ПАРОГАЗОГЕНЕРАТОР Российский патент 2024 года по МПК F02C6/00 F22B1/00 

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 горел очным 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 горючим камеру сгорания компонентов топлива, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, промежуточное днище, расположенное между корпусом и нижним днищем, коллектор окислителя, установленный на корпусе, и струйно-центробежные форсунки, равномерно расположенные по окружности и включающие в себя трубчатый корпус, соединенный с полостью окислителя, втулку, установленную на трубчатом корпусе и образующую с ним кольцевой торцевой карман, соединенный с полостью горючего с помощью тангенциальных отверстий, выполненных на цилиндрической поверхности втулки, отличающийся тем, что внутри трубчатого корпуса установлена форсунка балластирующего компонента, выполненная в виде трубки, заглушенной в выходной части, расположенной в камере сгорания, и на цилиндрической поверхности которой в заглушенной выходной части выполнены радиальные отверстия, причем полость тракта охлаждения камеры сгорания соединена с полостью горючего смесительной головки.

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 - выносной элемент А - продольный разрез смесительной головки парогазогенератора, на фиг.3 - разрез Б-Б - поперечный разрез смесительной головки парогазогенератора.

Парогазогенератор содержит камеру сгорания 1 и смесительную головку 2. Охлаждение камеры сгорания 1 осуществляется протоком горючего по охлаждающему тракту 3.

Смесительная головка 2 состоит из корпуса 4, на торцах которого закреплены верхнее днище 5 и нижнее днище 6, промежуточного днища 7, расположенного между корпусом 4 и нижним днищем 6, коллектора окислителя 8, закрепленного на корпусе 4, и струйно-центробежных форсунок 9, расположенных равномерно по окружности, и форсунок балластирующего компонента 10.

Корпус 4, верхнее днище 5, нижнее днище 6 и промежуточное днище 7 образуют полость горючего 11, соединенную с охлаждающим трактом 3, полость окислителя 12 и полость балластирующего компонента 13.

Струйно-центробежная форсунка 9 содержит трубчатый корпус 14, соединенный с полостью окислителя 12, втулку 15, установленную на трубчатом корпусе 14 и образующую с ним кольцевой торцевой карман 16, соединенный с полостью горючего 11 с помощью тангенциальных отверстий 17, выполненных на цилиндрической поверхности втулки 15.

Форсунка балластирующего компонента 10 установлена внутри трубчатого корпуса 14 струйно-центробежной форсунки 9 и выполнена в виде трубки, заглушенной в выходной части, расположенной в камере сгорания 1, и на цилиндрической поверхности которой в заглушенной выходной части выполнены радиальные отверстия 18.

Предложенный парогазогенератор работает следующим образом.

Горючее подается в охлаждающий тракт 3 камеры сгорания 1 и далее в полость горючего 11 смесительной головки 2, где оно равномерно распределяется по струйно-центробежным форсункам 9. Через тангенциальные отверстия 17, выполненные во втулки 15, горючее поступает кольцевой торцевой карман 16 и далее в виде струи, имеющей форму полого конуса, в камеру сгорания 1.

Окислитель поступает в коллектор окислителя 8 смесительной головки 2 и далее в полость окислителя 12, где он равномерно распределяется по струйно-центробежным форсункам 9. Через трубчатые корпуса 14 окислитель поступает в камеру сгорания 1.

Балластирующий компонент подается в полость балластирующего компонента 13 смесительной головки 2 и далее через форсунки балластирующего компонента 10 и радиальные отверстия 18, выполненные в них, поступает в камеру сгорания 1.

В камере сгорания 1 происходит сгорание компонентов топлива. Полученные высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива разбавляются и охлаждаются балластирующим компонентом, поступающим в камеру сгорания 1 через радиальные отверстия 18, в форсунках балластирующего компонента 10.

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 энергомашиностроению, а именно к способам работы и конструированию парогазогенераторов. Парогазогенератор содержит охлаждаемую горючим камеру сгорания компонентов топлива, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, промежуточное днище, расположенное между корпусом и нижним днищем, коллектор окислителя, установленный на корпусе, и струйно-центробежные форсунки, равномерно расположенные по окружности. Форсунки включают в себя трубчатый корпус, соединенный с полостью окислителя, втулку, установленную на трубчатом корпусе и образующую с ним кольцевой торцевой карман, соединенный с полостью горючего с помощью тангенциальных отверстий, выполненных на цилиндрической поверхности втулки. Внутри трубчатого корпуса установлена форсунка балластирующего компонента, выполненная в виде трубки, заглушенной в выходной части. Выходная часть форсунки расположена в камере сгорания, и на ее цилиндрической поверхности в заглушенной выходной части выполнены радиальные отверстия. Полость тракта охлаждения камеры сгорания соединена с полостью горючего смесительной головки. 3 ил.

Парогазогенератор, содержащий охлаждаемую горючим камеру сгорания компонентов топлива, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, промежуточное днище, расположенное между корпусом и нижним днищем, коллектор окислителя, установленный на корпусе, и струйно-центробежные форсунки, равномерно расположенные по окружности и включающие в себя трубчатый корпус, соединенный с полостью окислителя, втулку, установленную на трубчатом корпусе и образующую с ним кольцевой торцевой карман, соединенный с полостью горючего с помощью тангенциальных отверстий, выполненных на цилиндрической поверхности втулки, отличающийся тем, что внутри трубчатого корпуса установлена форсунка балластирующего компонента, выполненная в виде трубки, заглушенной в выходной части, расположенной в камере сгорания, и на цилиндрической поверхности которой в заглушенной выходной части выполнены радиальные отверстия, причем полость тракта охлаждения камеры сгорания соединена с полостью горючего смесительной головки.