ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области энергетики, а конкретно, к горелочным устройствам для сжигания жидкого топлива и предназначена для использования на транспортном средстве в предпусковых подогревателях, а также в различных отопительных приборах.
Известно горелочное устройство (патент №2206825, МПК F23D 5/06, опубл, 20.06.2003), содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой, в которой выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально с осью в топочную камеру соплом подачи воздуха, на боковой поверхности которого выполнено не менее двух рядов разнесенных по высоте сопла одинаковых по количеству и симметрично размещенных продольных щелевых отверстий, причем каждое отверстие верхнего ряда размещено на линии, равноудаленной от двух ближайших нижних отверстий, завихритель потока воздуха, формирователь вихревых потоков, расположенный между соплом подачи воздуха и испарительной капиллярной структурой, размещенной, как на цилиндрической, так и на торцевой ограничительных стенках топочной камеры, с внутренней стороны цилиндрической ограничительной стенки расположена испарительная капиллярная структура штуцер для установки свечи, жаровая труба и стабилизатор пламени, а также завихритель и сопло подачи воздуха, размещенное соосно внутри основного сопла подачи воздуха, причем на его боковой выступающей поверхности выполнено не менее одного ряда щелевых отверстий
Известна горелка, используемая в котле для подогрева жидкости предпускового подогревателя (патент РФ №2168651 МПК F02N 17/04, опубл. 2001.06.2010), выполненная в виде цилиндрической трубы, с размещенным в ней испарителем из металлического губчатого материала и предусматривает ее работу, как на газовом, так и на жидком топливах. Горелка снабжена пусковым устройством, содержащим испаритель жидкого топлива и воспламенитель соответственно с массовым и изолированным электродом для образования искрового разряда между ними, причем роль испарителя выполняет металлический губчатый материал. Изобретение обеспечивает повышение эффективности действия подогревателя путем увеличения полноты сгорания топлива, стабильности работы системы питания, а также расширение диапазона используемых сортов и видов автомобильных топлив, улучшение эксплуатационных характеристик.
Известна испарительная горелка для отопительного прибора, работающего на жидком топливе (а.с. №1342432, МПК F23D 5/06, опубл. 30.09.87 г., Бюл. №36), содержащая камеру сгорания с передней торцевой стенкой и радиальными отверстиями для подвода воздуха, воздухопроводом и топливопроводом, имеющим подводящий патрубок, на котором посредством держателя установленного с воздушным зазором по отношению к передней торцовой стенке камеры сгорания, закреплен испарительный элемент из жароупорного пористого материала.
Известна испарительная горелка (а.с. №361586, МПК F23D 5/06, F23D 3/40, опубл. 07.12.1973 г., Бюл. №1), содержащая камеру сгорания, по оси которой установлен испарительный элемент из жароупорного материала с полостью для приема топлива, форкамерой воспламенения, при этом испарительный элемент имеет высокую теплопроводность, выполнен пористым и установлен в камере сгорания с кольцевым зазором для сжигания просачивающегося топлива на наружной поверхности элемента.
Известно горелочное устройство (патент №62211 МПК F23D 5/00, опубликовано: 27.03.2007), ближайшее по технической сущности к заявляемой полезной модели и принятое за прототип, содержащее камеру сгорания, установленную в корпусе с образованием охватывающего его кольцевого канала с закрытым выходным торцом и сообщенного с системой подвода воздуха посредством патрубка. Камера сгорания имеет два ряда отверстий расположенных на ее боковой поверхности. Первый ряд отверстий расположен вблизи испарительного элемента. Второй ряд отверстий расположен вблизи выходного сечения камеры сгорания. Испарительный элемент выполнен плоским, расположен по всей поверхности передней торцевой стенки камеры сгорания и имеет центральное отверстие. На входе камеры сгорания с ее торца расположен запальный элемент, установленный в форкамере воспламенения, в которой имеется отверстие для подвода в нее воздуха. На выходе из камеры сгорания установлена камера дожигания образующая канал с внезапным расширением. В известной горелке интенсивность горения не достаточно высокая, что приводит к снижению мощности и КПД горелки, а также к большому содержанию токсичных веществ в продуктах сгорания, из-за неполного сгорания топлива.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель заключается в повышении полноты сгорания жидкого топлива, путем интенсификации процесса сжигания, повышении мощности и КПД горелочного устройства, уменьшение вредных выбросов в виде оксида углерода.
Технический результат достигается тем, что в горелочном устройстве, содержащем камеру сгорания с отверстиями нa ее боковой поверхности для подвода воздуха, установленную в корпусе с образованием охватывающего ее кольцевого канала с закрытым выходным торцом и сообщенного с системой подвода воздуха, на входе камеры сгорания расположено заглушенное фронтовое устройство с испарительным элементом, канал подвода топлива, запальный элемент, камеру дожигания, новым является то что, канал подвода топлива подсоединен к штуцеру для ввертывания запального элемента, внутри которого запрессован испарительный элемент, при этом вышеупомянутый штуцер расположен на боковой поверхности камеры сгорания вблизи фронтового устройства, за которым расположен стабилизатор в виде диска, а отверстия для подвода воздуха в камеру сгорания расположены за вышеупомянутым штуцером, кроме того, на боковой поверхности камеры дожигания по ее длине установлены, по меньшей мере, два турбулизатора.
Испарительный элемент, запрессованный в штуцер для ввертывания запального элемента, представляет собой втулку из многослойной металлической сетки.
Испарительный элемент фронтового устройства представляет собой многослойную металлическую сетку.
На внутренней поверхности камеры сгорания закреплены испарительные элементы, в виде многослойной металлической сетки.
Отверстия подвода воздуха расположены на расстоянии 0,4-0,6 диаметра камеры сгорания от фронтового устройства.
Длина камеры дожигания составляет 2-3 длины камеры сгорания.
Турбулизаторы в камере дожигания выполнены в виде кольцевых профилированных патрубков, проходное сечение которых составляет 60-70% от проходного сечения камеры дожигания.
Отверстия для подвода воздуха в камеру сгорания имеют патрубки, оси которых расположены тангенциально относительно ее боковой поверхности.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 представлен продольный разрез горелочного устройства и его вид А-А.
На фиг.2 - картина расчетных значений статической температуры по тракту горелочного устройства и камеры дожигания.
Здесь: 1 - блок управления; 2 - корпус, образующий с камерой сгорания кольцевой канал; 3 - система подвода воздуха с электродвигателем постоянного тока; 4 - камера сгорания с приваренной точечно многослойной металлической сеткой на внутренней боковой поверхности; 5 - заглушенное фронтовое устройство с приваренной точечно с внутренней стороны многослойной металлической сеткой, выполняющей функцию испарителя; 6 - стабилизатор в форме диска; 7 - штуцер для ввертывания в него запального элемента (свечи накаливания) 8; 9 - втулка из многослойной металлической сетки, запрессованная в штуцер 7; 10 - канал для подачи жидкого топлива; 11 - топливный насос; 12 - первый турбулизатор в камере дожигания 14; 13 - патрубки для подвода воздуха в камеру сгорания 4; 14 - камера дожигания; 15 - второй турбулизатор в камере дожигания 14; 16 - выхлопной патрубок для продуктов сгорания с датчиком пламени.
Горелочное устройство, содержит камеру сгорания 4 с отверстиями для подвода воздуха с патрубками 13, оси которых тангенциальны ее боковой поверхности. Камера сгорания 4 установлена в корпусе 2 с образованием охватывающего ее кольцевого канала с закрытым выходным торцом и сообщенного с системой подвода воздуха 3. На входе камеры сгорания 4 расположено заглушенное фронтовое устройство 5 с приваренной точечно с внутренней стороны многослойной металлической сеткой, выполняющей функцию испарительного элемента. Кроме того на внутренней поверхности камеры сгорания 4 также закреплены испарительные элементы, в виде многослойной металлической сетки.
Канал подвода топлива 10 подсоединен к штуцеру для ввертывания запального элемента 7, внутри которого запрессован испарительный элемент в виде втулки 9 из многослойной металлической сетки. Штуцер 7 для ввертывания запального элемента одновременно выполняет функцию патрубка подачи топлива в камеру сгорания и расположен на боковой поверхности камеры сгорания 4 вблизи фронтового устройства 5, за которым расположен стабилизатор в виде диска 6.
Отверстия с патрубками 13 для подвода воздуха в камеру сгорания 4 расположены за штуцером 7 на расстоянии 0,4-0,6 диаметра камеры сгорания 4 от фронтового устройства 5, при этом их оси расположены тангенциально относительно боковой поверхности камеры сгорания 4.
Горелочное устройство снабжено камерой дожигания 14, на боковой поверхности которой по ее длине установлены турбулизаторы 12 и 15, выполненные в виде кольцевых профилированных патрубков, проходное сечение которых составляет 60-70% от проходного сечения камеры дожигания. Длина камеры дожигания составляет 2-3 длины камеры сгорания.
Горелочное устройство крепится к котлу предпускового подогревателя с помощью фланца и болтов. При необходимости, горелочное устройство может быть пристыковано к другим тепловым агрегатам, используемым в быту и промышленности.
Работает горелочное устройство следующим образом. Работа горелочного устройства производится по программе блока управления 1. Запуск и выход на режим производится по циклограмме, которая строится с учетом расходной характеристики топливного насоса 11 от частоты импульсов его включений и вольт-объемной (вольт-массовой) характеристики системы подачи воздуха 3. Топливо насосом 11 подается в камеру сгорания 4 через канал подачи топлива 10 в штуцер 7 и втулку 9 из многослойной металлической сетки, запрессованной в штуцер 7. Топливо изначально растекается по втулке 9, затем по многослойным металлическим сеткам, расположенным на внутренних поверхностях камеры сгорания 4 и испарительного элемента фронтового устройства 5.
Воздух от системы подачи 3 подается по кольцевому каналу, образованному корпусом 2 и внешней поверхностью камеры сгорания 4 и внутрь камеры сгорания 4 тангенциально через патрубки 13, что позволяет закрутить воздух и произвести его интенсивное перемешивание с топливными парами, образуя горючую смесь оптимального состава.
Часть воздуха проходит через штуцер 7 для запального элемента 8 (свечи накаливания). От нагретой свечи накаливания происходит испарение топлива с поверхностей многослойных металлических сеток, первоначально с втулки 9, затем после воспламенения топливных паров происходит интенсивное испарение с сеток, расположенных на внутренней поверхности камеры сгорания 4. В камере сгорания 4 происходит перемешивание топлива с основной частью воздуха, нагрев, воспламенение и горение топливовоздушной смеси.
Устойчивость горения в камере сгорания 4 осуществляется стабилизатором 6. После стабилизации горения и отключения запального элемента 8 (свечи накаливания) воспламенение топливо-воздушной смеси происходит как обратными токами продуктов сгорания, так и от горячих деталей камеры сгорания 4.
Продукты сгорания через камеру дожигания 14 с кольцевыми профилированными вставками-турбулизаторами 12 и 15 поступают в теплообменник котла (на фигуре не показан), где отдают тепло циркулирующей в нем жидкости.
Подача воздуха в виде закрученных струй через патрубки 13, оси которых тангенциальны внутренней поверхности камеры сгорания 4 требует незначительной величины перепада давления между системой подачи воздуха и камерой сгорания 4, что приводит к снижению энергопотребления, например, с аккумуляторной батареи.
Турбулизаторы 12 и 15, в виде профилированных кольцевых патрубков, влияют на повышение полноты горения и на выравнивание температурного поля в конце камеры дожигания 14.
Роль турбулизаторов, и одновременно стабилизаторов 12 и 15 на повышение полноты горения и на выравнивание температурного поля в конце камеры дожигания иллюстрируется расчетами, полученными путем использования программы ANSYS FLUENT. На фиг.2 представлена картина расчетных значений статической температуры по всему тракту горелочного устройства и камеры дожигания. Наглядно иллюстрируется влияние на горение первого турбулизатора и влияние на выравнивание температурного поля горения второго.
Влияние второго турбулизатора на полноту горения иллюстрируется так же результатами газового анализа продуктов сгорания от горелочного устройства. Испытание одного и того же горелочного устройства без второго турбулизатора показало большое содержание угарного газа в продуктах сгорания, превышающее экологические нормы (500 ppm)≈2,0 раза, в то время как присутствие второго турбулизатора снижает содержание угарного газа ≈ в 2 раза по сравнению с экологическими нормами.
Таким образом, при работе горелочного устройства на разных режимах, обеспечивается равномерное испарение топлива со всей поверхности испарительных элементов, тем самым, обеспечив полное сгорание горючей смеси и как следствие этого повышение мощности и кпд горелочного устройства. Предлагаемое горелочное устройство также позволяет снизить содержание вредных веществ в продуктах сгорания в широком диапазоне работы по тепловой мощности.