Нагревательное устройство Советский патент 1991 года по МПК F16L53/00 

Изобретение относится к нагревательным устройствам и может быть использовано при эксплуатации магистральных трубопроводов и других объектов при низких температурах воздуха для их разогрева.

Цель изобретения - увеличение безопасности и повышение эффективности работы устройства путем обеспечения передачи тепла на расстояние.

На фиг. 1 изображено нагревательное устройство для однонаправленного нагрева, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг.

5- вид Г на фиг. 2; на фиг. 6 - сечение Д-Д на фиг. 5; на фиг. 7 - сечение Е-Е на фиг. 2; на фиг. 8 - нагревательное устройство, продольный разрез, при котором камера сгорания выполнена в виде единого цилиндрического корпуса (без выходного патрубка); на фиг. 9 - нагревательное устройство для однонаправленного нагрева с осевым расположением вспомогательного нагревательного устройства, продольный разрез; на фиг. 10 - схема, поясняющая работу нагревательного устройства; на фиг. 11 - узел ввода топлива в горелку вспомогательного нагревательного устройства; на фиг. 12 - нагревательное VCTPQUCTBO для двухнаправленного нагрева, продольный разрез; на фиг. 13 - нагревательное устройство внутри камеры сгорания при его осевом расположении.

Нагревательное устройство для однонаправленного нагреаа содержит основное нагревательное устройство 1 с камерой 2 сгорания и вспомогательное нагревательное устройство 3 с камерой 4 сгорания (фиг.

6и 9), причем камера 2 сгорания размещена внутри воздухораспределительного короба 5.

Воздухораспределительный короб 5 (фиг. 1-7) выполнен в виде цилиндрического барабана, в торцовых стенках 6 и 7 которого предусмотрены отверстия (не показаны), в которые введены выходной патрубок 8 камеры 2 сгорания основного нагревательного устройства 1 и смотровой патрубок 9 (смотровое окно) с четырьмя соплами 10 и впадающими в них отверстиями 11. Патрубки 8 и 9 закреплены в отверстиях с образованием воздухораспределительной камеры 51. В стенке - воздухораспределительного короба 5 выполнено отверстие (не показано), в которое под углом а раструб 12 для крепления в нем вспомогательного нагревательного устройства 3. В нижней части боковой поверхности барабана предусмотрено отверстие 13, в которое введен возду- хоподводящий патрубок 14. Камера 2

сгорания основного нагревательного устройства 1 выполнена в виде цилиндрического корпуса 2 , охватываемого воздухораспределительным коробом 5. Камера 2 сгорания снабжена упомянутым выходным патрубком 8. Камера 2 сгорания (фиг. 2) не содержит специального выходного патрубка и ее корпус непосредственно выведен за пределы воздухораспредели0 тельного короба 5. В верхней части корпуса 2 выполнено сквозное окно (не показано), в котором закреплен теплообменник 15 с вертикальной перегородкой 16, к которому присоединен топлиэоподающий трубопровод

5 17. Патрубок 9 снабжен поворотной крышкой 18.

Внутри камеры 2 сгорания размещены горелка 19, выполненная в виде изогнутого по дуге закрытого с одного торца канала,

0 дисковая диафрагма 20 с центральным отверстием, установленная между выходным патрубком 8 и горелкой 19, а также два сопла-ускорителя 21. При этом сопла-ускорители выполнены в- виде проходных

5 раструбов, установленных тангенциально по кольцевому периметру на внутренней поверхности стенки камеры 2 сгорания, в которые впадают окна 22 (фиг. 3 и 4) в этой стенке. В нижней части камеры 2 сгорания

0 выполнено окно 23 (фиг. 7) для ввода топливного трубопровода и пропуска воздуха в го- релку 19 для образования топливовоздушной смеси и горелки. При этом окно 23 расположено на участке каме5 ры 2 сгорания, формирующем дно горелки 19.

Выходной патрубок 8 имеет цилиндрическую форму и присоединен к торцовой стенке камеры 2 сгорания. В нем установле0 ны сопла-нагнетатели 24 (4 сопла), аналогичные по конструкции соплам-ускорителям 21, однако в отличие от них расположенные вдоль оси патрубка 8. Под соплами-нагнетателями 24 в стенке патрубка 8 выполнены

5 сквозные окна 25 (4 окна). Сопла-нагнетатели 24 установлены непосредственно в стенке камеры 2 сгорания вблизи ее выходного торца, при этом установлено шесть сопел. /Однако может быть установлено и другое

0 количество сопел-нагнетателей.

Вспомогательное нагревательное устройство 3 (фиг. 2.5, 6,9) корпусом 26 камеры 4 сгорания закреплено в раструбе 12 и введено в поперечном сечении под углом а

5 внутрь основного нагревательного устройства 1. Объем его камеры 4 сгорания меньше объема камеры 2 сгорания основного нагревательного устройства 1. Корпус 26 снабжен торцовыми стенками 27 к 28 (фиг. 6) с отверстиями (не показаны), в которые введены

выходной патрубок 29 и смотровой патрубок 30 (фиг. 5 и 6). Внутри камеры 4 сгорания установлена кольцевая горелка 31, аналогичная по конструкции горелке 19, а внутри выходного патрубка 29 вдоль его оси уста- новлены сопла-нагнетатели 32, аналогичные по конструкции соплам-ускорителям 22. При этом в стенке патрубка 29 выполнены четыре сквозных окна 33, впадающих в сопла-нагнетатели 32 (четыре сопла).

Вспомогательное нагревательное устройство 3 (фиг, 9) установлено по оси основного нагревательного устройства 1 и расположено полностью внутри воздухораспределительной камеры 5. будучи за- крепленным своими патрубками 9 и 29 в торцовых стенках камеры 4 сгорания, воздухораспределительной камеры 5 и основной камеры 2 сгорания соответственно.

К трубопроводу 17 на выходе из цилин- дрического барабана 5 присоединен распределительный коллектор 34 с установленными на нем кранами 35 и 36 с отводами 37 и 38 для подачи топлива в горелки 31 и 19 камер 4 и 2 сгорания,Отводы 37 и 38 введены в горелки 19 и 31 через соответствующие отверстия.

Нагревательное устройство (фиг. 12) снабжено двумя выходами, что позволяет одним устройством одновременно нагре- вать объекты, расположенные с противоположных сторон. Камера сгорания основного нагревательного устройства 1 снабжена дополнительным выходным патрубком 8 (расположен слева) с соплами-нагнетателями 24 и окнами 25, а также установкой в камере 2 сгорания дополнительной (второй) горелки 19 и дополнительной (второй) дисковой диафрагмы 20.

Вспомогательное нагревательное уст- ройство (фиг. 13) полностью размещено внутри камеры 2 сгорания. Канал горелки 31 сообщен с воздухораспределительной камерой 5 посредством трубки 41. Данное устройство характеризуется повышенным КПД (90% и более) за счет того, что камера 4 сгорания находится в зоне высоких температур. В результате при одновременной работе основного 1 и вспомогательного 3 нагревательных устройств повышается сте- пень газификации топлива и в конечном счете полнота его сгорания. Данный вариант предпочтителен для нагревательных устройств большой тепловой мощности (200000 ккал/ч и более).

Нагревательное устройство работает следующим образом.

Вначале производят запуск вспомогательного нагревательного устройства 3. Для этого на короткое время открывают кран 35,

вследствие чего топливо,проходя по первой части трубопровода 17, через теплообменник 15, далее по второй части трубопровода 17, по коллектору 34, трубопроводу 37 поступает в горелку 31. При этом, стекая по стенкам горелки, топливо накапливается в ее нижней части. Затем закрывают кран 35, вводят а смотровой патрубок 30 подожженный факел и поджигают топливо. Образовавшиеся в процессе горения топлива высоконагретые продукты сгорания предварительно разогревают камеру 4 сгорания, после этого через 1-2 мин включают вентилятор для интенсификации горения и полного выжигания оставшегося жидкого топлива и снова открывают кран 35 и оставляют его открытым на весь период работы горелки 31. Топливо по упомянутым коммуникациям поступает в смесительную камеру горелки 31, предварительно разогретую розжиго- вым факелом. По мере движения в этой камере топливо распиливается воздухом (подача воздуха показана точечной стрелкой), поступающим в нее через окно 39, частично испаряется (газифицируется), а на выходе из горелки образуется топлиеовоз- душная смесь, поджигаемая горящим внизу топливом. Незначительная часть неиспарившегося топлива стекает на дно камеры 4, где также поджигается горящим топливом. По мере разогрева стенок горелки, который ввиду малого объема камеры 4 происходит быстро, испаряется все топливо, поступающее в горелочный канал, полностью выгорает топливо на дне камеры сгорания и на выходе из горелки образуется 100%-ная газовоздушкая смесь. Создается самоподжигание газозоздушной смеси, после чего розжиговый факел извлекают из патрубка 30. Вспомогательное устройство входит в рабочий режим в течение 2-3 мин.

Продукты сгорания, выходящие из патрубка 29. под действием перепада давления движутся в осевом направлении к выходу через патрубок 8, омывая и нагревая при этом корпус горелки 19 и стенки камеры 2 сгорания. При этом в наибольшей степени нагреваются стенки горелки, поскольку она расположена рядом с выходным патрубком 29. В течение 5 мин происходит разогрев горелки 19, достаточный для запуска основного нагревательного устройства 1.

После разогрева стенок горелки 19 и камеры 2 сгорания основного нагревательного устройства 1 производят его запуск. Для этого достаточно открыть кран 36 и подать в горелку 19 топливо. В связи с тем, что стенки горелки нагреты до высокой температуры, происходит мгновенное испарение топлива и получение на ее выходе 100%-ной

газовоздушной смеси. Эта смесь поджигается закрученным факелом, выходящим из патрубка 29, который под действием разряжения в центральной части осевого потока 40 затягивается в него по линии 42 и вместе С ним в закрученном состоянии движется в Осевом направлении к выходному патрубку $.

I При выводе на режим горелки 19 откры- ают крышку 18 смотрового патрубка 9. Кон- |роль качества приготовления Топливовоздушной смеси производят визу- фльно по цвету, f пламени. Безопасность контроля (предотвращение выброса пламени наружу) обеспечивается установкой со- ел 10, которые создают сопротивление его выходу, инжектируют подачу в камеру сгорания воздуха из воздухораспределительного короба, что также значительно Препятствует выбросу пламени.

При работе горелки 19, так же как и Горелки 31 вспомогательного нагреватель- Ного устройства, создается мощное кольце- Ьое вихревое пламя (спиральные витки 40), ширина и количество витков которого увеличиваются благодаря его закручиванию нагретым воздухом, поступающим из воздухораспределительного короба через окна 22 и тангенциально установленные сопла-ускорители 21. Последние растягивают закрученный поток на участке от горелки 19 до дисковой диафрагмы 20 с отверстием. При дальнейшем движении к выходному патрубку 8 высоконагретые продукты сгорания встречают на своем пути дисковую диафрагму 20, в результате чего происходит и торможение. Поток совершает дополнительное количество витков, нагревает диск диафрагм до высокой температуры. В результате этого создается условие для догорания трудносжигаемых (тяжелых) частиц топлива, которые не успели сгореть с момента их выхода из насадка горелки 19. Догорание происходит вследствие длительного контакта частиц с высоконагретыми поверхностями. Тем самым повышаются полнота сгорания топлива и эффективность нагрева. По выходу из диафрагм 20 поток высоконагретых продуктов сгорания сужается и одновременно увеличивается его скорость. При дальнейшем движении по выходному патрубку 8 поток инжектирует воздух, нагретый в воздухораспределительном коробе 5, через окна 25 и далее через работающие совместно с ними сопла-нагнетатели 24, установленные параллельно продольной оси патрубка 8. Вследствие этого увеличивается мощность результирующего потока и дальность передаваемого им тепла.

При присоединении к выходному патрубку 8 коллектора на расстоянии 30 м зафиксирована на его выходе температура теплового потока 120-130°С при расходе

дизтоплива 25-30 кг/ч. Это позволяет от одного коллектора подогреть значительное количество объектов.

Температура продуктов сгорания на выходе из нагревательного устройства регули0 руется в широких пределах от 50 до 1000°С- в зависимости от расхода топлива и разбавления продуктов сгорания воздухом за счет его подачи в выходной патрубок через сопла-нагнетатели.

5 Ф.о р м у л а и з о б р е т е н и я

1.Нагревательное устройство, содержащее соосно расположенные и сообщенные между собой воздухораспределительный короб и снабженную входным и выходным

0 участками цилиндрическую камеру сгорания со сквозными окнами и установленными в ней тангенциально над окнами соплами-ускорителями и по меньшей мере одной горелкой, выполненной в виде изо5 гнутого по дуге закрытого с одного торца канала, отличающееся тем, что, с целью увеличения безопасности и повышения эффективности нагрева, воздухораспределительный коруб выполнен в виде полого

0 барабана, камера сгорания размещена внутри барабана, и закреплена в нем с образованием между внутренними стенками барабана и наружными стенками камеры

5 сгорания воздухораспределительной камеры, за горелкой по ходу движения продуктов сгорания установлена дисковая диафрагма с центральным отверстием, на участке между выходным отверстием камеры сгорания и

0 дисковой диафрагмой установлены сопла- нагнетатели с возможностью расположения выпускных отверстий вдоль оси камеры сгорания, а в стенках камеры сгорания над соплами-нагнетателямивыполнены

5 впадающие в них окна, причем в камеру сгорания своим выходным отверстием установлено нагревательное устройство.

2.Устройство по п.1 .отличающее- с я тем, что вспомогательное нагреватель0 ное устройство установлено в боковой стенке воздухораспределительного короба.

3.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что вспомогательное нагревательное устройство установлено по оси камеры

5 сгорания.

4.Устройство по пп. 1-3, отличаю щ е е с я тем. что вспомогательное нагревательное устройство содержит горелку, выполненную в виде изогнутого по дуге закрытого с одного торца какала, а его выходной участок выполнен с расположеннымикороб выполнен в виде цилиндрического бапо кольцевому периметру окнами и установ-рабана.

ленными над ними соплами-нагнетателями,6. Устройство по пп. 1-5, отличаю щвыходные отверстия которых направленые е с я тем, что в заднем торце камеры

вдоль оси выходного участка. 5сгорания расположен смотровой патрубок с

5. Устройство по пп. 1-4, отличаю щ-установленными в нем соплами-нагнетатее е с я тем, что воздухораспределительныйлями.

-Ч

,х « , у

/

8

Риг.З

2

Изобретение может быть использовано при строительстве трубопроводных сетей, а также там, где требуется нагрев различных материалов, обогрев помещений, для получения пара и теплой воды и т.п. Цель изобретения - увеличение безопасности, повышение эффективности нагрева и обеспечение передачи тепла на требуемое расстояние. Нагревательное устройство содержит основное нагревательное устройство 1, вспомогательное нагревательное устройство 3 и воздухораспределительный короб 5. Вспомогательное нагревательное устройство 3 своим выходным патрубком 29 введено в поперечном направлении внутрь корпуса 2 камеры сгорания основного нагревательного устройства 1 под углом α и закреплено в раструбе 12. Внутри корпуса 2 камеры сгорания размещены кольцевая горелка 19, трубопровод топлива 17 с теплообменником 15, дисковая диафрагма с центральным отверстием, установленная между выходным патрубком 8 и горелкой 19, а также расположенные тангенциально сопла-ускорители (не показаны). В выходном патрубке 8 в осевом направлении установлены четыре сопла-нагревателя. Внутри корпуса 26 установлена кольцевая горелка (не показана), аналогичная по конструкции горелке 19. 5 з.п.ф-лы, 13 ил.

ц

Вид Г

15 37 JJ М 36 38

I/

Фиг.Ч

Фив. 5

17

2

19

Фиг. 7

26

Л 36

/30

со

оо to to

«о

К

12

8

Фиг. 10

39 и

28

30

Фиг.11

го is 13 ю / / / /

&

в

2k

L

77

If Т

19 5 2. Фиг.12

г w 15 19

/ / / /

-7/д

/ /

™e

Z

Й/г. 7J