камеру сгорания в виде полости, боковые стенки которой ограничены с одной стороны закрытым торцом, а с другой стороны открытым торцом, имеющим как минимум один выход для отвода продуктов сгорания, сопряженный с как минимум одним выхлопным каналом, смесительный узел с обратным воздушным клапаном и обратным топливным клапаном, сообщающийся с камерой сгорания, в которой установлено запальное устройство. В отличие от прототипа устройство содержит охватывающий камеру сгорания корпус с образованием полости для охлаждающей жидкости, а также гибкий компенсатор, размещенный на корпусе, или на боковой стенке камеры сгорания, или на выхлопном канале.

Согласно изобретению:

- выхлопные каналы расположены в продолжении камеры сгорания до сопряжения с выходными отверстиями на торце корпуса;

- гибкий компенсатор при размещении его на корпусе одной стороной связан с закрытым торцом камеры сгорания;

- гибкий компенсатор при размещении его на корпусе одной стороной связан с торцом корпуса, на котором расположены выходы выхлопных каналов;

- гибкий компенсатор при размещении его на боковой стенке камеры сгорания одной стороной связан с закрытым торцом камеры сгорания;

- гибкий компенсатор при размещении его на боковой стенке камеры сгорания одной стороной связан с открытым торцом камеры сгорания;

- гибкий компенсатор выполнен из резины;

- гибкий компенсатор выполнен в виде металлического гофрированного сильфона.

Технический результат достигается благодаря следующему.

Устройство пульсирующего горения представляет собой акустический резонатор, в котором камера сгорания функционально является емкостью резонансной системы, а выхлопные каналы выполняют функцию индуктивных каналов (или резонансных каналов) этой системы. В процессе работы устройства пульсирующего горения вследствие пульсаций давлений могут возникать вибрации с амплитудами и виброскоростью, которые могут привести к усталостным разрушениям материалов, из которых изготовлено устройство пульсирующего горения. Кроме того, могут возникать разности удлинений между камерой сгорания с выхлопными каналами с одной стороны и корпусом с другой стороны, обусловленные тепловыми расширениями. Наличие гибкого компенсатора позволяет полностью исключить влияние вибраций, а также компенсирует разности удлинений при тепловых расширениях, так как гибкий компенсатор способен свободно изменять свои геометрические размеры в направлении действия прилагаемых усилий.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1-7 показаны схемы устройства пульсирующего горения с различным расположением гибкого компенсатора (в продольном разрезе):

фиг 1, 3, 4 - на корпусе;

фиг.2, 5, 6 - на боковой стенке камеры сгорания;

фиг.7 - на выхлопном канале.

Устройство пульсирующего горения (фиг.1-7) содержит камеру сгорания 1, представляющую собой, например, цилиндрическую полость или полость с сечением многоугольника (например, шестиугольника), с боковыми стенками 2, ограниченную с одной стороны закрытым торцом 3, с другой стороны открытым торцом 4, имеющим как минимум один выход для отвода продуктов сгорания, сопряженный с как минимум одним выхлопным каналом 5, выход которого совмещен с выходным отверстием на торце 6, запальное устройство 7, смесительный узел 8, который своим выходом совмещен с отверстием в закрытом торце 3 камеры сгорания и содержит обратный воздушный клапан 9 и обратный топливный клапан 10. Устройство содержит охватывающий камеру сгорания корпус 11 с образованием полости 12 для охлаждающей жидкости, а также гибкий компенсатор 13, размещенный на корпусе 11 или на боковой стенке 2 камеры сгорания 1, или на выхлопном канале 5.

При расположении гибкого компенсатора на корпусе 11 компенсатор 13 одной стороной связан с закрытым торцом 3 камеры сгорания 1(фиг.4) или с торцом 6 корпуса 11, на котором расположен выход выхлопного канала (фиг.1), или установлен в разрыв на корпусе 11 (фиг.3).

При расположении гибкого компенсатора 13 на боковой стенке 2 камеры сгорания компенсатор 13 одной стороной связан с закрытым торцом 3 камеры сгорания (фиг.5) или с открытым торцом 4 камеры сгорания (фиг.2), или установлен в разрыв на боковой стенке 2 камеры сгорания (фиг.6).

Гибкий компенсатор 13 может быть установлен непосредственно на внешней поверхности выхлопного канала 5 (фиг.7).

Закрытый торец 3 камеры сгорания 1 может быть сопряжен с кольцевым фланцем 14 (фиг.1, 3, 4, 5, 6, 7), замыкающим полость 12. Устройство может содержать на корпусе 11 торцовую крышку 15 (фиг.2), в этом случае торец 3 камеры сгорания охлаждается жидкостью, попадающей из полости 12 в полость между ним и указанной крышкой 15.

Работа устройства пульсирующего горения осуществляется следующим образом.

Через обратный клапан 9 по трубопроводу подачи воздуха подают в смесительный узел 8 воздух, а через обратный клапан 10 по трубопроводу подачи топлива подают топливо под давлением, большим атмосферного. Происходит смешивание топлива с воздухом, в результате чего образуется топливно-воздушная смесь. Топливно-воздушная смесь поступает в камеру сгорания 1, в последней, по мере наполнения ее топливно-воздушной смесью, включают запальное устройство 7, от чего топливно-воздушная смесь мгновенно воспламеняется, В результате этого рабочее давление в камере сгорания 1 мгновенно повышается до давления, большего давления воздуха и топлива в трубопроводах подачи воздуха и топлива. При этом обратные клапаны 9 и 10 мгновенно закрываются, и горячий продукт сгораемой топливно-воздушной смеси устремляется к открытому торцу 4 камеры сгорания 1 в выхлопные каналы 5.

После выхлопа продуктов горения через выхлопные каналы давление в камере сгорания 1 резко уменьшается до давления, меньше атмосферного, при этом обратные клапаны 9 и 10 открываются под воздействием возникшего разрежения, а воздух и топливо опять устремляются в смесительный узел 8. Топливно-воздушная смесь направляется в камеру сгорания 1 и мгновенно воспламеняется от горячих продуктов предшествующего горения топливно-воздушной смеси. Давление в камере сгорания 1 мгновенно повышается, под его воздействием обратные клапаны 9 и 10 закрываются. Горячий продукт сгораемой топливно-воздушной смеси перемещается к выхлопным каналам 5. При выхлопе продуктов горения давление в камере сгорания 1 снова резко уменьшается, обратные клапаны открываются. Процесс повторяется.

Во время работы устройства пульсирующего горения вследствие пульсаций давлений возникают вибрации и, соответственно, переменные нагрузки, а также вследствие тепловых расширений возникают разности удлинений между камерой сгорания 1 с выхлопными каналами 5 с одной стороны и корпусом 11 с другой стороны, которые компенсируются гибкими компенсаторами 13. В качестве гибкого компенсатора для установки на корпус можно использовать стандартные резиновые фланцевые компенсаторы, имеющие неограниченный ресурс по циклам сжатия/растяжения/гиба, например, производства http://Nemen.ru, а для установки компенсатора на камере сгорания или на выхлопном канале можно использовать металлический гофрированный сильфон.

При изготовлении устройств пульсирующего горения с применением способа соединения деталей сваркой могут возникать значительные отклонения размеров и габаритов ввиду коробления после сварки. В таком случае, при сборке готового изделия, имеющего большие габариты, например 2 м или более, и при наличии сварных соединений становится затруднительно и дорого выдерживать требования по допускам к размерам. Применение гибкого компенсатора позволяет проводить сборку готовых изделий с полем допуска ±5 мм, что делает возможным выполнить сборку готового изделия устройства пульсирующего горения с учетом деформаций и отклонений, вызванных сваркой.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет полностью компенсировать вибрации и температурные расширения, возникающие при работе устройства пульсирующего горения, а также повысить технологичность сборочных операций и упростить конструкцию.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в системах отопления, в частности в водонагревателях или бойлерах; в системах утилизации, работающих на сжигании попутного газа, для исключения влияния вибраций, а также для компенсации температурных расширений. Устройство пульсирующего горения содержит камеру сгорания в виде полости, боковые стенки которой ограничены с одной стороны закрытым торцом, а с другой стороны открытым торцом, имеющим как минимум один выход для отвода продуктов сгорания, сопряженный с как минимум одним выхлопным каналом, смесительный узел с обратным воздушным клапаном и обратным топливным клапаном, сообщающийся с камерой сгорания, в которой установлено запальное устройство. Устройство пульсирующего горения содержит охватывающий камеру сгорания корпус с образованием полости для охлаждающей жидкости, а также гибкий компенсатор, размещенный на корпусе, или на боковой стенке камеры сгорания, или на выхлопном канале. Изобретение позволяет полностью компенсировать вибрации и температурные расширения, возникающие при работе устройства пульсирующего горения, а также повысить технологичность сборочных операций и упростить конструкцию. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство пульсирующего горения, содержащее камеру сгорания в виде полости, боковые стенки которой ограничены с одной стороны закрытым торцом, а с другой стороны открытым торцом, имеющим как минимум один выход для отвода продуктов сгорания, сопряженный с как минимум одним выхлопным каналом, смесительный узел с обратным воздушным клапаном и обратным топливным клапаном, сообщающийся с камерой сгорания, в которой установлено запальное устройство, отличающееся тем, что содержит охватывающий камеру сгорания корпус с образованием полости для охлаждающей жидкости, а также гибкий компенсатор, размещенный на корпусе, или на боковой стенке камеры сгорания, или на выхлопном канале.

2. Устройство пульсирующего горения по п.1, отличающееся тем, что выхлопные каналы расположены в продолжении камеры сгорания до сопряжения с выходными отверстиями на торце корпуса.

3. Устройство пульсирующего горения по п.1, отличающееся тем, что гибкий компенсатор при размещении его на корпусе одной стороной связан с закрытым торцом камеры сгорания.

4. Устройство пульсирующего горения по п.1, отличающееся тем, что гибкий компенсатор при размещении его на корпусе одной стороной связан с торцом корпуса, на котором расположены выходы выхлопных каналов.

5. Устройство пульсирующего горения по п.1, отличающееся тем, что гибкий компенсатор при размещении его на боковой стенке камеры сгорания одной стороной связан с закрытым торцом камеры сгорания.

6. Устройство пульсирующего горения по п.1, отличающееся тем, что гибкий компенсатор при размещении его на боковой стенке камеры сгорания одной стороной связан с открытым торцом камеры сгорания.

7. Устройство пульсирующего горения по п.1, отличающееся тем, что гибкий компенсатор выполнен из резины.

8. Устройство пульсирующего горения по п.1, отличающееся тем, что гибкий компенсатор выполнен в виде металлического гофрированного сильфона.