Аппарат для получения парогазовой смеси высокого давления Советский патент 1926 года по МПК F22B1/26 

Предметом предлагаемого изобретения является аппарат для получения парогазовой смеси высокого давления. Аппарат применим как для стационарных, так и для подвижных установок в различных отраслях техники и для разных целей, как, нaпpи ep: для получения высокого парогазового давления, пригодного для приведения в действие турбо-машин, ныне работающих перегретым паром; для центрального отопления зданий, взамен котлов парового и водяного отопления; для выпечки хлеба, вместо нефтяных форсунок, дров и для многих других технических и хозяйственных целей. Фиг. 1 изображает передний вид предлагаемого аппарата, а фиг. 2 - разрез его. Аппарат состоит из металлического цилиндра /, снабженного рубашкою 2; в пространстве 5 между стенками цилиндра / и рубашки 2 помещается вода, внутри же самого цилиндра расположены четыре змеевика 4, 5, 6, 7 из тугоплавкого металла. (Число змеевиков может быть произвольно). Вокруг цилиндров /, 2 расположены пять металлических балонов 8, 9, 10, 11, 12 меньшего диаметра; из них два баллона S, Р, распо.юженные вверху и непосредс гвенно соединенные помощью разветвляющейся трубы 13 с центральным цилиндром / и его водяным пространством 3, наполняются водой одновременно, при заряжении до предельного уровня. Третий средний баллон 10, расположенный между баллонами S, 9, наполняется сжатым воздухом, который поступает в баллон по трубопроводу 14, & затем идет из этого баллона по трубке 15 к камере cMenieния 16 и к двум нижним баллонам /7, 12. Один нижний баллон (левый) // наполняется водой по трубопроводу //. который подводит ее к водяному пространству 3 центрального цилиндра У, к змеевикам б и 5 и к переднему и заднему охладительным сифонным кольцам 7S, 79. Другой нижний баллон (правый) 72, соединенный с змеевиком 7, наполняется нефтью или иным горючим. Уровень воды и нефти в баллонах определяется по водомерным стеклам 20, 21,22,23, давление же как в центральном цилиндре 7, так и в пяти окружающих его баллонах S, 9, 70, 77,72 определяется помощью манометров 30, 31, 32, 33, 34, 35.

Для достижении полной безопасности от взрыва центрального цилиндра и верхних баллонов 8, 9, 10 имеются предохранительные клананы с противовесами 36, 37, 38. Указанный порядок размещения баллонов не обязателен.

Для приведения аппарата в действие, его нужно предварительно зарядить. Для этой цели от городского водопровода или от дру1ого иного источника подводят водонроводную магистраль, которую через нагнетательный насос соединяют с отростком трубы 39. За1ем открьпмют водовпускные крляы 40, 41,42 и держат их открытыми до тех пор, пока не наполнится пространство 3 двойной рубашки центрального цилиндра и баллоны //, 5, 9 до иреде.чьного уровня (показанного пунктиром я), что можно наблюдать через водомерные стекла 20, 21, 22 или открытием кранов 24--25, 26-27 и 28, после чего крат, 40, 41, 42 закрывают. Затем с отростком трубы 43 соединяют нефтепроводную магистраль от какого-либо источника через мефте-нагнетательный насос; открывают краны 44, 45 для питания нефтью и держат их открытыми до тех пор, пока баллон 12 не нагголнится до предельного уровня (отмечен пунктиром и), что также можно видеть через указательное стекло 23 или пробой крана 29. По достижении этого, краны 44, 45 аакрываюг. Далее, в верхний средний баллон 10 накачивают сжатый воздух помощью обыкновенного насоса-компрессора, трубопровод которого соединяется с отростком трубы 14. Давление воздуха в баллоне 10 определяется манометром 31.

При первоначальном заряжении воздух вводил 1 1Й в баллоны //, 12 для вытеснения соответственно воды п нефти, накачивается обыкновешгым ручным насосом, резиновая шланга которого соединяется с отростком трубки 46. По достижении в баллонах 11. 12 пятишести атмосфер давления, накачивание воздуха прекращают. Закрь вают кран 47; давление определяется манометром 34, 35.

По заряжении аппарата фоизводится подготовка его к действию, для чего открывают кран 48, при чем нефть, находящаяся в баллоне 12, давлением воздуха вытесняется через трубку и кран

49 н ностунает в змеевик 7, расположенный внутри центрального цилиндра /.

Когда змеевик 7, находящийся внутри цилиндра, и змеевик 50, находящийся под камерой воспламенения 51, будут заиолнены нефтью, открывают газовый кран 52, при чем является возможность убедиться в наличии нефти в змеевиках 7, 50; одновременно с этим через форсунку 53 в чашечку 54 наливают нефть, затем открывают крышку 55, расположенную под камерой воспламенения 51, и предохранительный клапан 56, который расположен в вытяжной трубе 57 и снабжен противовесом 38.

Положив затем в наполненную нефтью чашечку 54 немного пакли, зажигают эту последнюю, при чем первоначальн: 1е, образующиеся от горения нефти в чашечке 54, продукты сгорания высасываются через отверстие 55, служащее как бы поддувалом. Для уси.;1ения тяги н для отведения газов из помещения в атмосферу на свободный конец трубы 57 предохранительного клапана 56 насаживают дополнительную тяговую т :13бу (не показанную не чертеже).

Пока происходит накаливание змеевика 50 и испарение находящейся к нем нефти, открывают четыре водопроводных крана 41, 59, 60, 61 и вода, находящаяся в баллоне //, давлением воздуха вытесняется по трубке 62, заполняя змеевик 4, так же расположенный внутри центрально1о цилиндра.

По наполнении пространства 3 двойной рубагпки центрального цилиндра н расноложеннр х внутри него змеевиков б, 5 к 4 водою, а змеевика 7 нефтью, можно, следовательно, без всякого риска, ввести внутрь цилиндра / пламя.

Для этого открывают газовый кран .52, образовавпшйся от горения нефти в змеевике 50 газ устремляется через форсунку 53, поднимая телтературу и, следовательно, усиливая и газообразование до степени, достаточной для начального действия.

Для дальнейшего развития и ускорения действия можно через вентиль 63 впустить нефтяной газ в камеру смешеП1ения 16, откуда, при постепенном открывании вентиля 64, газ поступает в камеру воспламенения 5/, при чем наличие и г ачество смеси в камере смешения определяется особою контрольною трубкою 65. При поступлении нефтяного газа в камеру воспламенения 51 первоначальная вспышка его происходит от пламени, проникающего в эту камеру через всасьтзЕОщее отверстие 55, имеющееся в змеевике 50. Можно производить зажигание газа и электрической искрой от особого приспособления 66, которое устанавливается против отверстия для выхода газов. Газ, поступающий из камеры 16 в камеру 5/, моментально вспыхивает и вся масса образующегося в ней пламени распространяется по всему пространству цилиндра, где размещены змеевики 4, 5, 6, 7. При этом вся теплота, развивающаяся от горения внутри цилиндра, передается внутренним стенкам самого цилиндра и стенкам четырех змеевиков, из коих один 7 - наполнен нефтью и 4, 5 и 6-водой. Нефть и вода, заполняющие змеевики, будучи разъединены тонкими слоями под действием высокой температуры пламени быстро испаряются. Газ, полученный из нефти в змеевике 7, поступает в отводную трубку 67, проходит через змеевик 50 и через вентиль 63, попадает в камер} смешения 16 н, так как винтиль 64 открыт-то поступает через его отверстие в камеру воспламенения 51. Таким образом поддерживается непрерывность поступления и горения, а следовательно, и непрерывность газообразования в змеевике 7 с полною отдачею тепла как стенкам цилиндра, так и стенкам змеевиков 4, 5, б, 7. Пары, образующиеся из воды в змеевиках 4., 5, 6, ускоряют кипение воды как в рубащке центрального цилиндра, так и в баллонах 8, 9, до половины наполненных водой. Описан1Пз1й процесс должен поддерживаться до тех пор, пока не достигнуто кипение воды в упомянутых вместилищах и повышающее давление пара в баллонах 8 и 9-до пяти и более атмосфер. Величина давления пара в баллонах 8, 9 определяется манометрами 30, 32; как только давление пара в баллонах 8, 9 указанной величины (от 5 до 6 атм.), открывают кран 65 и пускают пар в насос-компрессор (не показ, на черт.), приводя его в действие для накачивания воздуха в баллон 10. Когда давление в баллоне 10 достигнет 5-6 атмосфер, открывают краны 69, 70, 71, при чем воздух, пройдя по трубке 72, поступает в баллоны // и 12, производя давление на находящуюся в них воду и нефть вместо воздуха, который, при начале действия, накачивался в них ручным насосом. В дальнейшем краны 69, 70, 71 остаются открытыми и накачивание воздуха паровым компрессором продолжается до тех пор, пока в баллоне 10, а также в соединенных с ним баллонах /7 и /2 не будет достигнут известный максимум высокого давления. Параллельно с повыщением давления воздуха в баллонах 11, 12 и 10 повыщается и давление пара в баллонах 8, 9, при этом давление воздуха не должно превышать давления пара и обратно. Когда давление воздуха в баллоне 10 и пара в баллонах 5, 9 достигнет 5075 атмосфер, тотчас же закрывают кран 59 и открывают кран 75, 74. Этим прекращается приток в змеевик 4 из баллона // воды, вместо которой вводится насыщенный пар, поступающий из баллона 8 по трубке 75 или из змеевиков 5, 6 по трубке 76, 62 через кран 73. Насыщенный пар при прохождении по змеевику 4 перегревается до высокой температуры; при этом нужно, конечно, принимать в расчет температуры плавления металла, из которого изготовлены части аппарата, подвергающиеся действию этой высокой температуры, которая внутри центрального цилиндра и в камере воспламенения 51 определяется по термометру 77. Полученный в змеевике 4 перегретый пар направляется в баллоны 8, 9 не по прежнему пути через кран 78, так как он в это время закрывается, а по трубке 79 идет к вентилю 80. внутреннее же горение продолжает еще поддерживаться поступающим через отверстие 5S атмосферным воздухом. До сих пор горение внутри центрального цилиндра поддерживалось исключительно воздухом, поступающим из атмосферы через отверстие 55, при чем все продукты, полученные от сгорания газов внутри цилиндра, также уходили в атмосферу через вытяжную трубу 57. Теперь, когда давление в баллоне 10 достигло 50-75 атмосфер, отверстие 55

постепенно закрывают крыи1кою ой и этим прекращают приток воздуха из атмосферы; одновременно с этим открывают кран 81 и вентиль 82 и пускают и камеру смеп1ения 16 воздух из баллона 10, каковой воздух и заменяет собой воздух, поступавпшй до сих нор через отверстие 58 из атмосферы. Одновременно с закрыванием отверстия 55 следует также закрыть и отверстие вытяжной трубы 57 1 омои1ью предохранительного клапана 56. В дальнейшем 15 камеру смегпения 16 будут поступать нефтяной газ из змеевика 7, перегретый пар из змеевика 4 и сжатый воздух из баллона 10 все эти вещества имеют одинаковое высокое давление, при чем приток их в потребном количестве регулируется вентилями 63, 64, 80, 82. В камере /б происходит смеагепие газов, которые под давлением стрел ител1л-1о врываются в камеру воспламенения 51 через отверстие регулирующего вентиля 64. Процесс горения становится еще интенсивнее, а температура поднимается еще выще, не смотря на то, что доступ атмосферного воздуха и свободный выход продуктов сгорания в атмосферу прекращен.

Рассмотрение химического состава веniecTB (воздух, вода, нефть), образующих смесь, взятых в %-ом отнон1ении, дает основание предполагать, что горение азов в закрытом цилиндре вполне допустимо, при том при очень высокой температуре.

От пламенного горения газов в закрытом цилиндре получаются газообразные продукты сгорания, которые, расширяясь от непрер1 1впого горения, постоянно доставляют высокое давление, действующее на стенки цилиндра. Это давление передается пз центрального пилиндра через отверстие трубы 83 для утилизации с соответствующими техническими или хозяйственными целями.

Для того, чтобы высокая темнература внутренних газов пламенного горения не оказывала разруп1ительно1-о действия на расположенные внутри цилиндра змеевики 4,5, 6,7, необходимо температуру внутри цилиндра понижать до безвредного для змеевиков предела. С этой целью имеется специальная кольцевая трубка 18, расположенная в передней части цилиндра и снабженная Fia всей

своей окружности рядом мелких отверстий, открывающихся в сторону змеевиков 4, 5, 6, 7. Из баллонов S, 9 через краны 84, 85 в кольцо /S пускают насыщенный нар, который через упомянутые отверстия поступает в сферу пламени, че.м и достигается требуемое нонижение температуры; этот пар, кроме того, уве.шчивает плотнос1ъ газов в ци линдре, нрн чем кольцо 18 вместе с те.м способствует выталкиванию продуктов сгорания из цилиндра.

Если бы насыщенного пара оказа.юсь недостаточно для охлаждения пламенных газов, то через кран 86 в то же кольцо 8 можно направить необходимое количество воды, находяи1.ейся под высоким воздушным давлением, из баллона J L Выходя из отверстий кольца J8 и приходя в соприкосновение со змеевика.п1 и с пламенем, вода снособствует более сильному охлаждению змеевиков, при чем са.ма, от соприкосновения с пламенем и с сильно нагреты.чи CTenKasni, обрап1.ается в пар, увеличивающий плотность газов в цилиндре 1.

В случае применения полученного давления нламенных газов не для цен|-рального отопления или т. н. целей, а для приведения в действие турбо-машип, то для устранения разрушительного действия высокой температуры на лопатки турбо-маншны в задней части цилиндра /, в направлении к выходно.му отверстию трубы 83, устанавливают второе сифонное мрубчатое кольцо 19, устройство и действие которого аналогично с |-аковы.и же переднего ко.1ьца 18. Из описанного действия аппарата можно заключить, что коэффициент полезного действия предлагае.мого аппарата должен бып очень высок, так ни одна калория развивающегося тепла не уходит в пространство, ранее окончательного ее иснользования, ни один кубический санти.метр газа и пара не уходит, не произведя определенной полезной работы.

П Р Е Д .1 ; I П л I ii н т .л.

Аппарат для получения парогазово г смеси высокого давления, характеризуюпщйся применением рабочей 1илиндрической камеры 7 с водяной рубашкой 3 - 2, заполненной нагревательными

змеевиками 4, 5, 6 я 7, снабженной предохранителем 56 и выводной трубой 83, в каковую камеру под давлением через камеру смешения 16 и зажигательную камеру 51 подаются: подогретая в змеевиках 7 и 50 нефть, сжатый воздух из баллона 10, перегретый в змеевиках пар из баллонов 5 и Р и пар или вода из баллона // через кольцевые трубы 18 и 19, при чем в рабочем состоянии вся смесь в баллоне / должна находиться под давлением; во время же росжига при помощи зажигательного приспособления 50, 53 и 54 при открытом отверстии 58 и при помощи вытяжной трубы, надеваемой на отвод 57 открытого предохранителя - рабочая камера может сообщаться с атмосферой.