УЗЕЛ ПОДГОТОВКИ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

Заявляемая полезная модель относится к теплотехнике, в частности, к устройствам сжигания газообразного топлива с раздельной подачей газа и воздуха, и может быть использована в различных энергетических системах, в том числе в системах отопления, сушильных, нагревательных, термических и плавильных печей.
Из уровня техники известна газовая горелка, содержащая узел смесеобразования, состоящий из газовой камеры, газового сопла с отверстиями, при этом центральный канал газового сопла соединен с одной стороны с камерой сгорания, а другой - воздушной камерой и имеет отверстия, соединяющие его с газовой камерой (см. патент РФ на изобретение №2105244 «Способ сжигания газообразного топлива и устройство для его осуществления», дата подачи 15.10.1996 г., опубликовано 20.02.1998 г.).
Известен узел смесеобразования, состоящий из газового сопла с центральным каналом и отверстиями и внутренней газовой камеры, причем в центральном канале установлен стабилизатор с возможностью осевого перемещения, завихритель и запальное устройство (см. патент РФ на изобретение 2172895 «Газовая горелка и способ сжигания газообразного топлива», дата подачи 02.11.2000 г., опубликовано 27.08.2001 г.).
Кроме того, известно устройство для сжигания топлива, содержащее камеру смешения, расположенную коаксиально вокруг газовода, образуя кольцевой канал, состоящий из трех последовательно расположенных участков - первого, второго и третьего, диффузорного, при этом вход первого участка камеры смешения - у входной части газовода, выход диффузорного участка камеры смешения - у входа основной камеры сгорания, выход газовода расположен у входа в диффузорнный участок камеры смешения, вторые входы подачи воздуха и топлива - со стороны входа в первый участок камеры смешения. Устройство дополнительно снабжено завихрителем, расположенным на входе в диффузорнный участок камеры смешениям и выполненным в виде лопаток (см. патент РФ на изобретение №2227247 «Устройство для сжигания топлива», дата подачи 28.12.2001 г., опубликовано 20.04.2004 г.).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является устройство подготовки газовоздушной смеси, состоящее из системы подачи газа в горелку через патрубок подачи газа, вентилятора для подачи воздуха и завихрителя, причем вентилятор выполнен с возможностью нагнетания воздуха из окружающего пространства, а патрубок подачи газа системы подачи газа в горелку располагается перед вентилятором подачи воздуха со стороны крыльчатки вентилятора со смещением от центра вращения крыльчатки в любую сторону до пересечения центральной окружности плоскости, описываемой непосредственно крыльчаткой вентилятора с осью патрубка подачи газа, причем расстояние от непосредственно нижнего края крыльчатки вентилятора до патрубка подачи газа должно быть не менее ½ внутреннего диаметра патрубка подачи газа (см. патент РФ на полезную модель №38898 «Узел подготовки газовой смеси», дата подачи 27.01.2004 г., опубликовано 10.07.2004 г.).
Недостатки известного устройства обусловлены низким качеством получаемой газовоздушной смеси и, как следствие, высоким уровнем выбрасываемых вредных веществ. Кроме того, существуют сложности по регулированию соотношения расхода воздуха и газа при изменении расхода газовоздушной смеси. Это связано с тем, что смешение газа с воздухом происходит только в зоне, расположенной между газовым патрубком и вентилятором, а основной поток воздуха поступает через открытое пространство вентилятора, не смешиваясь с газом до его попадания в вентилятор.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является улучшение смесеобразования, качества газовоздушной смеси и упрощение регулирования ее состава.
Указанный результат достигается тем, что узел подготовки газовоздушной смеси, содержит входной патрубок подачи воздуха из окружающей среды, систему подачи газа в горелку через патрубок подвода газа, вентилятор, согласно полезной модели в корпусе, снабженном патрубком подвода газа и соединенном с входным патрубком подачи воздуха из окружающей среды, установлена труба Вентури, содержащая входной конус, связанный с входным патрубком подачи воздуха из окружающей среды, камеру смешения с выполненными в ней равномерно распределенными и радиально расположенными щелевидными отверстиями, и выходной патрубок, соединенный с вентилятором.
Известно, что давление в камере смешения и перепады давления в зонах, расположенных до и после трубы Вентури, связаны постоянным по величине коэффициентом инжекции. Поэтому в случае изменения давления в зоне соединения трубы Вентури с вентилятором, происходящего за счет снижения или увеличения числа оборотов крыльчатки вентилятора, автоматически будет изменяться давление в камере смешения. Расход газа зависит от площади поперечного сечения патрубка подвода газа и от перепада давления в нем. Следовательно, изменение давления в камере смешения при постоянном давлении газа будет пропорционально изменению расхода газа. Таким образом, при изменении расхода воздуха, поступающего из окружающей среды, автоматически изменяется расход нагнетаемого газа, а их соотношение будет оставаться постоянным.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели такому условию патентоспособности как «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления заявляемого устройства.
Полезная модель поясняется чертежом, где
Фиг.1 - вид сбоку узла подготовки газовоздушной смеси в разрезе;
Фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Заявляемое устройство состоит из входного патрубка 1, служащего для подачи основного воздуха из окружающей среды и соединенного с корпусом 2, в котором выполнен патрубок подвода газа 3, связанный с системой подачи газа (на чертеже не показана). В корпусе 2 установлена труба Вентури, состоящая из входного конуса 4, горловины, выполняющей функцию камеры смешения 5, диффузора 6 и выходного патрубка 7, при этом в камере смешения 5 выполнены равномерно распределенные по ее кольцевой поверхности радиальные щелевидные отверстия 8.1- 8.п.Выходной патрубок 7 трубы Вентури связан с входом вентилятора (на чертеже не показан), входной конус 4 - с входным патрубком 1 подачи воздуха из окружающей среды, а патрубок подвода газа 3 размещен напротив щелевидных отверстий 8.1 - 8.п камеры смешения 5 таким образом, что вектор скорости истекающих из щелевидных отверстий 8.1 - 8.п струй газа перпендикулярен вектору скорости всасываемого воздуха.
Устройство работает следующим образом.
В патрубке подвода газа 3 устанавливают давление, равное давлению во входном патрубке 1. После включения вентилятора в выходном патрубке 7 создается разряжение, и воздушный поток из окружающей среды по входному патрубку 1 начинает всасываться в трубу Вентури. Проходя через входной конус 4, поток воздуха ускоряется в камере смешения 5, при этом, в соответствии с законом Бернулли происходит снижение статического давления. Благодаря радиальному распределению щелевидных отверстий 8.1 - 8.п камеры смешения 5, вектор скорости истекающих из них струй газа перпендикулярен вектору скорости всасываемого воздуха, за счет чего происходит подсос газа в камеру смешения 5 и, как следствие, обеспечивается полное смешение основного воздуха и газа.
Кроме того, после запуска горелки происходит саморегуляция постоянного состава газовой смеси, так как при изменении (увеличении или уменьшении) скорости движения поступающего воздуха в камере смешения 5 в соответствии с законом Бернулли происходит уменьшение или увеличение статического давления воздуха и, соответственно, пропорциональное увеличение (уменьшение) подачи газа в камеру смешения 5. Выполнение щелевидных отверстий 8.1 - 8.п равномерно распределенными и радиально расположенными по всей кольцевой поверхности камеры смешения 5 обеспечивает смешение газа с воздухом по всему сечению трубы Вентури, и, как следствие, приводит к полному сгоранию газа, уменьшению его удельного расхода, а также уменьшению токсичности уходящих продуктов горения.
После торможения газовоздушной смеси в диффузоре 6, протекающего при повышении статического давления, смесь поступает в выходной патрубок 7, выполненный цилиндрическим, в котором происходит выравнивание концентрации газовоздушной смеси по всему объему. Затем смесь подается в вентилятор и после этого нагнетается в горелку.
Заявляемая полезная модель позволяет улучшить смесеобразование, качество газовоздушной смеси, а также упростить регулирование ее состава.