УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА
FUEL COMBUSTION DEVICE

Изобретение относится к области сжигания топлива и может найти применение в воздушно-реактивных двигателях, в газотурбинных, топочных и теплоэнергетических установках, в установках по переработке и утилизации бытовых и промышленных отходов.
Известно устройство для сжигания топлива, включающее камеру сжигания, содержащую жаровую трубу, устройство подвода вторичного воздуха и расположенные в одном сечении, перпендикулярном центральной оси камеры сгорания, завихритель и канал выхода продуктов сгорания, первичную камеру сгорания, установленную перед основной соосно с последней, жаровые трубы камер сгорания соединены, воспламеняющее устройство, выполненное в виде форкамеры, содержащей топливную форсунку, электрическую свечу зажигания и сопло, а устройство подвода топлива и выполненный в виде закручивающего соплового аппарата завихритель первичной камеры сгорания расположены на ее переднем торце в сечении, перпендикулярном центральной оси камеры (См. МПК F23 3/00, патент Российской Федерации №2212004, опубл. 20.01.2003 г.).
Существенными недостатками известного устройства для сжигания топлива являются:
- сложность конструкции, обусловленная наличием дополнительной первичной камеры сгорания, установленной перед соосно с последней, жаровые трубы которых соединены, воспламеняющее устройство, выполненное в виде форкамеры, которая создает высокотемпературный поток продуктов сгорания, в результате чего происходит перегрев лопаток и разрушение ускорителя;
- сложность и большая трудоемкость изготовления отдельных деталей и узлов, обусловленные наличием поверхностей, выполняемых по сложным законам профилирования, требующим для изготовления специального технологического оборудования и больших трудозатрат;
- невысокая надежность работы устройства.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для сжигания топлива, включающее камеру сгорания, содержащую жаровую трубу, канал подвода основного воздуха, завихритель, устройство подвода основного топлива, головку камеры сгорания, выполненную сферической с радиусом, равным радиусу жаровой трубы, при этом устройство дополнительно содержит дефлектор рассеивающий и конус рассеивающий, установленные соосно на выходе воздуха из завихрителя и дефлектор сжимающий, примыкающий к сферической головке и расположенный внутри жаровой трубы. (См. МПК F23R 3/00, патент Российской Федерации №2256850, опубл. 20.07.2005 г., №20).
Существенными недостатками известного устройства для сжигания топлива являются:
- технологическая сложность конструкции и ее сборки, значительная трудоемкость изготовления, обусловленная наличием завихрителя, дефлектора и конуса рассеивающих, установленных соосно на выходе воздуха из завихрителя и дефлектора сжимающего, примыкающего к сферической головке и расположенных внутри жаровой трубы, что приводит к зажатию проходного сечения свободного выхода продуктов сгорания и уменьшает производительность устройства.
- повышенное аэродинамическое сопротивление устройства из-за наличия дефлектора сжимающего, примыкающего к сферической головке.
Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение конструкции и технологии ее сборки, повышение надежности работы.
Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве для сжигания топлива, включающем камеру сгорания, содержащую в корпусе коническую жаровую трубу, образующую канал подвода основного воздуха, устройство подвода основного топлива, к которому примыкает головка камеры сгорания, выполненная сферической с радиусом, равным радиусу жаровой трубы, корпус камеры сгорания содержит крышку с внутренней поверхностью в виде «тора», а торец стенки жаровой трубы выполнен скругленным и вместе с внутренней поверхностью в виде «тора» образует канал с проходным сечением, равным проходному сечению канала, образованного наружным диаметром жаровой трубы и внутренним диаметром корпуса устройства, при этом торец жаровой трубы заглублен в крышку на длину, равную не менее двух расстояний между корпусом и жаровой трубы, а на противоположной стороне жаровой трубы расположена головка камеры сгорания, снабженная форсункой пускового топлива и свечой зажигания.
Выполнение крышки устройства с внутренней поверхностью в виде «тора», разворачивающего основной воздух и направляющий его вдоль внутренней стенки конической жаровой трубы в головку камеры сгорания, выполненной сферической с радиусом, равным радиусу жаровой трубы, позволит выходящему из крышки с внутренней поверхностью в виде «тора» основному воздуху омывать постоянно внутреннюю поверхность крышки, жаровой трубы и сферической головки, охлаждая их, исключить концентрацию тепловой энергии и перегрев отдельных деталей и узлов, обеспечивая тем самым надежную работу всего устройства. При этом создается возможность образования приосевого вихревого потока, который, смешиваясь с пусковым или основным топливом, образует топливовоздушную смесь, и не требует для изготовления специального технологического оборудования, при упрощении конструкции и ее технологической сборки, снижении трудоемкости изготовления.
Заглубление торца жаровой трубы в крышку на длину, равную не менее двух расстояний между корпусом и жаровой трубой, обеспечивает плавность изменения направления потока основного воздуха и равномерное его истекание. При меньшем расстоянии между корпусом и жаровой трубой происходит срыв потока по внутренней кромке поверхности в виде тора, что приведет к пульсациям работы устройства и не достигается новый технический результат.
В целом это позволит исключить из конструкции устройства дефлектор и конус рассеивающийся, завихритель и дефлектор сжимающий, что, в свою очередь, уменьшит газодинамическое сопротивление, повысит производительность, обеспечит повышение надежности работы.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства в разрезе; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 - сечение В-В фиг. 1.
1
2
Устройство для сжигания топлива включает камеру сгорания 1, содержащую коническую жаровую трубу 2, расположенную в корпусе 3 и образующую с ней канал 4 подвода основного воздуха, устройство 5 подвода основного топлива, к которому примыкает головка 6 камеры сгорания 1, внутренняя поверхность 7 которой выполнена сферической с радиусом R, равным радиусу R жаровой трубы 2. К правой части корпуса 3 присоединена крышка 8 с внутренней поверхностью 9 в виде «тора», которая огибает скругленный по радиусу R торец 10 стенки жаровой трубы 2. Внутренняя поверхность крышки 8 в виде «тора» и торец 10 образуют канал 11 одного проходного сечения. Торец 10 жаровой трубы 2 заглублен в крышку на длину L, равную не менее двух расстояний между корпусом 3 и жаровой трубой 2, а на противоположной стороне жаровой трубы 2 расположена сферическая головка 6, снабженная форсункой 12 пускового топлива и свечой зажигания 13. Устройство содержит также устройство 14 подачи основного топлива, штуцер 15, завихритель 16 вторичного воздуха, снабженный эжекторной втулкой 17.
Устройство для сжигания топлива работает следующим образом. Основной (первичный) воздух в устройство подается от компрессора (на чертеже не показан) через штуцер 5, расположенный тангенциально к поверхности конической жаровой трубы 2 (см. фиг. 1 и фиг. 3), и создает в канале 4 сильно закрученный воздушный поток, который доходит до крышки 8, разворачивается в ней и, используя расширяющуюся внутреннюю конусную поверхность жаровой трубы 2, формируется в периферийный вихревой поток, и, входя в сферическую головку 6, возбуждает в приосевой зоне камеры сгорания 1 находящийся в противотоке к нему вращающийся в том же направлении, сильно закрученный воздушный поток, приосевой вихрь 18, в который посредством форсунки 12 подают пусковое топливо, образовавшуюся топливовоздушную смесь поджигают с использованием свечи зажигания 13 и сжигают в образовавшемся приосевом вихревом потоке. Далее дожигание продуктов сгорания камеры сгорания осуществляют в зоне 19 дожига канала 20 выхода продуктов сгорания.
Для осуществления режима работы на основном топливе дополнительно направляют вторичный (эжектирующий, активный) воздух через штуцер 15 в завихритель 16 (см. фиг. 1 и фиг. 2) вторичного воздуха, создавая сильно закрученный активный поток, формирующий в плоскости его образования у цилиндрической эжекторной втулки 17 структуру потока с высоким радиальным градиентом статического давления, а в качестве пассивного потока используют основное газообразное топливо, поступающее в центральную часть создаваемого активного потока за счет формирования высоким радиальным градиентом статического давления высокого осевого градиента статического давления. После воспламенения основного топлива отключается подача пускового топлива с соответствующей корректировкой расхода основного воздуха для поддержания устойчивого процесса горения в необходимых параметрах. Путем изменения расхода вторичного воздуха в определенной пропорции изменяется и расход основного топлива, т.е. производится регулировка мощности устройства, при этом меняется и расход основного воздуха. После выхода на устойчивый режим устройство запуска свеча зажигания 13 отключается.
Проведенные испытания показали, что:
изб.
2
- в режиме работы на пусковом топливе (баллонный газ пропан-бутановая смесь) разряжение эжекторов составляет Р=1,0 кг/см, температура выхлопных газов достигла Т=+2277°C;
абс.
2
- в режиме на эжектируемом разряженном газе (баллонный газ пропан-бутановая смесь) Р=0,8 кг/см; температура выхлопных газов составила +2244°C.