УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЖИГАНИЯ ТОПЛИВА

Полезная модель относится к области сжигания топлива и может найти применение в газотурбинных двигателях и энергетических установках, в установках по переработке и утилизации бытовых и промышленных отходов.
Известно устройство для сжигания топлива (см. патент RU 2196940 С1, 20.01.2003), включающее основную камеру сгорания и первичную камеру сгорания, расположенную в сечении, перпендикулярном центральной оси жаровой трубы основной камеры сгорания. Основная камера сгорания содержит жаровую трубу, завихритель и канал выхода продуктов сгорания, расположенные в одном сечении, перпендикулярном центральной оси камеры, топливные форсунки. Первичная камера сгорания содержит жаровую трубу, завихритель, топливные форсунки, воспламеняющее устройство и канал выхода продуктов сгорания, направленный тангенциально к боковой поверхности жаровой трубы основной камеры сгорания по направлению вращения потока. Первичная камера сгорания расположена за завихрителем или в одном сечении с завихрителем основной камеры сгорания. Это устройство не обеспечивает устойчивой работы и полноты сгорания при невысоком положительном перепаде давления между подаваемым воздухом и топливом и не может реализовать процесс сжигания при давлении топлива на входе равного или меньшего давлению подаваемого воздуха.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для сжигания топлива (см. патент RU 2307985 С1, опубл. 2007.10.10), которое выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Устройство содержит корпус, в котором расположены основная и первичная камеры сгорания. Основная камера сгорания содержит жаровую трубу, завихритель и канал выхода продуктов сгорания. Первичная камера сгорания содержит жаровую трубу, устройство подвода топлива, завихритель и воспламеняющее устройство. Устройство подвода топлива и завихритель первичной камеры расположены на ее переднем торце. Первичная камера расположена перед основной камерой соосно с ней. Жаровая труба первичной камеры сгорания расположена внутри жаровой трубы основной камеры в противоположном от завихрителя основной камеры конце. Внутренняя боковая поверхность жаровой трубы основной камеры и наружная боковая поверхность жаровой трубы первичной камеры образуют кольцевой канал. В боковой поверхности жаровой трубы первичной камеры сгорания выполнены отверстия. Корпус снабжен патрубком для подвода воздуха от внешнего источника.
К недостаткам этого устройства относится сложность его конструкции и недостаточная стабильность рабочего процесса.
Признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, отсутствуют в аналоге.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции устройства и обеспечение стабильного рабочего процесса.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для дожигания топлива, включающем наружный корпус, сопловые закручивающие аппараты и горелку для воспламенения топливовоздушной смеси, имеется внутренний корпус. В рабочей зоне, образованной внутренним корпусом, происходит сжигание топливовоздушной смеси. Каждый сопловый закручивающий аппарат выполнен в виде единой монолитной детали, представляющей собой
диск с отверстиями, направленными тангенциально, т.е. по касательной к внутренней поверхности. Такое выполнение устройства упрощает его конструкцию и повышает надежность работы, т.к. не требуется регулировать зазоры, образуемые прорезями. Сопловой закручивающий аппарат имеет посадочное место под горелку и горелка установлена в плоскости соплового закручивающего аппарата. Это способствует стабилизации рабочего процесса и снижает возможность срыва пламени. Устройство снабжено форсункой для дополнительной подачи топлива. Сопловой закручивающий аппарат имеет посадочное место под форсунку. Форсунка установлена в плоскости соплового закручивающего аппарата. Такая конструкция устройства позволяет дополнительно подавать топливо и обеспечивать устойчивое горение при сжигании различного по составу топлива. Устройство для сжигания топлива снабжено двумя грелками. Такое количество горелок позволяет поддерживать устойчивый процесс горения.
На фиг.1 изображено устройство для сжигания топлива, общий вид, на фиг.2 изображен разрез по линии А-А, на фиг.3 изображен разрез по линии Б-Б.
Устройство для дожигания топлива условно разделено на две ступени - основную ступень I и первую ступень II. Основная ступень представляет собой ступень вихревого противоточного типа. Первая ступень представляет собой ступень вихревого прямоточного типа.
Устройство для дожигания топлива состоит из наружного корпуса 1 и внутреннего корпуса 2, первого соплового закручивающего аппарата 3, входного сопла 4, второго соплового закручивающего аппарата 5, выходного сопла 6. Первый сопловой закручивающий аппарат 3 установлен в плоскости входного сечения. Второй сопловой закручивающий аппарат 5 установлен в плоскости выходного сечения.
Корпус камеры 1 снабжен патрубком 7 для подвода основного воздуха и двумя фланцами присоединительными 8 и 9 для установки горелок. Горелка 10 установлена в плоскости первого соплового закручивающего аппарата. В плоскости второго соплового закручивающего аппарата также установлена горелка 10. При помощи фланца присоединительного 11 в плоскости второго соплового закручивающего аппарата 5 установлена топливная форсунка 12.
Первый сопловой закручивающий аппарат 3 выполнен в виде единой монолитной детали, представляющей собой диск с отверстиями, направленными тангенциально (по касательной к внутренней поверхности) и имеет посадочные места под горелку и форсунку. Второй сопловой закручивающий аппарат 5 также выполнен в виде единой монолитной детали, представляющей собой диск с отверстиями, выполненными тангенциально (по касательной к внутренней поверхности) и имеет посадочные места под горелку. Внутренний корпус образует рабочую зону для сжигания топливовоздушной смеси.
Устройство для дожигания топлива работает следующим образом.
Воздух от внешнего источника через патрубок 7 поступает в кольцевой зазор между наружным и внутренним корпусами, а затем в сопловые закручивающие аппараты 3 и 5. Через входное сопло 4 поступает топливо (дымовые газы). Происходит воспламенение топливовоздушной смеси при помощи горелки 10. В основной ступени формируются два сильно закрученных потока - периферийный вихрь и приосевой вихрь, движущиеся в противотоке. В первой ступени формируется периферийный вихрь, движущийся в направлении основной ступени. В сечениях сопловых закручивающих аппаратов основной и первой ступени формируется структура потока с высоким радиальным градиентами давлений, которые индуцируют высокие осевые градиенты статического давления, соответственно в приосевой зоне основной и
первой ступени. Благодаря наличию осевого градиента статического давления, направленного в сторону, противоположную движению периферийного вихря первой ступени, в ее центральную область эжектируется топливо. В том случае, если дымовые газы имеют состав, который не обеспечивает устойчивого горения, то через форсунку 12 в корпус 2 дополнительно поступает топливо. При помощи второй горелки 10, установленной с плоскости второго соплового аппарата, происходит воспламенение образующейся в первой ступени топливовоздушной смеси, и ее сгорание. Процессы дожигания и формирования структуры потока продуктов сгорания происходят в приосевом вихре основной ступени. Камера дожигания выходит на рабочий режим. Продукты сгорания удаляются через выходное сопло 6.
Охлаждение корпуса 2 осуществляется воздухом, проходящим через кольцевой зазор между корпусом наружным 1 и корпусом внутренним 2.
Таким образом, заявляемая конструкция обеспечивает устойчивое горение при одновременном значительном упрощении ее конструкции.
Заявляемая полезная модель может быть выполнена имеющимися техническими средствами на имеющемся оборудовании.