КАМЕРА СГОРАНИЯ

Изобретение относится преимущественно к устройствам для сжигания горючего газа и использования его в качестве источника тепловой энергии и используется в теплоэнергетике, в нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей, химической и в других отраслях промышленности в качестве камер сгорания в промышленных котельных установках. Может быть использовано для сжигания трудносгораемых газообразных отходов.
Известна камера сгорания типа резонатора Гельмгольца, содержащая трубу, закрытую с одного торца крышкой с патрубком входа горючей газовой смеси, диафрагму с отверстиями, горло и свечу зажигания (см. книгу В.М. Ларионова, Р.Г. Зарипова «Автоколебания газа в установках с горением», Казань. Издательство Казанского государственного университета, 2003 г., с. 112, рис. 4.5).
Недостатком приведенной камеры сгорания является низкая энергосберегающая способность вследствие того, что имеются высокие потери энергии колеблющегося газа, вызванные излучением звука на выходе из камеры сгорания, что приводит к низкой эффективности камеры сгорания.
Известна камера для сжигания газообразного топлива (см. патент на изобретение №2462662 F23G 7/06, опубликованный 27.09.2012 г., БИ 27), содержащая трубу, на входе которой расположен патрубок для подачи горючей газовой смеси с недостатком воздуха, диафрагму с отверстиями для удержания пламени, кольцевую трубу с перфорациями для подачи дополнительного воздуха, узкую трубу - горло, в котором происходит дожигание топлива. Наличие высокотемпературной зоны в горле приводит к существенному увеличению скорости теплоотдачи к стенкам камеры сгорания. Данная камера принята за прототип (Фиг. 2).
Недостатком известной камеры сгорания является то, что она не обладает высокой энергоэффективностью и превышает допустимые требования относительно уровней шума на рабочих местах, предъявляемые Санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.562-96 (Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки).
Целью изобретения является повышение энергоэффективности камеры сгорания и решения проблемы снижения уровня шума на рабочих местах за счет существенного снижения потерь энергии колеблющегося газа, вызванных излучением звука на выходе из камеры сгорания.
Поставленная цель достигается тем, что на выходе камеры сгорания расположена «U» образная труба, концы которой соединены с трубой камеры сгорания, имеющая отверстие для вывода продуктов сгорания в верхней ее части, условно разделенная этим отверстием на две части - нижнюю и верхнюю, причем нижняя резонансная изогнутая часть в четыре раза длиннее верхней резонансной прямой части.
Схема устройства в разрезе представлена на Фиг. 1.
Сущность заявленного технического решения заключается в том, что камера сгорания, содержащая трубу, закрытую с одного торца крышкой с патрубком входа горючей газовой смеси, диафрагму с отверстиями, свечу зажигания, штуцер подачи воздуха, к которому присоединена установленная в трубе соосно кольцевая труба с перфорациями, выполненными на вогнутой стенке и обращенными к центру трубы, с расположенной с другого торца трубы трубой-горлом, отличается тем, что труба-горло выполнена «U» образной формы, концы ее соединены с трубой камеры сгорания и симметрично расположены один над другим относительно горизонтальной оси трубы камеры сгорания, оснащена отверстием для вывода продуктов сгорания в верхней ее части, условно разделена этим отверстием на две части верхнюю и нижнюю, причем нижняя резонансная изогнутая часть в четыре раза длиннее верхней резонансной прямой части.
Камера сгорания работает следующим образом.
Горючая газовая смесь с недостатком воздуха подается через патрубок 3 в пространство трубы 1 между крышкой 2 и диафрагмой 4, из которого через отверстия 5 равномерно распределяется по сечению трубы 1. В пространстве трубы 1 за диафрагмой 4 горючая газовая смесь воспламеняется от искры свечи зажигания 6. Сгорание горючей газовой смеси в пространстве трубы 1 между диафрагмой 4 и кольцевой трубой 8 приводит к самовозбуждению колебаний газа. Часть камеры сгорания на этом пространстве работает как генератор колебаний газа с максимально достижимой температурой и слабым проявлением пульсационного теплопереноса. При прохождении кольцевой трубы 8 сгорающая горючая газовая смесь смешивается с дополнительной порцией воздуха, поступающего в кольцевую трубу через штуцер 7 и выходящего из нее через перфорации 9 в виде равномерно распределенных по сечению трубы 1 струй, направленных от периферии в приосевую зону камеры сгорания. Такая схема подачи воздуха обеспечивает усиление турбулизации взаимодействующих газовых потоков, и интенсифицирует их перемешивание, что способствует более полному сжиганию горючей смеси. Продукты сгорания горючей газовой смеси из камеры сгорания поступают в верхнюю резонансную часть трубы 10 и нижнюю резонансную изогнутую часть трубы 11 и выводятся через отверстие 12. Колебания давления газа в трубе 1 приводят к тому, что по условно разделенным резонансным трубам 10 и 11 распространяются звуковые волны с одинаковой амплитудой и начальной фазой. Если нижняя резонансная изогнутая часть трубы 11 в четыре раза длиннее верхней резонансной части трубы 10, звуковые волны, достигнув отверстия 12, будут иметь противоположные фазы. При наложении (интерференции) таких волн амплитуда пульсаций давления газа в отверстии 12 имеет минимальное значение за счет их взаимогашения, что и обеспечивает минимум уровня излучаемого шума. В этом случае энергия колеблющегося внутри камеры сгорания газа возрастает, что обеспечивает значительное повышение скорости и полноты сгорания топлива. В результате достигается существенное повышение скорости теплоотдачи от продуктов сгорания к стенкам камеры сгорания. Технический результат предполагаемого изобретения достигается за счет возрастания энергии колебаний сгорающего газа, что в свою очередь приводит к наложению колебаний в противофазе и снижению шума за счет конструктивных особенностей заявленного технического решения.
Указанное выше способствует достижению заявленных целей - снижению расхода газообразного топлива и повышению энергоэффективности камеры сгорания, что стало возможным благодаря установке на выходном участке камеры сгорания трубы «U» образной формы, условно разделенной на две резонансные трубы, с отверстием для вывода продуктов сгорания в верхней ее части.
Одновременно указанные особенности обеспечивают соблюдение требований Санитарных норм допустимых уровней шума на рабочих местах в случае промышленной реализации и эксплуатации заявленного технического решения.
Список документов, цитируемых в отчете о поиске:
1. Ларионов В.М., Зарипов Р.Г. Автоколебания газа в установках с горением. - Казань: Изд-во казанского государственного технического университета, 2003, с. 112,
2. WO 2013041185 (A1) 28.03.2013,
3. JP 2013011436 (A) 17.01.2013,
4. RU №2462662 F23G 7/06