ПАРОГЕНЕРАТОР
STEAM GENERATOR

Изобретение относится к энергетическим установкам, производящим пар высоких параметров, получаемый за счет энергии, выделяемой при сгорании водорода или природного газа (ПГ) в кислороде.
Известна конструкция смесительной головки водородно-кислородного парогенератора (патент RU 2379590, F23D 14/62, F02K 9/44, 2008) и конструкция смесительной головки метано-кислородного парогенератора (патент RU 2555598, F23D 14/62, 2014), в которых для обеспечения охлаждения внутренней стенки камеры сгорания парогенератора в огневом днище смесительной головки у внутренней стенки камеры сгорания выполнены отверстия для подачи воды на пленочное охлаждение.
Недостатком данной конструкции является то, что обратные токи с температурой порядка 700÷800 К у смесительной головки, которые реализуются в результате сгорания компонентов топлива, защищая огневое днище от более высоких температур (3500÷3600 К) одновременно частично размывают водяную завесу, которая поступает из отверстий, расположенных в огневом днище смесительной головки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является конструкция водородно-кислородного парогенератора для получения водяного пара (патент RU 2309325, F22B 1/26, 2005, прототип), в состав которого входит смесительная головка с триплетными смесительными элементами, представляющими собой комбинацию из трех струйных форсунок - одной форсунки окислителя (кислорода) и двух форсунок горючего (водорода), оси которых пересекаются в одной точке. На огневом днище смесительной головки расположены отверстия для подачи воды на пленочное охлаждение внутренней стенки камеры сгорания.
Недостатком данной конструкции же является возможность размыва обратными токами у смесительной головки водяной завесы, которая из отверстий в огневом днище поступает на внутреннюю стенку камеры сгорания. В результате размыва водяной завесы повышается температура внутренней стенки камеры сгорания, что может привести к образованию пролизов и даже прогару, что снижает ресурс работы парогенератора.
Кроме того, от каждой периферийной форсунки образуется линия тока продуктов сгорания, которые, натекая на внутреннюю стенку камеры сгорания, размывают завесу и создают зоны с повышенной температурой. Наличие зон с повышенной температурой может привести к прогару внутренней стенки камеры сгорания и существенному снижению длительности работы конструкции. В настоящее время к парогенераторам предъявляется требование по обеспечению длительности работы конструкции до 300+500 часов без проведения регламентных работ.
Данное изобретение решает техническую задачу повышения эффективности процесса горения в районе головки у внутренней стенки камеры сгорания, увеличивает ресурс работы парогенератора, устраняет указанные недостатки прототипа.
Поставленная техническая задача решается тем, что в парогенераторе, содержащем запальное устройство с электросвечой, смесительную головку с магистралями подвода окислителя и горючего, камеру смешения с отверстиями для подачи балластировочной воды, согласно изобретению камера сгорания с каналами тракта охлаждения выполнена выпуклой формы с центром вращения образующей вокруг оси камеры сгорания и состоит из двух частей, жестко и герметично соединенных между собой, с уступом, выполненным на внутренней стенке первой части, в котором имеются отверстия под углом к продольной оси камеры сгорания, соединенные с трактом охлаждения для организации завесного охлаждения внутренней стенки второй части камеры сгорания.
Такое выполнение конструкции парогенератора позволяет реализовать следующие процессы:
1) В камере сгорания происходит сгорание компонентов топлива при температуре 3500÷3600 К с образованием обратных токов температурой 700÷800 К, которые защищают огневое днище головки.
2) Компоненты топлива, вытекая из форсунок, преобразуются в продукты сгорания и по линиям тока расширяются под углом 8-10° к продольной оси камеры сгорания. Они плавно касаются (за счет выпуклой формы) первой части внутренней стенки камеры сгорания. В районе второй внутренней стенки камеры сгорания, где реализуются высокие тепловые потоки водяная завеса за счет постепенного сужения (наличие положительного градиента давления) надежно прижимается к внутренней стенке, обеспечивая ее надежную защиту.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами:
На фиг. 1 показан парогенератор, включающий в себя запальное устройство 1 с электросвечой 2, смесительную головку 3 с магистралями подвода окислителя 4, горючего 5, камеру сгорания выпуклой формы 6 с магистралью подвода воды на охлаждение 7, каналами тракта охлаждения 8 и отверстиями 9 для завесного охлаждения второй части камеры сгорания 6, камеру смешения 10.
На фиг. 2 показано место соединения двух частей выпуклой камеры сгорания 6 с выполненными отверстиями 9 в первой части камеры сгорания 6.
На фиг. 3 показано расположение отверстий 9 относительно оси Х-Х камеры сгорания 6 под углом α.
Парогенератор работает следующим образом.
Небольшой расход компонентов топлива поступает в запальное устройство 1, где происходит их воспламенение с помощью электросвечи 2 и запальный факел поступает в камеру сгорания 6. Основной расход компонентов топлива поступает в смесительную головку 3 по магистралям окислителя 4 и горючего 5, а затем из форсунок в камеру сгорания 6, где происходит их воспламенение от запального факела. Одновременно с подачей основного расхода компонентов топлива начинает поступать вода по магистрали 7 в каналы тракта охлаждения 8 первой части камеры сгорания 6. При этом компоненты топлива, вытекая из форсунок, образуют линии тока продуктов сгорания, которые плавно касаются внутренней стенки первой части камеры сгорания 6 в районе смесительной головки 3. В наиболее напряженной, в тепловом отношении, зоне вода поступает из отверстий 9 колец завесы, соединенные с трактом охлаждения 8 первой части камеры сгорания 6, и надежно прижимается продуктами сгорания к внутренней стенке второй части камеры сгорания 6, осуществляя ее защиту.
Предложенное техническое решение обеспечивает более надежное охлаждение внутренней стенки камеры сгорания и повышает длительность работы парогенератора.