ГАЗОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к энергетике, а именно к водородной энергетике.
Известен водородно-кислородный газогенератор, содержащий магистрали подачи воздуха, кислорода и водорода, смесительный элемент с форсунками кислорода и водорода, электросвечу, ионизирующую кислород, камеру сгоранию, камеру смешения и внутреннюю охлаждаемую вставку, расположенную в камере сгорания (см. патент RU №165761 от 04.05.2016 г., кл. MПК F23R 3/44). Воздух подается через магистраль подачи воздуха, имеющей четыре отверстия, расположенные под углом 40…60° к оси камеры сгорания. Выход камеры сгорания и вход камеры смешения соединены через суживающее сопло, предназначенное для интенсивного смешения воздуха и высокотемпературного пара.
Недостатком указанного водородно-кислородного газогенератора является образование застойной зоны и вихреобразования в месте сопряжения суживающего сопла и камеры смешения (за суживающим соплом), а также сильное тепловое воздействие на кромку охлаждаемой вставки и стенок суживающего сопла из-за их близкого расположения к зоне горения, следствием чего могут стать прогары и снижение рабочего ресурса газогенератора.
Известен водородно-кислородный пароперегреватель, содержащий камеру сгорания трубчатого типа, расположенную в ней внутреннюю охлаждаемую вставку, имеющую оребрение с внешней стороны, смесительный элемент с форсунками водорода и кислорода, электросвечу, магистрали подвода кислорода и водорода (см. патент RU №185454 от 26.12.2017 г., кл. МПК F22G 1/00). Суживающее сопло расположено на выходе из камеры сгорания, начальный участок которой выполнен в виде конического расширения с 20…35°. Низкотемпературный пар поступает во внутренний объем водородно-кислородного пароперегревателя через магистрали подачи низкотемпературного пара, в которых содержатся четыре отверстия, расположенных под углом 30…60° к внутренней охлаждаемой вставке камеры сгорания.
Недостатком указанного водородно-воздушного пароперегревателя является высокое тепловое воздействие потока продуктов сгорания на выходную кромку охлаждаемой вставки, что приводит к ее разрушению и снижает ресурс пароперегревателя.
Наиболее близким из известных технических решений является способ образования газа в газогенераторе и газогенератор (варианты), содержащий камеры сгорания и смешения, магистрали подачи окислителя, горючего и балластировочной среды, запальное устройство и спиралевидные каналы (см. патент №2630625 от 03.06.2016 г., кл. МПК F02C 6/00 (2006.01)), причем в камере сгорания формируется вихревая оболочка из балластировочной среды вокруг потока продуктов сгорания, движущегося направленно вдоль оси камеры сгорания.
Недостатком указанного изобретения является взаимодействие высокотемпературных продуктов сгорания водорода в кислороде с выходной кромкой спиралевидных каналов, что подвергает их высокой теплонапряженности и приводит к эрозии и последующему разрушению, снижая ресурс газогенератора.
Технический эффект, достигаемый предложенным газогенератором, заключается в увеличении рабочего ресурса газогенератора за счет отверстий, расположенных в спиральных каналах внутрь камеры сгорания до ее среза и снижающих теплонапряженность кромки спиральных каналов путем создания низкотемпературного пристеночного слоя, защищающего от воздействия высокотемпературных продуктов сгорания водорода в кислороде.
Данный технический эффект достигается в газогенераторе, содержащем корпус, запальное устройство, магистраль подачи окислителя, магистраль подачи горючего, магистраль подачи балластировочной среды, в которой на входе в камеру сгорания установлен регулятор расхода, камеру смешения и расположенные в ней датчики определения параметров полученной смеси, камеру сгорания, на начальном участке которой расположен ввод балластировочной среды, выполненный в виде вставки со спиральными сопловыми каналами, согласно полезной модели, спиральные каналы расположены на всей длине камеры сгорания, а их выходы расположены в плоскости соединения камеры сгорания и камеры смешения, при этом спиральные каналы имеют отверстия внутрь камеры сгорания до ее среза для ввода балластировочной среды.
Суть полезной модели поясняется чертежом, где показано, что в состав газогенератора входят:
1 - корпус;
2 - запальное устройство;
3 - магистраль подачи окислителя;
4 - магистраль подачи горючего;
5 - магистраль подачи балластировочной среды;
6 - камера смешения;
7 - камера сгорания;
8 - вставка со спиральными сопловыми каналами;
9 - датчики определения параметров полученной смеси;
10 - автоматическая система управления технологическим процессом (АСУТП);
11 - регулятор расхода балластировочной среды;
12 - отверстия из спиральных каналов внутрь камеры сгорания.
Конструктивно газогенератор содержит корпус 1, запальное устройство 2, магистрали подачи окислителя 3, горючего 4, магистраль подачи балластировочной среды 5, камеру смешения 6, камеру сгорания 7, вставку 8 со спиральными сопловыми каналами. В камере смешения 6 установлена система измерения параметров продуктов сгорания 9, которая соединена с АСУТП 10, которая далее соединяется с регулятором расхода 11.
Работа газогенератора осуществляется следующим образом. По магистралям подачи окислителя 3 и горючего 4 подаются соответственно окислитель и горючее, а в камеру сгорания 7, где с помощью запального устройства 2 производят их поджиг. Продукты сгорания двигаются вдоль оси камеры сгорания 7. Одновременно с поджигом компонентов в спиральные каналы, во вставке 8, через магистраль 5 подается балластировочная среда, которая попадает в камеру сгорания 7 через отверстия 12, создавая пристеночный слой, защищающий от высокотемпературного потока продуктов сгорания кромку, образованную спиральными каналами, во вставке 8, в месте соединения камеры сгорания 7 и камеры смешения 6. В камеру смешения 6 балластировочная среда попадает из спиральных каналов во вставке 8, где происходит их смешение с продуктами сгорания за счет процесса турбулизации, после чего производятся измерения параметров полученной смеси с помощью датчиков определения параметров полученной смеси 9. Далее АСУТП 10 проводит анализ результатов измерений параметров полученной смеси, на основании которого проводит корректировку расхода балластировочной среды посредством регулятора расхода 11.
Преимуществом приведенного газогенератора является увеличение рабочего ресурса газогенератора за счет отверстий, расположенных в спиральных каналах внутрь камеры сгорания до ее среза и снижающих теплонапряженность кромки спиральных каналов путем создания низкотемпературного пристеночного слоя, защищающего от воздействия высокотемпературных продуктов сгорания.
Таким образом, реализация данной полезной модели приведет к повышению долговечности и надежности энергоустановок.