ИНЖЕКТОР ПАРОГЕНЕРАТОРА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области парогенераторов, в частности, к инжекторам парогенераторов.
Уровень техники
Известен парогенератор (US5758605A, опубл. 02.06.1998), в котором раскрывается способ и устройство для производства пара, причем вода подается непосредственно в зону горения, которая сконфигурирована таким образом, что вода не может проходить через эту зону. Парогенератор может состоять из трех трубопроводов, расположенных коаксиально друг другу, которые переносят топливо, кислород и питательную воду в зону смешения топлива с кислородом и зону сгорания. В качестве альтернативы генератор может состоять из двух концентрических трубопроводов, по которым вода и смесь, состоящая из топлива и кислорода, поступает в зону горения. Пар выходит из генератора через ограничитель на одном конце самого дальнего трубопровода. В одном варианте осуществления зона горения простирается в корпус, который сообщается с самым внешним трубопроводом и прикреплен к нему. Изобретение обеспечивает очень высокий тепловой КПД и очень низкие выбросы в атмосферу.
Однако в данном решении используется иная конструкция инжектора, в ней предлагается использовать вложенные цилиндры и не используется тангенциальных каналов ввода компонентов.
Известно, выбранное в качестве прототипа (US4558743A, опубл. 17.12.1985) устройство парогенератора. Известный парогенератор характеризуется тем, что его можно разместить в стволе скважины для использования при вторичной и третичной добыче углеводородов. Топливо впрыскивается аксиально в камеру сгорания, имеющую уменьшенное отверстие в ее нижней части, а кислород вводится тангенциально из множества отверстий в верхней части камеры сгорания для создания устойчивого вихревого пламени. Часть стенок камеры сгорания образована пористым цилиндром из спеченной нержавеющей стали, через который прокачивается вода для охлаждения стенок камеры и образования пара. Продукты сгорания смешиваются с водяным туманом в парогенерирующей секции с образованием пара.
Однако в данном решении топливо подается аксиально, а не тангенциально, используется лишь одна камера смешивания.
Раскрытие полезной модели
В одном аспекте полезной модели раскрыт инжектор парогенератора, содержащий:
- цилиндрический металлический корпус;
- входные патрубки для ввода топлива, окислителя и воды в камеру смешения, соединенные с корпусом;
- первую камеру смешения для смешения топлива с окислителем;
- вторую камеру смешения для смешения смеси топлива и окислителя с водой;
- выходное отверстие для направления смеси из второй камеры в камеру сгорания;
характеризующийся тем, что
входные патрубки расположены тангенциально к корпусу, места соединения с корпусом входного патрубка для ввода топлива и входного патрубка для ввода окислителя содержат множество отверстий,
первая камера и вторая камера сообщаются друг с другом через множество отверстий,
первая камера сообщена со второй камерой так, чтобы смесь топлива и окислителя подавалась во вторую камеру перпендикулярно направлению подачи воды.
В дополнительных аспектах полезной модели раскрыто, что количество отверстий в местах соединения корпуса с входным патрубком подбирается таким, чтобы при заданном давлении заданных топлива и окислителя обеспечивать стехиометрическое соотношение топлива и окислителя; вода подается во вторую камеру смешения через распылитель; инжектор содержит крепление к камере сгорания.
Основной задачей решаемой заявленной полезной моделью является повышение надежности работы инжектора и обеспечение качественного смешения топлива, окислителя и воды.
Сущность полезной модели заключается в том, что в едином корпусе расположены две камеры для смешения компонентов (топливо, окислитель, вода) для дальнейшего создания пара, в первой камере смешивается топливо и окислитель, во второй - ранее полученная смесь топлива и окислителя с водой, соотношение компонентов задается размерами входных отверстий.
Технический результат, достигаемый решением, заключается в повышении надежности работы инжектора, обеспечении качественного смешения компонентов.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает примерный вариант осуществления инжектора парогенератора.
Осуществление полезной модели
На фиг.1 показан вариант осуществления изобретения, в котором камера 1 смешения топлива и окислителя представляет собой цилиндр, к которому подведен патрубок 2 подачи топлива и патрубок 3 подачи окислителя. Через отверстия 4 камера 1 соединена с камерой 5 смешения горючей смеси и воды. Пода подается в камеру смешения через по меньшей мере один патрубок 6 подачи воды.
В уровне техники хорошо известны подходы с подачей охлаждающих жидкостей в камеры сгорания, но обычно топливо, окислитель и охлаждающая жидкость подаются в камеру сгорания через отдельные форсунки, что приводит к неравномерному распределению компонентов внутри камеры сгорания и неравномерному нагреву частей камеры сгорания.
В предложенном решении предлагается конструкция, в которой топливо, окислитель и вода предварительно смешиваются, для обеспечения более равномерного сгорания смеси и нагрева камеры сгорания.
Параметры входных патрубков для топлива и окислителя подбираются такими, чтобы обеспечить стехиометрическое соотношение. Предпочтительно это обеспечивается подбором диаметра множества отверстий в месте соединения патрубка с корпусом. В другом варианте осуществления это достигается подбором диаметров патрубков. Подбор диаметров патрубков или диаметров отверстий осуществляется с учетом давления подаваемых топлива и окислителя.
Наличие множества отверстий в местах соединения патрубков и корпуса обеспечивает более качественное смешивание компонентов в инжекторе.
Заявленный инжектор парогенератора решает проблему высокой температуры сгорания топлива за счет равномерного распределения охладителя по горючей смеси. Для обеспечения такого распределения конструкция инжектора имеет следующие особенности: предварительное смешение топлива и окислителя в первой камере, смешение полученной горючей смеси с водой во второй камере, причем подача компонентов осуществляется тангенциально по отношению к цилиндрическому корпусу, что обеспечивает более хорошее смешивание компонентов по сравнению с аксиальной подачей.
Предпочтительно инжектор изготавливается методом быстрого прототипирования из металлического сплава, что позволяет избежать негерметичности.
Работа предложенного устройства
К инжектору через патрубки подсоединяются источники топлива, окислителя и воды. В качестве топлива может использоваться метан, природный газ. В качестве окислителя предпочтительно использовать кислород. В качестве охладителя используется подготовленная вода.
Окислитель и топливо подаются в первую цилиндрическую камеру смешения через тангенциальные патрубки, смешиваются в ней, образуя горючую смесь. Затем через аксиальные отверстия горючая смесь подается во вторую камеру смешения, где она смешивается с водой, подаваемой во вторую камеру через тангенциальный патрубок. Далее из второй камеры смесь всех трех компонентов подается в камеру сгорания через аксиальное отверстие.
За счет такой работы инжектора обеспечивается равномерность смешивания компонентов.
Вариант осуществления полезной модели
В одном из вариантов осуществления инжектор используется для применения в скважинном парогенераторе, выполнен из конструктивно единого металлического корпуса, к которому подводятся патрубки для подачи воды, топлива и окислителя. Компоненты топлива смешиваются внутри инжектора и подаются в парогенератор для ее сжигания и формирования пара.
Для смешивания компонентов не нужны никакие механические приспособления, качественное смешение осуществляется за счет конструктивных особенностей инжектора.
Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления полезной модели, не выходящие за пределы сущности и объема данной полезной модели.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное. Элементы предложенного устройства находятся в общем корпусе, связаны друг с другом конструктивно и функционально.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкую полезная модель, и что данная полезная модель не должна ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.