ГАЗОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к энергетике, а именно к водородной энергетике. Одной из проблем, существующих в настоящее время в данной области техники, является проблема надежности работы и снижение металлоемкости конструкции газогенераторов.
Известна вихревая водород-кислородная камера сгорания, содержащая запальное устройство, магистрали подвода и форсунки водорода и кислорода, камеры сгорания и смешения, закручивающие устройства, конический стабилизатор пламени, пламенную трубу, компенсатор тепловых расширений, жаровую трубу с перфорацией и отверстиями смешения, охлаждающий канал, тангенциальный ввод в одном сечении для подвода водяного пара. (см. патент RU №2539243 от 25.02.2013 г., кл. МПК F02K 9/64).
Недостатком указанной вихревой водород-кислородной камеры сгорания является возможность возникновения неустойчивого горения из-за недостаточно качественного смешения водяного пара с продуктами сгорания и образование локальных неравномерностей температуры по сечению камеры смешения.
Известен водородно-кислородный газогенератор, содержащий камеру сгорания, корпус, магистрали подачи водорода и кислорода, электросвечу, смесительный элемент и форсунками, суживающее сопло, внутреннюю охлаждаемую вставку, камеру смешения, магистраль подачи воздуха, состоящую из четырех отверстий, расположенных под углом 40…60° к оси камеры сгорания (см. патент RU №165761 от 04.05.2016 г., кл. МПК F23R 3/44).
Недостатком указанной полезной модели является то, что в данной конструкции водородно-кислородного газогенератора при недостаточном смешении балластировочного газа с продуктами сгорания может наблюдаться температурная неравномерность. Температурная неравномерность может привести к образованию термических жгутов, что негативно сказывается на работоспособности турбины и может привести к ее разрушению.
Наиболее близким из известных технических решений является способ образования газа в газогенераторе и газогенератор (варианты), содержащий камеры сгорания и смешения, магистрали подачи окислителя, горючего и балластировочной среды, запальное устройство и спиралевидные каналы (см. патент RU №2630625 от 03.06.2016 г., кл. МПК F02C 6/00), причем в камере сгорания формируется вихревая оболочка из балластировочной среды вокруг потока продуктов сгорания, движущегося направленно вдоль оси камеры сгорания.
Недостатком является значительная длина камеры сгорания и камеры смешения, что обусловлено радиальной неравномерностью распределения температур, вызванной низким качеством смешения низкотемпературной балластировочной среды и высокотемпературных продуктов сгорания.
Технический эффект, достигаемый предложенным газогенератором, заключается в повышении качества смешения балластировочной среды с продуктами сгорания и уменьшении массогабаритных характеристик за счет эффективного эжектирования продуктов сгорания балластировочной средой к стенке камеры смешения, высокой турбулизации потока и укорочения продольной длины газогенератора. Увеличение расхода балластировочной среды приводит к увеличению эжектирования и температурной равномерности потока на выходе газогенератора.
Данный технический эффект достигается в газогенераторе, содержащем корпус, запальное устройство, камеру смешения и расположенные в ней датчики определения параметров полученной смеси, камеру сгорания, на начальном участке которой расположен ввод балластировочной среды, выполненный в виде вставки со спиральными сопловыми каналами, причем к газогенератору подведены магистраль подачи окислителя, магистраль подачи горючего, магистраль подачи балластировочной среды, в которой на входе в камеру сгорания установлен регулятор расхода, отличающийся тем, что камера смешения имеет диаметр поперечного сечения больше, чем камера сгорания, и она выполнена в виде диффузора с короткой цилиндрической частью после расширения.
Суть полезной модели поясняется на фиг. 1, где показано, что в состав газогенератора входят:
1 - корпус;
2 - запальное устройство;
3 - магистраль подачи окислителя;
4 - магистраль подачи горючего;
5 - магистраль подачи балластировочной среды;
6 - камера смешения;
7 - камера сгорания;
8 - спиральные каналы;
9 - датчики определения параметров полученной смеси;
10 - автоматическая система управления технологическим процессом (АСУТП);
11 - регулятор расхода балластировочной среды.
Конструктивно газогенератор содержит корпус 1, запальное устройство 2, магистрали подачи окислителя 3, магистраль подачи горючего 4 и магистраль подачи балластировочной среды 5, камеру смешения 6, камеру сгорания 7, между внешней и внутренней стенками которой установлены спиральные каналы 8. В камере смешения 6 установлена система измерения параметров продуктов сгорания 9, которая соединена с АСУТП 10, которая далее соединяется с регулятором расхода 11.
Работа газогенератора осуществляется следующим образом. По магистралям подачи окислителя 3 и горючего 4 подаются компоненты топлива в камеру сгорания 7, где с помощью запального устройства 2 произсходит их поджиг. Продукты сгорания двигаются вдоль оси камеры сгорания 7. Одновременно с поджигом компонентов в спиральные каналы 8 через магистраль 5 подается балластировочная среда, которая проходит вдоль стенки камеры сгорания 7 по каналам 8. В камеру смешения 6 балластировочная среда попадает из спиральных каналов 8, где происходит их смешение с продуктами сгорания за счет процесса турбулизации, после чего производятся измерения параметров полученной смеси с помощью датчиков определения параметров полученной смеси 9. Далее АСУТП 10 проводят анализ результатов измерений параметров полученной смеси, на основании которого проводят корректировку расхода балластировочной среды посредством регулятора расхода 11.
Преимуществом приведенного газогенератора являются уменьшенные массогабаритные характеристики газогенератора и повышенное качество смешения низкотемпературной балластировочной среды с высокотемпературными продуктами сгорания водорода в кислороде за счет использования камеры смешения, имеющей диффузор с короткой цилиндрической частью после расширения.
Таким образом, реализация данной полезной модели приведет к повышению долговечности и надежности энергоустановок.