УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ "КОРОННОГО ПЛАМЕНИ"
UNIT FOR OBTAINING A "CROWN FLAME"

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройствам для сжигания горючих жидкостей и может быть использовано как стенд для исследования процессов горения в противопожарной защите, энергетике и химической промышленности.
«Коронное пламя» представляет собой пламя кольцеобразной формы (в виде «короны») голубого или прозрачного цвета, возникающее при сгорании любой горючей или легковоспламеняющейся жидкости до продуктов полного сгорания.
Уровень техники
В качестве аналогов выбраны следующие объекты:
1) Оголовок факельной установки для утилизации метанола (патент на полезную модель RU 103601 U1, 2010 г), содержащий кожух, с расположенными в нём топочной камерой с горелкой, воздухораспределительным приспособлением и дожигательной каталитической насадкой, отличающийся тем, что кожух установлен с возможностью осевого перемещения относительно горелки, воздухораспределительное приспособление выполнено в виде усеченного конуса или цилиндра и установлено соосно между топочной камерой и горелкой с образованием двух радиальных зазоров: первого - по отношению к горелке и второго – по отношению к кожуху, причем кожух в нижней части на внутренней поверхности имеет направляющие, выполненные в виде наклонных пластин, установленных по винтовой линии, а дожигательная каталитическая насадка установлена на кожухе выше топочной камеры.
2) Стенд для исследования процессов горения и тушения пожара (патент на полезную модель RU 158135 U1, 2015 г), включающий средства создания очага пожара, трубопроводы для подачи горючего газа и регистрирующую аппаратуру, в котором в качестве средства создания очага пожара используют газовую горелку, выполненную с возможностью соединения одним трубопроводом с емкостью газа для розжига, а другим соединительным трубопроводом с емкостью для хранения горючего газа, каждый трубопровод подсоединен к соответствующим емкостям с газом через балансировочный клапан, обратный клапан и шаровой кран, а соединительный трубопровод дополнительно и через редуктор, горелка выполнена с возможностью крепления на ней сменных насадок и снабжена манометром.
3)  Модельный очаг пожара (МОП) класса В по (ГОСТ Р 51057-2001), используемый при проведении огневых испытаний огнетушителей. МОП представляет собой круглый стальной противень с бензином.
Общим недостатком перечисленных устройств является невозможность получения «Коронного пламени».
В качестве прототипа выбрано устройство, образованное из сплетенных прядей, относительно перекрещивающихся и состоящих, соответственно, из волокнистого и неволокнистого материала, при этом сфабрикованная структура имеет зону, свободную от волокнистого материала, и предназначена для замедления потока топлива через нее (патент Wick, Burner. A.  1.693,604, 04.12.1928, Heldrich Andrew. New Brunswick, N.J., assignor to American Incubator Manufacturing Co., Inc. Burner wick).
Недостатком устройства также является отсутствие возможности получения «Коронного пламени».
Раскрытие изобретения
Предлагаемая конструкция позволяет добиться сгорания любой горючей или легковоспламеняющейся жидкости до продуктов полного сгорания. Для получения продуктов полного сгорания необходимо реализовать сгорание смеси стехиометрического состава. При горении жидкостей в диффузионном режиме выполнить это без принудительной подачи окислителя к зоне горения невозможно (В.Р. Малинин, В.И. Климкин, С.В. Аникеев, Е.Г. Коробейникова. Теория горения и взрыва. Учебник для вузов МЧС России / СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2007. – 293 с). Подача окислителя соосно поступлению паров горючей жидкости формирует плоское пламя, образующее конусообразную поверхность за счет взаиморасположения источников окислителя и паров.
Для формирования коронного пламени жидкость должна испаряться только с небольшой кольцеобразной площади, для этого в устройстве предусмотрен рассекатель пламени. Кроме того, рассекатель пламени препятствует турбулизации пламени и позволяет смешение горючего и окислителя реализовывать в ламинарном режиме (Р.В. Торнер. Основные процессы переработки полимеров. Химия. М:.1972 г. 456. с; Тадмор З., Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. Пер. с англ.-М.:1984.-632 с; Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. Основные характеристики горения. М:., «Химия», 1977 320 с.; Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров / Пер. с англ. К.Г. Бомштейна; под ред. Ю.А. Кошмарова, В.Е. Макарова. – М.: Стройиздат, 1990. – 424 с.), что приводит к полному сгоранию горючей смеси. Причём важную роль играет вид жидкости (скорость её испарения), скорость подачи окислителя, а также площадь поверхности жидкости и площадь сопла подачи окислителя.
При этом форма пламени обретает вид кольца или «короны» голубого или прозрачного цвета, получение которого невозможно с помощью устройств и способов, выбранных в качестве аналогов и прототипа. Следовательно, предлагаемый способ соответствует критерию изобретения «новизна».
ж
в
В разработанной установке подача окислителя к зоне горения осуществляется принудительно с помощью вентилятора, соединенного с электродвигателем (ЭД), со скоростью, равной скорости выхода паров с зеркала жидкости. Возможно изменять четыре параметра сжигания жидкости: скорость подачи окислителя (с помощью изменения напряжения, подаваемого на ЭД); площадь зеркала горючей жидкости (посредством изменения расстояния L от внутреннего края ёмкости с жидкостью до стенки рассекателя); площадь потока окислителя (посредством изменения расстояния L от внешнего края ёмкости для жидкости до внутренней стенки трубы, формирующей газовый поток); а также вид горючей жидкости. Указанные признаки обусловливают соответствие предлагаемого способа критерию изобретения «изобретательский уровень».
Краткое описание чертежей
На чертеже представлена установка для получения «Коронного пламени». Цифрами отмечены: 1 – труба для формирования газового потока окислителя; 2 – горючая жидкость; 3 – рассекатель пламени; 4 – ёмкость для горючей жидкости (ГЖ); 5 – крепление ёмкости с ГЖ; 6 – вентилятор; 7 – электродвигатель.
Осуществление изобретения
1. Описание оборудования, применяемого для получения «Коронного пламени»
Для получения «Коронного пламени» используют установку (см. чертеж), которая состоит из трубы 1, обеспечивающей формирование газового потока окислителя, внутри которой с помощью креплений 5, обеспечивающих свободный проход газового потока, установлена ёмкость 4 с горючей жидкостью 2. В ёмкости 4 соосно расположен цилиндрический рассекатель пламени 3 для реализации испарения жидкости только с небольшой кольцеобразной площади между стенками емкости 4 и рассекателем 3. Подачу газообразного окислителя (воздуха) обеспечивают с помощью вентилятора 6, расположенного в трубе 1 под емкостью 4, и соединенного с электродвигателем 7.
2. Подготовка оборудования для получения «Коронного пламени»
В зависимости от вида горючей жидкости подбираются параметры установки: скорость подачи окислителя (должна быть равна скорости выхода паров с зеркала жидкости), площадь зеркала горючей жидкости и площадь потока окислителя. Скорость подачи окислителя определяет вид пламени: при низких скоростях пламя будет диффузионным ламинарным (значение критерия Рейнольдса до 2300), при высоких скоростях – кинетическим турбулентным (значение критерия Рейнольдса свыше 10000), в переходном же режиме (только при одном определенном значении скорости потока) пламя обретает голубоватый цвет и форму кольца («короны»).
Поджиг горючей жидкости осуществляется внешним источником зажигания до включения электродвигателя.