ГАЗОПОДАЮЩАЯ ТРУБА

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована в газовых и газомазутных горелках, предназначенных для сжигания топлива в энергетических установках в системах отопления различных котлов и печей, которые используются, например, в коммунальном и сельском хозяйстве, в огнестойкой, стеклянной, металлургической и других отраслях промышленности.
Известна газоподающая труба газомазутной горелки, содержащая боковую и торцевую стенки. В обеих стенках выполнены газовыпускные отверстия. На каждой стенке они расположены в виде одного кольцевого ряда. Торцевая стенка имеет форму диска с центральным отверстием (см. Под ред. Е.Б.Столпнера. Справочник эксплуатационника газофицированных котельных. Л., «Надра», 1988, с.312-315).
Конструкция описанной газоподающей трубы позволяет разделить ламинарный газовый поток на отдельные составляющие.
Недостатком является то, что векторы скоростей отдельных частиц каждого из сформированных газовых потоков имеют практически одинаковое направление. В результате на выходе трубы формируются потоки, каждый из которых представляет собой узконаправленную струю газа. Это ограничивает возможность взаимодействия частиц указанных потоков с окружающим воздухом в пространстве смесеобразования горелки, отрицательно влияя на качество сформированной таким образом газовоздушной смеси.
В качестве прототипа выбрана газоподающая труба газовой горелки, содержащая боковую и торцевые стенки. В боковой стенке выполнены газовыпускные отверстия, которые расположены в виде двух кольцевых рядов.
Торцевая стенка имеет форму диска (см. а.с. СССР №808778, Кл. F23D 13/40, 1981).
Недостатком данной газоподающей трубы является то, что на ее выходе также формируются узконаправленные потоки газа, векторы скоростей отдельных частиц которых имеют практически одинаковое направление. Как и в случае, описанном выше, это отрицательно влияет на процесс последующего смесеобразования.
В основу полезной модели поставлена задача такого усовершенствования известной газоподающей трубы, при котором за счет введения турбулизаторов, достигается технический результат в виде изменения направления векторов скоростей отдельных частиц составляющих газового потока. Это позволяет сформировать на выходе указанной трубы турбулентные потоки газа, а следовательно, улучшить условия последующего смесеобразования. В результате повышается интенсивность и качество формирования газовоздушной смеси, что положительно влияет на полноту ее сгорания.
Для решения поставленной задачи известная газоподающая труба, содержащая боковую и торцевую стенки, причем по меньшей мере в одной из них выполнены газовыпускные отверстия, согласно полезной модели, дополнительно снабжена турбулизаторами, установленными на выходе соответствующих газовыпускных отверстий.
Турбулизатор может быть выполнен в виде трубки, которая установлена соосно соответствующему газовыпускному отверстию и имеет продольный газовыпускной и поперечные инжекционные каналы.
Газовыпускной канал трубки может иметь участки с диаметром, который ступенчато увеличивается по направлению газового потока.
Соотношение диаметров каждого последующего и каждого предыдущего по направлению газового потока участков газовыпускного канала может быть выбрано равным 1,05-1,25.
Соотношение диаметров инжекционных каналов к диаметру соответствующего участка газовыпускного канала может быть выбрано равным 0,8-1,0.
Причинно-следственная связь между существенными признаками предложенного технического решения и достигаемым результатом состоит в следующем.
Введение турбулизаторов, которые установлены на выходе соответствующих газовыпускных отверстий, позволяет создать хаотическое возмущающее воздействие на сформированные составляющие газового потока и таким образом изменить направление векторов скоростей отдельных его частиц. В результате на выходе заявляемой трубы формируются турбулентные потоки газа, за счет чего осуществляется турбулизация процесса последующего смесеобразования, что положительно влияет на его интенсивность и качество.
Выполнение каждого турбулизатора в виде трубки предложенной конструкции обеспечивает создание указанного возмущающего воздействия путем турбулентного взаимодействия потоков инжектированного воздуха с отдельными составляющими газового потока. За счет этого внутри трубки происходит процесс предварительного смесеобразования с формированием турбулентного потока газовоздушной смеси на ее выходе. В результате дополнительно повышается интенсивность и качество последующего смесеобразования.
Благодаря тому, что газовыпускной канал трубки имеет участки с диаметром, который ступенчато увеличивается по направлению газового потока, в указанном канале обеспечивается ступенчатое изменение давления и, как следствие, дополнительная турбулизация компонентов газовоздушной смеси. Это позволяет повысить качество предварительного смесеобразования, положительно влияя на процесс формирования газовоздушной смеси вцелом.
Оптимизация этого процесса достигается при предложенных соотношениях диаметров смежных участков газовыпускного канала и диаметров соответствующих инжекционных каналов.
Таким образом, при использовании предложенной конструкции в известных горелках обеспечивается повышение качества смесеобразования, что положительно влияет на полноту сгорания топливовоздушной смеси. Это позволяет уменьшить вредные выбросы в атмосферу, увеличить тепловую мощность горелки при заданном расходе газа приблизительно в 2 раза или снизить расход газа при заданной тепловой мощности на 10-15%.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами. На Фиг.1 и 2 представлены продольные разрезы газоподающей трубы и турбулизатора соответственно.
Газоподающая труба имеет боковую и торцевую стенки 1 и 2. По меньшей мере в одной из них, например, в боковой стенке 1 выполнены газовыпускные отверстия 3, на выходе которых установлены турбулизаторы.
Каждый турбулизатор выполнен, например, в виде трубки 4, которая установлена соосно соответствующему газовыпускному отверстию 3 и имеет продольный газовыпускной канал 5 и поперечные инжекционные каналы 6, 7.
1
2
3
В преимущественном варианте исполнения газовыпускной канал 5 имеет, например, три участка 8, 9, 10 с диаметрами D, D, D, которые увеличиваются ступенчато. Инжекционные каналы 6 и 7 выполнены, например, в виде кольцевого ряда на участках 9 и 10 соответственно.
2
1
3
2
Соотношение диаметров каждого последующего и каждого предыдущего по направлению газового потока участков 9 и 8 (10 и 9), а именно D/D (D/D) выбрано в пределах 1,05-1,25 и равняется 1,2.
4
2
5
3
Соотношение диаметров инжекционных каналов 6 (7) к диаметру соответствующего участка 9 (10), а именно D/D (D/D) выбрано в пределах 0,8-1,0 и равняется 0,9.
Количество и расположение газовыпускных отверстий 3, а также форма торцевой стенки 2 не влияют существенно на достижение заявляемого технического результата.
В предложенном варианте исполнения (см. Фиг.1) газовыпускные отверстия 3 расположены на боковой стенке 1 в виде двух кольцевых рядов, а торцевая стенка 2 имеет форму диска.
В других вариантах исполнения (на Фиг. не показано) газовыпускные отверстия 3 могут быть расположены как на боковой стенке 1, так и на торцевой стенке 2, например, в виде одного кольцевого ряда, а торцевая стенка 2 может иметь форму диска с центральным отверстием для размещения, например, центральной трубы горелки с мазутной форсункой.
Предложенная газоподающая труба функционирует следующим образом.
Поток газа подается на вход заявляемой трубы. На ее выходе происходит разделение указанного потока на отдельные составляющие, которые отдельными струями проходят через газовыпускные отверстия 3 в боковой стенке 1 в газовыпускные каналы 5 трубок 4, где они подвергаются турбулизации инжектированными воздушными потоками, которые поступают по каналам 6, 7. Одновременно происходит процесс предварительного смесеобразования. За счет ступенчатого перепада давлений на участках 9, 10 газовыпускных каналов 5 происходит дополнительная турбулизация составляющих сформированной газовоздушной смеси.
В результате на выходе газовыпускных каналов 5 формируются турбулентные потоки газовоздушной смеси, отдельные частицы которой имеют разнонаправленные векторы скоростей. Это обеспечивает активное взаимодействие всех компонентов указанных потоков с окружающим воздухом, что позволяет повысить интенсивность, а следовательно, и качество последующего смесеобразования.