ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА С КОНИЧЕСКИМ РАССЕКАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к области энергетики и предназначена для сжигания газа в бытовых газовых плитах.
Известна газовая горелка (патент RU на полезную модель № 73448 U1; МПК F23D14/04 (2006.01) опубликован: 20.05.2008 Бюл. № 14), которая содержит сопло, чашеобразный корпус, головку с огневыми отверстиями крышкой и смеситель. Забор атмосферного воздуха первичного и вторичного осуществляется из объема над рабочим столом плиты, из-под пламени горелок.
Известна конфорочная инжекционная горелка низкого давления частичного предварительного смешения унифицированной газовой плиты (Газовые горелки / Иссерлин А.С.; Издательство «Недра». Ленинград, г. 1973, С.31, рис. 9). Известная горелка состоит из газового сопла, диффузора (смесителя), крышки. Шибер (регулятор) регулировки первичного воздуха находится на корпусе сопла. Горелка рассчитана на сжигание газов с различной теплотой сгорания при соответствующей замене газового сопла.
Недостатком известных горелок является низкая эффективность работы, обусловленная наличием под крышкой области завихрений газовоздушной смеси, препятствующей передаче тепла от крышки, нагреваемой пламенем, к газовоздушной смеси.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является газовая горелка (патент RU на полезную модель № 198280 U1; МПК F23D14/00 (2006.01), опубликовано: 29.06.2020 Бюл. №19), которая содержит корпус, смеситель с установленным на входе газовым соплом с аксиальным выходным отверстием, крышку с рассекателем, образующую с выходным торцом смесителя огневые отверстия. С внутренней стороны крышки в центре расположен рассекатель, выполненный в виде заострённого цилиндра, обращенный в сторону газового сопла. Из чертежа следует, что рассекатель с крышкой образуют прямой угол. Нижняя часть корпуса имеет равномерно распределенные отверстия. На внешней стороне корпуса установлен регулятор подачи первичного воздуха, выполненный в виде кольцевого хомута с отверстиями, соответствующими отверстиям нижней части корпуса.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: корпус, смеситель с установленным на входе газовым соплом с аксиальным выходным отверстием, крышка, образующая с выходным торцом смесителя огневые отверстия. С внутренней стороны в центре крышки расположен рассекатель, обращённый вершиной в сторону газового сопла. В нижней части корпуса на уровне сопла имеются равномерно распределенные отверстия для подачи первичного воздуха.
Недостатком прототипа является его низкая эффективность работы, вызванная образованием завихрений газовоздушной смеси в месте присоединения рассекателя, выполненного в виде заострённого цилиндра, с крышкой под прямым углом, что препятствуют процессу теплопередачи от пламени через крышку с рассекателем к газовоздушной смеси.
Полезная модель направлена на повышение эффективности работы газовой горелки за счет устранения завихрений и стабилизации потока газовоздушной смеси в области присоединения рассекателя к крышке горелки, что обеспечивает интенсификацию предварительного подогрева газовоздушной смеси.
Это достигается тем, что газовая горелка содержит корпус, смеситель с установленным на входе газовым соплом с аксиальным выходным отверстием, крышку, образующую с выходным торцом смесителя огневые отверстия, с внутренней стороны в центре крышки расположен рассекатель, обращенный вершиной в сторону газового сопла, в нижней части корпуса на уровне сопла имеются равномерно распределенные отверстия для подачи первичного воздуха.
В предлагаемом решении рассекатель выполнен в форме конуса и жестко связан основанием с внутренней поверхностью крышки, при этом наружная поверхность конуса выполнена вогнутой с радиусом R, равным высоте рассекателя h.
При таком конструктивном выполнении рассекателя образуется плавное сопряжение его поверхности с крышкой, что позволяет устранить завихрения и обеспечить плавное направленное движение потока газовоздушной смеси из смесителя к огневым отверстиям. Отсутствие завихрений увеличивает площадь теплопередачи от пламени через крышку с рассекателем к газовоздушной смеси и интенсифицирует предварительный подогрев газовоздушной смеси. Подогрев газовоздушной смеси позволяет увеличить скорость распространения пламени, что обеспечивает решение задачи – повышение эффективности работы газовой горелки.
Представленное соотношение радиуса поверхности конуса R и высоты рассекателя h в виде R=h является оптимальным значением, что было установлено в результате компьютерного моделирования (с различным соотношением данных параметров), выполненного авторами в программном комплексе Ansys Fluent в компьютерном классе ГУК 313 Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом: на фиг.1 показан продольный разрез газовой горелки; на фиг.2 – узел А на фиг.1.
Газовая горелка содержит корпус 1, на входе которого установлено газовое сопло 2 для подачи газа с аксиальным выходным отверстием 3. Корпус 1 жестко соединен со смесителем 4. Выходной торец 5 смесителя 4 образует с крышкой 6 огневые отверстия 7. С внутренней стороны в центре к крышке 6 жестко присоединен (например, сваркой) рассекатель 8, обращённый вершиной в сторону газового сопла 2. Рассекатель 8 выполнен в форме конуса и жестко связан основанием с внутренней поверхностью крышки 6, при этом наружная поверхность конуса выполнена вогнутой с радиусом R, равным высоте рассекателя h. В нижней части корпуса 1 на уровне сопла 2 имеются равномерно распределенные отверстия 9 для подачи первичного воздуха.
Принцип работы газовой горелки состоит в следующем.
Газ подается в газовое сопло 2 и через аксиальное выходное отверстие 3 под давлением поступает в смеситель 4, соединенный с корпусом 1. Выходящий из аксиального выходного отверстия 3 газ инжектирует первичный воздух через отверстия 9 и, далее струя газа с первичным воздухом смешивается в смесителе 4. Образовавшаяся газовоздушная смесь из смесителя 4 поступает во внутреннее пространство, ограниченное крышкой 6 с рассекателем 8 и выходным торцом 5 смесителя 4. При движении газовоздушной смеси вдоль вогнутой наружной поверхности рассекателя 8, происходит плавное направленное перемещение потока газовоздушной смеси от центра крышки 2 к ее периферии без образования завихрений. При движении стабильного (без завихрений) потока газовоздушной смеси вдоль крышки 6 с рассекателем 8 протекает процесс теплопередачи от пламени через крышку 6 с рассекателем 8 к газовоздушной смеси на всей площади контакта газовоздушной смеси и крышки 6 с рассекателем 8, в результате чего происходит интенсификация предварительного подогрева газовоздушной смеси. Подогретая таким образом газовоздушная смесь через огневые отверстия 7 поступает в зону горения, где протекает процесс сжигания газа с повышенной скоростью распространения пламени.
Таким образом, предлагаемое техническое решение – позволяет повысить эффективность работы газовой горелки. Помимо этого, газовая горелка характеризуется относительной простотой изготовления.