ПАРОГАЗОГЕНЕРАТОР
GAS-STEAM GENERATOR

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к способам работы и конструированию парогазогенераторов.
Одной из проблем, стоящих в настоящее время в данной области техники, является проблема эффективности энергоустановок, повышение их КПД и надежности работы.
Известен способ работы парогазогенератора, в котором рабочий процесс осуществляется в двух газовых трактах с разнотемпературными выхлопными потоками, выводимыми в общую утилизационную систему, в которой генерируется водяной пар (заявка РФ на изобретение №93009679/06/008853).
Известен способ работы парогазовой установки (парогазогенератора), включающий сжигание топлива, подогрев рабочего тела, генерацию водяного пара (патент РФ №2174615, кл. МПК7 F02C 6/18 от 12.09.1996 г.).
Известно устройство для получения высокотемпературного пара (а.с. СССР №168962), содержащее корпус с выходными патрубками для парогазовой смеси и размещенным внутри горелочным устройством.
Известен парогазогенератор, содержащий корпус с выходным патрубком для парогазовой смеси, цилиндрическую камеру сгорания с горелочным устройством, камеру смешения, форсунки, завихрители потока (патент РФ 2283456 от 12.20.2004 г., кл. МПК F22B 1/22).
Общим недостатком известных технических устройств является их недостаточная эффективность работы, сложность конструкции и низкая надежность при высоких тепловых нагрузках конструкционных элементов.
Известен парогазогенератор, содержащий камеру сгорания с форсунками, подвод воды, запальное устройство, камеру испарения, при этом подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в камере испарения установлена диафрагма (Патент РФ №2371594, МПК: F02C6/00 - прототип).
Указанный парогазогенератор работает следующим образом.
Вода по магистрали подается в камеру сгорания, проходя по втулке с тангенциальными каналами, закручивается и образует в полости камеры сгорания вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области.
Затем по магистралям окислителя и горючего подают компоненты в смесительную головку. Запальное устройство с помощью свечи воспламеняет их. Компоненты сгорают внутри водяной вихреобразной оболочки, которая существенным образом снижает температурные нагрузки на стенки камеры сгорания, что позволяет поднять до максимальной температуру сгорания компонентов (достигается их стехиометрическим соотношением) и повысить, тем самым, эффективность работы установки.
Наличие диафрагмы, выполненной в виде сопла, широким срезом направленного в камеру испарения, не позволяет разрушиться образовавшейся водяной вихревой оболочке раньше времени, поэтому интенсивное испарение воды и разогрев пара происходят при более щадящих температурных нагрузках на конструкционные элементы парогазогенератора, после свертывания вихреобразной водяной оболочки. Кроме того, при расширении газа в сопле, его статическая температура падает.
Разогретый в камере испарения высокотемпературный пар через выходное устройство выходит наружу для дальнейшего потребления.
Основными недостатками данной конструкции парогазогенератора являются значительные габариты, особенно в осевом направлении, что вызвано необходимостью размещения камеры смешения после узла подачи балластирующего компонента.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, и повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный парогазогенератор, содержит камеру и смесительную головку, включающую в себя блок подачи компонентов топлива и блок подачи балластирующего компонента, состоящего из корпуса на котором закреплен коллектор, секций установленных в корпусе коаксиально и состоящих из двух концентрически соединенных между собой втулок, на наружной поверхности одной из которых выполнены пазы, при этом секции, соединенные между собой и корпусом с помощью колец, образуют кольцевые каналы, причем в кольцах выполнены отверстия, сообщающие полость горючего с кольцевыми каналами, а в отверстиях с кольцевым зазором установлены полые наконечники, сообщающие полость окислителя с кольцевыми каналами, при этом полость коллектора соединена с полостями секций с помощью радиальных каналов, выполненных в кольцах.
Предлагаемая конструкция парогазогенератора, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение габаритов, массы устройства, а также повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез парогазогенератора, на фиг. 2 - разрез А-А - поперечный разрез парогазогенератора, на фиг. 3 - разрез Б-Б - поперечный разрез смесительной головки, на фиг. 4 - выносной элемент В - продольный разрез смесительной головки.
Парогазогенератор содержит камеру 1 и смесительную головку 2.
Смесительная головка 2 состоит из блока подачи компонентов топлива 3 и блока подачи балластирующего компонента 4.
Блок подачи балластирующего компонента 4 состоит из корпуса 5, на котором закреплен коллектор 6, секций 7. Секции 7 установлены в корпусе 5 коаксиально и состоят из двух концентрически соединенных между собой втулок 8, на наружной поверхности одной из которых выполнены пазы 9. При этом секции 7, соединенные между собой и корпусом 5 с помощью колец 10, образуют кольцевые каналы 11.
В кольцах 10 выполнены отверстия 12, сообщающие полость горючего 13 с кольцевыми каналами 11, а в отверстиях 12 с кольцевым зазором 14 установлены полые наконечники 15, сообщающие полость окислителя 16 с кольцевыми каналами 11. При этом полость коллектора 6 сообщена с полостями секций 7 с помощью радиальных каналов 17, выполненных в кольцах 10.
Предложенный парогазогенератор работает следующим образом.
Балластирующий компонент подается в коллектор 6 и далее через радиальные каналы 17 в секции 7. Через пазы 9, выполненные на втулках 8, балластирующий компонент поступает в камеру 1.
Горючее подается в полость горючего 13, где оно равномерно распределяется между отверстиями 12. По кольцевым зазорам 14 между наконечниками 15 и отверстиями 12 горючее поступает в кольцевые каналы 11.
Окислитель подается в полость окислителя 16 и далее через наконечники 15 в кольцевые каналы 11.
В кольцевых каналах 11 происходят перемешивание и сгорание компонентов топлива. Образовавшиеся высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива поступают в камеру 1, где они разбавляются и охлаждаются балластирующим компонентом, поступающим из секций 7.
Использование предложенного технического решения позволит снизить габариты и массу парогазогенератора, а также повысить однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.