ПАРОГАЗОГЕНЕРАТОР Российский патент 2017 года по МПК F22B1/22 

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к способам работы и конструированию парогазогенераторов.

Одной из проблем, стоящих в настоящее время в данной области техники, является проблема эффективности энергоустановок, повышение их КПД и надежности работы.

Известен способ работы парогазогенератора, в котором рабочий процесс осуществляется в двух газовых трактах с разнотемпературными выхлопными потоками, выводимыми в общую утилизационную систему, в которой генерируется водяной пар (заявка РФ на изобретение №93009679/06/008853).

Известен способ работы парогазовой установки (парогазогенератора), включающий сжигание топлива, подогрев рабочего тела, генерацию водяного пара (патент РФ №2174615, кл. МПК7 F02C 6/18 от 12.09.1996 г.).

Известно устройство для получения высокотемпературного пара (а.с. СССР №168962), содержащее корпус с выходными патрубками для парогазовой смеси и размещенным внутри горелочным устройством.

Известен парогазогенератор, содержащий корпус с выходным патрубком для парогазовой смеси, цилиндрическую камеру сгорания с горелочным устройством, камеру смешения, форсунки, завихрители потока (патент РФ 2283456 от 12.20.2004 г., кл. МПК F22B 1/22).

Общим недостатком известных технических устройств является их недостаточная эффективность работы, сложность конструкции и низкая надежность при высоких тепловых нагрузках конструкционных элементов.

Известен парогазогенератор, содержащий камеру сгорания с форсунками, подвод воды, запальное устройство, камеру испарения, при этом подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в камере испарения установлена диафрагма (Патент РФ №2371594, МПК: F02C 6/00 - прототип).

Указанный парогазогенератор работает следующим образом.

Вода по магистрали подается в камеру сгорания, проходя по втулке с тангенциальными каналами, закручивается и образует в полости камеры сгорания вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области.

Затем по магистралям окислителя и горючего подают компоненты в смесительную головку. Запальное устройство с помощью свечи воспламеняет их. Компоненты сгорают внутри водяной вихреобразной оболочки, которая существенным образом снижает температурные нагрузки на стенки камеры сгорания, что позволяет поднять до максимальной температуру сгорания компонентов (достигается их стехиометрическим соотношением) и повысить, тем самым, эффективность работы установки.

Наличие диафрагмы, выполненной в виде сопла, широким срезом направленного в камеру испарения, не позволяет разрушиться образовавшейся водяной вихревой оболочке раньше времени, поэтому интенсивное испарение воды и разогрев пара происходят при более щадящих температурных нагрузках на конструкционные элементы парогазогенератора, после свертывания вихреобразной водяной оболочки. Кроме того, при расширении газа в сопле, его статическая температура падает.

Разогретый в камере испарения высокотемпературный пар через выходное устройство выходит наружу для дальнейшего потребления.

Основными недостатками данной конструкции парогазогенератора являются значительные габариты, особенно в осевом направлении, что вызвано необходимостью размещения камеры смешения после узла подачи балластирующего компонента.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный парогазогенератор согласно изобретению содержит охлаждаемую балластирующим компонентом камеру сгорания, смесительную головку, включающую в себя блок подачи окислителя, блок подачи горючего, блок подачи балластирующего компонента с огневым днищем, при этом в указанных блоках равномерно по окружности установлены смесительные элементы, запальное устройство, установленное в смесительной головке, камеру смешения, в выходной части которой расположен диффузор, причем подача балластирующего компонента из тракта охлаждения камеры сгорания в камеру смешения осуществляется через сопло, установленное в выходной части трубки, расположенной на оси камеры сгорания и соединенной с огневым днищем блока подачи балластирующего компонента, и промежуточное сопло, расположенное между камерой сгорания и камерой смешения.

В варианте исполнения на наружной поверхности трубки выполнены ребра.

Предлагаемая конструкция парогазогенератора за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение габаритов, массы устройства, а также повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез парогазогенератора, на фиг. 2 - поперечное сечение трубки парогазогенератора в варианте исполнения.

Парогазогенератор содержит камеру сгорания 1, смесительную головку 2, камеру смешения 3, в выходной части которой установлен диффузор 4, промежуточное сопло 5, расположенное между камерой сгорания 1 и камерой смешения 3, запальное устройство 6, установленное в смесительной головке 2.

Охлаждение камеры сгорания 1 осуществляется протоком балластирующего компонента по тракту охлаждения 7.

Смесительная головка 2 состоит из блока подачи окислителя 8, блока подачи горючего 9, блок подачи балластирующего компонента 10 с огневым днищем 11, при этом в указанных блоках равномерно по окружности установлены смесительные элементы 12. На огневом днище 11 блока подачи балластирующего компонента 10 закреплена трубка 13, расположенная на оси камеры сгорания 1 и в выходной части которой установлено сопло 14.

В варианте исполнения на наружной поверхности трубки 13 выполнены ребра 15.

Предложенный парогазогенератор работает следующим образом.

Горючее подается в блок подачи горючего 9 смесительной головки 2 и равномерно распределяется по смесительным элементам 12, из которых впрыскивается в камеру сгорания 1.

Окислитель подается в блок подачи окислителя 8 и равномерно распределяется по смесительным элементам 12, из которых впрыскивается в камеру сгорания 1.

Балластирующий компонент подается в тракт охлаждения 7 камеры сгорания 1. В тракте охлаждения 7 балластирующий компонент разделяется на две части. Часть балластирующего компонента из тракта охлаждения 7 поступает в блок подачи балластирующего компонента 10 и далее по трубке 13 в сопло 14. Оставшаяся часть балластирующего компонента поступает из тракта охлаждения 7 в промежуточное сопло 5.

В камере сгорания 1 компоненты топлива перемешиваются, воспламеняются запальным устройством 6 и сгорают. Теплота от продуктов сгорания топлива передается через стенки тракта охлаждения 7 камеры сгорания 1 и трубки 13 балластирующему компоненту, который постепенно испаряется.

Струи балластирующего компонента, поступающие из сопла 14 и промежуточного сопла 5, засасывают за счет эжектирующего действия в камеру смешения 3 продукты сгорания компонентов топлива из камеры сгорания 1. В камере смешения 3 происходит смешение потоков балластирующего компонента и продуктов сгорания компонентов топлива. Полученная парогазовая смесь через диффузор 4 поступает из камеры смешения 3 потребителю.

В варианте исполнения балластирующий компонент подается из тракта охлаждения 7 камеры сгорания 1 в камеру смешения 3 через сопло 14, установленное в выходной части трубке 13, на наружной поверхности которого выполнены ребра 15, что позволяет интенсифицировать процесс теплопередачи.

Использование предложенного технического решения позволит снизить габариты и массу парогазогенератора, а также повысить однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.

Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для выработки парогазовых смесей. Парогазогенератор содержит охлаждаемую балластирующим компонентом камеру сгорания, смесительную головку, включающую в себя блок подачи окислителя, блок подачи горючего, блок подачи балластирующего компонента с огневым днищем, при этом в указанных блоках равномерно по окружности установлены смесительные элементы, запальное устройство, установленное в смесительной головке, камеру смешения, в выходной части которой расположен диффузор, причем подача балластирующего компонента из тракта охлаждения камеры сгорания в камеру смешения осуществляется через сопло, установленное в выходной части трубки, расположенной на оси камеры сгорания и соединенной с огневым днищем блока подачи балластирующего компонента, и промежуточное сопло, расположенное между камерой сгорания и камерой смешения. На наружной поверхности трубки выполнены ребра. Изобретение направлено на повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Парогазогенератор, содержащий охлаждаемую балластирующим компонентом камеру сгорания, смесительную головку, включающую в себя блок подачи окислителя, блок подачи горючего, блок подачи балластирующего компонента с огневым днищем, при этом в указанных блоках равномерно по окружности установлены смесительные элементы, запальное устройство, установленное в смесительной головке, камеру смешения, в выходной части которой расположен диффузор, причем подача балластирующего компонента из тракта охлаждения камеры сгорания в камеру смешения осуществляется через сопло, установленное в выходной части трубки, расположенной на оси камеры сгорания и соединенной с огневым днищем блока подачи балластирующего компонента, и промежуточное сопло, расположенное между камерой сгорания и камерой смешения.

2. Парогазогенератор по п. 1, отличающийся тем, что на наружной поверхности трубки выполнены ребра.