ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ
HEAT GENERATOR OF DIRECT ACTION

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 путем удаления из них влаги, и может быть использовано в сушилках зерновых и мелкосеменных культур и сыпучих материалов в других отраслях промышленности.
В настоящее время известны карусельные сушилки, где используются теплогенераторы прямого действия (RU №№16865, 2118772, 2212042, 2219447, 2426047, 2493514, 2425308).
Однако в известных зерносушилках с применением теплогенератора основным недостатком является то, что они имеют камеру сгорания с низкой эффективностью искрогашения пламени сгорания смеси, обусловленной 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 охлаждения продольных трубопроводов, закрепленных к кожуху, охватывающему по наружному диаметру корпус камеры. В результате чего не обеспечивается защита корпуса камеры от пожароопасного действия. Кроме того, поскольку пламя касается внутренних стенок камеры, пламя распространяется на большом расстоянии, а это требует увеличения самих размеров камеры, в частности ее удлинения, т.е. отсутствует зона ограничения распространения пламени по длине камеры, что приводит к повышенной материалоемкости теплогенератора, а также приводит к повышенному расходу топлива. Такой теплогенератор не позволяет поддерживать пламя в пределах сгорания топлива в заданном диапазоне высокоскоростного теплого потока на выходе из камеры сгорания в сторону вентилятора и регулировать положение пламени ядра факела в ограниченных размерах камеры сгорания.
Известен теплогенератор, включающий камеру сгорания, установленную коаксиально с кольцевым зазором в кожухе, патрубки для подвода холодных газов в зазор, смеситель на выходе камеры сгорания, огнеупорный рассекатель потока газообразного теплоносителя (Авторское свидетельство SU №590573, F26B 23/02 от 30.01.1978).
Однако недостатком данной конструкции является то, что она не может обеспечить получение высокоскоростного потока газообразного теплоносителя. Кроме того, сгорание топлива в камере не учитывает пламя, расширяющееся непосредственно перед огнеупорным рассекателем потока, имеющим конический участок, что приводит к быстрому выгоранию боковых стенок камеры; в этих местах металл прогорает, и пламя выходит наружу в сторону охладительных участков, этим не обеспечивается надежная защита корпуса камеры сгорания от пожароопасного действия, а также отсутствует регулирование положения пламени ядра факела в ограниченных размерах камеры сгорания.
Известна также камера сгорания газотурбинного двигателя, включающего корпус, жаровую трубу с отверстиями, топливную форсунку, завихритель, диффузор подвода воздуха, выходное сопло (Ю.М. Пчелкин. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, с. 163, рис. 9.1, 1973).
Однако теплогенератор обладает теми же недостатками, что и известный выше аналог: элементы конструкции усложняют решение задачи оптимального ограничения распространения пламени ядра факела в ограниченных размерах камеры. Кроме того, отсутствуют элементы в его конструкции, которые могли бы обеспечить подвижному экрану возможность занимать различные положения относительно кольцевого отражателя в виде усеченного конуса и увеличивать теплоотдачу теплового потока, и она недостаточно надежно защищена от пожароопасного действия.
Наиболее близким к изобретению является 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, F26B 23/02 от 27.04.2003).
Недостатком данного теплогенератора является следующее. Хотя равномерность температурного поля в камере несколько выше, что позволяет использовать его на проведение технологических операций по внепечному нагреву различных объектов, однако его функции ограничиваются обеспечением устойчивой работы камеры сгорания на разных режимах ее работы. Для равномерности температурного поля такого расположения и конструкции жаровой трубы недостаточно. Кроме того, изготовление подвижного управляющего насадка создает усложнение конструкции камеры сгорания, создает большие трения, заклинивания и сопротивления металла по металлу в плоскости, перпендикулярной оси расположения камеры, следовательно, регулирования управляющего насадка в отношении пламени ядра факела, происходит выгорание боковых стенок камеры при эксплуатации и не обеспечивается пожаробезопасность, и недостаточная надежность в работе при сгорании топлива, и выделения углекислого газа. Конструкция не позволяет эффективно использовать камеру сгорания.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание теплогенератора, в котором для подачи сжатого воздуха используется импеллер в режиме компрессора, создающего газодинамическую струю высокого давления, выходящую из сопла импеллера, с устройством регулирования пламени ядра факела по длине камеры сгорания за счет положения подвижного экрана в виде тарелки в плоскости внутри закрытой камеры сгорания без изменения ее габаритных размеров, следовательно, расширение пределов положения подвижного экрана с помощью роликов по внутренним продольным направляющим с корпусом, который имеет ограничители перемещения подвижного экрана с роликами, а также повышение пожаробезопасности.
Техническим результатом является использование для изменения температурного режима теплогенератора в процессе работы механизма подвижного экрана в виде тарелки в продольном направлении корпуса камеры горения, позволяющего изменить расстояние от выходного патрубка до максимального расширения пламени в сторону горения газовой смеси во время изменения интенсивности горения, подачи топлива и воздуха, что позволяет осуществить более равномерный разогрев камеры сгорания и участков ее поверхности при использовании воздухопроводящих каналов и обеспечивает надежность работы, а это позволит расширить его использование для сушилок зерновых.
Указанная техническая задача решается тем, что в теплогенераторе прямого действия, включающем корпус, топливную форсунку, выходное сопло, подвод воздуха в камеру сгорания от компрессора, компрессор выполнен в виде импеллера, а боковые внутренние стенки камеры сгорания оборудованы корпусом с продольными направляющими, в которых размещены с возможностью ограниченного перемещения ролики, связанные посредством пальца с подвижным экраном в виде тарелки, установленным в пространство соосно с отражателем, выполненным в виде усеченного конуса, который связан с боковыми внутренними стенками камеры под углом в зоне максимального расширения воспламенения пламени газовой смеси, при этом вогнутая стенка экрана, обращенного к выпускному патрубку камеры, связана при помощи механизма изменения зазора между усеченным конусом и экраном, который установлен подвижно, имеющим возможность перемещения в направляющих патрубка в зоне выхода теплоносителя.
Кроме того, механизм изменения зазора с помощью подвижного экрана выполнен в виде винтовой пары, которая состоит из регулировочного винта, помещенного в направляющую трубку, охватывающую винт, второй конец винта снабжен эксцентричным рычагом, имеющим возможность вращения в горизонтальном направлении.
Кроме того, с целью устранения заклинивания роликов в корпусе направляющих поверхности качения роликов выполнены коническими, а направляющие имеют ограничители.
Кроме того, внутренние поверхности усеченного конуса и подвижного экрана со стороны прямого касания пламени покрыты пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала.
В результате проведенного поиска по источникам научно-технической и патентной информации не было обнаружено устройство теплообменника с заявленной совокупностью существенных признаков, обеспечивающих такой же технический результат.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение обладает новизной, промышленно применимо и имеет изобретательский уровень, так как именно заявленная совокупность существенных признаков обеспечит достижение поставленной перед изобретателем задачи.
На фиг. 1 - блок-схема теплогенератора прямого действия в плане с разрезом по камерам для карусельной сушилки камеры; на фиг. 2 - вид спереди с торца на теплогенератор; на фиг. 3 - экран с роликами в направляющих корпуса; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3.
Теплогенератор прямого действия содержит кожух 1, в который помещены сквозные продольные трубки 2, зафиксированные между двумя корпусами 3 и 4, камеру сгорания 5, оборудованную корпусом с продольными направляющими 6 (ребрами), образующими сквозные каналы 7 для поступления охлаждающего атмосферного воздуха. При этом через воздушные трубки 2 происходит поступление атмосферного воздуха, подогретого в конце до необходимой температуры, воздух смешивается в конце и подается в выходной патрубок 8 с насадком 9, с корпусом 10. Дальше подогретый воздух поступает во второй патрубок 11, снабженный струенаправляющей системой 12, откуда теплоноситель поступает через окно в сушильную камеру 13.
Внутренняя стенка камеры сгорания 5 снабжена в сторону максимального расширения воспламенения газовой смеси участком из отражателя 14, для лучшей организации потока движения пламени в центральной части камеры сгорания 5, внутренняя плоскость отражателя 14 покрыта пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала, при этом свободные концы отражателя расположены под углом к стенке камеры сгорания 5 в сторону движения горения газовой смеси в виде усеченного конуса по внутренней окружности камеры сгорания 5. Теплогенератор снабжен подвижным экраном 15 в виде тарелки во внутреннем пространстве камеры сгорания 5 соосно (по центру) выходному отверстию усеченного конуса 14 (отражателя), направляющего пламя на подвижный экран 15, при этом со стороны касания пламени внутренняя плоскость подвижного экрана 15 также покрыта пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала. Диаметр подвижного экрана 15 равен или больше диаметра выходного отверстия усеченного конуса, выполненного отражателем 14. Подачу подогретого воздуха через окно сушильной камеры 13 регулируют струенаправляющей системой в виде горизонтальных жалюзи 12, соединенных через тягу с поворотной ручкой 16 с горизонтальной рейкой в виде зубчатых выступов (не показано).
Подвижный экран 15 в виде тарелки соединен посредством стержня с роликами 17, установленными в продольных направляющих корпуса 18, жестко связанных с боковыми стенками камеры сгорания 5. Для устранения возможного заклинивания роликов 17 с подвижным экраном 15 в направляющих корпуса 18 поверхности качения роликов 17 выполнены коническими, а беговые дорожки имеют соответствующие на обоих концах ограничители в направляющих корпуса 18.
Подвижный экран 15 в виде тарелки также, со стоны вогнутой стенки по центру его, закреплен при помощи трубки 19, а механизм 20 изменения зазора между усеченным конусом 14 и подвижным экраном 15 выполнен в виде винтовой пары 21 (например, втулки с резьбой), который помещен в направляющие 22 с трубкой 23, один конец винта 21 которого связан с эксцентричным рычагом 24, имеющим возможность вращения для горизонтального направления подвижного экрана 15 в виде тарелки.
Установка теплогенератора включает патрубок 25, в стенках которого выполнены сквозные отверстия 26, соединенные с каналами связи с дистанционно управляемыми запорными кранами 27, обратными клапанами 28, предохранительным клапаном 29, подачей газа 30, импеллером 31, работающим в режиме компрессора и нагнетания атмосферного воздуха (конструкция не приводится), одновременно включается свеча зажигания 32. Следует отметить, что устройство создания сжатого воздуха, выполненного в виде импеллера 31 в кожухе, движение воздуха происходит в закрытом пространстве, имеет корпус крепления и переходной участок, и работу в целом можно сравнить с работой компрессора, только для получения высокого давления воздуха. Управление исполнительными механизмами импеллера обеспечивается автоматически приборами и 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 режиму работы импеллера. Таким образом, форсунка, снабженная аппаратурой регулирования количества газа, поступающего на горение и к приборам подачи газа при нарушении процесса горения, управляется каналом связи блок-схемы. Устройство 33 выполнено для удаления продуктов сгорания. Насадок 9 перед вентилятором 10 снабжен предохранительным клапаном 34.
Теплогенератор прямого действия работает следующим образом.
При эксплуатации теплогенератора, в состав которого входит и импеллер 31, камера сгорания 5 включает подвижный экран 15 в виде тарелки, в нерабочем состоянии подвижный экран находится в одном из положений зафиксированным при помощи винтовой пары в виде втулки 20 с регулировочным винтом 21, а также в направляющих корпуса 18. Наличие механизма винта 21 изменения перемещения зазора между коническим отражателем 14 и подвижным экраном 15 в виде тарелки позволяет регулировать плотность пламени воспламенения горючей смеси, выходящей из полости отражателя 14, выполненного в виде усеченного конуса, и дальность распространения пламени и позволяет изменять его направление в обратную сторону в зазоры между стенками камеры сгорания и подвижного отражателя, что также позволяет исключить неравномерность нагрева стенок камеры сгорания 5 за счет растекания пламени перед уменьшающейся поверхностью усеченного конуса 14 (отражателя). Таким образом, при горении давление газа повышается и уравновешивается согласно отрегулированному положению подвижного экрана 15. Снабжение отражателя 14 и подвижного экрана 15 пластинами из полированного жаропрочного антикоррозионного материала уменьшает коррозию и различные отложения на их поверхности.
В работе камеры сгорания 5 в ее полости происходит выделение большого количества тепла, что вызывает большую теплоотдачу при заданном перепаде температур газа At в камере сгорания. Так как стенки камеры сгорания достаточно прогреты, то атмосферный воздух в каналах и трубках к концу смешения в отводящем патрубке с насадком достаточно прогрет в виде теплоносителя для зерносушилок зерновых.
Эффект равномерного распределения потоков пламени сгоревшего газа позволяет дополнительно повысить эффективность сгорания топлива (газа) за счет направленного атмосферного воздуха, насыщенного кислородом и поступающего от импеллера 30 (схема конструкции импеллера не приводится, так как само наименование устройства показывает преимущества перед известным компрессором, отличающимся по выработке атмосферного воздуха, т.е. импеллер подачу воздуха осуществляет строго в прямолинейном захвате из атмосферы, что отличает его от компрессора или вентиляторов, все это происходит на коротком участке камеры сгорания до перекрытия зоны подвижного экрана 15 в виде тарелки в полости камеры сгорания с отражателем, когда пламя воспламенения еще достаточно сильное при горении топлива).
По команде с пульта управления, когда завершается процесс сушки зерна, процесс сгорания определенного количества топлива (газа), происходит остановка работы камеры сгорания 5 и происходит сброс газовой смеси из камеры сгорания 5 в атмосферу, например, через дымовую трубу или через управляемый клапан.
Далее все повторяется до прогрева камеры сгорания до уровня, способного обеспечить получение высокой температуры при горении газа в полости камеры сгорания 5 и обеспечить эффективный нагрев воздуха (теплоносителя) для подачи его в сушильную камеру зерна. В целом это повышает КПД теплогенератора и улучшает его характеристики.
Предлагаемый теплогенератор работает в автоматическом режиме и обеспечивает повышенную надежность, устойчивость в работе и пожаробезопасность, уменьшает коррозию и полностью приводит к сгоранию газа в камере сгорания.
Применение импеллера, а также применение подвижного экрана в виде тарелки, находящегося в положении с креплением в направляющих корпуса с роликами, позволит обеспечить устойчивость расположения подвижного экрана перед давлением пламени горения газа, допускающего различные величины при его регулировании и создание тепловой энергии на стенки камеры сгорания при высоком давлении, увеличить производительность теплогенератора для получения теплоносителя, потребляемого в зерносушилках зерновых. При этом процесс заполнения камеры сгорания небольших размеров способствует устойчивому и надежному образованию пламени в пространстве (зоне) камеры сгорания, а также полное сгорание топлива, что повышает КПД камеры сгорания, следовательно, рабочий газ значительно экономичнее расходуется потребителем. Устройство может найти широкое внедрение, так как конструкция теплогенератора прямого действия обеспечивает совершенствование конструкции теплогенератора в сушилках зерновых. Сочетание отражателя и подвижного экрана в виде тарелки в направляющих корпуса, прикрепленных к стенкам камеры сгорания, и установленного подвижного экрана в виде тарелки, установленной соосно (по центру) усеченного конуса (отражателя), диаметр которого равен или больше, может способствовать также работе полного сгорания топлива за счет положения подвижного экрана. Изобретение повышает надежность работы теплогенератора, пожаробезопасность и упрощает получение теплоносителя для потребителя, а также позволяет повысить технику безопасности.