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 корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, промежуточное днище, расположенное между корпусом и нижним днищем, коллектор окислителя, установленный на корпусе, и форсунки, равномерно расположенные по окружности и состоящие из осевого канала, выполненного глухим со стороны его входной части, соединенного при помощи тангенциальных отверстий, расположенных равномерно по окружности, с полостью горючего, кольцевого канала с тангенциальными отверстиями, расположенными равномерно по окружности и выходящими в полость окислителя, расположенного коаксиально осевому каналу, форкамеры, являющейся продолжением кольцевого канала, сообщенной с одной стороны с кольцевым каналом и осевым каналом, а с другой стороны  - с полостью камеры парогазогенератора, при этом на торце форсунки вокруг форкамеры выполнены отверстия, соединяющие полость балластирующего компонента, преимущественно, воды, с полостью камеры парогазогенератора, причем полость тракта регенеративного охлаждения камеры соединена с полостью балластирующего компонента.
В варианте исполнения окислитель из полости окислителя подается в форкамеру форсунки через тангенциальные отверстия и отверстия, выполненные под углом к оси форсунки.
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 А - продольный разрез форсунки смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 3 - вид Б - вид на форсунку смесительной головки парогазогенератора со стороны нижнего днища, на фиг. 4 - разрез В-В - поперечный разрез форсунки смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 5 - разрез Г-Г - поперечный разрез форсунки смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 6 - продольный разрез форсунки смесительной головки парогазогенератора в варианте исполнения.
Парогазогенератор содержит камеру 1 и смесительную головку 2. Охлаждение камеры 1 осуществляется протоком балластирующего компонента по охлаждающему тракту 3.
Смесительная головка 2 состоит из корпуса 4, на торцах которого закреплены верхнее днище 5 и нижнее днище 6, промежуточного днища 7, расположенного между корпусом 4 и нижним днищем 6, коллектора окислителя 8, закрепленного на корпусе 4, и форсунок 9, расположенных равномерно по окружности. Корпус 4, верхнее днище 5, нижнее днище 6 и промежуточное днище 7 образуют полость горючего 10, полость окислителя 11 и полость балластирующего компонента 12 соответственно.
Форсунка 9 содержит осевой канал 13, выполненный глухим со стороны его входной части, соединенный при помощи тангенциальных отверстий 14, расположенных равномерно по окружности с полостью горючего 10, кольцевой канал 15 с тангенциальными отверстиями 16, расположенными равномерно по окружности и выходящими в полость окислителя 11, расположенный коаксиально осевому каналу 13, форкамеру 17, являющуюся продолжением кольцевого канала 15, сообщенную с одной стороны с кольцевым каналом 15 и осевым каналом 13, а с другой стороны - с полостью камеры парогазогенератора 18, при этом на торце форсунки 9 вокруг форкамеры 17 выполнены отверстия 19, соединяющие полость балластирующего компонента 12, преимущественно, воды, с полостью камеры парогазогенератора 18.
В варианте исполнения окислитель из полости окислителя 11 подается в форкамеру 17 форсунки 9 через тангенциальные отверстия 20 и отверстия 21, выполненные под утлом к оси форсунки.
Предложенный парогазогенератор работает следующим образом.
Горючее из полости горючего 10 через тангенциальные отверстия 14, выполненные в форсунке 9, поступает в осевой канал 13 и далее в форкамеру 17.
Окислитель из полости окислителя 11 через тангенциальные отверстия 16 поступает в кольцевой канал 15 и далее в форкамеру 17.
В форкамере 17 происходит смешение и сгорание компонентов топлива. Высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива поступают в полость камеры парогазогенератора 18.
Балластирующий компонент подается в охлаждающий тракт 3 камеры 1. После охлаждающего тракта 3 балластирующий компонент поступает в полость балластирующего компонента 12 и далее через отверстия 19, выполненные на торце форсунки 9 вокруг форкамеры 17, в полость камеры парогазогенератора 18.
В полости камеры парогазогенератора 18 высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива разбавляются и охлаждаются балластирующим компонентом.
В варианте исполнения окислитель, подается в форкамеру 17 через тангенциальные отверстия 20 и отверстия 21, выполненные под углом к оси форсунки 9.
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.