ГЕНЕРАТОР ГОРЯЧЕГО ГАЗА

Генератор горячего газа относится к технике и технологиям, использующим выработку горячего газа переменной температуры, например, для установок получения порошков металлов или других веществ за счет распыления вырабатываемым газом расплавов.
Известна конструкция нагревателя газа в установке горизонтального распыления алюминия, состоящая из корпуса, канала подачи сжатого холодного газа, электрического нагревателя [1]. Однако, несмотря на свою конструктивную простоту, такой нагреватель требует значительных затрат электроэнергии, имеющую в настоящее время высокую стоимость, и не обеспечивает регулирование температуры газа при различных расплавах.
Поскольку основным специализированным оборудованием для осуществления производства металлических порошков являются распылительные камеры и устройства для распыления - форсунки, то преимущественным направлением повышения эффективности производства распыленных металлических порошков является изменение конструкций указанных устройств. Как правило, для получения распыленных порошков разных металлов используют соответствующие установки или осуществляют их переоборудование или переоснащение, которое может относиться к изменению схем нагревателей, генераторам газа, смесителям и прочее.
Известна конструкция горелки, которая обеспечивает получение высокотемпературной газовой струи (так называемый генератор газа) и которая содержит корпус, каналы подвода топлива (газа) и воздуха в корпус, завихритель воздуха, сверхзвуковую камеру сгорания с автономным подводом воздуха и вспомогательного горючего, продукты сгорания которого осуществляют интенсивное дробление жидкого топлива, его испарение и смешение паров топлива с воздухом и полноту сгорания [2]. Однако эта конструкция не
обеспечивает возможность регулирования расхода и температуры выходящей газовой струи.
В основу полезной модели положена задача создания генератора горячего газа, который обеспечит получение высокотемпературной газовой струи с возможностью регулирования расхода и температуры газа при экономном потреблении электроэнергии.
Поставленная задача решается тем, что генератор горячего газа, преимущественно для установки распыления расплавов, содержащий сверхзвуковую камеру сгорания с каналами автономного подвода воздуха и горючего газа, последовательно состыкованную со смесителем, имеющим корпус с каналами подвода холодного газа в корпус, согласно предложению снабжен сменным сопловым вкладышем, расположенным между камерой сгорания и смесителем, в смесителе соосно корпусу установлены втулки, на торцах которых выполнены тангенциальные каналы холодного газа из корпуса во внутренние полости втулок, а на выходе смесителя установлен дренажный узел, имеющий корпус, канал отбора газа, сменный жиклер, охлаждающий тракт с каналом подвода холодного газа, кроме того, на входном участке смесителя установлен датчик пламени.
Применение сверхзвуковой камеры сгорания, выполненной по схеме ракетного двигателя обеспечивает получение сверхзвуковой струи с температурой не менее 1500°С. Смеситель обеспечивает взаимодействие струи камеры сгорания с холодным газом, подаваемым в него через тангенциальные каналы на торцах втулок, снижая при этом температуру проходящих газов до требуемой величины. Число втулок выбирается исходя из требуемого диапазона регулирования температуры горячего газа. Тангенциальный подвод холодного газа обеспечивает создание возле внутренней стенки втулки газовой завесы, которая защищает конструкцию от воздействия высоких температур. Дренажный узел обеспечивает сброс избыточного расхода горячего газа, который регулируется сменным жиклером. Охлаждающий тракт способствует
снижению температуры газа в дренажном узле и, соответственно, на выходе из генератора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 дан общий вид генератора горячего газа; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1.
Предлагаемый генератор горячего газа содержит камеру сгорания 1 с каналами подвода воздуха 2 и горючего газа 3, состыкованную через сменный сопловой вкладыш 4 с корпусом смесителя 5. В корпусе смесителя выполнены каналы 6 подвода газа. В смесителе 5 соосно корпусу установлены сменные втулки 7, на торцах которых выполнены тангенциальные каналы 8 подвода холодного воздуха из корпуса смесителя в его полость. На выходе смесителя установлен дренажный узел 9, в корпусе которого выполнены канал 10 отбора газа, сменный жиклер 11, установленный, например, в ниппельное соединение, охлаждающий тракт 12 с каналом подвода холодного газа 13. На входном участке смесителя 5 установлен датчик пламени 14.
Генератор работает следующим образом.
Сверхзвуковая высокотемпературная струя газов, образующаяся в результате сгорания смеси горючего газа и воздуха в сверхзвуковой камере сгорания 1, истекает в смеситель 5. По каналам 6 и 13 в смеситель 5 и корпус дренажного узла 9 соответственно подается холодный газ. Холодный газ, поступающий в смеситель, проходя через щель между корпусом смесителя и втулками 7, охлаждая последние, поступает по тангенциальным каналам 8 втулок в полость смесителя. В последней осуществляется смешение продуктов сгорания, поступающих через сменный сопловой вкладыш 4, и поступающего по каналам холодного газа, в результате чего на выходе смесителя получается газовая смесь с заданной температурой. Холодный газ, подаваемый в дренажный узел, проходит по охлаждающему тракту 12, осуществляя охлаждение дренажного узла, и поступает затем в смеситель, также участвуя в охлаждении продуктов сгорания камеры сгорания.
Избыточный газ сбрасывается через жиклер 11 дренажного узла 9. Расход избыточного газа определяется диаметром отверстия сменного жиклера. Регулирование
температуры газа осуществляется изменением расхода холодного газа или продуктов сгорания камеры сгорания. Регулирование расхода холодного газа при заданном входном давлении и давлении в смесителе осуществляется установкой сменных втулок 7 с требуемой геометрией тангенциальных каналов 8 для обеспечения заданного расхода холодного газа. Регулирование расхода продуктов сгорания при заданном давлении в камере сгорания 1 осуществляется установкой соплового вкладыша 4 с требуемым диаметром критического сечения.
При отсутствии требований к поддержанию заданного давления в смесителе 5, расходы продуктов сгорания камеры и холодного газа могут регулироваться изменением входных давлений горючего газа и воздуха в камеру сгорания 1 и холодного газа в каналы 6 без замены втулок и соплового вкладыша.
Датчик пламени 14 обеспечивает контроль работы камеры сгорания и, в случае аварийного прекращения горения в камере сгорания, выдает сигнал, который может быть использован для подачи системе управления (если таковая имеется) команды перехода на аварийный режим работы, например, прекращение подачи газа и продувки холодным газом в течение определенного времени с дальнейшим выключением всей системы.
Пример конкретного выполнения.
В результате сгорания горючего газа и воздуха в сверхзвуковой камере сгорания 1 в смеситель 5 подают продукты сгорания при температуре не менее 1500°С. При подаче холодного газа по каналам 6 через тангенциальные каналы 7 втулок 8 осуществляется перемешивание газов с продуктами сгорания и последовательное снижение температуры горячих газов от 1500°С до требуемой температуры. Например, температура выхода газа из генератора для воздействия на расплавы алюминия обеспечивается 860°С, на расплавы цинка - 600°С, на расплавы свинца - 400°С.
Предложенный генератор горячего газа, обеспечивающий переменную, регулируемую температуру газа и его расход, может быть использован в области
металлургии и машиностроения, в частности в области порошковой металлургии при производстве распыленных порошков черных и цветных металлов.
Источники информации, принятые во внимание
1. Ничипоренко О.С. и др. Распыленные металлические порошки / О.С.Нечипоренко, Ю.И.Найда, А.Б.Медведовский. - Киев: «Наукова думка, 1980.-237 с. ил.
2. Патент RU 36135 U1, МПК7 F 23 C 1/00. Горелка многотопливная. Заявлено 29.10.2003. Опубл. 27.02.2004. Бюл.№6.