Аппарат пульсирующего горения с гашением вибраций Российский патент 2023 года по МПК F23C15/00 

Область техники

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; в системах выработки электрической энергии.

Предыдущий уровень техники

Аппараты пульсирующего горения известны высоким коэффициентом полезного действия и малыми габаритами и массой на единицу мощности. Однако при работе они создают высокий уровень вибраций в месте установки, в гидравлической системе теплоносителя, в системе дымоудаления, в системе подачи воздуха. Вибрации приводят к снижению ресурса оборудования, высокому уровню шума и другим нежелательным следствиям. Вибрации могут распространятся в помещения, которые расположены далеко от аппарата пульсирующего горения. Вибрации значительно ухудшают среду обитания человека.

Предпринимаются меры по снижению вибраций, создаваемых аппаратами пульсирующего горения. В патенте US 4919085 для понижения вибраций аппарата пульсирующего горения в ограждении воздушного клапана применяют песок. Компания FULTON, в руководстве Fulton Pulse HW (PHW) Fully Condensing Hydronic Boiler User Manual, Page 11: How to install elastomer cube isolation mounts указывает на необходимость устанавливать виброизоляторы при монтаже аппарата пульсирующего горения (http://www.manualsdir.com/manuals/345492/fulton-pulse-hw-phw-fully-condensing-hydronic-boiler.html?page=11,).

Наиболее близким к предложенному является аппарат пульсирующего горения по патенту US 4259928, в котором в канале подачи воздуха воздушный цилиндр, содержащий воздушный обратный клапан, соединен с крышкой аппарата пульсирующего горения посредством виброизолятора, кроме того, в канале отвода дымовых газов выхлопной цилиндр соединен с выхлопной трубой посредством виброизолятора, а также весь котел установлен на опорных виброизоляторах.

Хотя не все производители указывают на необходимость подключения аппаратов пульсирующего горения к гидравлической системе теплоносителя с применением виброизоляторов, специалистам в данной области такая необходимость очевидна.

Используемые меры не дают желаемого результата и могут быть значительно улучшены.

Сущность изобретения

Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является снижение уровня вибраций в аппаратах пульсирующего горения путем снижения уровня вибраций, создаваемых обратным клапаном газовой среды.

Техническая проблема решается аппаратом пульсирующего горения, содержащим камеру сгорания, соединенный с камерой сгорания, по меньшей мере, один резонансный канал, устройство отбора тепла, связанное с камерой сгорания и с резонансным каналом и включающее, по меньшей мере, одну камеру и/или, по меньшей мере, одну трубу для теплоносителя, устройство подачи воздуха и горючего газа, соединенное с камерой сгорания представляющее собой по меньшей мере одну камеру и/или по меньшей мере одну трубу для теплоносителя, устройство подачи воздуха и горючего газа, соединенное с камерой сгорания, включающее, по меньшей мере, один обратный клапан газовой среды и по меньшей мере одну камеру ограждения по меньшей мере одного обратного клапана газовой среды, при этом по меньшей мере один обратный клапан газовой среды связан непосредственно или опосредованно с устройством отбора тепла посредством виброизолятора.

Возможен вариант исполнения, в котором резонансный канал представляет собой, по меньшей мере, одну резонансную трубу.

Кроме того, возможен вариант, когда камера сгорания расположена в трубе, а резонансный канал представляет собой зазор между трубой и камерой сгорания.

Предпочтительно, чтобы стенки по меньшей мере одной камеры ограждения покрыты материалом, который обладает свойствами звукопоглощения.

Возможен вариант, в котором, аппарат содержит по меньшей мере два обратных клапана газовой среды, по меньшей мере один их которых представляет собой обратный клапан воздуха и по меньшей мере один из которых представляет собой обратный клапан горючего газа, и по меньшей мере две камеры ограждения, соответственно, по меньшей мере одного обратного клапана воздуха и по меньшей мере одного обратного клапана горючего газа.

Также возможен вариант, по которому по меньшей мере один обратный клапан газовой среды представляет собой обратный клапан горючей смеси.

В предпочтительном варианте по меньшей мере один обратный клапан газовой среды представляет собой механический обратный клапан.

Возможно исполнение аппарата, когда по меньшей мере один обратный клапан газовой среды связан с устройством отбора тепла посредством виброизолятора непосредственно.

В другом варианте, по меньшей мере, один обратный клапан газовой среды связан с устройством отбора тепла с помощью виброизолятора опосредованно через камеру сгорания, при этом, по меньшей мере, один обратный клапан газовой среды соединен своим выходом с камерой сгорания двумя патрубками, которые соединены друг с другом посредством виброизолятора.

Кроме того, по меньшей мере, один обратный клапан газовой среды связан с устройством отбора тепла с помощью виброизолятора опосредованно через свою камеру ограждения, при этом, по меньшей мере, один обратный клапан газовой среды соединен своим выходом с камерой ограждения двумя патрубками, которые соединены друг с другом посредством виброизолятора.

Так же возможен вариант при котором, по меньшей мере, один обратный клапан воздуха связан с устройством отбора тепла с помощью виброизолятора опосредованно через камеру ограждения, по меньшей мере, одного обратного клапана горючего газа, при этом, по меньшей мере, один обратный клапан воздуха связан с камерой ограждения по меньшей мере одного обратного клапана горючего газа посредством двух патрубков, которые соединены друг с другом посредством виброизолятора и один из которых соединен с выходом соответствующего обратного клапана воздуха.

Кроме того, по меньшей мере, один обратный клапан воздуха связан с устройством отбора тепла с помощью виброизолятора опосредованно через соединенные друг с другом камеру ограждения обратного клапана воздуха и через камеру ограждения обратного клапана горючего газа, при этом при этом по меньшей мере один обратный клапан воздуха соединен своим входом с камерой ограждения обратного клапана воздуха посредством двух патрубков, которые соединены друг с другом посредством виброизолятора и один из которых соединен с входом соответствующего обратного клапана воздуха.

Кроме того, по меньшей мере, один обратный клапан воздуха связан с устройством отбора тепла с помощью виброизолятора опосредованно через камеру ограждения обратного клапана воздуха и через камеру ограждения обратного клапана горючего газа, при этом обратный клапан воздуха соединен своим входом с камерой ограждения обратного клапан воздуха, которая соединена с камерой ограждения обратного клапана горючего газа двумя патрубками, которые соединены друг с другом посредством виброизолятора.

Кроме того, по меньшей мере один обратный клапан воздуха связан с камерой для теплоносителя с помощью первого виброизолятора опосредованно через камеру сгорания, при этом по меньшей мере один обратный клапан воздуха связан непосредственно или через камеру ограждения обратного клапана горючего газа с камерой сгорания, которая соединена с камерой для теплоносителя посредством первого виброизолятора.

И при этом, по меньшей мере один обратный клапан воздуха дополнительно связан с камерой для теплоносителя с помощью по меньшей мере одного второго виброизолятора опосредованно через по меньшей мере одну резонансную трубу, при этом конец по меньшей мере одной резонансной трубы соединен с камерой для теплоносителя посредством по меньшей мере одного соответствующего второго виброизолятора.

Кроме того, по меньшей мере, один обратный клапан воздуха опосредованно связан с устройством отбора тепла с помощью двух последовательно расположенных виброизоляторов, при этом по меньшей мере один обратный клапан воздуха соединен своим входом посредством первого виброизолятора с входом камеры ограждения по меньшей мере одного обратного клапана воздуха, при этом камера ограждения обратного клапана воздуха своим выходом посредством второго виброизолятора связана с камерой ограждения по меньшей мере одного обратного клапана горючего газа, которая соединена с устройством отбора тепла.

Виброизолятор может представлять собой цилиндрический элемент с, по меньшей мере, одним поперечным гофром.

Кроме того, виброизолятор может представлять собой цилиндрический элемент из эластичного материала.

Кроме того, виброизолятор может представлять собой кольцевую мембрану плоскую или с одним или более кольцевым гофром.

Возможен вариант, при котором, по потоку газовой среды на входе и/или выходе, по меньшей мере, одного обратного клапана газовой среды установлен, по меньшей мере, один гаситель ударной волны, жестко соединенный с соответствующим обратным клапаном.

При этом, обратный клапан газовой среды и, по меньшей мере, один гаситель имеют единый корпус.

Кроме того, по меньшей мере, один обратный клапан газовой среды с жестко соединенным с ним гасителем ударной волны фиксирован в необходимом положении в пространстве с помощью упругих элементов.

Кроме того, аппарат по любому из вариантов размещения виброизоляторов, по меньшей мере один обратный клапан газовой среды связан с устройством отбора тепла с помощью виброизолятора опосредованно через камеру сгорания, при этом по меньшей мере, один обратный клапан газовой среды сообщен с камерой сгорания с помощью трубы, а между трубой и виброизолятором расположены коаксиальные патрубки, соединенные друг с другом с образованием лабиринта с входным отверстием, выполненным в указанной трубе.

Актуальной проблемой аппаратов пульсирующего горения являются значительные вибрации и шум при работе. Применяемые глушители в каналах отвода дымовых газов и поставки воздуха, а также виброизоляция аппаратов пульсирующего горения от места установки и от гидравлической системы, дают невысокий результат. При этом, несмотря на применяемые глушители и виброизоляторы, остается высокий уровень шума, создаваемый значительным уровнем вибрации элементов конструкции аппарата пульсирующего горения.

Специалистам в области пульсирующего горения очевидно, что основным источником вибраций и акустического шума в установках пульсирующего горения является камера сгорания, в которой как принято считать, согласно описанию патента US 4919085, происходит взрывное горение.

В результате проведенных исследований было обнаружено, что в процессе работы аппаратов пульсирующего горения камерой сгорания создаются незначительные вибрации многократно ниже разрешенного уровня и, соответственно, создаваемый этими вибрациями акустический шум также значительно ниже разрешенного уровня. В аппаратах пульсирующего горения единственным источником значительных вибраций и создаваемого этими вибрациями акустического шума являются обратные клапаны газовых сред.

При работе аппаратов пульсирующего горения обратными клапанами газовых сред образуется крутой фронт изменения скорости и давления газового потока, который по своим свойствам похож на ударную волну. Далее для этого явления используется термин «ударная волна». Ударная волна является источником вибраций и шума высокой интенсивности. Таким образом, при работе аппаратов пульсирующего горения создаются дополнительные вибрация и шум высокой интенсивности от ударной волны.

В аппаратах пульсирующего горения ударная волна формируется обратными клапанами. Наибольшее воздействие ударная волна оказывает на стенки обратного клапана, в котором она образуется. Это воздействие подобно удару твердым предметом и создает вибрации высокой интенсивности стенок клапана.

В аппаратах пульсирующего горения могут применяться аэродинамические обратные клапаны и механические обратные клапаны. Образование ударной волны в динамическом обратном клапане происходит при обратном потоке дымовых газов при торможении и столкновении встречных потоков газа, которые усиливаются тем, что скорость задних частиц больше скорости передних частиц, при этом крутизна изменения скорости потока увеличивается, что создает ударную волну.

Образование ударной волны в механическом обратном клапане по своей природе похожа на образование ударной волны в динамическом обратном клапане. Ударная волна в механическом обратном клапане создается при мгновенном торможении обратного потока газа.

В различных областях техники известно, что обратные клапаны могут создавать вибрации и акустический шум. Эти вибрации создаются при ударе запирающего подвижного элемента обратного клапана по неподвижному корпусу обратного клапана, при этом создаются вибрация и шум.

Специалистам очевидно, что подвижный элемент клапана способен создать вибрации от удара подвижного элемента по неподвижному корпусу обратного клапана. Однако в аппаратах пульсирующего горения вибрации создаются внезапным изменением скорости газового потока.

Для специалистов по аппаратам пульсирующего горения единственным очевидным источником вибрации и акустического шума является взрывное горение в камере сгорания.

Согласно настоящему изобретению снижение вибрации и создаваемого этими вибрациями акустического шума, достигается установкой вибролизолятора между обратным клапаном газовой среды и устройством отбора тепла. Такое решение применения и места установки виброизолятора не является очевидным для специалистов пульсирующего горения, поскольку воздействие изменения скорости газовых потоков в обратном клапане газовой среды не рассматриваются, а очевидным источником вибраций считается только взрывное горение в камере сгорания

Ударная волна создается обратным клапаном. На примере механического обратного клапана газовой среды ударная волна образуется следующим образом. При закрытии механического обратного клапана производится перемещение мембран из положения открытого состояния клапана в положение закрытого состояния клапана обратным потоком газа. В момент достижения мембранами положения закрытого состояния клапана, поток газа быстро, практически мгновенно останавливается, что создает ударную волну в газе, подобно образованию гидроудара при закрытии обратного гидравлического клапана. При этом на одной стороне обратного механического клапана происходит скачок повышения давления, а на другой стороне клапана происходит скачок понижения давления. Клапан испытывает воздействие, подобное удару твердым предметом, стенки клапана вибрируют на собственных резонансных частотах. В газовой среде в обе стороны от обратного клапана распространяется ударная волна, которая является источником вибраций и шума высокой интенсивности. Ударная волна обладает большой энергией, длится короткое время и имеет короткий фронт. На каждом рабочем периоде пульсаций расхода газа образуется ударная волна. Время формирования ударной волны и ее переходных процессов многократно меньше рабочего периода пульсаций расхода газа. Поэтому каждая отдельная ударная волна ведет себя как одиночное воздействие.

Перечень чертежей

На фиг. 1 показан механический обратный клапан газовой среды в разрезе.

На фиг. 2 - графики колебаний расхода и давления газа при его прохождении через обратный клапан.

На фиг. 3 - аппарат пульсирующего горения с виброизоляцией обратных клапанов воздуха и горючего газа, вариант с размещением виброизолятора между каждым из обратных клапанов и камерой сгорания.

На фиг. 4 - аппарат пульсирующего горения с виброизоляцией обратного клапана горючей смеси, вариант с непосредственной связью обратного клапана и камеры с теплоносителем через опорный виброизолятор.

На фиг. 5 - аппарат пульсирующего горения с двумя обратными клапанами горючей смеси с виброизоляцией каждого обратного клапана горючей смеси.

На фиг. 6 - аппарат пульсирующего горения с виброизоляцией четырех обратных клапанов воздуха и четырех обратных клапанов горючего газа.

На фиг. 7 - разрез по А-А на фиг. 6 при размещении четырех обратных клапанов горючего газа в одной камере ограждения.

На фиг. 8 - разрез по А-А на фиг. 6 при размещении четырех обратных клапанов горючего газа в разных камерах ограждения.

На фиг. 9 - разрез по Б-Б на фиг. 6 при размещении четырех обратных клапанов воздуха в одной камере ограждения.

На фиг. 10 - разрез по Б-Б на фиг. 6 при размещении четырех обратных клапанов воздуха в разных камерах ограждения.

На фиг. 11 - то же, что на фиг. 6, с одним обратным клапаном воздуха и с одним обратным клапаном горючего газа.

На фиг. 12 - аппарат пульсирующего горения с виброизоляцией обратных клапанов воздуха и горючего газа, вариант с размещением виброизолятора между входом обратного клапана воздуха и камерой ограждения обратного клапана воздуха.

На фиг. 13 - аппарат пульсирующего горения с виброизоляцией обратных клапанов воздуха и горючего газа, вариант с размещением виброизолятора между камерами ограждения обратного клапана воздуха и обратного клапана горючей смеси.

На фиг. 14 - аппарат пульсирующего горения с виброизоляцией аэродинамического обратного клапана воздуха, вариант с размещением одного виброизолятора между камерой сгорания и камерой для теплоносителя и другого виброизолятора между резонансной трубой и камерой для теплоносителя.

На фиг. 15 - аппарат пульсирующего горения с виброизоляцией обратных клапанов воздуха и горючего газа, вариант с последовательным размещением двух виброизоляторов, между обратным воздушным клапаном и камерой ограждения воздушного клапана и между камерой ограждения воздушного клапана и ограждением обратного клапана горючего газа.

На фиг. 16 - аппарат пульсирующего горения с виброизоляцией обратных клапанов воздуха и горючего газа, вариант с размещением лабиринта между виброизолятором и трубой подачи воздуха в камеру сгорания.

На фиг. 17 - виброизолятор, выполненный в виде цилиндрического элемента с гофрами.

На фиг. 18 - виброизолятор, выполненный в виде плоской кольцевой мембраны.

На фиг. 19 - виброизолятор, выполненный в виде цилиндрического элемента из эластичного материала.

На фиг. 20 - обратный клапан газовой среды с поджатием мембран пружинами.

На фиг. 21- аппарат пульсирующего горения с обратными клапанами, соединенными с гасителями ударной волны различного выполнения.

На фиг. 22 - гаситель ударной волны в виде винтового канала потока газа и покрытие звукопоглощающим материалом стенок гасителя ударной волны.

На фиг. 23 - аппарат пульсирующего горения с резонансным каналом в виде прохода и устройством отбора тепла в виде трубы, с виброизоляцией обратных клапанов воздуха и горючего газа.

На фиг. 24 - аппарат пульсирующего горения предпочтительного варианта исполнения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Возникновение ударной волны в обратных клапанах газовых сред одинаково и далее будет описано на примере механического обратного клапана газовой среды, показанного на фиг. 1. Механический обратный клапан включает пластину 1 с проходными отверстиями 2, ограничители 3 хода и мембраны 4.

При движении газовой среды в прямом направлении 5 мембраны 4 прижаты к ограничителям 3 и проходные отверстия 2 пластины 1 открыты. При изменении перепада давления на обратном клапане газовая среда движется в обратном направлении 6, обратным потоком газовой среды мембраны 4 перемещаются от ограничителей 3 к пластине 1 и закрывают проходные отверстия 2 в пластине 1.

В момент достижения мембранами 4 пластины 1 и перекрытия проходных отверстий 2 в пластине 1 поток газа быстро и практически мгновенно останавливается, что создает ударную волну. При этом на одной стороне пластины 1 происходит скачок повышения давления, а на другой стороне пластины 1 происходит скачок понижения давления. Пластина 1 испытывает воздействие, подобное удару твердым предметом, а в газовой среде распространяется ударная волна, которая создает шум высокой интенсивности.

На фиг. 2 показано изменение во времени давления и расхода в обратном клапане в аппарате пульсирующего горения. Линия 7 показывает расход газа в прямом направлении, линия 8 показывает расход газа в обратном направлении, линия 9 показывает скачок скорости при закрытии клапана, линия 10 показывает давление на обратном клапане на входе, линия 11 показывает скачок разрежения, создающий ударную волну на стороне притока газа, линия 12 показывает давление на выходе обратного клапана, линия 13 показывает скачок давления, создающий ударную волну на выходе обратного клапана.

В аппаратах пульсирующего горения ударная волна наибольшее воздействие оказывает на пластину 1 обратного клапана подобное удару твердым предметом. Поскольку пластина 1 имеет собственную резонансную частоту, то пластина 1 начинает вибрировать на этой собственной частоте. Когда на пластину 1 обратного клапана воздействует ударная волна следующего такта, пластина 1 еще продолжает вибрировать от воздействия предыдущей ударной волны, поэтому очередная ударная волна увеличивает амплитуду колебаний пластины 1. Увеличение амплитуды колебаний пластины 1 происходит до тех пор, пока добавляемая ударными волнами энергия не выровняется с потерями энергии колебаний пластины 1 за время между воздействиями ударной волны. Потери энергии колебаний пластины 1 происходят из-за пластической деформации пластины 1, передачи энергии в акустические колебания окружающего клапан газа и передачи вибраций на все элементы аппарата пульсирующего горения. Обычно пластина 1 клапана выполнена из упругого материала, поэтому потери из-за пластической деформации малы, а почти вся энергия воздействия ударной волны на пластину 1 клапана преобразуется в акустический шум и вибрацию.

Вибрации обратного клапана газовой среды имеют высокую интенсивность и, распространяясь по всему аппарату пульсирующего горения, создают высокий уровень акустического шума и вибрации в месте установки аппарата пульсирующего горения и в подключаемых системах теплоносителя, выхлопа и подачи воздуха и горючего. Применение ограждения и виброизоляции обратных клапанов газовых сред позволяет значительно снизить акустический шум и вибрации, создаваемые аппаратами пульсирующего горения. При виброизолировании обратных клапанов от всех деталей аппарата пульсирующего горения достигается максимальный результат. В некоторых случаях достаточно виброизолировать обратные клапаны газовых сред от устройства отбора тепла, поскольку у него большая площадь излучения, много присоединенных деталей и прямой контакт с теплоносителем.

Аппараты пульсирующего горения могут иметь различные варианты реализации, отличающиеся способом формирования горючей смеси, типов используемых обратных клапанов.

На фиг. 3 показана виброизоляция обратных клапанов горючего газа и воздуха от устройства отбора тепла опосредованно через камеру 14 сгорания. Камера 14 сгорания помещена в устройство отбора тепла в виде камеры 15 с жидким теплоносителем 16, обратный клапан 17 воздуха размещен в камере 18 ограждения и соединен с камерой 14 сгорания посредством патрубков 20 и 21, соединенных друг с другом с помощью виброизолятора 19, и обратный клапан 22 горючего газа размещен в камере 23 ограждения и соединен с камерой 14 сгорания посредством патрубков 25 и 26, соединенных друг с другом с помощью виброизолятора 24. Виброизоляторы 19 и 24 представляют собой неопорную связь в виде гофрированных цилиндров.

На фиг. 4 камера 27 сгорания и резонансный канал в виде резонансных труб 28 помещены в устройство отбора тела в виде камеры 29 с газообразным теплоносителем 30. Обратный клапан 31 горючей смеси помещен в камеру 32 ограждения и соединен с камерой 29 устройства отбора тепла непосредственно с помощью виброизолятора 33, представляющего собой опорную связь, выполненную в виде опоры из упругого материала, предпочтительно пористой резины. Горючая смесь формируется в камере 32 ограждения из воздуха, поступающего по трубе 34, и горючего газа, поступающего по трубе 35. В камеру 27 сгорания горючая смесь поступает через пламегаситель 36. Экран 37 защищает виброизолятор 33 от высокой температуры обратных пробросов потока газа из камеры 27 сгорания. Вентилятор 38 обеспечивает проток теплоносителя.

На фиг. 5 камера 14 сгорания помещена в устройство отбора тепла в виде камеры 15 с жидким теплоносителем 16, обратные клапаны 39 горючей смеси соединены посредством патрубков 40 и виброизоляторов 41 с трубой 42, соединенной с камерой 43 ограждения, которая жестко соединена с камерой 15. Обратных клапанов 39 горючей смеси может быть от одного до четырех. Горючая смесь формируется в камере 43 ограждения из воздуха, поступающего по трубе 44, и горючего газа, поступающего по трубе 45. В камеру 14 сгорания горючая смесь поступает через пламегаситель 47.

Для одной газовой среды могут быть установлены параллельно несколько обратных клапанов, как показано на фиг. 6. На фиг. 6 камера 14 сгорания помещена в устройство отбора тепла в виде камеры 15 с жидким теплоносителем 16, горючий газ поступает по трубе 48 в камеру 49 ограждения обратных клапанов 50 горючего газа, через обратные клапаны 50 горючий газ поступает в кольцевую камеру 51, из которой через кольцевую щель 52 поступает в камеру 14 сгорания. Обратные клапаны 50 горючего газа соединены с кольцевой камерой 51 посредством патрубков 53 и 54, соединенных с помощью виброизоляторов 55. Воздух поступает по трубе 56 в камеру 57 ограждения обратных клапанов 58 воздуха, и через обратные клапаны 58 воздуха поступает в камеру 14 сгорания по трубе 59 переменного сечения, проходящей внутри камеры 49 ограждения обратных клапанов 50. Обратные клапаны 58 воздуха соединены с трубой 59 посредством патрубков 60 и виброизоляторов 61. Камера 14 сгорания жестко связана с устройством отбора тепла в виде камеры 15 для теплоносителя 16.

Параллельно установленные обратные клапаны одной газовой среды могут быть помещены в одну камеру ограждения или каждый обратный клапан может быть помещен в отдельную камеру ограждения. На фиг. 7 приведен вид А-А на фиг. 6 для обратных клапанов 50, помещенных в одну камеру 49 ограждения. На фиг. 8 приведен вид А-А на фиг. 6 для обратных клапанов 50, помещенных каждый в свою камеру 49 ограждения. На фиг. 9 приведен вид Б-Б для фиг. 6 для обратных клапанов 58, помещенных в одну камеру 57 ограждения. На фиг. 10 приведен вид Б-Б для фиг. 6 для обратных клапанов 58, помещенных каждый в свою камеру 57 ограждения.

На фиг. 11 камера 14 сгорания помещена в устройство отбора тепла в виде камеры 15 с жидким теплоносителем 16. Горючий газ поступает по трубе 62 в камеру 63 ограждения обратного клапана 64 горючего газа, и через обратный клапан 64 горючий газ поступает в кольцевую камеру 65, из которой через кольцевую щель 66 поступает в камеру 14 сгорания. Обратный клапан 64 горючего газа соединен с кольцевой камерой 65 посредством патрубков 67 и 68, соединенных с помощью виброизолятора 69. Воздух поступает через трубу 70 в камеру 71 ограждения обратного клапана 72 воздуха, через клапан 72 воздух поступает по трубе 73 в камеру 14 сгорания. Выход обратного клапана 72 воздуха связан с выходом камеры 71 ограждения посредством патрубков 74 и 75, соединенных с помощью виброизолятора 76, камера 71 ограждения жестко связана с камерой 63 ограждения обратного клапана 64 горючего газа, а камера 63 ограждения жестко связана с устройством отбора тепла в виде камеры 15 для теплоносителя 16.

На фиг. 12 камера 14 сгорания помещена в устройство отбора тепла в виде камеры 15 с жидким теплоносителем 16. Горючий газ поступает по трубе 77 в камеру 78 ограждения обратного клапана 79 горючего газа, и через обратный клапан 79 горючий газ поступает в кольцевую камеру 80, из которой через кольцевую щель 81 поступает в камеру 14 сгорания. Обратный клапан 79 горючего газа соединен с кольцевой камерой 80 посредством патрубков 82 и 83, соединенных с помощью виброизолятора 84. Воздух из камеры 85 стабилизации давления через обратный клапан 86 поступает в камеру 87 ограждения, далее через трубу 88 поступает в камеру 14 сгорания. Вход обратного клапана 86 воздуха связан с входом камеры 85 ограждения посредством патрубков 89 и 90, соединенных с помощью виброизолятора 91, камера 87 ограждения жестко связана с камерой 78 ограждения обратного клапана 79 горючего газа, а камера 78 ограждения жестко связана с устройством отбора тепла в виде камеры 15 для теплоносителя 16.

На фиг. 13 камера 14 сгорания помещена в устройство отбора тепла в виде камеры 15 с жидким теплоносителем 16. Горючий газ поступает по трубе 90 в камеру 91 ограждения обратного клапана 92 горючего газа, через обратный клапан 92 горючий газ поступает в кольцевую камеру 93, из которой через кольцевую щель 94 поступает в камеру 14 сгорания. Обратный клапан 92 горючего газа соединен с кольцевой камерой 93 посредством патрубков 95 и 96, соединенных с помощью виброизолятора 97. Воздух из камеры 98 стабилизации давления через обратный клапан 99 воздуха поступает в камеру 100 ограждения, далее через трубу 101 поступает в камеру 14 сгорания. Вход обратного клапана 99 воздуха жестко связан с входом камеры 100 ограждения посредством патрубка 102, камера 100 ограждения связана с камерой 91 ограждения обратного клапана 92 горючего газа посредством патрубков 103 и 104, соединенных с помощью виброизолятора 105, а камера ограждения 91 жестко связана с устройством отбора тепла в виде камеры 15 для теплоносителя 16.

Кроме механических обратных клапанов газовой среды, могут использоваться аэродинамические обратные клапаны газовой среды. На фиг. 14 камера 14 сгорания и резонансная труба 106 помещены в устройство отбора тепла в виде камеры 15 с жидким теплоносителем 16. Горючий газ поступает по трубе 107 в камеру 108 ограждения обратного клапана 109 горючего газа, через обратный клапан 109 горючий газ поступает в кольцевую камеру 110, из которой через кольцевую щель 111 поступает в камеру 14 сгорания. Обратный клапан 109 горючего газа соединен с кольцевой камерой 110 посредством патрубка 112. Воздух поступает через трубу 113 в камеру 114 ограждения аэродинамического обратного клапана 115 воздуха, через обратный клапан 115 воздух поступает в камеру 14 сгорания. Выход аэродинамического обратного клапана 115 воздуха жестко связан с камерой сгорания 14, камера 114 ограждения жестко связана с устройство отбора тепла в виде камеры 15 для теплоносителя 16. Камера 14 сгорания связана с устройством отбора тепла в виде камеры 15 для теплоносителя 16 посредством виброизолятора 116, соединяющего в данном случае стенку камеры 14 сгорания и стенку камеры 15 устройство отбора тепла. Выход резонансного канала, выполненного в виде трубы 106, связан с устройством отбора тепла в виде камеры 15 с теплоносителем 16 посредством патрубка 117 и виброизолятора 118, соединяющего резонансную трубу 106 с патрубком 117. По трубе 119 отводятся обратные потоки газа аэродинамического клапана.

На фиг. 15 показано применение двух последовательно установленных виброизоляторов в связи обратного клапана воздуха с устройством отбора тепла, выполненного в виде камеры для теплоносителя. Камера 14 сгорания помещена в устройство отбора тепла в виде камеры 15 с жидким теплоносителем 16. Горючий газ поступает по трубе 120 в камеру 121 ограждения обратного клапана 122 горючего газа, через обратный клапан 122 горючий газ поступает в кольцевую камеру 123, из которой через кольцевую щель 124 поступает в камеру 14 сгорания. Обратный клапан 122 соединен с кольцевой камерой 123 посредством патрубков 125 и 126 и виброизолятора 127. Воздух из камеры 128 стабилизации давления через обратный клапан 129 поступает в камеру 130 ограждения, далее через трубу 131 поступает в камеру 14 сгорания. Вход обратного клапана 129 воздуха связан с входом камеры 130 ограждения посредством патрубков 132 и 133, соединенных с помощью виброизолятора 134, камера 130 ограждения связана с камерой 121 ограждения обратного клапана 122 горючего газа посредством патрубков 135 и 136, соединенных с помощью виброизолятора 137, а камера ограждения 121 жестко связана устройство отбора тепла в виде с камеры 15 для теплоносителя 16.

К виброизоляторам предъявляются требования по герметичности, прочности, термостойкости. Для повышения термостойкости виброизолятора и защиты от обратных пробросов горячих продуктов горения, виброизолятор защищают лабиринтом. Лабиринт представляет собой несколько концентричных цилиндрических экранов, расположенных с зазорами и образующих длинный и узкий канал для газовой среды между виброизолятором и основным рабочим потоком газовой среды. На фиг. 16 обратный клапан 138 воздуха связан с камерой 139 ограждения посредством патрубков 140 и 141, соединенных с помощью виброизолятора 142. Между виброизолятором 142 и трубой 145 для подачи воздуха расположен лабиринт, образованный коаксиальными патрубками 143 и 144, которые защищают виброизолятор 142, от потока горячих газов в трубе 146.

На фиг. 17 виброизолятор 147 выполнен в виде цилиндрического гофрированного элемента - сильфона из любого материала, отвечающего перечисленным выше требованиям. Виброизолятор 147 крепится к патрубку 148 обратного клапана 149 хомутом 150 и патрубку 151 камеры 152 ограждения хомутом 153. Виброизолятор может быть выполнен в виде цилиндрического элемента с одним поперечным гофром, как это показано на фиг. 3-16.

На фиг. 18 виброизолятор 154 выполнен в виде плоской кольцевой мембраны из любого материала, отвечающего перечисленным выше требованиям. Виброизолятор 154 крепится к обратному клапану 155 кольцевой шайбой 156 и камере 157 ограждения - кольцевой шайбой 158. Виброизолятор может также быть выполнен в виде кольцевой мембраны с одним или более кольцевым гофром, как показано на фиг. 4.

На фиг. 19 виброизолятор 159 выполнен в виде цилиндрического элемента из эластичного материала, обеспечивающего требуемые герметичность, прочность, термостойкость. Виброизолятор 159 крепится к патрубку 160 обратного клапана 161 хомутом 162 и патрубку 163 камеры 164 ограждения хомутом 165.

В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения, виброизолятор выполнен в виде цилиндрического гофрированного элемента - сильфона из резины с толщиной стенки от 2 мм до 5 мм.

В аппаратах пульсирующего горения ударная волна возникает на всех обратных механических клапанах газовых сред. Интенсивность ударной волны зависит от расходных характеристик обратных клапанов.

Для понижения интенсивности генерируемого удара потока газа, если возможно, вносятся изменения в конструкцию узла, который генерирует удар в газовой среде. Например, интенсивность удара уменьшится, если мембраны механического обратного клапана газовых сред будут подпружинены в направлении закрывания, что приведет к уменьшению скорости обратного потока в момент закрытия обратного клапана. На фиг. 20 показана конструкция обратного клапана, где к пластине 166 с проходными отверстиями 167 мембраны 168 прижимаются пружинами 169, которые расположены в ограничителях хода мембран 170.

Акустический шум, создаваемый рабочими пульсациями расхода газа, ударной волной и вибрациями стенок обратного клапана газовой среды, в замкнутом объеме многократно отражаются от внутренней поверхности стенок ограждающей камеры, в результате чего шум отдает почти всю энергию колебаниям стенок ограждающей камеры. Эти колебания распространяются в виде вибраций и акустического шума наружной поверхности стенок ограждающей камеры. Для эффективного погашения реверберации можно применить покрытие звукопоглощающими материалами внутренних поверхностей стенок ограждающей камеры. На фиг. 21 стенки 171 камеры 172 ограждения обратного клапана 173 воздуха покрыты звукопоглощающим материалом 174 со свойствами теплоизоляции.

Применение жестких конструкций полостей и каналов позволяет понизить уровень шума, который создается воздействием ударной волны на стенки полостей и каналов. Например, цилиндрические и сферические стенки при воздействии ударной волны создают меньше шума, чем плоские стенки одинаковой толщины.

Для снижения влияния ударной волны, согласно настоящему изобретению, могут использоваться акустические фильтры нижних частот. Свойства акустических фильтров нижних частот аналогичны свойствам фильтров нижних частот в электротехнике, которые известны и изучены.

Акустический фильтр нижних частот оказывает зависимое от частоты влияние на колебания расхода газа. Акустический фильтр нижних частот имеют частоту среза. На колебания с частотой ниже частоты среза фильтр не оказывает влияния и уменьшает амплитуду колебаний расхода газа с частотами выше частоты среза.

Для снижения влияния ударной волны на входе и выходе механического обратного клапана газовой среды последовательно могут быть установлены гасители ударной волны. На фиг. 21 гасители ударной волны представлены в виде акустических фильтров нижних частот 177, 178 и 179, представляющие собой малые камеры, имеющие не соосные входы и выходы и соединенные отверстиями и/или щелями, и акустическими фильтрами нижних частот 180, представляющих собой малые камеры, и соединенные короткими трубами. При этом акустические фильтры нижних частот подбираются с частотой среза выше частоты пульсаций горения аппарата пульсирующего горения. Кроме того, гасители ударной волны могут быть в виде металловойлока 181, или изогнутой трубы 182 с поворотом канала, сплошных экранов 183 или перфорированных экранов 184, 185, 186, установленных на пути распространения ударной волны. Сплошной экран 183 установлен с зазором относительно стенок канала. Гасители ударной волны могут сопрягаться с обратным клапаном с применением виброизолятора 187.

Стенки гасителей ударной волны и стенки камеры ограждения обратного клапана газовой среды могут частично отражать ударную волну и частично преобразовывать энергию ударной волны в вибрации, например, если указанные стенки выполнены из металла. Также указанные стенки могут частично отражать ударную волну и частично поглощать с преобразованием в тепло, например, если указанные стенки выполнены из бетона. Если указанные стенки выполнены из металла и покрыты звукопоглощающим материалом со свойствами теплоизоляции, то указанные стенки частично отражают ударную волну, частично преобразуют ударную волну в вибрации и частично поглощают ударную волну.

При воздействии ударной волны на стенки гасителей ударной волны, ударная волна частично отражается и частично передает энергию стенке, что приводит к колебаниям стенок гасителей ударной волны на собственных резонансных частотах. Периодически следующие воздействия ударной волны раскачивают амплитуду колебаний стенок гасителей ударной волны до больших величин. Поэтому стенки обратного клапана и стенки установленных на обратном клапане гасителей ударной волны вибрируют с большими амплитудами и большими виброускорениями. Для предотвращения распространения этих вибраций, согласно настоящему изобретению, обратный клапан 173 воздуха с установленными на нем гасителями ударной волны связан с камерой 188 для теплоносителя 189 с применением виброизолятора 190, а обратный клапан 191 горючего газа, помещенный в камеру 192 ограждения, связан с устройством отбора тепла в виде камеры 188 для теплоносителя 189 с применением виброизолятора 193. При высоком коэффициенте виброизоляции конструкция обратного клапана 173 с установленными гасителями ударной волны может потребовать дополнительных мер для фиксации в необходимом положении в пространстве, например, установки дополнительных упругих элементов 194 и 195, связывающих корпус обратного клапана 173 со стенками камеры 171 ограждения (фиг. 21). Размещение вентилятора 196 продувки внутри камеры ограждения 172 обратного клапана 173 воздуха снижает уровень ударной волны, проникающей в канал поставки воздуха.

Гаситель ударной волны может быть выполнен в виде винтового канала для потока газа. На Фиг. 22 гаситель 197 в виде винтового канала на входе обратного клапана 198. На выходе обратного клапана 198 установлены гасители 199 в виде фильтра нижних частот, стенки которого покрыты звукопоглощающим материалом 200.

На Фиг. 23 резонансный канал выполнен в виде зазора 201 между цилиндром 202 и размещенной в нем камерой 203 сгорания, которая образована завитой в спираль трубой 204 с теплоносителем 205. Труба 204 и рубашка цилиндра 202 образуют устройство отбора тепла. Воздух по трубе 206 поступает в камеру 207 ограждения обратного клапана 208 воздуха, установленного с применением виброизолятора 209, и через обратный клапан 208 воздуха поступает в камеру 203 сгорания. Горючий газ по трубе 210 поступает в камеру 211 ограждения обратного клапана 212 горючего газа, установленного с применением виброизолятора 213, и через обратный клапан 212 горючего газа поступает в камеру 203 сгорания.

На Фиг. 24 показан предпочтительный вариант исполнения аппарата пульсирующего горения. Камера 214 сгорания и резонансный канал 215 в виде нескольких труб расположен в устройстве отбора тепла в виде камеры 216 с теплоносителем 217. После резонансного канала 215 последовательно установлены резонатор 218 Гельмгольца, состоящий из камеры 219 и индуктивного канала виде трубы 220, резонатор 221 Гельмгольца, состоящий из камеры 222 и индуктивного канала виде трубы 223, резонатор Гельмгольца 224, состоящий из камеры 225 и индуктивного канала виде трубы 226. Резонаторы 218, 221, 224 Гельмгольца имеют собственную резонансную частоту ниже частоты пульсаций горения. Камера 219 расположена внутри камеры 225. Стенки камер 219 и 225 покрыты звукопоглощающим материалом 227 и 228 со свойствами теплоизоляции.

На входе обратного клапана 229 воздуха установлены гасители ударной волны 230, а на выходе обратного клапана 229 воздуха установлены гасители ударной волны 231. Обратный клапан 229 воздуха с установленными на нем гасителями 230 и 231 с помощью виброизолятора 232 соединен с трубой 233, омываемой теплоносителем 217 и зафиксирован в пространстве упругими элементами 234 и 235. Камера 236 ограждения и труба 237 образуют резонатор 238 Гельмгольца. Последовательно с резонатором 238 Гельмгольца установлены резонатор 239 Гельмгольца, состоящий из камеры 240 и трубы 241, и резонатор 242 Гельмгольца, состоящий из камеры 243 и трубы 244. Внутри камеры 243 расположена камера 236 и вентилятор 245 продувки. Стенки камер 236 и 243 покрыты звукопоглощающим материалом 246 и 247 со свойствами теплоизоляции. Резонаторы 236, 239, 242 Гельмгольца имеют собственную резонансную частоту ниже частоты пульсаций горения.

На входе обратного клапана 248 горючего газа установлены гасители 249 ударной волны, а на выходе обратного клапана 248 горючего газа установлены гасители 250 ударной волны. Обратный клапан 248 горючего газа с установленными на нем гасителями 249 и 250 ударной волны размещен в камере 251 ограждения, которая с трубой 252 образует резонатор 253 Гельмгольца. Резонатор 253 Гельмгольца установлен с применением виброизолятора 254. Последовательно с резонатором Гельмгольца 253 установлен резонатор 255 Гельмгольца, состоящий из камеры 256 и трубы 257. Резонатор 253 Гельмгольца расположен внутри камеры 256 резонатора 255 Гельмгольца. Резонаторы 253 и 255 Гельмгольца имеют собственную резонансную частоту ниже частоты пульсаций горения. На трубе 257 установлен регулятор 258 подачи горючего газа.

В предпочтительном варианте аппарата пульсирующего горения, показанном на Фиг. 25, может не устанавливаться труба 252, камера 219 может располагаться внутри камеры резонатора Гельмгольца канала воздуха, камера 236 может располагаться внутри камеры резонатора Гельмгольца выхлопа, может быть параллельно несколько обратных клапанов 248 с установленными гасителями ударной волны на входе и выходе и размещенных в одной камере ограждения или каждый клапан размещен в своей камере ограждения. Стенки камер 222 и 240 могут быть покрыты звукопоглощающим материалом со свойствами теплоизоляции. Трубы резонаторов Гельмгольца воздуха могут располагаться внутри труб резонаторов Гельмгольца выхлопа и/или трубы резонаторов Гельмгольца выхлопа могут располагаться внутри труб резонаторов Гельмгольца воздуха.

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, в системах выработки электрической энергии. Аппарат пульсирующего горения содержит камеру сгорания, соединенный с камерой сгорания по меньшей мере один резонансный канал; устройство отбора тепла, связанное с камерой сгорания и с резонансным каналом и представляющее собой по меньшей мере одну камеру и/или по меньшей мере одну трубу для теплоносителя; устройство подачи воздуха и горючего газа, соединенное с камерой сгорания, включающее по меньшей мере один обратный клапан газовой среды и по меньшей мере одну камеру ограждения по меньшей мере одного обратного клапана газовой среды. По меньшей мере один обратный клапан газовой среды связан непосредственно или опосредованно с устройством отбора тепла посредством виброизолятора. 14 з.п. ф-лы, 24 ил.

1. Аппарат пульсирующего горения, содержащий камеру сгорания, соединенный с камерой сгорания по меньшей мере один резонансный канал, устройство отбора тепла, связанное с камерой сгорания и с резонансным каналом и представляющее собой по меньшей мере одну камеру и/или по меньшей мере одну трубу для теплоносителя, устройство подачи воздуха и горючего газа, соединенное с камерой сгорания, включающее по меньшей мере один обратный клапан газовой среды и по меньшей мере одну камеру ограждения по меньшей мере одного обратного клапана газовой среды, отличающийся тем, что по меньшей мере один обратный клапан газовой среды связан непосредственно или опосредованно с устройством отбора тепла посредством виброизолятора.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что резонансный канал представляет собой по меньшей мере одну резонансную трубу.

3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что камера сгорания расположена в трубе, а резонансный канал представляет собой зазор между трубой и камерой сгорания.

4. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что стенки по меньшей мере одной камеры ограждения покрыты материалом, который обладает свойствами звукопоглощения.

5. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере два обратных клапана газовой среды, по меньшей мере один их которых представляет собой обратный клапан воздуха и по меньшей мере один из которых представляет собой обратный клапан горючего газа, и по меньшей мере две камеры ограждения соответственно по меньшей мере одного обратного клапана воздуха и по меньшей мере одного обратного клапана горючего газа.

6. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один обратный клапан газовой среды представляет собой обратный клапан горючей смеси.

7. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один обратный клапан газовой среды представляет собой механический обратный клапан.

8. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один обратный клапан газовой среды связан с устройством отбора тепла посредством виброизолятора непосредственно.

9. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что виброизолятор представляет собой цилиндрический элемент по меньшей мере с одним поперечным гофром.

10. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что виброизолятор представляет собой цилиндрический элемент из эластичного материала.

11. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что виброизолятор представляет собой кольцевую мембрану плоскую или кольцевую мембрану с одним или более кольцевым гофром.

12. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что по потоку газовой среды на входе и/или выходе по меньшей мере одного обратного клапана газовой среды установлен по меньшей мере один гаситель ударной волны, жестко соединенный с соответствующим обратным клапаном.

13. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что обратный клапан газовой среды и по меньшей мере один гаситель имеют единый корпус.

14. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один обратный клапан газовой среды с жестко соединенным с ним гасителем ударной волны фиксирован в необходимом положении в пространстве с помощью упругих элементов.

15. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один обратный клапан газовой среды связан с устройством отбора тепла с помощью виброизолятора опосредованно через камеру сгорания, при этом по меньшей мере один обратный клапан газовой среды сообщен с камерой сгорания с помощью трубы, а между трубой и виброизолятором расположены коаксиальные патрубки, соединенные друг с другом с образованием лабиринта с входным отверстием, выполненным в указанной трубе.