ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2066023

РАДИАЦИОННАЯ ГОРЕЛКА

Имя изобретателя: Александров В.А.; Барыбин Н.Ф.; Мягков К.Г.; Попов Г.А.; Соловьев Е.С.; Якушин М.И. 
Имя патентообладателя: Научно-исследовательский институт прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института им. С.Орджоникидзе
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1994.09.02 

Использование: для бытовых и промышленных нужд в различных теплоэнергетических установках, например, в бытовых и коммунально-бытовых газовых плитах, обогревателях, сушилках, печах. Сущность изобретения: в радиальной горелке, содержащей корпус 1 с перфорированной крышкой 4, снабженной в выходном участке излучающим насадком 3, установленным в нем с образованием распределительной камеры 2, подключенный к последней на части ее поверхности инжекционный смеситель 5, выполненный в виде последовательно установленных диффузора 9, цилиндрического пережима и инжектора 8, на входе в который и в зоне воздуховодных окон 7 установлена топливная форсунка 6, инжектор смесителя 8 выполнен длиной, превышающей в 30 - 60 раз диаметр выходного сечения сопла форсунки 6, диффузор 9 длиной, превышающей в 1,5 - 3,5 раза диаметр его выходного сечения, цилиндрический пережим инжекторного смесителя длиной, составляющей 1,0 - 3,0 от диаметра выходного сечения инжектора 8, в распpеделительная камера 2 выполнена с выходным сечением в форме круга и длиной, составляющей 0,1 - 0,3 от диаметра ее выходного сечения. Топливная форсунка 6 может быть выполнена многосопловой. Топливная форсунка 6 может быть выполнена центробежной, инжекторный смеситель 5 может быть выполнен разъемным. Радиационная горелка может быть дополнительно снабжена распределителем топливной смеси 11, размещенным во входном участке распределительной камеры 2, распределитель топливной смеси 11 может быть выполнен из отклоняющих элементов, собранных в форме диска.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к радиационным излучающим горелкам и может применяться для бытовых и промышленных нужд в различных теплоэнергетических устройствах, в бытовых и коммунально-бытовых газовых плитах, обогревателях, сушилках, печах.

Известная излучающая горелка, содержащая газовую камеру, окруженную корпусом, над которой установлена нагревательная пластина, изготовленная из огнеупорного теплоизоляционного материала с определенным числом малых сквозных отверстий. Над нагревательной пластиной установлена сетка, закрывающая всю наружную поверхность нагревательной пластиной, при этом инжекционный смеситель расположен параллельно поверхности горелной керамики. Такое расположение инжекционного смесителя увеличивает гидравлическое сопротивление топливоподающего тракта, что ухудшает устойчивость горения при низких давлениях топлива (патент США N 3488 137, кл. 431-329, 1970).

Наиболее близким техническим решением является радиационная горелка, содержащая корпус с перфорированной крышкой, снабженной в выходном участке излучающей насадкой, установленной в нем с образованием распределительной камеры, подключенный к последней на участке ее площади инжекционный смеситель, выполненный в виде последовательно расположенных диффузора, цилиндрического пережима и инжектора, на выходе в который в зоне воздуховходных окон установлена топливная форсунка (Иссерлин А.С. Газовые горелки. Л. Недра, 1966, с. 60 63, рис. 22).

Сгорание топливо-воздушной смеси в этой горелке происходит в основном в приповерхностной зоне внутри каналов и на поверхности излучающей насадки, а дожигание несгоревших составляющих в пространстве между насадкой и перфорированной крышкой и вблизи поверхности раскаленной перфорированной крышки. Однако расположение инжекторного смесителя вдоль поверхности излучающей насадки увеличивает гидравлическое сопротивление тракта подвода топливной смеси, ухудшает устойчивость горения на низких давлениях топлива и уменьшает диапазон рабочих давлений горелки.

Задачей изобретения является повышение экологических и эксплуатационных характеристик горелки путем повышения устойчивости горения в широком диапазоне изменения давления топлива, уменьшения гидравлического сопротивления тракта подвода топливной смеси, что, в свою очередь, обеспечивает более полное сгорание топлива и уменьшает количество СО в продуктах сгорания. Кроме того, решение этой задачи расширяет функциональные возможности радиационной горелки.

Поставленная задача решается тем, что в радиационной горелке, содержащей корпус с перфорированной крышкой, снабженный в выходном участке излучающей насадкой, установленной в нем с образованием распределительной камеры, подключенный к последней на части ее сечения инжекционный смеситель, выполненный в виде последовательно установленных диффузора, цилиндрического пережима и инжектора, на выходе в который в зоне воздуховодных окон установлена топливная форсунка, инжектор смесителя выполнен с длиной, превышающей в 30 60 раз диаметр выходного сечения сопла форсунки, диффузор с длиной, превышающей в 1,5 3,5 раза диаметр его выходного сечения, цилиндрический пережим длиной 1,0 3,0 от диаметра выходного сечения инжектора, а распределительная камера выполнена с выходным сечением в форме круга длиной 0,1 0,3 от диаметра ее выходного сечения.

Кроме того, топливная форсунка выполнена многосопловой.

Кроме того, топливная форсунка выполнена центробежной.

Кроме того, в радиационной горелке смеситель выполнен разъемным.

Причем горелка дополнительно снабжена распределителем топливной смеси, размещенным во входном участке распределительной камеры. При этом распределитель выполнен из отклоняющих элементов, собранных в форме диска.

Для обеспечения устойчивой работы радиационной горелки на инжекторном принципе с регулированием давления топливной смеси в широких диапазонах с высокими эксплуатационными и экологическими характеристиками, позволяющими использование этих горелок в бытовых газовых плитах, необходимо обеспечить хорошую инжекцию, смешение и распределение топливной смеси на коротком участке и с минимальными гидравлическим сопротивлением, сгорание топливной смеси и уменьшение СО. Допустимая норма СО для бытовых горелок составляет 0,01

Основные задачи изобретения решены путем выполнения инжекторного смесителя определенных размеров, которые подтверждены экспериментальными исследованиями. Выполнение инжектора смесителя длиной, превышающей в 30 60 раз диаметр выходного сечения сопла форсунки, определяющего количество эжектируемого воздуха, качество смешения и стехиометрию, позволяет обеспечить высокие экологические характеристики внутри указанного диапазона. Экспериментально полученная величина СО равна 0,006 что существенно ниже допустимой нормы. Выполнение длины инжектора смесителя, превышающей диаметр выходного сечения сопла форсунки менее, чем в 30 раз, характеризуется недостаточной эжекцией воздуха, неполным сгоранием топливной смеси и резким увеличением содержания СО, превышающим допустимые 0,01

Выполнение длины инжектора смесителя, превышающего диаметр выходного сечения сопла форсунки более, чем в 60 раз, приводит к ухудшению сгорания из-за избытка воздуха, увеличению содержания СО, превышающего 0,01 и отрыву зоны горения от излучающей насадки.

Зона смешения цилиндрический пережим инжекционного смесителя выполнена длиной 1,0 3,0 от диаметра выходного сечения инжектора, определяет качество перемешивания топлива и воздуха, и равномерность распределения по поверхности излучающей насадки соотношения газ-воздух и, следовательно, обеспечивает высокие экологические характеристики радиационной горелки. Для указанного диапазона длины цилиндрического пережима полученное экспериментальное содержание СО в продуктах сгорания составляет 0,008 Соотношение длины цилиндрического пережима меньше 1,0 приводит к плохому перемешиванию топлива и воздуха, большой неравномерности распределения топливной смеси по поверхности горельной излучающей плиты и резкому росту содержания СО до 0,05 и выше.

Соотношение длины цилиндрического пережима больше 3 приводит к увеличению гидравлического сопротивления тракта и, соответственно, к увеличению габаритов радиационной горелки.

Выходной участок инжекционного смесителя выполнен в виде диффузора длиной, превышающей в 1,5 3,5 раза диаметр его выходного сечения, что обеспечивает качество перемешивания топлива и воздуха и равномерность поля скоростей потока по поверхности радиационной горелки, что подтверждается полученным значением содержания СО 0,008 Выполнение длины диффузора меньше соотношения 1,5 приводит к значительной неравномерности скоростей топливной смеси в излучающей насадке и неравномерности содержания СО в продуктах сгорания, превышающие значение СО по ГОСТу.

Выполнение длины диффузора больше соотношения 3,5 приводит к увеличению гидравлического сопротивления и, как следствие, к росту габаритов радиационной горелки. Выполнение распределительной камеры с выходным сечением в форме круга и длиной 0,1 0,3 от диаметра выходного сечения обеспечивает распределение смеси по периферии излучающей насадки и высокое качество сгорания в этой зоне.

Выполнение длины распределительной камеры с соотношением меньше 0,1 приводит к уменьшению площади проходного сечения для топливной смеси, уменьшению качества сгорания. Содержание СО увеличивается и превышает 0,1 Выполнение длины распределительной камеры с соотношением больше 0,3 приводит к значительному увеличению габаритов изделия.

Использование в радиационной горелке топливной форсунки, выполненной многосопловой или центробежной, существенно повышает коэффициент инжекции воздуха при условии хорошего смешения топлива и воздуха, что приводит к расширению диапазона удельных тепловых мощности, а следовательно, к увеличению диапазона тепловых мощностей радиационной горелки.

Выполнение смесителя радиационной горелки разъемным обеспечивает замену или ремонт горелки, а и обеспечивает доступ к топливной форсунке для ее замены или ремонта.

При больших тепловых мощностях и больших диаметрах излучающей насадки во входном участке распределительной камеры устанавливается распределитель топливной смеси, который, в частности, выполнен из отклоняющих элементов, собранных в форму диска, отклоняющих поток топливной смеси в направлении периферии, при этом происходит дополнительное перемешивание топливной смеси и равномерное распределение по поверхности излучающей насадки.

Выполнение инжекционного смесителя в указанных соотношениях длины его участков обеспечивает надежное горение, уменьшает гидравлическое сопротивление тракта, улучшает экологические характеристики радиационной горелки.

На фиг. 1 изображена радиационная горелка; на фиг. 2 топливная форсунка многосопловая;
на фиг. 3 центробежная топливная форсунка.

Радиационная горелка содержит полый корпус 1 с распределительной камерой 2, на выходном участке которой последовательно размещены излучающая насадка 3, перфорированная крышка 4 и установленный на входе в распределительную камеру 2 инжекционный смеситель 5 с топливной форсункой 6, в зоне размещения которой выполнены воздуховходные окна 7. Входной участок инжекционного смесителя 5 выполнен в виде инжектора 8 длиной l₁, превышающей в 30 60 раз диаметр выходного сечения сопла форсунки d₁, а выходной участок инжекционного смесителя 5 выполнен в виде диффузора 9 длиной l₃, превышающей в 1,5 - 3,5 раза диаметр его выходного сечения d₃, при этом цилиндрический пережим выполнен длиной l₂, составляющей 1,0 3,0 от диаметра выходного сечения инжектора d₂.

Распределительная камера 2 выполнена с выходным сечением в виде круга и длиной l₄, составляющей 0,1 0,3 от диаметра выходного сечения d₄.

Топливная форсунка 6 может быть выполнена многосопловой с выходными отверстиями 10.

Кроме того, топливная форсунка 6 может быть выполнена центробежной.

Для обеспечения ремонта и замены комплектующих частей радиационной горелки инжекционный смеситель 5 может быть выполнен разъемным. Во входном участке распределительной камеры 2 установлен распределитель топливной смеси 11, который, в частности, выполнен из отклоняющих элементов, собранных в форме диска.

РАДИАЦИОННАЯ ГОРЕЛКА РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

Топливо истекает из форсунки 6. Образующаяся при истечении с высокой скоростью струя эжектирует необходимое количество воздуха через воздуховходные окна 7 в зоне инжектора 8. Затем топливо и эжектируемый воздух смешиваются в инжекционном смесителе 5. Полученная топливо-воздушная смесь тормозится и перемешивается в диффузоре 9 инжекционного смесителя и через распределитель 2 поступает в каналы излучающей насадки 3. Сгорание смеси происходит в устье каналов и на поверхности излучающей насадки 3. Дожигание несгоревшей топливной смеси происходит в пространстве между насадкой 3 и перфорированной крышкой 4 и вблизи перфорированной крышки 4.

Использование многосопловых топливных форсунок 6 или центробежных позволяет существенно повысить коэффициент инжекции воздуха при условии хорошего смешения топлива и воздуха.

Распределитель топливной смеси 11 позволяет дополнительно перемешивать топливную смесь, отклонять топливную смесь в направлении периферии излучающей насадки 3.

Предложенная конструкция инжекционного смесителя радиационной горелки, выполненная в заявленных размерах, обеспечивает хорошее смесеобразование при малой его длине и минимальное гидравлическое сопротивление потоку топливной смеси, что обеспечивает устойчивую работу радиационной горелки, что повышает экологические и эксплуатационные характеристики горелки путем повышения устойчивости горения в широком диапазоне изменения давления топлива.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Радиационная горелка, содержащая корпус с перфорированной крышкой, снабженной в выходном участке излучающей насадкой, установленной в нем с образованием распределительной камеры, подключенный к последней на части ее сечения инжекционный смеситель, выполненный в виде последовательно установленных диффузора, цилиндрического пережима и инжектора, на входе в который в зоне воздуховходных окон установлена топливная форсунка, отличающаяся тем, что инжектор смесителя выполнен длиной, превышающей в 30 - 60 раз диаметр выходного сечения сопла форсунки, диффузор длиной, превышающей в 1,5 3,5 раза диаметр его выходного сечения, цилиндрический пережим длиной, составляющей 1,0 3,0 диаметра выходного сечения инжектора, а распределительная камера выполнена с выходным сечением в форме круга и длиной, составляющей 0,1 0,3 диаметра ее выходного сечения.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что топливная форсунка выполнена многосопловой.

3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что топливная форсунка выполнена центробежной.

4. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что смеситель выполнен разъемным.

5. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена распределителем топливной смеси, размещенным во входном участке распределительной камеры.

6. Горелка по п. 5, отличающаяся тем, что распределитель выполнен из отклоняющих элементов, собранных в форме диска.

Версия для печати
Дата публикации 19.03.2007гг

 

 

---

---