ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ЗЕРНОСУШИЛКИ
DIRECT ACTION HEAT GENERATOR FOR GRAINWORKING

Изобретение относится к нагревательным устройствам, использующим теплоту от сгорания топлива, в частности к сушке фуражного, семенного зерна на зернодворах, для сушки различных семян технических культур, а также различных сыпучих материалов в других отраслях промышленности.
Создание высокоэффективных зерносушилок с теплогенератором, обладающих пожаробезопасностью, простотой устройства и эксплуатации, качеством работы и гибкостью управления технологическим процессом сушки, является актуальной проблемой в настоящее время.
Известны зерносушильные установки, где используются вертикальные шахты с теплогенератором RU: 49200, 60691, 83602, 2227880, 2394195.
Однако в известных зерносушилках, где применены теплогенераторы, основным недостатком является то, что они имеют камеру сгорания с низкой эффективностью искрогашения пламени сгорания смеси, обусловленное неравномерной подачей газа по центру камеры сгорания, в результате боковые стенки ее в зоне максимального расширения пламени получают большие каверны (сгорание) металла; в этих местах касания металл прогорает, и пламя начинает поступать в сторону охладительных продольных трубопроводов, закрепленных к кожуху, охватывающему по наружному диаметру корпус камеры сгорания. В результате чего не обеспечивается надежная защита корпуса камеры от пожароопасного действия. Кроме того, в результате этого происходит невысокое качество сушки зерна, увеличение энергозатрат и потребления топлива (например, газа).
Известны также карусельные сушилки, где используют теплогенератор прямого действия RU: 16865, 2118772, 2212042, 2219447, 2426047, 2493514, 2425308.
Однако и в известных сушилках использование теплогенераторов прямого действия сопряжено с теми же недостатками, которые описаны выше.
Известны теплогенераторы SU: 364757, 590573, 1133465.
Недостатком конструкции указанных теплогенераторов является во всех случаях расширение в камере сгорания пламени до максимальных его размеров в своем объеме, в результате воспламенение газовой смеси также приводит к большим кавернам в металле корпуса рабочей камеры, в этом случае пламя может поступать через каверны (прожигая металл) в воздухонагревательном канале, подключенные на входе с торца корпуса и вдоль его длины по периферии корпуса.
Известен теплогенератор, включающий корпус, жаровую трубу с отверстиями, топливную форсунку, завихритель, диффузор подвода воздуха, выходное сопло, при этом подвод воздуха в камеру сгорания осуществляется воздушным инжектором, внутри которого на выходе располагается топливный эжектор (ПМ RU №29130, F26В 3/02 от 27.04.2003).
Недостатками устройства являются неравномерный нагрев зерна из-за того, что происходит интенсивное одновременное перемешивание горючей смеси воздушно-вихревым потоком, выходящим из лопаточного завихрителя, увеличение энергозатрат и потребление топлива, а также пожароопасность, которая вызвана конструкцией переходного конуса, завихрителя, камеры сгорания, состоящей из жаровой трубы, размещенной в кожухе.
Наиболее близким, принятым за прототип, является теплогенератор прямого действия, включающий отверстие для воздуха из воздушного канала тепловентиляционной системы сушилки, воздуховод, завихритель, камеру сгорания, топливный насос высокого давления, интифтовую форсунку, отбор воздуха для подачи в камеру сгорания осуществляется из зоны теплообмена между поверхностью камеры сгорания и свежим воздушным потоком через патрубок, установленный в сечении выхода дымовых газов из камеры сгорания (Патент RU №2593326, F26В от 11.03.2015).
Однако известное устройство теплогенератора, имея высокий к.п.д., при работе на топливе не позволяет получать газовоздушную смесь без продуктов неполного сгорания в широком диапазоне регулирования температур. Кроме того, оно имеет высокий удельный расход топлива и недостаточно соответствует требованиям, предъявляемым к сушильным камерам зерна со стороны системы воздухообогрева. Область зоны горения топлива непосредственно воздействует на внутренние стенки камеры сгорания, что ведет их к разрушению при небольшом времени эксплуатации, в частности в местах расширения пламени, соответственно, образуются многочисленные каверны (прожигание металла) и выход пламени наружу в сторону воздуховода, т.е. увеличение энергозатрат и потребление топлива, а также резко повышает пожароопасность теплогенератора из-за возникновения прожигания корпуса камеры сгорания в местах максимального расширения пламени при сгорании газа.
При создании изобретения перед автором стояла задача создания расширения конструкции теплогенератора для карусельных сушилок, в том числе и более универсальное топочное устройство с теплообменником, камерой сгорания в зоне воспламенения газовой смеси горелки, т.е. с лучшими техническими и эксплуатационными характеристиками.
Техническим результатом является расширение функциональных характеристик топочного устройства с теплообменником, с целью улучшения, в том числе повышение качества сушки зерна, снижение энергозатрат, повышение точности контроля температуры, экономия в потреблении топлива, повышение пожароопасности, а также усовершенствование теплогенератора.
Заявленный технический результат достигается тем, что в теплогенераторе прямого действия для зерносушилки, включающем отверстие для забора воздуха из воздушного канала тепловентиляционной системы сушки, воздуховод, камеру сгорания, топливный насос высокого давления, форсунку, патрубок, установленный в сечении выхода дымовых газов из камеры сгорания, она в поперечном сечении имеет, по крайней мере, один отражатель в зоне максимального расширения воспламенения газовой смеси, выполненный в виде обечайки пустотелого усеченного конуса и соединенный с внутренней стенкой камеры сгорания, а один конец обечайки пустотелого усеченного конуса свободен и размещен под углом к стенке камеры сгорания в сторону движения горения газовой смеси, при этом камера сгорания на входе имеет распределительный узел в виде смесительного патрубка с входными каналами, отверстия которых подсоединены к нагнетательному устройству в виде импеллера, холодный сжатый воздух которого подается в распределительный узел и газ, имеет свечу зажигания, при этом камера сгорания снабжена дополнительно экраном в виде тарелки, установленной в пространстве соосно выходному уменьшающемуся отверстию усеченного конуса, диаметр которой равен или больше, чем диаметр выходного отверстия усеченного конуса, причем свободное пространство под тарелкой сообщено посредством выходного патрубка с зоной нагретого воздуха, расположенной в зоне вентилятора, соединенного корпусом через второй патрубок с окном сушильной камеры, при этом устройство для регулирования зоны нагретого воздуха, размещенное после вентилятора во втором патрубке, выполнено со струенаправляющей системой в виде горизонтальных жалюзи с возможностью управления ими с помощью тяги с поворотной ручкой, выполненной снаружи патрубка с горизонтальной рейкой в виде зубчатых выступов.
Кроме того, корпус камеры сгорания с наружной стороны выполнен с перегородками с образованием продольных каналов подвода холодного воздуха.
Кроме того, между наружным корпусом камеры сгорания с перегородками и кожухом теплогенератора, в котором размещена камера сгорания, образованы теплообменники, выполненные в виде продольных трубок, расположенных по периметру и длине камеры сгорания и помещенных внутрь цилиндрических корпусов, жестко соединенных между собой.
Кроме того, узлы теплогенератора, коммутируемые со смесительным патрубком, который связан с камерой сгорания, сообщены с ним через обратные клапаны.
Кроме того, экран в виде тарелки закреплен к выступам, которые вторым концом закреплены к стенкам выходного патрубка.
Кроме того, внутренняя поверхность экрана со стороны касания пламени покрыта пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала.
Кроме того, он снабжен автоматической системой управления, выполненной в виде пульта управления, снабженного измерителем для регулировки температуры теплоносителя и зерна.
Наличие таких конструктивных признаков, как выполнение отражателя в виде усеченного конуса, соединенного с внутренней стенкой камеры, а второй конец свободен и размещен под углом к стенке камеры сгорания в сторону движения горения газовой смеси, играет положительную роль в том, что это позволяет защитить боковые стенки камеры сгорания от прожигания высоким пламенем и продлить срок службы топочной камеры сгорания теплогенератора, так как отсутствуют резкие перепады в местах нагрева металла непосредственно в зоне расширения пламени на стенки корпуса камеры сгорания, есть возможность направить пламя горелки по длине камеры сгорания и обеспечить наименьшее сопротивление в заявленном теплогенераторе по всему поперечному сечению, в котором засасывается атмосферный воздух в пространство между корпусом камеры сгорания и ее кожухом над ней, и воздух в которых подогревается в конце трубок до необходимой температуры, смешивается, далее подается вентилятором через размещенную струенаправляющую систему в карусельную зерносушилку планового расположения. При этом отражатель с внутренней стороны, расположенный под углом в камере сгорания, дополнительно выполнен экраном и покрыт пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала.
При этом пламя газовой смеси сразу не поступает в выходной патрубок с вентилятором с подогретым воздухом из-за устройства, размещенного навстречу дополнительного экрана в виде тарелки, установленной в пространство соосно пустотелому усеченному конусу, образованного отражателем внутри камеры сгорания, при этом диаметр экрана равен или больше отверстия на выходе усеченного конуса в зоне воспламенения газовой смеси. Кроме того, свободное пространство под тарелкой сообщено посредством выходного (переходного) патрубка с вентилятором, который размещен в корпусе и засасывает нагретый воздух, причем объем корпуса последнего больше, чем объем патрубка, и сам корпус вентилятора связан через второй патрубок со струенаправляющей системой, далее с окном сушильной камеры. При этом снабжение выходного створа канала второго патрубка (после вентилятора), установленного перед окном сушильной камеры, снабжено горизонтальной жалюзийной системой, что обеспечивает подачу теплоносителя под разными горизонтальными углами, регулируя по отношению нагретого воздуха к общему направлению теплоносителя, т.е. забирая необходимое количество нагретого воздуха, а излишки могут выходить наружу, например, через предохранительный клапан.
Таким образом, длина пламени распространения газовой смеси сокращается в самой камере сгорания, повышается надежность работы, упрощается конструкция, достигается получение необходимой максимальной температуры теплоносителя и используется нагретый воздух для подачи в зерносушильную камеру. Кроме того, отсутствуют коррозионные явления, т.е. выгорания металла в корпусе камеры сгорания по внутренней поверхности камеры сгорания, как и отсутствует прямое воздействие пламени на стенки камеры сгорания. Все это в целом повышает пожаробезопасность теплогенератора, и в целом зерносушилки, рассчитанного по мощности работы топочного блока при дополнительном контроле термодинамических процессов (датчик движения воздухопотока), а это позволяет исключить работу горелки при нарушении правил безопасности или разгерметизации устройства - в отличие от аналогов карусельного (планового) типа зерносушилок.
Заявленный теплогенератор является ремонтопригодным, повышает экологическую безопасность устройства. Таким образом, возможность получения и регулируемого количества газообразного теплоносителя в виде изменяемого по направлению высокоскоростного потока позволяет осуществить при сгорании топлива (газа) в автоматическом режиме.
Блок управления исполнительными механизмами обеспечивается автоматическими приборами в виде блок-схем, которые не приводятся, так как они не относятся к существу заявляемого предложения. Можно только отметить, что управление устройством теплогенератором обеспечивается измерителем – регулятором, микропроцессором, например 2ТРМ1 (двухканальный), совместно с первичными преобразователями (датчиками), предназначенными для измерения и регулирования температуры и других физических параметров, т.е. с блоком управления, значения которых внешним датчиком может быть преобразовано в сигналы постоянного тока или напряжения. Сам прибор снабжен печатными платами с клавиатурой управления и т.д. (блок-схема не приводится, так как не относится к существу заявленного предложения). Схема блока может включать следующие режимы: «исходное», «наладка», «пуск», «работа», «остановка», «ожидание», «пароль», «тест» и «контроль». Например, в режиме «исходное» блок находится после подачи напряжения на него питающего напряжения, обеспечивает автоматическое поддержание заданного компонента, а после нажатия кнопки «пуск» переходит в режим «пуск» и т.д. Следует отметить то, что свеча зажигания срабатывает при подаче на нее напряжения питания, что приводит к воспламенению поступающего газа в камеру сгорания через смесительный патрубок, т.е. розжиг запальника. Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, однако который не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата для практического применения.
На фиг. 1 - блок-схема теплогенератора прямого действия в плане с разрезом по камерам для карусельной сушильной камеры; на фиг. 2 - вид спереди с торца на теплогенератор.
Теплогенератор прямого действия для зерносушилки состоит из кожуха 1, в который помещен корпус 2 со сквозными продольными воздушными трубками 3, помещенный между двумя корпусами 4 и 5, и камера сгорания 6 в виде топочного корпуса, наружная поверхность которой снабжена продольными перегородками 7 (ребрами), образующими сквозные каналы 8 для поступления охлаждающего атмосферного воздуха. При этом через воздушные трубки 3 происходит поступление атмосферного воздуха, подогретого в конце до необходимой температуры, воздух смешивается в конце и подается в выходной патрубок 9, соединенный с насадком 10 и с корпусом вентилятора 11, дальше подогретый воздух поступает во второй патрубок 12 со струенаправляющей системой 13, откуда теплоноситель поступает через окно в сушильную камеру 14.
Внутренняя поверхность стенки камеры сгорания 6 снабжена в сторону максимального расширения воспламенения газовой смеси с расположенным участком из отражателя 15, при этом свободные концы его расположены под углом в стенке камеры сгорания 6 в сторону движения горения газовой смеси и имеют вид обечайки пустотелого усеченного конуса, т.е. по внутренней поверхности (окружности) камеры сгорания 6. При этом с внутренней стороны (со стороны пламени поверхность стенки отражателя 15 покрывают пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала.
Экран 16 в виде тарелки закреплен в пространство камеры сгорания 6 соосно (по центру) выходному отверстию усеченного конуса 15 (отражателя), направляющего пламя на экран 16, и со стороны касания пламени также покрывают поверхность пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала. При этом диаметр экрана 16 равен или больше диаметра выходного отверстия усеченного конуса, выполненного отражателем 15. Подачу подогретого воздуха через окно сушильной камеры 14 в свою очередь регулируют струенаправляющей системой в виде горизонтальных жалюзи 13 (пластин), соединенных через тягу с поворотной ручкой 17 с горизонтальной рейкой в виде зубчатых выступов (не показано). Второй выходной патрубок 12 после вентилятора 11 может быть закрыт струенаправляющей системой 13. Распределительный узел включает патрубок 18, в стенках которого выполнены отверстия 19, соединенные с каналами связи с дистанционно управляемыми запорными кранами 20, обратными клапанами 21, предохранительным кланом 22, подачей газа 23, импеллером 24 для нагнетания атмосферного воздуха, одновременно включается свеча зажигания 25.
Камера сгорания 6 на входе имеет распределительный узел в виде смесительного патрубка 18 с входными каналами связи, отверстия 19 которых присоединены к нагнетательному устройству в виде импеллера 24, холодный сжатый воздух которого подается в распределительный узел.
Управление исполнительными механизмами импеллера 24 обеспечивается автоматически приборами блок-схемами, которые не приводятся, так как не относятся к существу заявленного предложения. Обратные клапаны, используемые в конструкции импеллера, не отличаются от конструкции известных, их рабочие характеристики должны соответствовать режимам работы импеллера. Таким образом, форсунка, снабженная аппаратурой для регулирования количества газа, поступившего на горение и к приборам подачи газа при нарушении процесса горения, управляется каналом связи блок-схемы. Устройство 26 выполнено для удаления продуктов сгорания. Насадок 10 перед вентилятором 11 снабжен предохранительным клапаном 27.
Теплогенератор прямого действия для зерносушилки работает следующим образом.
Для запуска теплогенератора в работу по команде системы управления импеллера 24 начинает подавать атмосферный воздух в патрубок 18 через сквозное отверстие 19 по каналу связи. Далее по команде системы управления в полость камеры сгорания 6 начинается подача газа 23, находящегося под давлением атмосферного воздуха, одновременно включается свеча зажигания 25. Воспламенение топлива - газа в камере сгорания одновременно приводит к мгновенному возрастанию как температуры газов, так и давления их вместе в зоне камеры сгорания 6. В камере сгорания и смешения горячее газифицированное топливо при большом количестве воздуха от импеллера 24 быстро сгорает, образуя факел, вызывая при этом высокую теплонапряженность топочного устройства, ограниченного экраном 16 в виде тарелки. Пламя ядра факела концентрируется перед дополнительным экраном 16, выполненным в виде тарелки к ее центру, благодаря направленному движению с помощью расположенного отражателя 15 (в виде отдельно закрепленного пояска) и выполненного в продолжении в виде пустотелого усеченного конуса, при этом топливо выгорает до полного сгорания и пламя гаснет, экран создает сплошной заслон для выпускных газов, которые выходят затем из камеры сгорания в дымовую трубу, а образующие при этом засасываемый атмосферный забор воздуха поступает как в пространство между корпусом 5 и камерой горения 6 с направляющими продольными перегородками 7, образующие сквозные каналы 8 и воздушные трубки 3, в конце воздух подогревается до необходимой температуры (высокоскоростного теплового потока) и через выходной патрубок, вентиляционную установку 11 поступает через жалюзийную систему 13, размещенную во втором патрубке 12, далее через окно в сушильную камеру 14. Жалюзийная система 13 обеспечивает подачу подогретого воздуха под разными углами при помощи соединенной с тягой с поворотной ручкой 17 снаружи патрубка 12 с горизонтальной рейкой в виде зубчатых выступов (не показано), плавно регулируя (без скачков) теплоноситель с целью уменьшения гидравлического удара в вентиляционной установке, при этом забирая необходимое количество подогретого воздуха из топочного устройства с теплообменником, в свою очередь это позволяет через стенку патрубка с отверстием, перекрываемого сбросным клапаном, проводить частичный сброс выработанного воздуха в атмосферу.
2
При достижении в камере сгорания 6 заданного давления согласно закону Гей-Люссака газы при постоянном давлении расширяются пропорционально повышению температуры, причем все газы имеют практически один и тот же коэффициент «α» теплового расширения. Вязкость углекислого газа, например, равная 0,16 мПз, при температуре 20°С при атмосферном давлении увеличивает повышение давления до 50 кг/см, поэтому сгоревший газ выходит через патрубок, установленный в сечении выхода дымовых газов из камеры сгорания.
В работе камеры гашения 6 происходит выделение большого количества тепла, поступающего на теплоотдачу нагрева атмосферного воздуха при управлении его жалюзийной системой. Таким образом, размещение обечайки из отражателя 15 под углом по внутреннему диаметру камеры сгорания 6, имеющим угол наклона (сужения в виде сопла) в сторону размещения дополнительного экрана 16 в виде тарелки, позволяет максимально уменьшить контакт пламени в точках его соприкосновения с корпусом камеры сгорания и резко повышает пожаробезопасность теплогенератора в целом.
При этом дозирование топлива (газа) в смеси с воздухом осуществляется по команде системы автоматического управления за счет регулирования продолжительности горения топлива в камере сгорания 6. Так как стенки камеры сгорания достаточно защищены, но прогреты, то засасываемый атмосферный воздух через пространство между продольными перегородками 7 (ребрами) и трубок 3 в конце подогревается до необходимой температуры, способствуя далее поступлению теплоносителя в сушильную камеру 14, при этом эффект нагрева за счет пламени воспламенения в камере сгорания еще достаточно сильный при горении топлива, а благодаря наличию экрана 15, покрытого пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала, на внутренних стенках камеры сгорания 6 отсутствуют каверны (прогорание металла).
По команде с пульта управления, когда завершается сушка зерна и процесс сгорания топлива (газа) прекращается, происходит остановка камеры сгорания, и происходит сброс остатков газовой смеси из камеры сгорания 6 через дымовой патрубок. Устройство 26 выполнено для удаления продуктов сгорания в камере сгорания (на чертеже конструкция не раскрыта, так как не относится к существу заявленного предложения), а насадок 10 перед вентилятором 11 снабжен предохранительным клапаном 27.
Далее все повторяется до прогрева камеры сгорания, до уровня, способного обеспечить получение нагретого воздуха до необходимой температуры, и воздух подается в сушильную камеру зерна.
Предлагаемый теплогенератор работает в автоматическом режиме и обеспечивает повышенную надежность и устойчивость в работе.
Применение предлагаемого изобретения позволит более полно использовать теплогенератор для сушки зерна в зерносушилке.
Конструкция теплоносителя обеспечивает полное сгорание топлива, что повышает к.п.д. камеры сгорания, следовательно, рабочий газ значительно экономичнее расходуется для зерносушилки. Сочетание работы отражателя и его поверхности покрытия, а также с дополнительным экраном в виде тарелки, установленным соосно с расположением обечайки отражателя в виде усеченного конуса, может способствовать работе под действием статического давления при сгорании топлива в автоматическом режиме, позволяет продлить срок службы топочных блоков, так как нет резких перепадов в нагреве металла, дает возможность сушки различных культур и семян, т.к. есть возможность вести сушку в самом щадящем режиме при заданных температурах, резко повышает пожаробезопасность в целом зерносушилки, уменьшает расход топлива (газа), рассчитанного по мощности работа топочного блока (камеры сгорания) и импеллера при дополнительном контроле термодинамических процессов (датчик движения воздуха), а также исключить работу горелки при нарушении правил безопасности или разгерметизации сушилки - в отличие от различных аналогов горизонтальных зерносушилок с теплогенератором прямого действия. Кроме того, заявленный теплогенератор имеет высокую ремонтопригодность, включая и конструкцию жалюзийной системы, которая обеспечивает равномерную и плавную подачу теплоносителя под разными углами, по отношению к направлению основного потока подогретого воздуха, направляемого вентилятором под давлением в сушильную камеру.
Преимущество также предложенного теплогенератора заключается в многообразии выбора режимов для сушки различных семян, зерна и т.п. материалов, позволяет повысить эффективность и экономичность процесса сушки и значительно уменьшить контакт пламени с внутренними стенками камеры сгорания в отдельно взятой ее зоне.