ТЕПЛОПАРОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована при производстве теплоносителей в различных областях народного хозяйства.
Известен теплопарогенератор (патент РФ №2206818, МПК F22B 1/26, опубл. 20.06.2003 г.), содержащий корпус с установленными в нем коаксиально и последовательно камерой сгорания с огневым днищем, патрубками подвода газа и воздуха, камерой смешения с отверстиями для впрыскивания пара и воды с образованием между корпусом и камерами сгорания и смешения кольцевого пространства, в котором расположен водяной котел с кольцевыми коллекторами и с патрубками подвода воды и отбора теплоносителя.
Недостатками данного устройства являются низкая производительность и значительные габариты.
Наиболее близким по технической сущности является теплопарогенератор (патент РФ №2251640, F22B 1/26, опубл. 10.05.2005 г.), содержащий корпус с установленным в нем коаксиально и последовательно камеру сгорания с соплом на выходе и огневым днищем, патрубками подвода горючего и окислителя в камеру смешения. На огневом днище соосно камере сгорания установлен цилиндрический паровой котел с устройством подачи питательной воды и сверхзвуковым соплом на выходе. К камере сгорания тангенциально подсоединена камера подготовки горючей смеси с установленным на входе сопловой насадкой. Камера подготовки горючей смеси содержит лопаточный завихритель, огнепреграждающее устройство и свечу зажигания.
Недостатками устройства являются большие габариты и невысокий КПД.
В основу полезной модели поставлена задача увеличить КПД теплопарогенератора за счет повышения эффективности горения топлива и повышения коэффициента теплоотдачи к каплям жидкости, а также уменьшить его габариты.
Данная задача решается за счет того, что в теплопарогенераторе, включающим камеру сгорания с соплом на выходе, подвод горючего и окислителя в камеру смешения, свечу зажигания, устройство для подачи воды, согласно полезной модели, камера сгорания выполнена сферической, снабжена центробежными форсунками, оси которых сходятся в центре камеры, заключена в рубашку охлаждения с образованием полости коллектора топливной смеси, при этом камера смешения сообщена с полостью коллектора топливной смеси, а свеча зажигания снабжена форкамерой, соединенной каналом с полостью коллектора топливной смеси и имеющей выход в камеру сгорания, на выходе сопла камеры сгорания установлена преграда с центральным коническим углублением и отверстиями для выхода пара.
На чертеже показан общий вид теплопарогенератора.
Теплопарогенератор содержит сферическую камеру сгорания 1 с соплом 2 и центробежными форсунками 3, оси которых сходятся в центре камеры. Камера сгорания заключена в рубашку охлаждения 4 с образованием полости коллектора топливной смеси 5. Камера смешения 6 содержит завихритель 7 и выходит в полость коллектора топливной смеси 5. Камера смешения имеет подвод окислителя 8 и горючего 9. Устройство подачи воды 10 подсоединено к камере сгорания 1. Свеча зажигания 11 снабжена форкамерой 12, соединенной каналом 13 с полостью коллектора топливной смеси. На выходе сопла камеры сгорания 1 установлена преграда 14 с центральным коническим углублением 15 и отверстиями 16 для выхода пара, который поступает в паропровод 17 к потребителю.
Парогенератор работает следующим образом.
Окислитель поступает через тангенциальный канал 8 в завихритель 7, а затем в топливный смеситель 6. Туда же через канал 9 поступает горючее, которое, смешиваясь с окислителем, в смесителе 6 образует топливную смесь заданного состава. Затем эта смесь поступает в коллектор 5 и далее через центробежные форсунки 3 в камеру сгорания 1. Наличие центробежных форсунок топливной смеси 3, оси которых сходятся в центре сферической камеры сгорания 1, обеспечивают устойчивое горение с высокой полнотой сгорания и максимальную температуру продуктов сгорания по оси подачи воды в камере сгорания малых габаритов. Высокая турбулизация потока за счет множества вихрей от форсунок обеспечивает высокую полноту сгорания и повышает коэффициент теплоотдачи к каплям жидкости, а значит повышается эффективность дробления и испарения жидкости. Наличие коллектора 5 обеспечивает подогрев смеси до подачи в камеру сгорания, что повышает эффективность горения. При запуске теплопарогенератора в форкамере 12 осуществляется воспламенение топливной смеси свечой зажигания 11. На рабочем режиме свеча зажигания 11 отключается, в форкамере 12 горение прекращается и камера сгорания 1 работает автономно, это повышает надежность и ресурс свечи зажигания 11. Одновременно с топливной смесью в камеру сгорания 1 поступает вода из устройства для подачи воды 10. В устройство для подачи воды 10 вода поступает из рубашки охлаждения 4. Механизм возврата тепла, которое ранее терялось в окружающую среду, осуществляется при прохождении воды через рубашку охлаждения 4, где осуществляется ее предварительный нагрев. Использование регенеративного механизма возврата тепла через коллектор топливной смеси и рубашку охлаждения обеспечивает высокий КПД камеры сгорания.
На выходе из устройства подачи воды 10 вода диспергируется, и образовавшиеся капли, двигаясь с небольшой скоростью, подогреваются и частично переходят в пар. В сопле 3 парогазовая смесь достигает скорости звука, где осуществляется вторичное диспергирование жидкой фазы. За счет
значительной разности скоростей фаз диаметры образующихся капель не превышают 50 мкм. Это и отсутствие разделительной стенки обеспечивает большую площадь теплообмена, а в совокупности с высокими коэффициентами теплоотдачи и высокую полноту парообразования.
Далее парогазовая смесь с неиспарившимися каплями с трансзвуковой скоростью (≈1000 м/с) поступает на преграду 16, где происходит дополнительное дробление капель и разворот потока на 180°. Это позволяет увеличить скорость взаимодействия прямого и отраженного потока. В коническом углублении 15 происходит дополнительное испарение и выравнивание концентраций рабочего тела. Оно еще раз разворачивается на 180°, попадая на самый теплонапряженный элемент наружную поверхность сопла 2, и обеспечивая тем самым, его охлаждение за счет испарения капель и нагрева пара, а затем поступает через отверстия 16 в паропровод 17 к потребителю.