УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к области машиностроения и может использоваться в бытовых обогревательных системах, работающих на гранулированном топливе (пеллетах).
Известно устройство для сжигания гранулированного топлива, включающее тарельчатую горелку с отверстиями для подачи воздуха, расположенными по кругу, и с центральным отверстием для подачи топлива, а также приводной шнековый питатель, соединяющий центральное отверстие горелки с бункером для топлива (Пеллетная горелка, RU 89205, F23N 5/24, F23D 14/00, F23R 3/08, 2009).
Недостатком такой конструкции является недостаточная пожаробезопасность, поскольку нельзя исключить возможность проникновения огня из горелки по топливным гранулам через шнековый питатель в бункер.
Наиболее близким аналогом является устройство для сжигания гранулированного топлива (патент RU 98536 U, опубл. 20.10.2010), включающее тарельчатую горелку с отверстиями для подачи воздуха, расположенными по периферии, и с центральным отверстием для подачи топлива, а также приводной шнековый питатель, соединяющий центральное отверстие горелки с бункером для топлива, отличающееся тем, что приводной шнековый питатель состоит из верхнего и нижнего приводных шнековых питателей, последовательно соединенных между собой шахтой через отсекатель, выполненный в виде полого цилиндра, ось которого перпендикулярна оси шахты, и в котором размещен приводной многолопастный ротор.
В прототипе указано на наличие порционного узла в виде ротора. При нормальной работе устройства вращающийся ротор порционно пропускает гранулированное топливо, одновременно осуществляя его ворошение. При возникновении неисправности, например, при отключении электропитания, неподвижный ротор отсекателя перекрывает шахту своими лопастями, исключая обратную тягу, при этом движение воздуха в верхнем шнековом питателе прекращается и предотвращается возможность проникновения пламени в бункер.
В прототипе шнеки и ротор связаны между собой зубчатой передачей.
Поэтому, в случае остановки ротора отсекателя гранулированное топливо застрянет внутри ротора, огонь горелки доберется до доступного топлива, и может произойти прикипание лопастей ротора к лопастям зубчатой передачи нижнего шнека.
Кроме того, конструкция ротора имеет плоские лопасти, что обеспечивает не только ворошение гранул, но и их ломку, а также способствует неравномерной загрузке шнека и затруднительному перемещению гранул в точках накопления топлива, где увеличивается риск разрушения гранул.
Таким образом ломаные гранулы, двигаясь излишком массы от центра чаши к краю, сгорают неравномерно и не полностью.
В отношении защищенности устройства по прототипу от проникновения огня в бункер, то в относительной мере такая защита обеспечивается. Однако, соединение лопастей ротора с лопастями редуктора не обеспечивает плотное прилегание самих лопастей ротора к стенкам корпуса, что в свою очередь не препятствуют свободному движению воздуха из горелки и проникновение дыма в приемный бункер. Таким образом, есть необходимость иметь герметичный бункер.
Также недостатком является сложность изготовления ротора шлюза нужной формы, поскольку он цельнолитой.
Задачей полезной модели является устранение указанных технических проблем прототипа.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение перемещения гранул без их разрушения, дозированная загрузка шнека, препятствие проникновения дыма в приемный бункер и, как следствие, - возможность осуществлять загрузку топлива напрямую из биг-бэга. Кроме того, упрощается процесс изготовления лопастного ротора.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлено устройство для сжигания гранулированного топлива, включающее расположенную на корпусе горелку с отверстиями для подачи воздуха, расположенными по периферии, и с центральным отверстием для подачи топлива, а также приводной шнековый питатель, соединяющий центральное отверстие горелки с зоной загрузки топлива, причем приводной шнековый питатель последовательно соединен с зоной загрузки топлива через шлюз, имеющий корпус с расположенным внутри лопастным ротором, ось которого перпендикулярна оси шахты и связана через зубчатую передачу с валом шнека, отличающееся тем, что лопасти ротора образованы последовательно соединенными вплотную однотипными пластинами из стали, каждая из которых имеет центральное отверстие и расположенные симметрично относительного него однотипные по форме лопасти с загибом в сторону вращения ротора и одинаковыми углами между собой, причем под каждой лопастью закреплена уплотнительная пластина из эластичного износостойкого материала, которая в рабочем положении обеспечивает плотное прилегание лопасти ротора к стенке корпуса шлюза.
Предпочтительно ротор имеет четыре лопасти.
Допустимо, что ротор имеет более четырех лопастей.
Предпочтительно уплотнительная пластина из эластичного износостойкого материала выполнена съемной.
Предпочтительно каждая уплотнительная пластина из эластичного износостойкого материала закреплена таким образом, что ее край заступает за радиус лопасти ротора.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показаны основные узлы пеллетной горелки согласно полезной модели.
На Фиг.2 показано устройство шнека в соединении со шлюзом.
На Фиг.3 показано устройство шлюза.
На Фиг.4 показано устройство лопастей ротора шлюза.
На Фиг.5 показано устройство шнека в соединении со шлюзом (вид с торца в разрезе).
На Фиг.6 показана загрузка чаши.
На Фиг.7 показана подача воздуха в зону горения.
На Фиг.8 показан пример выполнения шлюза с тремя лопастями, при котором не обеспечивается герметичность.
На Фиг.9 показан пример выполнения шлюза с четырьмя лопастями, при котором обеспечивается герметичность (А и Б - виды ротора в разном положении лопастей).
На Фиг.10 показан пример опытного образца согласно полезной модели (вид со снятым бункером).
На Фиг.11 показан пример пеллетных горелок в работе (А - вид бункера опытного образца; Б - вид бункера контрольного образца).
На Фиг.12 показан пример шлюзового узла опытного образца согласно полезной модели (вид крупным планом).
На чертежах: 1 - горловина горения (чаша), 2 - корпус горелки, 3 - тэн, 4 - шнек подачи гранул, 5 - вентилятор, 6 - шлюз, 7 - электродвигатель, 8 - спиральная лопасть шнека, 9 - шестерня шлюза, 10 - шестерня шнека, 11 - вал шнека, 12 - боковая стенка корпуса шлюза, 13 - сальник, 14 - корпусный подшипник, 15 - уплотнительная пластина, 16 - вал ротора шлюза, 17 - лопасть ротора, 18 - фланец для присоединения к бункеру, 19 - фланец для присоединения к горелке, 20 - корпус шлюза, 21 - крепежный элемент ротора для фиксации к корпусу шлюза, 22 - камера шлюза, 23 - объем загрузки шнека, 24 - болт, 25 - гайка, 26 - направление проникновения дыма.
Осуществление полезной модели
Полезная модель представляет собой устройство для сжигания гранулированного топлива, включающее расположенную на корпусе 2 (см. Фиг.1) горелку с отверстиями для подачи воздуха, расположенными по периферии, и с центральным отверстием для подачи топлива. Горелка представляет собой чашу 1 в виде горловины. Также устройство содержит приводной шнековый питатель, соединяющий центральное отверстие горелки с зоной загрузки топлива (расположена сверху шлюза 6). Приводной шнековый питатель последовательно соединен с зоной загрузки топлива через шлюз 6. Шлюз 6 имеет корпус 20 (см. Фиг.3) с расположенным внутри лопастным ротором, ось которого расположена на валу 11 шнека, перпендикулярна оси шахты. Связь ротора шлюза осуществляется через зубчатую передачу с помощью шестерни 9 шлюза и шестерни 10 шнека, где последняя связана с валом 11 шнека (см. Фиг.2).
Новым является то, что лопасти 17 ротора образованы последовательно соединенными вплотную однотипными пластинами из стали. Каждая пластина имеет центральное отверстие и расположенные симметрично относительного него однотипные по форме лопасти с загибом в сторону вращения ротора и одинаковыми углами между собой.
Под каждой лопастью закреплена уплотнительная пластина 15 из эластичного износостойкого материала, которая в рабочем положении обеспечивает плотное прилегание лопасти ротора к стенке корпуса 20 шлюза (см. пример узла шлюза на Фиг.12).
Уплотнительные пластины 15 препятствуют свободному движению воздуха из горелки, что обеспечивает отсутствие дыма в приемном бункере. Таким образом, отсутствует необходимость иметь герметичный бункер и можно осуществлять загрузку напрямую из биг-бэга, который можно крепить поверх шлюза на фланец 18.
Ротор выполняется таким образом, что углы между лопастями составляют не более 90°. С таким условием ротор может быть выполнен, например, с образованием четырех лопастей как показано на Фиг.9, поскольку четыре лопасти уже обеспечивают герметичность шлюза. Из Фиг.9 (А, Б) видно, что при любом положении ротора лопасти всегда перекрывают поток дыма на пути в бункер.
Но это не ограничивает возможности выполнения ротора и с большим количеством лопастей, например, пятью или шестью. Если выполняют ротор с лопастями более четырех, то также обеспечивается эффективное перекрытие дымовых потоков.
Герметичность не обеспечивается при выполнении трех или двух лопастей, поскольку окно проема шлюза при ориентировке на ось вала ротора всегда больше 90 градусов. Только углы между лопастями менее или равные 90° обеспечивают надежную герметичность шлюза, поскольку если выполнять ротор, например, только с тремя лопастями, когда углы между лопастями более 90°, то при вращении ротора появляются зоны, когда шлюз не обеспечивает герметичность (см. Фиг.8), и дым будет проникать в бункер по направлению 26. При использовании двух лопастей с углом между ними в 180°, ситуация аналогичная.
Если уплотнительная пластина 15 из эластичного износостойкого материала выполнена съемной, это позволяет производить ее замену после износа.
Крепление уплотнительной пластины 15 для выполнения ее съемной может осуществляться, например, на болтах 24 и гайках 25 (см. Фиг.5).
Желательно, чтобы каждая уплотнительная пластина 15 из эластичного износостойкого материала была закреплена таким образом, чтобы ее край заступал за радиус лопасти 17 ротора. Это позволяет при вращении ротора пластине прогибаться и плотно прилегать к корпусу шлюза, что обеспечивает защиту от проникновения дыма.
Шлюзовый перегрузчик (шлюз) 6 предназначен для выгрузки топливных гранул из бункера без нарушения герметичности. Он позволяет производить дозированную загрузку шнека. Шлюз имеет корпус 20. Сам шлюз состоит фланца 19 для присоединения к горелке, фланца 18 для присоединения к бункеру (если он нужен), лопастей 17 ротора, образованных последовательно соединенными вплотную однотипными пластинами из стали. Под каждой лопастью 17 закреплена уплотнительная пластина 15 из эластичного износостойкого материала. Стабильное свободное вращение вала ротора 16 на оси вращения обеспечивает корпусный подшипник 14 (см. Фиг.3), а сальник 13, установленный между валом 16 и отверстием в боковой стенке 12 корпуса 20 шлюза, создает герметизацию вращающегося элемента, препятствует выходу дымовых газов наружу через корпус и подшипник.
При вращении ротора 16 шлюза гранулы из бункера (либо напрямую из биг-бэга) через верхний фланец 18 ссыпаются в пространство между лопастями 17 ротора. По мере поворота ротора материал перемещается из верхней части в нижнюю и высыпается из него через нижний фланец 19.
За счет того, что лопасти 17 ротора собраны из отдельных пластин, которые вырезаны из листовой стали, удается изготавливать по сути любую оригинальную форму ротора, тогда как изготовление нужной формы цельного ротора, как в прототипе, технически более сложный процесс. В опытном образце (см. Фиг.10) был изготовлен шлюз согласно чертежам из четырех лопастей (см. Фиг.12).
Заостренный край лопасти 17 с загибом в сторону вращения ротора способствует эффективному перемещению и минимизации разрушения гранул.
При этом полностью исключить разрушения гранул невозможно.
В ходе испытаний мы тестировали гранулы различной длины. Короткие гранулы практически не разрушаются, а длинные, за счет заостренного конца лопасти, надламываются, но при этом не рассыпаются в опил, сохраняя форму гранулы.
Вал 11 шнека вращается с помощью электродвигателя 7. На валу 11 шнека установлена зубчатая шестерня 10. При вращении шестерня 10 шнека приводит в движение зубчатую шестерню 9 шлюза. Также, при вращении вала 11 шнека, с помощью спиральных лопастей 8, гранулы перемещаются по трубе к чаше 1. Размеры шестерен 9 и 10, коэффициент редукции и объем камеры шлюза обеспечивают дозированную загрузку шнека. Таким образом, шнек загружен примерно на половину (см. объем загрузки шнека - поз. 23), что способствует свободному перемещению гранул и снижению риска их разрушения.
В заявленном устройстве могут использоваться как древесные пеллеты, так и агропеллеты, изготовленные из растительных материалов (сельскохозяйственных отходов).
Конструкция горелки обеспечивает полное сгорание материала, что влияет на увеличение КПД котла и снижение затрат на обслуживание.
Основными блоками пеллетной горелки являются горловина горения (чаша) 1, корпус 2 горелки, тэн 3, шнек 4 подачи гранул, вентилятор 5, шлюз 6, электродвигатель 7.
Чаша (горловина горения) 1 может быть выполнена из нержавеющей стали AISI430 или стали марки Ст3.
Испытания показали, что температуры при работе горелки не достигают критических значений для указанных марок стали, т.к. обеспечивается охлаждение металла нагнетаемым воздухом. Использование стали марки Ст3 удешевляет продукт без потери качества. Испытательные горелки такой конструкции проработали в реальных условиях 2 сезона и в ходе их эксплуатации не было выявлено дефектов. Полное сгорание материала достигается технологией загрузки горловины и правильной подачей воздуха в зону горения.
На Фиг.6 показана загрузка чаши 1. Гранулы подаются из центра и равномерно распределяются в зоне горения. Отверстия внутри чаши, в совокупности с конструкцией корпуса горелки, обеспечивают равномерную подачу воздуха. Таким образом гранулы, двигаясь от центра чаши к краю, сгорают полностью.
На Фиг.7 показана подача воздуха в зону горения. Такая подача осуществляется за счет верхних отверстий. Пламя разбивается об дефлектор и попадает в зону дожига, где смешивается с потоками свежего воздуха.
В ходе испытаний тестировались два вида пеллетных горелок. Согласно полезной модели был изготовлен опытный образец (см. Фиг.10).
В качестве контрольного образца использовалась пеллетная горелка, изготовленная согласно прототипу.
На Фиг.11 показан пример пеллетных горелок в работе (А - вид бункера опытного образца; Б - вид бункера контрольного образца).
Из сравнения работы двух пеллетных горелок видно, что опытный образец согласно полезной модели (Фиг.11(А)) никакого дыма из бункера не пропускает.
В то же время (см. Фиг.11(Б)) из бункера контрольного образца виден дым. Вследствие чего в контрольном образце необходима герметичная крышка для бункера, тогда как в заявленной полезной модели она не требуется и имеется возможность осуществлять загрузку топлива напрямую из биг-бэга (см. пример на Фиг.10 со снятым бункером).