Устройство пульсирующего горения Советский патент 1992 года по МПК F23C11/04 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в металлургической, нефтеперерабатывающей промышленности, строительстве и других отраслях. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования процесса горения и температуры уходящих газов. Устройство состоит из камеры воспламенения 1, в нижней части которой установлена форсунка 3 и запальная свеча 4, Тангенциально к камере воспламенения примыкает резонансная труба 2. Воздух поступает по аэродинамическому клапану, состоящему из двух коаксиально установленных один в другом внешнего 5 и внутреннего 6 патрубков. Внутренний патрубок имеет возможность продольного перемещения в пределах 0:0875...0,5 от длины внешнего патрубка, при этом диаметр внутреннего патрубка составляет 0,645...0,833 от диаметра внешнего патрубка, а длина внутреннего патрубка составляет 0,075..,1,05 длины внешнего патрубка. 2 ил.. 1 табл. А Ьо С

VI ю о о

сриг.1

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в металлургической, нефтеперерабатывающей промышленности, строительстве и других отраслях народного хозяйства.

Известна пульсационная горелка вихревого типа для сжигания жидкого топлива. Горелка содержит аэродинамический клапан, камеру воспламенения. Форсунку, резонансную трубу, запальник.

Недостатками горелки являются обго- рание аэродинамического клапана в месте сужения, возможность выброса пламени через этот клапан в результате встречного движения потоков воздуха и струй топлива. Кроме того, отсутствует возможность регулировать процесс горения топлива в камере воспламенения, что необходимо, например, при использовании топлива различных марок.

За прототип принято устройство для сжигания топлива в пульсирующем потоке. Данное устройство содержит камеру воспламенения, тангенциально примыкающую к ней резонансную трубу, аэродинамический клапан в виде цилиндрического патрубка, топливоподогреватель и форсунки, размещенные на торцовой части аэродинамического клапана, при этом оси его сопл расположены по образующим однополост- ного гиперболоида.

Недостатком прототипа является слабая возможность регулирования процесса горения и температуры уходящих газов. Регулирование процесса горения бывает не- обходимо, например, в случае перехода устройства на новые виды топлива. Регулирование температуры продуктов сгорания требуется, например, в случае их дальнейшего использования как теплоносителя.

В прототипе регулирование может достигаться только путем изменения расхода топлива. При таком регулировании диапазон изменения, параметров невелик,

Целью изобретения является расшире- ние диапазона регулирования процесса горения и температуры уходящих газов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для сжигания топлива в пульсирующем потоке, содержащем камеру воспламенения, тангенциально примыкающую к ней резонансную трубу, форсунку, аэродинамический клапан в виде цилиндрического патрубка, в цилиндрический патрубок аэродинамического клапана до- полнительно установлен коаксиально с ним внутренний цилиндрический патрубок с возможностью продольного перемещения относительно внешнего патрубка в пределах 0,0875...0,5 от длины внешнего патрубка, при этом диаметр внутреннего патрубка выбран в пределах 0,645... 0,833 от диаметр внешнего патрубка, длина внутреннего патрубка в пределах 0,075...1,05 от длины внешнего патрубка.

На фиг. 1 показано устройство для сжигания топлива в пульсирующем потоке; на фиг, 2 - вид А на фиг. 1.

Устройство содержит камеру 1 воспламенения, тангенциально примыкающую к ней резонансную трубу 2, форсунку 3, запальник 4 и аэродинамический клапан, состоящий из двух патрубков 5 и 6 внешнего и внутреннего соответственно.

Устройство используют следующим образом.

Через форсунку 3 в камеру 1 воспламенения подают топливо, например дизельное. Запальником 4, в качестве которого используют свечу зажигания, топливо поджигают. Воздух для горения поступает из атмосоеры через аэродинамический клапан, состоящий из коаксиальных патрубков

5и 6. При этом воздух проходит как внутри патрубка 6, так и в поомежутке между патрубками 5 и 6.

Поток продуктов сгорания закручивается в сторону тангенциального выхода резонансной трубы 2 и по ней выходит из камеры воспламенения в атмосферу или для дальнейшего использования.

Направленное движение воздуха в аэродинамическом клапане создается за счет того, что его сопротивление в прямом направлении меньше, чем в обратном.

Для регулирования процесса горения в камере 1 воспламенения, которое бывает необходимо при изменении марки топлива, а также для регулирования температуры уходящих газов при их дальнейшем использовании, перемещают внутренний патрубок

6относительно наружного патрубка 5.

При выдвижении внутреннего цилиндрического патрубка температура в камере сгорания, а также температура уходящих газов уменьшается, при вдвигании внутрь - увеличивается.

Для примера приведем экспериментальные данные, полученные при работе устройства для о; .игания дизельного топлива в пульсирующем потоке. В экспериментах использовалась цилиндрическая камера сгорания диаметром 390 мм с резонансной трубой длиной 3000 мм, диаметром 106мм.

Как показали эксперименты, возможности регулирования сохраняются, при диаметре внутреннего патрубка в пределах 0,646.,.0,833 от диаметра внешнего патрубка и длине внутреннего патрубка в пределах от 0,075 до 1,05 длины внешнего патрубка.

Поэтому приведем экспериментальные данные только для одной серии экспериментов, в которой получены наиболее характерные результаты. Диаметр внешнего патрубка 96 мм (замерено по внутреннему диаметру). Диаметр внутреннего патрубка 89 мм (по наружному диаметру), отношение диаметров 0,833. Длина наружного патрубка 400 мм, внутреннего - 420 мм, отношение длин 1,05. Расход дизельного топлива 0,01029 кг/с - постоянен.

Температуры замерялись в камере сгорания и на выходе газов из резонансной трубы с помощью термопар, присоединенных к потенциометру. Коэффициент избытка воздуха, т. е. отношение фактической массы воздуха, подаваемого в камеру сгорания, к теоретически необходимой, определялся путем измерения расхода воздуха.

Величину вентильного эффекта, т. е. отношение реактивной силы газов, выходящих из резонансной трубы, к реактивной силе газов, выбрасываемых из аэродинамического клапана,определяли на специальной установке по методике, основанной на измерении масс истекающих продуктов.

Таким образом, приведенный пример показывает достижение поставленной цели - расширение диапазона регулирования процесса горения и температуры уходящих газов при постоянной подаче топлива.

Приведенные экспериментальные данные свидетельствуют о возможности изменения с помощью предлагаемого устройства не только температуры, но коэффициента избытка воздуха. При этом появляется возможность регулировать качественный состав продуктов сгорания, что может быть необходимым при использовании данного устройства а качестве газогенератора, т. е. достигается дополнительная цель - возможность регулирования химсостава уходящих газов.

Указанные величины относительного перемещения внутреннего патрубка относительно внешнего в пределах 0,0875...0,5 диаметра внутреннего патрубка в пределах 0,645...0,833 от диаметра внешнего патрубка, длины внутреннего патрубка в пределах 0,075-1,05 от длины внешнего патрубка, обеспечивают достижение поставленной цели, так как вне этих пределов, как показывают эксперименты, регулирование температуры не достигается.

Влияние отличительного признака - дополнительной установки внутреннего патрубка коаксиально с внешним, с возможностью продольного перемещения - видно

из таблицы. При перемещении внутреннего патрубка температуры в камере и на выходе из устройства изменяются.

Теоретические основы работы предлагаемого устройства. Аэродинамический клапан работает в пульсирующем режиме с частотами пульсаций 40...70 Гц. Происходит поочередное всасывание воздуха из окружающей среды и вытеснение продуктов сгорания. Воздуха поступает больше, чем

уходит продуктов сгорания. За счет этого и образуется направленное движение газов в клапане.

Входящий в камеру воздух успевает прогреться излучением от горячих стенок

клапана, его плотность меняется.

Введение внутреннего патрубка, установленного коаксиально с внешним, разделяет входящий воздух на два потока: поток в кольцевом зазоре, имеющий возможность

прогреться от стенок внешнего патрубка, и внутренний, экранированный от излучения стенками внутреннего патрубка.

При перемещении внутреннего патрубка относительно наружного, например при

его выдвигании, соотношение между расходами в этих потоках изменяется, уменьшается доля экранированного, защищенного от теплоизлучения внутреннего потока. При этом величина вентильного эффекта не ухудшается, т, е. сохраняется способность аэродинамического клапана оказывать малое аэродинамическое сопротивление потоку входящего воздуха и большое сопротивление выходящим продуктам

сгорания. Из таблицы видно, что величина вентильного эффекта в предлагаемом устройстве была не хуже 2,5...1,4.

Предлагаемое устройство испытано и показало хорошие возможности регулирования температуры в камере сгорания и температуры уходящих газов.

Формула изобретения Устройство пульсирующего горения, содержащее камеру сгорания с тангенциально присоединенной к ней резонансной трубой и форсункой и аэродинамический клапан в виде цилиндрического патрубка, коаксиально установленного в камере сгорания,

отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования процесса горения и температуры уходящих газов, внутри цилиндрического патрубка коаксиально размещен дополнительный патрубок, установленный с возможностью

продольного перемещения в пределах 0,0875...0,5 от длины наружного патрубка, причем диаметр и длина дополнительного

патрубка составляет соответственно 0,645...0,833 и 0,075...1,05 от диаметра и длины наружного патрубка.

Вид А

фиг.2