Камера сгорания генератора инертных газов Советский патент 1992 года по МПК F23R3/16 

Изобретение относится к камерам сгорания энергетических установок, работающих преимущественно на жидких углеводородных топливах с коэффициентом избытка воздуха близком к единице, в частности, установок для генерирования газа с низким содержанием кислорода, который используется для тушения пожаров в шахтах и рудниках, продувки(инертизации) технологических трубопроводов на нефтеперерабатывающих и коксохимических заводах и т.д.

Известна камера сгорания генератора инертных газов, содержащая испаритель топлива с каналами первичного и вторичного воздуха, подключенный к жаровой трубе с помощью диффузора, перекрытого у большего основания перфорированным днищем, через которое в жаровую трубу поступает топливовоздушная смесь и вторичный воздух. Недостаток известной установки состоит в том, что она имеет низкие

. эксплуатационные возможности, обусловленные неоднородным составом топливо- воздушной смеси по сечению камеры и перебросом пламени из полости жаровой трубы в полость испарителя при работе на низкой производительности.

Этот недостаток устранен в камере сгорания генератора инертных газов. Камера сгорания содержит испарительную камеру с размещенным в ней топливным коллектором, подключенную к жаровой трубе при помощи диффузора, перекрытого у большего основания перфорированным днищем. Через отверстия перфорации днища пропущены трубки, выходные концы которых размещены в жаровой трубе и изогнуты по винтовым линиям. Топливовоздушная смесь в указанной камере сгорания поступает из испарительной камеры в жаровую трубу по трубкам. Трубки, по сравнению с перфорированным днищем, демпфируют пульсации скорости и обеспечивают устой(Л

С

х|

VI

О Ю ГО 00

чивую стабилизацию пламени в зонах между днищем и выходными концами трубок в широком диапазоне эксплуатационных режимов работы. Однако, поскольку концы трубок расположены в зоне стабилизации пламени, на них воздействуют значительные тепловые нагрузки. Положение усугубляется тем, что в жаровую трубу подается топливовоздушная смесь стехиометриче- ского состава, горение которой, как известно, характеризуется наиболее высокой температурой по сравнению с горением, например, топливовоздушной смеси с избытком воздуха. Значительное тепловое воздействие на концы трубок, расположенные в жаровой трубе, приводит к интенсивному окалинообразованию на их поверхности, к оплавлению, особенно на переходных режимах, что снижает надежность работы камеры сгорания. Для уменьшения теплового воздействия вынуждены укорачивать длину концов трубок, расположенных за днищем внутри жаровой трубы. Но при этом сокращается объем области пониженного давления, располагающейся между днищем и выходными концами трубок, соответственно и зоны обратных токов, в которой обеспечивается воспламенение топливовоздушной связи с и стабилизация фронта пламени. Сокращение этой зоны отрицательно сказывается на надежности воспламенения топливовоздушной смеси, то есть включение генератора в работу.

Цель изобретения - повышение надежности работы камеры сгорания за счет снижения теплового воздействия пламени на концы трубок, расположенные в жаровой трубе.

Указанная цель достигается тем, что в камере сгорания генератора инертных газов, содержащей канал подвода воздуха, испарительную камеру с размещенным в ней топливным коллектором, подключенную к жаровой трубе при помощи диффузора, перекрытого на стыке с жаровой трубой перфорированным днищем, а на стыке с испарительной камерой газоплотной перегородкой, образованной сведенными в пучок входными концами трубок, противоположные концы которых пропущены через отверстия перфорации днища и введены в жаровую трубу, согласно изобретению между стенками отверстий в перфорации днища и трубками образованы кольцевые зазоры, а на боковой поверхности диффузора выполненные окна, посредством которых внутренняя полость диффузора между газоплотной перегородкой и перфорированным днищем сообщена с каналом подвода воздуха. Благодаря тому, что по кольцевым зазорам, образованным между стенками отверстий в перфорации днища и наружной поверхностью трубок, введенных через эти отверстия, в жаровую трубу поступает воздух, обеспечивается конвективное охлаждение выходных концов трубок, расположенных в зоне стабилизации пламени. Одновременно в этой зоне, вследствие разбавления воздухом топливовоздушной

0 смеси снижается температура реакции горения. Таким образом, оба указанных фактора приводят к снижению теплового воздействия пламени на концы трубок, расположенные в жаровой трубе, что и обеспе5 чивает повышение надежности работы камеры сгорания генератора.

На чертеже изображена предлагаемая камера сгорания, общий вид.

Камера сгорания генератора инертных

0 газов содержит канал 1 подвода воздуха, испарительную камеру 2 с размещенным в ней топливным коллектором 3. подключенную к жаровой трубе 4 при помощи диффузора 5, перекрытого на стыке с жаровой

5 трубой 4 перфорированным днищем 6, а на стыке с испарительной камерой 2 газоплотной перегородкой 7, образованной сведенными в пучок-входными концами трубок 8, противоположные концы которых пропуще0 ны через отверстия перфорации днища 6 и введены в жаровую трубу 4. Между стенками отверстий в перфорации днища 6 и трубками 8 образованы кольцевые зазоры 9, а на боковой поверхности диффузора 5 выполне5 ны окна 10, посредством которых внутренняя полость диффузора 5 между газоплотной перегородкой 7 и днищем 6 сообщена с каналом 1 подвода воздуха. В жаровой трубе 4 установлен воспламени0 тель 11.

Камера сгорания работает следующим образом.

Предварительно подогретый воздух из канала 1 подводится в испарительную каме5 ру 2 и одновременно через окна 10 во внутреннюю полость диффузора 5, посредством которого испарительная камера 2 подключена к жаровой трубе 4. Из расположенного в испарительной камере 2 топливного кол0 лектора 3 в поток воздуха впрыскивается топливо, в результате чего образуется топливовоздушная смесь. Причем, в указанной смеси имеется недостаток воздуха по сравнению со стехиометрическим составом, так

5 как часть воздуха из канала 1 отводится через окна 10 во внутреннюю полость диффузора 5 и далее по кольцевым зазорам 9 поступает в жаровую трубу 4. Из испарительной камеры 2 топливовоздушная смесь поступает к газоплотной перегородке 7, образованной на входе в диффузор 5 сведенными в пучок входными концами трубок 8. Затем по трубкам 8, пронизывающим внутреннюю полость диффузора 5 и перфорированное днище б, в отверстиях которого они установлены с кольцевыми зазорами 9, топ- ливовоздушная смесь вводится в жаровую трубу 4. В пространстве между днищем 6 и выходными концами трубок 8, расположенными в жаровой трубе 4, формируется об- ласть пониженного давления и зона обратных токов, в которой с помощью воспламенителя 11 осуществляется поджигание топливовоэдушной смеси и стабилизируется фронт пламени. Сообщение внутренней полости диффузора 5 с каналом 1 подвода воздуха, а также наличие кольцевых зазоров 9 между стенками отверстий в перфорации днища 6 и трубками 8, введенными через эти отверстия в жаровую трубу 4, обеспечивает формирование в зазорах 9 кольцевых потоков воздуха, движение которого вдоль поверхности трубок 8 снижает тепловое воздействие пламени на концы трубок 8, расположенные в жаровой трубе 4. Кроме того, обогащение воздухом топли- вовоздушной смеси в зоне поджигания с последующим выравниванием соотношения расходов до стехиометрического в процессе перемешивания взаимодействующих струй реализует двухстадийное горение, которое, как известно (Например: Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. - 2-е изд. - Л.: Недра. - 318 с. с. 234-240), характеризуется более низкой температурой пламени, что также как и направленное движение воздуха вдоль ппоер хности трубок снижает тепловые нагрузки, а следовательно, обеспечивает нядо носгь работы камеры сгорания. В силу этого достигается возможность применения генератора инертных газов с предлагаемой камерой сгорания для длительной непрерывной инертизации рудничной атмосферы в процессе всего тегнологического цикла добычи угля на пластах угля, склонных к самовозгоранию, а также для создания и длительного поддержания инертной атмосферы с целью предотвращения взрывов или ликвидации пожаров на различных объектах промышленного назначения.

Формула изобретения Камера сгорания генератора инертных газов, содержащая испарительную камеру с размещенным в ней топливным коллектором, подключенную к жаровой трубе при помощи диффузора, перекрытого на входе в нее перфорированным днищем, через перфорацию которого пропущены трубки, входные концы которых сведены в пучок с образованием газоплотной перегородки на выходе из испарительной камеры, а их выходные концы размещены в жаровой трубе, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности при размещении испарительной камеры в воздухоподающей трубе, последняя подключена к полости диффузора при помощи отверстий на его боковой поверхности, а выходные концы трубок, пропущенные через отверстия перфорации, образуют с ними кольцевые зазоры.

/

Использование: для тушения пожаров в шахтах и рудниках, продувки (инертизации) технологических трубопроводов на нефтеперерабатывающих и коксохимических заводах и т.д. Сущность изобретения: при установке испарительной камеры в воздухо- подающий трубе последняя подключена к полости диффузора при помощи отверстий на его боковой поверхности, а выходные концы трубок, пропущенные через отверстия перфорации в днище диффузора, образуют с ними кольцевые зазоры. 2 ил.

Редактор Т.Шагова

Составитель М.Зубков Техред М.Моргентал

15,5 3

1Г

J

Ч5 Фиг 2

М Керецман