ПАРОГАЗОГЕНЕРАТОР
STEAM-GAS GENERATOR

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к способам работы и конструированию парогазогенераторов.
Одной из проблем, стоящих в настоящее время в данной области техники, является проблема эффективности энергоустановок, повышение их КПД и надежности работы.
Известен способ работы парогазогенератора, в котором рабочий процесс осуществляется в двух газовых трактах с разнотемпературными выхлопными потоками, выводимыми в общую утилизационную систему, в которой генерируется водяной пар (заявка РФ на изобретение №93009679/06/008853).
Известен способ работы парогазовой установки (парогазогенератора), включающий сжигание топлива, подогрев рабочего тела, генерацию водяного пара (патент РФ №2174615, кл. МПК7 F02C 6/18 от 12.09.1996 г.).
Известно устройство для получения высокотемпературного пара (а.с. СССР №168962), содержащее корпус с выходными патрубками для парогазовой смеси и размещенным внутри горелочным устройством.
Известен парогазогенератор, содержащий корпус с выходным патрубком для парогазовой смеси, цилиндрическую камеру сгорания с горелочным устройством, камеру смешения, форсунки, завихрители потока (патент РФ 2283456 от 12.20.2004 г., кл. МПК F22B 1/22).
Общим недостатком известных технических устройств является их недостаточная эффективность работы, сложность конструкции и низкая надежность при высоких тепловых нагрузках конструкционных элементов.
Известен парогазогенератор, содержащий камеру сгорания с форсунками, подвод воды, запальное устройство, камеру испарения, при этом подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в камере испарения установлена диафрагма (Патент РФ №2371594, МПК: F02C 6/00 - прототип).
Указанный парогазогенератор работает следующим образом.
Вода по магистрали подается в камеру сгорания, проходя по втулке с тангенциальными каналами, закручивается и образует в полости камеры сгорания вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области.
Затем по магистралям окислителя и горючего подают компоненты в смесительную головку. Запальное устройство с помощью свечи воспламеняет их. Компоненты сгорают внутри водяной вихреобразной оболочки, которая существенным образом снижает температурные нагрузки на стенки камеры сгорания, что позволяет поднять до максимальной температуру сгорания компонентов (достигается их стехиометрическим соотношением) и повысить, тем самым, эффективность работы установки.
Наличие диафрагмы, выполненной в виде сопла, широким срезом направленного в камеру испарения, не позволяет разрушиться образовавшейся водяной вихревой оболочке раньше времени, поэтому интенсивное испарение воды и разогрев пара происходят при более щадящих температурных нагрузках на конструкционные элементы парогазогенератора, после свертывания вихреобразной водяной оболочки. Кроме того, при расширении газа в сопле его статическая температура падает.
Разогретый в камере испарения высокотемпературный пар через выходное устройство выходит наружу для дальнейшего потребления.
Основными недостатками данной конструкции парогазогенератора являются значительные габариты, особенно в осевом направлении, что вызвано необходимостью размещения камеры смешения после узла подачи балластирующего компонента.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный парогазогенератор, согласно изобретению, содержит охлаждаемую балластирующим компонентом камеру, смесительную головку, включающую в себя блок подачи компонентов топлива, блок подачи балластирующего компонента с огневым днищем, в котором выполнены сквозные каналы, форсунки, установленные по концентрическим окружностям и состоящие из полого наконечника, соединенного с полостью одного из компонентов топлива, форкамеры, охватывающей с кольцевым зазором наконечник, при этом внутренняя полость форкамеры сообщается с одной стороны с полостями компонентов топлива, а с другой с полостью камеры, на наружной поверхности форкамеры выполнены ребра, причем балластирующий компонент поступает в полость камеры по кольцевым каналам, образованным форкамерами и сквозными каналами огневого днища.
Предлагаемая конструкция парогазогенератора за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение габаритов, массы устройства, а также повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез парогазогенератора, на фиг. 2 - выносной элемент A - продольный разрез форсунки смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 3 - разрез Б-Б - поперечный разрез форсунки смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 4 - разрез В-В - поперечный разрез форсунки смесительной головки парогазогенератора.
Парогазогенератор содержит камеру 1 и смесительную головку 2. Охлаждение камеры 1 осуществляется протоком балластирующего компонента по охлаждающему тракту 3.
Смесительная головка 2 состоит из блока подачи компонентов топлива 4, блока подачи балластирующего компонента 5 с огневым днищем 6, в котором выполнены сквозные каналы 7, форсунок 8, установленных по концентрическим окружностям.
Форсунка 8 состоит из полого наконечника 9, соединенного с полостью окислителя 10, форкамеры 11, охватывающей с кольцевым зазором 12 наконечник 9, при этом внутренняя полость форкамеры 13 сообщается с одной стороны с полостью окислителя 10 и полостью горючего 14, а с другой с полостью камеры 15. На наружной поверхности форкамеры 11 выполнены ребра 16.
Балластирующий компонент поступает из полости балластирующего компонента 17 в полость камеры 15 по кольцевым каналам 18, образованным форкамерами 11 и сквозными каналами 7, выполненными в огневом днище 6.
Предложенный парогазогенератор работает следующим образом. Окислитель из полости окислителя 10 по полому наконечнику 9 форсунки 8 поступает во внутреннюю полость форкамеры 13.
Горючее из полости горючего 14 по кольцевому зазору 12 между наконечником 9 и форкамерой 11 подается во внутреннюю полость форкамеры 13.
Балластирующий компонент, поступающий в парогазогенератор, разделяется на две части. Большая часть балластирующего компонента поступает в полость балластирующего компонента 17 и далее через кольцевые каналы 18 в полость камеры 15. Оставшаяся часть балластирующего компонента поступает в охлаждающий тракт 3 камеры 1 и далее в полость камеры 15.
Во внутренней полости форкамеры 13 происходит сгорание компонентов топлива. В полости камеры 15 высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива, поступающие из форкамер 11, разбавляются и охлаждаются балластирующим компонентом, поступающим из кольцевых каналов 18 и охлаждающего тракта 3 камеры 1.
Использование предложенного технического решения позволит снизить габариты и массу парогазогенератора, а также повысить однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.