ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ГОРЕНИЯ
PULSATING COMBUSTION HEAT GENERATOR

Изобретение относится к энергетике, в первую очередь, касается теплогенераторов пульсирующего горения (ТПГ).
Известен ТПГ, содержащий камеру сгорания с трубами-резонаторами с выхлопной (дымовой) трубой, содержащей дополнительное резонирующее устройство (патент RU №2702059 от 09.11.2018 г.).
Недостатком известного устройства является отсутствие необходимой взрывозащиты для установки его в помещение, в результате чего теплогенератор (котел) должен устанавливать на расстоянии не менее 15 м от помещения.
Известен также ТПГ, содержащей клапанно-смесительное устройство на входе в камеру сгорания, выход из которой через трубы-резонаторы и дымовую трубу сообщен с атмосферой, при этом клапанно-смесительное устройство состоит из блока обратных воздушных клапанов, смесительной трубы со штоком стабилизатора пламени и с выполненным в смесительной трубе опоясывающим рядом дозирующих отверстий для подачи топливного газа из газового ресивера через обратный газовый клапан и установкой свечи зажигания, а завихритель штока стабилизатора пламени расположен на выходе из смесительной трубы и входе в камеру сгорания, при этом клапанно-смесительное устройство снабжено нагнетателем воздуха для запуска ТПГ (патент RU №2707784 от 09.04.2019 г. Выбран за прототип).
Недостатком известного устройства является неполное соответствие требованиям к оборудованию с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемые оболочки «d», в том числе для электрооборудования.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в обеспечении полного соответствия ТПГ требованиям взрывозащиты «взрывонепроницаемые оболочки «d».
Технический результат достигается тем, что в ТПГ, содержащим клапанно-смесительное устройство на входе в камеру сгорания, выход из которой через трубы-резонаторы и дымовую трубу сообщен с атмосферой, причем клапанно-смесительное устройство состоит из блока обратных воздушных клапанов, смесительной трубы со штоком стабилизатора пламени и с выполненным в смесительной трубе опоясывающим рядом дозирующих отверстий для подачи топливного газа из газового ресивера через обратный газовый клапан и установкой свечи зажигания, а завихритель штока стабилизатора пламени расположен на выходе из смесительной трубы и входе в камеру сгорания, при этом клапанно-смесительное устройство снабжено нагнетателем воздуха для запуска ТПГ, новым является то, что на входе в клапанно-смесительное устройство перед блоком обратных воздушных клапанов установлен огнепреградитель, состоящий из корпуса с размещенной в нем кассетой, выполненной из навитой полосы проволочной сетки или гофрированного листа, при этом огнепреградитель и блок обратных воздушных клапанов помещены в единый корпус, образуя взрывонепроницаемую оболочку, а полость между огнепреградителем и блоком обратных воздушных клапанов этой взрывонепроницаемой оболочки сообщена со входом в нагнетатель воздуха для запуска ТПГ, размещенный в дополнительной взрывонепроницаемой оболочке, посредством взрывонепроницаемой трубы, при этом выход из нагнетателя воздуха соединен с полостью за блоком обратных воздушных клапанов на входе в камеру сгорания посредством взрывонепроницаемой трубы, также в дополнительной взрывонепроницаемой оболочке размещен источник высокого напряжения для подачи тока высокого напряжения на свечу посредством взрывонепроницаемого кабеля с соответствующей взрывозащищенной заделкой на входе в свечу; при этом дымовая труба также снабжена огнепреградителем.
На прилагаемой фигуре представлена конструктивная схема ТПГ с огнепреградителями.
ТПГ (фиг. 1) содержит клапанно-смесительное устройство 1, установленное на входе 2 в камеру сгорания 3, выход 4 из которой через трубы-резонаторы 5 и дымовую трубу 6 сообщен с атмосферой.
Клапанно-смесительное устройство 1 содержит блок обратных воздушных клапанов 7, смесительную трубу 8 со штоком стабилизатора пламени 9. В смесительной трубе 8 выполнен опоясывающий ряд 10 дозирующих отверстий 11 для подвода топливного газа из газового ресивера 12 с обратным газовым клапаном 13 и установка свечи зажигания 14. Завихритель 15 штока стабилизатора пламени 9 расположен на выходе 16 из смесительной трубы 8 и соответственно на входе 2 в камеру сгорания 3. В состав клапанно-смесительного устройства 1 входит нагнетатель воздуха 17 для подачи воздуха в камеру сгорания 3.
На входе в клапанно-смесительное устройство 1 перед блоком обратных воздушных клапанов 7 размещен огнепреградитель 18, состоящий из корпуса 19, с размещенной в нем кассетой 20, выполненной из навитой полосы проволочной сетки 21 или гофрированного листа. При этом огнепреградитель 18 и блок обратных воздушных клапанов 7 помещен в единый корпус-оболочку 22, образуя с камерой сгорания 3 и трубами-резонаторами 5 взрывонепроницаемую оболочку 23.
Клапанно-смесительное устройство 1 расположено в зоне 24 подвода воздуха из окружающей среды, которая может быть взрывоопасной по причине загазованности, поэтому наличие огнепреградителя 18 обеспечивает взрыво- и пожаробезопасность ТПГ в случае взрыва в камере сгорания 3 ТПГ. Наличие в составе ТПГ нагнетателя воздуха 17, как правило, с электроприводом, требует искрозащиты, поэтому отбор воздуха на него выполнен не из атмосферы, а из полости 25 за огнепреградителем 18 перед блоком обратных воздушных клапанов 7. Для удобства обслуживания нагнетателя воздуха 17 он вынесен наружу ТПГ и размещен в дополнительной взрывонепроницаемой оболочке 26, а подвод воздуха из полости 25 взрывонепроницаемой оболочки 23 через полость 27 дополнительной взрывонепроницаемой оболочки 26 выполнен посредством взрывонепроницаемой трубы 28. Выход 29 из нагнетателя воздуха 17 посредством взрывонепроницаемой трубы 30 сообщен с полостью 31 за блоком обратных воздушных клапанов 7.
Источник высокого напряжения («катушка зажигания») 32 также размещен во взрывонепроницаемой оболочке 26 с соответствующей (известной) взрывозащищенной заделкой 33 взрывозащищенного кабеля 34 подвода электропитания на свечу зажигания 21.
Для исключения всякой возможности проникнуть взрыву из камеры сгорания 3 через трубы-резонаторы 5 и дымовую трубу 6 в атмосферу в дымовой трубе 6 установлен огнепреградитель 35.
Таким образом, две взрывонепроницаемые оболочки 23 и 26, соединенные взрывонепроницаемыми трубами 28 и 30, а также огнепреградитель 35 образуют взрывонепроницаемую оболочку ТПГ в целом.
При этом отбор воздуха на нагнетатель воздуха 17 для запуска ТПГ из полости 25 после огнепреградителя 18, а не непосредственно из атмосферы, позволяет не ставить дополнительный огнепреградитель на входе в нагнетатель воздуха 17 для запуска ТПГ, упрощая конструкцию дополнительной взрывонепроницаемой оболочки 26 и конструкцию ТПГ в целом.
ТПГ работает следующим образом.
Для запуска ТПГ подают напряжение на свечу зажигания 14 от источника высокого напряжения 32, включают нагнетатель воздуха 17 и подачу топливного газа через обратный газовый клапан 13 и газовой ресивер 12 на дозирующие отверстия 11. Топливный газ, смешиваясь с потоком воздуха, образует в смесительной трубе 8 топливовоздушную смесь, которая через выход 16 попадает на завихритель 15 камеры сгорания 3. Одновременно свеча зажигания 14 поджигает предварительно перемешанную топливовоздушную смесь, образуя очаг горения, который сносится на завихритель 15 стабилизатора пламени 9, где организуется горение.
Далее выключают нагнетатель воздуха 17 и свечу зажигания 14, и ТПГ переходит на режим пульсирующего горения с заданной трубами-резонаторами 5 частотой пульсации горения, когда чередуются циклы впуска через обратные клапаны 7 и 13 воздуха и газа, возгорания топливо-воздушной смеси в камере сгорания 3 с закрытием клапанов 7 и 13 и выхлопа продуктов сгорания из камеры сгорания 3 через трубы-резонаторы 5 и дымовую трубу 6 с установленным в ней огнепреградителем 33 с последующим разрежением в камере сгорания 3 и открытием клапанов 7 и 13 для очередного впуска воздуха и топливного газа.
В случае взрыва в камере сгорания 3 пламя, попадая через смесительную трубу 8 на огнепреградитель 18, гасится, т.к. в узких каналах между слоями проволочной сетки 21 происходит интенсивный теплообмен между потоком газа и стенками этих каналов, в результате чего температура потока газа уменьшается до безопасного значения. Попадание этого газа в окружающую взрывоопасную среду не вызывает возгорания и взрыва.
Одновременно с движением фронта взрыва после взрыва в камере сгорания 3 на клапанно-смесительное устройство 1 взрывная волна движется через трубы-резонаторы 5 в дымовую трубу 6, где ее энергия гасится в огнепреградителе 35, как описано выше для огнепреградителя 21 клапанно-смесительного устройства 1.
Помещение нагнетателя воздуха 17 и источника высокого напряжения 32 во взрывонепроницаемую оболочку 26 и соединение взрывонепроницаемых оболочек 23 и 26 через взрывонепроницаемые трубы 28 и 30 обеспечивает искрозащиту не только при режимной работе ТПГ, но и на режимах продувки ТПГ перед его запуском, когда нагнетатель воздуха 17 прокачивает через газовоздушный тракт ТПГ не воздух, а взрывоопасную смесь из окружающей среды. В этом случае возможный взрыв от искры локализуется внутри взрывонепроницаемой оболочки ТПГ.
Выполненная разработка позволяет размещать ТПГ вблизи и внутри помещений, что особенно важно при применении подогревателей газа в газораспределительных станциях (ГРС), где возможность размещения подогревателя в составе блоков ГРС позволяет размещать ГРС на ограниченных по площади площадках под ГРС, что особенно важно при реконструкции и капитальном ремонте ГРС, принимая во внимание требование стандартов ПАО «Газпром» о размещении подогревателей без взрывонепроницаемой оболочки на расстоянии от блоков ГРС не менее 15 м.