ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА
GAS BURNER

Изобретение относится к устройствам для сжигания низкокалорийных газов.
Наиболее близким техническим решением является газовая горелка, включающая воздухоподающий корпус, с установленным на его выходе лопаточным завихрителем и центральной газовой трубой с выходным осевым сужающимся соплом с углом α=5-20° при вершине и двумя радиальными выпускными отверстиями, при этом клапанное устройство для распределения газа размещено в центральной газовой трубе перед осевым сужающимся соплом (Авт. свид. СССР №1262199, М. кл. F23D 14/00, 1985 г.).
Недостатками известного устройства являются невозможность сжигания низкокалорийного газа, например коксового, генераторного и других газов с требуемыми технологическими параметрами: тепловой производительностью, длиной факела, а также опасность возникновения взрыва газовоздушной смеси в объеме между газовой и воздухоподающей трубами в зоне радиальных отверстий вследствие малой скорости газовоздушной смеси в этой зоне из-за большого гидравлического сопротивления завихрителя горелки.
Задачей предлагаемого изобретения являются создание газовой горелки, обеспечивающей повышенную надежность в эксплуатации, высокую взрывобезопасность, требуемую технологическую тепловую производительность и регулируемую длину факела.
Поставленная задача достигается тем, что в газовой горелке, включающей воздухоподающую и газовую трубы, клапанное устройство и сопло, новым является то, что воздухоподающая и газовая трубы жестко соединены выходами с образованием единого канала и установлены под углом друг к другу α'=30-45°, внутри клапанного устройства по центральной оси установлен шток с резьбой по всей поверхности и жестко закрепленным в нижней части золотником в виде сдвоенных основаниями конусов, соединенных через диск, диаметром равным диаметру конуса и рукояткой в верхней части, причем между воздухоподающей и газовой трубами жестко закреплен фиксатор со сквозным резьбовым отверстием.
В газовой горелке углы вершины конусов равны β=5-20° каждый, а диаметр основания каждого конуса равен 1/3-1/4 диаметра выходного отверстия сопла, а высота каждого конуса равна
,
конуc
где d - диаметр основания конуса;
конуc
h - высота конуса.
В газовой горелке угол конфузорности единого канала равен γ=10÷20°.
В газовой горелке диаметры воздухоподающей, газовой труб и входа единого канала равны между собой, а диаметр выхода единого канала равен
вых. канал
вх.канал
d=(0,75÷0,6)d
выx.канал
где d- диаметр выхода единого канала;
вх.канал
d- диаметр входа единого канала.
В газовой горелке ширина диска между сдвоенными основаниями конусов равна 0,1 диаметра основания конуса:
конус
а=0,1 d,
где а - ширина диска;
конус
d - диаметр основания конуса.
В газовой горелке длина сопла равна от одного до трех диаметров сопла
сопло
сопло
L=(l÷3)d
сопло
где L - длина сопла;
сопло
d - диаметр сопла.
Выполнение воздухоподающей и газовой труб под углом =30-45° с образованием единого канала приводит к взаимной эжекции воздушного и газового потоков, снижению гидравлического сопротивления, перемешиванию газовоздушных потоков с образованием газовоздушой смеси в едином канале и сопле.
Равенство диаметров на входе в единый канал воздухоподающей и газовой труб приводит к турбулентности движения газового и воздушного потоков и к увеличению до 50 м/с скорости в едином канале и сопле, что способствует образованию хорошо перемешанной газовоздушной смеси на выходе из сопла горелки и предотвращает взрывное воспламенение смеси внутри газовой горелки.
Клапанное устройство позволяет регулировать длину факела горелки при незначительном увеличении гидравлического сопротивления, благодаря обтекаемой форме золотника в виде сдвоенных конусов с углом, равным β=5-20°.
Фиксатор со сквозным резьбовым отверстием, жестко закрепленный между трубами, обеспечивает при помощи штока плавную регулировку длины факела без нарушения герметичности горелки.
Угол конфузорности единого канала γ=10÷20° позволяет получить удлиненный факел за счет увеличения скорости выхода газовоздушной смеси из выходного отверстия сопла с незначительным увеличением гидравлического сопротивления.
сопло
coплo
Использование сопла длиной L=1÷3d позволяет увеличить длину факела за счет выравнивания в нем эпюры и векторов скоростей потока газовоздушной смеси на выходе из сопла.
диск
конуc
диск
конус
конуc
Соединение двух конусов золотника через диск шириной а=0,ld и диаметром d=d, где d - диаметр конуса, делает это соединение плавным и позволяет снизить гидравлическое сопротивление золотника в горелке.
Предлагаемая газовая горелка поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид газовой горелки;
на фиг.2 - золотник, жестко соединенный со штоком.
Газовая горелка состоит из воздухоподающей 1 и газовой 2 труб, жестко соединенных под углом =30÷60° с единым каналом 3 с углом конфузорности γ=10÷20°, клапанным устройством 4 и соплом 5, клапанное устройство 4 состоит из золотника 6 в виде сдвоенных конусов 7 с углом, равным β=5-20°, соединенных через диск 8 шток 9 с рукояткой 10 и фиксатором 11. Газовая горелка работает следующим образом. Воздух и газ в горелку через воздухоподающую 1 и газовую 2 трубы подаются одновременно в единый канал 3, где воздушный и газовый потоки турбулизуются, поэтому перемешиваются, ускоряются за счет равенства диаметра входа в единый канал 3 с диаметрами воздухоподающей 1 и газовой 2 труб, при котором площадь сечения канала 3 для газовоздушной смеси уменьшается в два раза, а скорость смеси возрастает в два раза, смесь перемещается в едином канале 3, где происходит дополнительное перемешивание и ускорение газовоздушной смеси в зазоре между единым каналом 3 или соплом 5 и золотником 6 с минимальным местным гидравлическим сопротивлением, благодаря обтекаемой форме золотника 6 в виде сдвоенных конусов 7, соединенных через диск 8, и малому углу γ=10÷20° конфузорности единого канала 3, происходит уменьшение площади живого сечения этого зазора. Уменьшение или увеличение площади живого сечения в этом зазоре посредством вкручивания или выкручивания рукоятки 10 штока 9 с золотником 6 в фиксаторе 11 позволяет регулировать длину факела сжигания газовоздушной смеси.
Технический результат использования газовой горелки заключается в полном сжигании низкокалорийных газов без физического и химического недожегов, с тепловой производительностью и с регулируемой длиной факела, необходимыми для технологии сушки, прокалки и обжига различных материалов, простота конструкции обеспечивает повышенную надежность горелки в эксплуатации, а конструктивно обусловленная высокая скорость движения газовоздушной смеси внутри горелки обеспечивает ее взрывобезопасность.