ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
BURNER DEVICE

Изобретение относится к области энергетики, в частности горелочным устройствам, и может быть использовано в автомобильной промышленности.
В качестве аналога выбрано горелочное устройство (патент DE № 3708745 J.Eberspaher), содержащее спираль накаливания, патрубки подачи дизельного топлива, пористую сетку свечи накаливания. Свеча обдувается воздухом, ввернута в штуцер, через который в пористую сетку подводится топливо и который закреплен на стенке камеры. Для обеспечения формирования и поджига горючей смеси необходимо, чтобы количество тепловой энергии, выделяемое свечой накаливания, было достаточно для испарения жидкого топлива из пористой сетки и дальнейшего разогрева горючей смеси до температуры зажигания.
Существенным недостатком является низкая надежность поджига при низких температурах, так как значительная часть тепловой энергии свечи накаливания расходуется на нагрев элементов конструкции горелочного устройства.
Известно «Устройство для зажигания и подачи топлива в горелочное устройство испарительного типа» (патент РФ №2240473), содержащее штуцер, соединенный с топочной камерой, капиллярную испарительную структуру топочной камеры, патрубки ввода воздуха и топлива, свечу накаливания, пористый транспортирующий элемент и тепловой экран, которое позволяет повысить надежность розжига горелочного устройства.
Недостатком данного устройства является, что при очень низких температурах, поступающих в горелочное устройство жидкого топлива и воздуха, количество теплового потока в зону горения недостаточно для поддержания горения.
В качестве прототипа выбрано горелочное устройство (патент РФ № 2181462), содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой, в которой выполнено центральное отверстие, сопло подачи воздуха, входящее коаксиально по оси в топочную камеру, испарительную капиллярную структуру; завихритель, формирователь вихревых потоков, расположенный между соплом подачи воздуха и испарительной капиллярной структурой, жаровую трубу, стабилизатор пламени и свечу накаливания.
Недостатком данной конструкции является неустойчивое горение горелочного устройства при низких температурах поступающего жидкого топлива и воздуха.
Известно, что розжиг горелочного устройства осуществляется с помощью пламени пилотного факела, формируемого, например, устройством для зажигания и подачи топлива в горелочное устройство испарительного типа (патент РФ № 2240473). Под действием пламени пилотного факела происходит испарение части жидкого топлива, при смешивании с воздухом, поступающим из воздушного сопла, образуется горючая паровоздушная смесь. Дальнейшее испарение жидкого топлива из испарительного элемента, капиллярной структуры, существенным образом зависит, в частности, от того, насколько низка температура поступающего в горелочное устройство жидкого топлива и воздуха. Чем ниже эта температура, тем меньше тепловой поток, поступающий из зоны горения к испарительному элементу, и тем больше доля этого потока расходуется на разогрев жидкого топлива до температуры испарения. Соответственно, при очень низких температурах, поступающих в горелочное устройство жидкого топлива и воздуха, величина теплового потока, поступающего из зоны горения к жидкому топливу в капиллярной структуре испарительного элемента, оказывается недостаточной для обеспечения интенсивности испарения, необходимой для поддержания горения.
Для обеспечения устойчивого розжига при низких температурах необходимо осуществить конструктивные изменения по сравнению с известными устройствами, которые обеспечили бы на стадии горения, поддерживаемого пилотным факелом, большую величину теплового потока из зоны горения к жидкому топливу, заключенному в капиллярной структуре испарительного элемента и, соответственно, более интенсивное парообразование.
Техническим результатом данного изобретения является повышение интенсивности разогрева жидкого топлива, заключенного в капиллярной испарительной структуре, и, соответственно, обеспечение устойчивого горения горелочного устройства на стадии розжига в условиях низких температур.
Технический результат достигается тем, что горелочное устройство, содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой, в которой выполнено центральное отверстие, сопло подачи воздуха, входящее коаксиально по оси в топочную камеру, испарительную капиллярную структуру, размещенную на внутренней стороне цилиндрической ограничительной стенки, завихритель, формирователь вихревых потоков, расположенный между соплом подачи воздуха и испарительной капиллярной структурой, стабилизатор пламени и свечу накаливания, причем цилиндрическая ограничительная стенка состоит из двух слоев, внутренней цилиндрической ограничительной и внешней цилиндрической стенок, от уровня верхней части испарительной капиллярной структуры в верхней части внутренней цилиндрической ограничительной стенки выполнен ряд продольных разрезов и образовавшиеся при этом прямоугольные выступы отогнуты внутрь горелочного устройства под разными углами, причем угловой зазор между всеми соседними прямоугольными выступами одинаков, внутренняя поверхность внешней цилиндрической стенки плотно соприкасается с внешней поверхностью внутренней цилиндрической ограничительной стенки, стабилизатор пламени соединен с верхним основанием внешней цилиндрической ограничительной стенки.
На чертеже представлено горелочное устройство, где 1 - внешняя цилиндрическая ограничительная стенка, 2 - торцевая ограничительная стенка, 3 - стабилизатор пламени, 4 - сопло подачи воздуха, 5 - испарительная капиллярная структура; 6 - внутренняя цилиндрическая ограничительная стенка, 7 - прямоугольные выступы.
Работа устройства.
1
2
На стадии розжига тепловой поток, вызывающий испарение жидкого топлива, состоит из двух частей: из теплового потока, поступающего из зоны горения непосредственно на примыкающую к зоне горения поверхность испарительной капиллярной структуры (5) Q, и теплового потока от разогрева участка внешней цилиндрической ограничительной стенки (1), расположенной над испарительной капиллярной структурой (5) Q. В предлагаемом устройстве увеличение интенсивности испарения осуществляется за счет увеличения второй составляющей, определяемой интенсивностью разогрева от внутренней ограничительной стенки (6) под испарительной капиллярной структурой (5). Это достигается тем, что в верхней части внутренней ограничительной стенки (6) выполнен ряд продольных разрезов и образовавшиеся при этом прямоугольные выступы (7) отогнуты внутрь горелочного устройства под разными углами, причем угловой зазор между всеми соседними прямоугольными выступами постоянен.
Увеличение интенсивности разогрева участка внутренней ограничительной стенки (6) под испарительной капиллярной структурой (5) достигается за счет трех факторов.
Первый фактор - отогнутые прямоугольные выступы (7) находятся в области более высокой температуры зоны горения.
Второй фактор обусловлен наличием завихренности пламени внутри горелочного устройства. Закрученность потока пламени приводит к интенсивному обтеканию каждого из отогнутых прямоугольных выступов (7), с внутренней и наружной сторон, причем наличие углового зазора между соседними выступающими участками способствуют тому, что отогнутые прямоугольные выступы интенсивно нагреваются как с внутренней, так и с наружной стороны.
Третий благоприятный фактор заключается в том, что при отгибании прямоугольных выступов (7) на внутренней ограничительной стенке (6) открывается для контакта с закрученным потоком пламени участок внутренней поверхности внешней ограничительной стенки (1), что приводит к его интенсивному разогреву и в результате теплопередачи от внешней ограничительной стенки (1) к внутренней ограничительной стенке (6) и к дополнительному подогреву жидкого топлива в испарительной капиллярной структуре (5).
Все три перечисленных фактора способствуют существенному увеличению результирующего теплового потока, поступающего к жидкому топливу, что в свою очередь обеспечивает более интенсивное испарение и, соответственно, более интенсивное горение паровоздушной смеси.
Данная положительная обратная связь между интенсивностью горения и интенсивностью парообразования обеспечивает надежный розжиг и устойчивое горение при отключении устройства, инициирующего горение и формирующего пилотный факел.