СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ПАРА В ПАРОГАЗОГЕНЕРАТОРЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR STEAM GENERATION IN STEAM-GAS-GENERATOR AND DEVICE FOR ITS REALISATION

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 (см. заявку РФ №93 009679/06/008853).
Известен способ работы парогазовой установки (парогазогенератора), включающий сжигание топлива, подогрев рабочего тела, генерацию водяного пара (см. патент РФ №2174615, кл. МПК7 F02C 6/18 от 12.09.1996 г. - прототип).
Известно устройство для получения высокотемпературного пара (см. 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 (см. патент РФ №2283456 от 12.20.2004 г., кл. МПК F22В 1/22 - прототип).
Общим недостатком известных технических устройств является их недостаточная эффективность работы, сложность конструкции и низкая надежность при высоких тепловых нагрузках конструкционных элементов.
Целью предлагаемого технического решения является устранение указанных недостатков, а именно повышение эффективности, снижение тепловых нагрузок на элементы конструкции устройства за счет более эффективного охлаждения, упрощение конструкции.
Указанная цель достигается за счет того, что в известном способе, основанном на сжигании компонентов топлива, испарении воды и разогреве пара за счет полученной энергии, согласно изобретению сначала образуют в камере сгорания водяную вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области, внутри этой области сжигают компоненты топлива, а интенсивное испарение воды и разогрев пара осуществляют после свертывания вихреобразной водяной оболочки.
Предлагаемый способ реализован в парогазогенераторе, содержащем камеру сгорания, запальное устройство, испарительную камеру, устройство подвода воды, в котором согласно изобретению подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания (возле головки) и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в испарительной камере установлена диафрагма, выполненная в виде сопла, расположенного в месте свертывания вихреобразной водяной оболочки, причем диафрагма расположена широким срезом сопла внутрь камеры испарения.
Схема предлагаемого устройства представлена на чертеже, где:
1) корпус камеры сгорания;
2) смесительная головка;
3) камера сгорания;
4) втулка с тангенциальными отверстиями;
5) сопло;
6) камера испарения;
7) запальное устройство;
8) свеча;
9) магистраль подачи окислителя;
10) магистраль подачи горючего;
11) магистраль подачи воды;
12) датчик давления;
13) датчик температуры;
14) выход высокотемпературного пара.
К корпусу 1 с одной стороны подсоединена смесительная головка 2, а с другой - камера сгорания 3. В верхней части камеры сгорания 3 расположена втулка с тангенциальными отверстиями 4, а в нижней части - сопло 5 срезом вовнутрь камеры испарения 6, соединенной с нижней частью камеры сгорания 3. Кроме того, парогазогенератор снабжен запальным устройством 7 со свечой 8, магистралями подачи окислителя 9, горючего 10 и воды 11, а также датчиками давления 12 и температуры 13. Выход высокотемпературного пара 14 выполнен в виде конфузора.
Перед началом работы устройства открывается магистраль подачи воды 11. Вода, проходя по втулке с тангенциальными каналами 4, закручивается и образует в полости камеры сгорания вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области (на чертеже показана пунктиром).
Затем по магистралям окислителя 9 и горючего 10 подают компоненты в смесительную головку 2. Запальное устройство 7 с помощью свечи 8 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 5, широким срезом направленного в камеру испарения 6, 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 5 его статическая температура падает.
Разогретый в камере испарения 6 высокотемпературный пар через выходное устройство 14 выходит наружу для дальнейшего потребления.
Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволит осуществить более эффективную и надежную работу газогенератора при отсутствии сложных теплообменных устройств.