Теплогенератор пульсирующего горения
PULSATING COMBUSTION HEAT GENERATOR

Заявляемый теплогенератор пульсирующего горения служит для подогрева теплоносителя в системах отопления или подогрева технологического газа.
Известна система пульсирующего горения, содержащая камеру сгорания, трубы-резонаторы, дымовую трубу и клапанно-смесительное устройство подготовки топливной смеси с запальным устройством (патент Российской Федерации № RU 2175422, дата приоритета 02.02.2001, опубл. 27.10.2001, бюл. №30).
Недостатком указанного аналога является наличие режимов работы «старт-стоп», когда при достижении заданного уровня температуры нагрева объекта происходит отключение теплогенератора пульсирующего горения с последующим его включением в работу при снижении температуры нагрева объекта.
Кроме того, к недостатку известного аналога относится его энергозависимость от систем снабжения электропитанием.
Известно также устройство подогрева технологического газа, выбранное заявителем в качестве прототипа, содержащее камеру сгорания с клапанно-смесительным устройством и трубами-резонаторами, причем цилиндрическая камера дополнительного резонирующего устройства выполнена коаксиально относительно теплообменника, размещенного коаксиально относительно камеры сгорания, при этом объем цилиндрической камеры дополнительного резонирующего устройства составляет от 50 до 200% от суммарного объема камеры сгорания с трубами-резонаторами. Такое выполнение теплогенератора пульсирующего горения обеспечивает широкий диапазон устойчивой работы при изменении нагрузки на теплогенератор для исключения режимов работы «старт-стоп» (патент Российской Федерации № RU 2702059, дата приоритета 09.11.2018, опубл. 03.10.2019, бюл. №28).
Недостатком этого аналога, принятого за прототип, также является его энергозависимость от систем снабжения электропитанием для обеспечения нормального функционирования систем розжига, контроля и регулирования теплогенератора пульсирующего горения.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение автономным электропитанием собственных систем теплогенератора пульсирующего горения и, тем самым, обеспечение надежной его эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что в известном теплогенераторе пульсирующего горения, состоящем из камеры сгорания с клапанно-смесительным устройством подготовки топливно-воздушной смеси и ее розжига, труб-резонаторов основного контура и цилиндрической камеры дополнительного резонирующего устройства и дымовой трубы с шумоглушителем, согласно предложенному техническому решению теплогенератор пульсирующего горения снабжен турбодетандером, установленным на корпусе теплогенератора пульсирующего горения на выходе из цилиндрической камеры дополнительного резонирующего устройства и входе в дымовую трубу с шумоглушителем, и состоящим из активной турбины с сопловым аппаратом на входе в рабочее колесо активной турбины и подшипниковыми опорами ротора активной турбины, причем привод электрогенератора турбодетандера содержит редуктор и гидромуфту, управляемую регулятором частоты вращения электрогенератора.
Теплогенератор пульсирующего горения изображен на фиг.
Теплогенератор пульсирующего горения состоит из камеры сгорания 1 с клапанно-смесительным устройством 2 в составе обратных клапанов подачи воздуха 3 и газа 4 с узлом 5 розжига топливно-воздушной смеси, труб-резонаторов 6 основного контура и цилиндрической камеры 7 дополнительного резонирующего устройства, и дымовой трубы 8 с шумоглушителем 9. Подвод топлива в клапанно-смесительное устройство 2 организован по каналу 10, а забор воздуха - через полость 11 теплогенератора и воздушную трубу 12. В узле 5 производится розжиг топливно-воздушной смеси, которая попадает в камеру сгорания 1. Вход и выход теплоносителя в теплогенератор обозначен стрелками 13 и 14 соответственно.
На выходе из камеры сгорания 1 установлены трубы-резонаторы 6 основного контура резонирования и цилиндрическая камера 7 дополнительного резонирующего устройства. На выходе 15 цилиндрической камеры 7 к корпусу 16 теплогенератора крепится турбодетандер 17, выход 18 из которого соединен со входом в дымовую трубу 8.
Турбодетандер 17 состоит из активной турбины 19 с сопловым аппаратом 20 на входе в рабочее колесо 21 и подшипниковых опор 22. Ротор 23 активной турбины 19 через редуктор 24 и гидромуфту 25 соединен с электрогенератором 26. Регулятор 27 частоты вращения электрогенератора 26 обеспечивает заданную частоту вращения путем изменения скольжения гидромуфты 25.
Теплогенератор пульсирующего горения работает следующим образом. При подаче топлива и воздуха через обратные клапаны 4 и 3 в клапанно-смесительном устройстве 2 происходит розжиг топливно-воздушной смеси в узле 5 и последующее ее горение в камере сгорания 1. Процесс горения в камере сгорания 1 и движение продуктов сгорания по трубам-резонаторам 6 основного контура и цилиндрической камере 7 дополнительного резонирующего устройства имеет пульсирующий характер (эффект резонатора Гельмгольца) с частотами 100…120 Гц. При этом за счет цилиндрической камеры 7 дополнительного резонирующего устройства процесс горения происходит непрерывно без режимов «старт-стоп». В цикле горения в камере сгорания 1 продукты сгорания через сопловый аппарат 20 направляются на рабочее колесо 21 активной турбины 19 турбодетандера 17, производя на ней работу. Вращение рабочего колеса 21 и соответственно ротора 23 через редуктор 24 и гидромуфту 25 передается на электрогенератор 26. В цикле всасывания в камеру сгорания 1 за счет разрежения в ней идет ее наполнение через обратные клапаны 3 и 4 и дымовую трубу 8. При этом поток воздуха из дымовой трубы 8, проходя через рабочее колесо 21, также совершает определенную добавочную работу на активной турбине 19.
Для обеспечения заданной частоты вращения электрогенератора 26 регулятор частоты вращения 27 воздействует на гидромуфту 25 путем изменения ее скольжения за счет изменения расхода рабочей жидкости через нее.