ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ГОРЕНИЯ

Устройство относится к области энергетики, в частности к теплогенерирующим устройствам с камерами сгорания прерывистого действия для сжигания жидкого или газообразного топлива, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, например в сушильных агрегатах, для отопления помещений производственного назначения, для обогрева техники и механизмов.
Известен теплогенератор пульсирующего горения (RU 2187041 от 2000 г. МПК F32C 11/04) включающий камеру пульсирующего горения, состоящую из цилиндрической камеры сгорания, аэродинамического клапана и прямой резонансной трубы, включающий эжекторную трубу, выполненную в виде телескопической трубы Вентури, внутри которой располагается камера пульсирующего горения и надуваемой выхлопной струей резонансной трубы, и вихревую смесительную камеру, в которую подается тангенсально поток газов из эжектора и по отдельному телескопическому патрубку выхлопной поток аэродинамического клапана, который подается в вихревую камеру по оси, перпендикулярно подаче газов из эжектора. Вся конструкция разделена на две громоздкие части, которые соединены телескопически и могут перемещаться относительно друг друга для регулирования количества эжектируемого воздуха.
Данная конструкция теплогенератора имеет пространственно-распределенную компоновку и обладает значительными габаритными размерами. Для регулирования количества эжектируемого воздуха необходимо перемещать громоздкие элементы конструкции, что делает автоматизацию данного процесса не технологичной. Применение вихревой смесительной камеры и протяженных патрубков неизбежно увеличивает габаритные размеры и потери полного давления теплоносителя. Кроме того такая конструкция делает практически не возможным применение глушителей и звукоизолирующих конструкций без существенного ухудшения массово-габаритных характеристик. Указанные выше недостатки так же исключают возможность применения изобретения в передвижных теплогенерирующих установках.
Задачей полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик теплогенератора пульсирующего горения, а именно мобильность, масса, габаритные размеры, уровень создаваемого шума, автоматическое управления температурой теплоносителя на выходе. Технический результат при этом заключается в повышении технологичности устройства и расширении спектров его возможного применения.
Сущность изобретения заключается в том, что теплогенератор содержит два последовательно соединенных друг с другом эжекторных патрубка, причем для уменьшения габаритных размеров первый эжекторный патрубок выполнен U-образной формы и на входе патрубок надувается выхлопной струей из аэродинамического клапана камеры пульсирующего горения, при этом в патрубок эжектируется атмосферный воздух. Второй эжекторный патрубок выполнен прямым и надувается выхлопной струей, которая подводится из резонансной трубы через акустическую разделительную камеру, а от нее по U-образному патрубку вводится в первый U-образный эжекторный патрубок через боковую стенку последнего так, что выходные сечения этих двух U-образных патрубков располагаются соосно и потоки газов из них попадают во второй прямой эжекторный патрубок.
Для снижения создаваемого шума камера пульсирующего горения помещена в звукоизолирующий кожух, разделенный перегородкой на два сообщающихся отсека так, что камера сгорания с аэродинамическим клапаном размещаются в одном отсеке, а U-образная резонансная труба переходит, огибая перегородку во второй отсек, при этом воздух, засасываемый аэродинамическим клапаном поступает внутрь кожуха через заборной устройство с изменяемой проходной площадью, расположенное у выходного сечения резонансной трубы так, что воздух двигается по U- образной траектории вдоль резонансной трубы к аэродинамическому клапану, обдувая камеру пульсирующего горения снаружи. Второй прямой эжекторный патрубок является одновременно внутренним каналом выхлопного реактивного или диссипативного глушителя.
На фиг.1 представлен общий вид теплогенератора, поясняющий устройство и принцип работы теплогенератора, для чего на фиг.1 стрелками указаны схемы движения потоков воздуха и продуктов сгорания.
На фиг.2 представлен вариант исполнения теплогенератора в частичном продольно-поперечном разрезе.
Теплогенератор состоит из цилиндрической камеры сгорания 1, соединенной с U-образной резонансной трубой 2 и аэродинамическим клапаном 3, образующими камеру пульсирующего горения, акустической разделительной камеры 4, патрубка выхлопных газов 5, патрубка 6 первой ступени эжекции и трубы 7 второй ступени эжекции. Резонансная труба 2 одним концом соединена с камерой 1, а вторым концом с передним торцом камеры 4. Входное отверстие патрубка 6 расположено на переднем торце камеры 4 соосно с клапаном 3. Патрубок 6 проходит насквозь камеру 4 и далее изгибается на 180 градусов, так чтобы поток разворачивался в обратную сторону. Входное отверстие патрубка 5 расположено на задней стенке камеры 4 соосно резонансной трубе 2. Патрубок 5 также как и патрубок 6 изогнут на 180 градусов и одним концом соединен с камерой 4, а другим концом входит в патрубок 6 через боковую стенку последнего так, что выходные сечения патрубков 5 и 6 располагаются соосно и образовывают канал типа труба в трубе. К выходному сечению патрубка 6 пристыковывается прямая труба 7 второй ступени эжекции.
Теплогенератор работает следующим образом (см. фиг.1). Продукты сгорания 8 поступают из камеры сгорания 1 в резонансную трубу 2 и далее в виде пульсирующего потока в акустическую камеру 4. Камера 4 осуществляет акустическое отделение резонансной трубы 2 от остальной газодинамической системы и тем самым обеспечивает нормальную работу камеры сгорания 1. Из камеры 4 продукты сгорания 8 по патрубку 5 поступают в трубу 7 второй ступени эжекции, где они эжектируя газы 9, 10 из патрубка 6 первой ступени эжекции смешиваются с ними и выходят из теплогенератора в качестве теплоносителя.
На цикле всасывания камера сгорания 1 забирает воздух из атмосферы через аэродинамический клапан 3, а на цикле выхлопа смесь воздуха с продуктами сгорания 9 с высокой скоростью порядка 40-70 м/с выбрасывается из аэродинамического клапана 3 в открытое входное сечение патрубка 6 первой ступени эжекции, при этом ввиду того, что патрубок 6 имеет больший диаметр, чем клапан 3 происходит эжекция дополнительного воздуха 10 из атмосферы в патрубок 6. Далее смесь воздуха 10 с газами 9 отсасывается из патрубка 6 первой ступени эжекции в трубу 7 второй ступени эжекции посредством активной струи продуктов сгорания 8 из патрубка 5. В трубе 7 происходит окончательное смешение трех потоков 8, 9, 10 из патрубков 5 и 6.
Патрубок 6 выполняет задачу воздушного струйного насоса с двумя ступенями эжекции. На входе он надувается активной выхлопной струей 9 клапана 3, а на выходе создается разрежение активной выхлопной струей 8 резонансной трубы 2, что обеспечивает повышение коэффициента эжекции воздуха и понижение конечной температуры генерируемого потока горячих газов. Таким образом, при работе теплогенератора создается поток горячей смеси воздуха с продуктами сгорания. При этом температура смеси при постоянной тепловой мощности зависит от коэффициента эжекции воздуха патрубком 6.
В варианте исполнения теплогенератора, представленного на фиг.2. камера пульсирующего горения, состоящая из камеры сгорания 1, U-образной резонансной трубы 2 и аэродинамического клапана 3 помещена в звукоизолирующий кожух 11, разделенный перегородкой 12 на два сообщающихся отсека так, что камера 1 и клапан 3 располагаются в одном отсеке, а U-образная резонансная труба огибает перегородку 12 и располагается главным образом во втором отсеке. В близи выходного сечения резонансной трубы 2 в стенке отсека 11 имеется воздухозаборное устройство 13 выполненное виде решетки или жалюзи. Труба 7 второй ступени эжекции играет роль внутреннего канала выхлопного глушителя 14, который может быть как реактивного так и диссипативного типа. Спереди кожух 11 закрывается декоративной звукоизолирующей панелью 17. Сзади патрубки 5 и 6 закрываются декоративным теплоизолирующим коробом 15, а сверху теплогенератор закрывается декоративной теплоизолирующей накладкой 16.
При работе теплогенератора патрубком 6 первой ступени эжекции создается разрежение внутри кожуха 11. При этом через воздухозаборное устройство 13 воздух 10 из атмосферы поступает внутрь кожуха и двигаясь по U-образной траектории из одного отсека в другой вдоль камеры пульсирующего горения охлаждает ее элементы и внутренние стенки кожуха. Далее нагретый воздух 10 эжектируется выхлопной струей 9 клапана 3 в патрубок 6 и поступает в трубу 7 глушителя 14. Звукоизолирующий кожух 11 снижает уровень шума излучаемого клапаном 3, а выхлопной глушитель 14 снижает уровень шума, излучаемый через трубу 7. При постоянной тепловой мощности камеры пульсирующего горения температура выходной смеси газов теплогенератора регулируется посредством изменения проходного сечения воздухозаборного устройства 13, то есть за счет изменения коэффициента эжекции атмосферного воздуха патрубком 6.
Применение двух последовательных струйных эжекторов позволяет максимально использовать энергию выхлопных струй аэродинамического клапана и резонансной трубы для создания эжекции как можно большего количества воздуха, что в сочетании с регулируемым проходным сечением воздухозаборного устройства позволяет в широком диапазоне регулировать температуру генерируемого потока теплоносителя. U-образные патрубки с плавным поворотом потоков обеспечивают компоновку теплогенератора с минимальными габаритными размерами и потерями полного давления при сохранении достаточных длин каналов для организации в них эффективного эжекторного смешения, а также применения их для организации глушителей шума. Размещение камеры пульсирующего горения внутри звукоизолирующего кожуха и организация обдува камеры пульсирующего горения эжектируемым атмосферным воздухом от выходного сечения резонансной трубы до аэродинамического клапана позволяет снизить шум, излучаемый аэродинамическим клапаном и обеспечить воздушное конвективное охлаждение камеры пульсирующего горения и внутренних поверхностей звукоизолирующего кожуха.