ПАРОГАЗОГЕНЕРАТОР
STEAM-GAS GENERATOR

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к способам работы и конструированию парогазогенераторов.
Одной из проблем, стоящих в настоящее время в данной области техники, является проблема эффективности энергоустановок, повышение их КПД и надежности работы.
Известен способ работы парогазогенератора, в котором рабочий процесс осуществляется в двух газовых трактах с разнотемпературными выхлопными потоками, выводимыми в общую утилизационную систему, в которой генерируется водяной пар (заявка РФ на изобретение №93009679/06/008853).
Известен способ работы парогазовой установки (парогазогенератора), включающий сжигание топлива, подогрев рабочего тела, генерацию водяного пара (патент РФ №2174615, кл. МПК7 F02C 6/18 от 12.09.1996 г.).
Известно устройство для получения высокотемпературного пара (а.с. СССР №168962), содержащее корпус с выходными патрубками для парогазовой смеси и размещенным внутри горелочным устройством.
Известен парогазогенератор, содержащий корпус с выходным патрубком для парогазовой смеси, цилиндрическую камеру сгорания с горелочным устройством, камеру смешения, форсунки, завихрители потока (патент РФ 2283456 от 12.20.2004 г., кл. МПК F22B 1/22).
Общим недостатком известных технических устройств является их недостаточная эффективность работы, сложность конструкции и низкая надежность при высоких тепловых нагрузках конструкционных элементов.
Известен парогазогенератор, содержащий камеру сгорания с форсунками, подвод воды, запальное устройство, камеру испарения, при этом подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в камере испарения установлена диафрагма (Патент РФ №2371594, МПК: F02C 6/00 - прототип).
Указанный парогазогенератор работает следующим образом.
Вода по магистрали подается в камеру сгорания, проходя по втулке с тангенциальными каналами, закручивается и образует в полости камеры сгорания вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области.
Затем по магистралям окислителя и горючего подают компоненты в смесительную головку. Запальное устройство с помощью свечи воспламеняет их. Компоненты сгорают внутри водяной вихреобразной оболочки, которая существенным образом снижает температурные нагрузки на стенки камеры сгорания, что позволяет поднять до максимальной температуру сгорания компонентов (достигается их стехиометрическим соотношением) и повысить, тем самым, эффективность работы установки.
Наличие диафрагмы, выполненной в виде сопла, широким срезом направленного в камеру испарения, не позволяет разрушиться образовавшейся водяной вихревой оболочке раньше времени, поэтому интенсивное испарение воды и разогрев пара происходят при более щадящих температурных нагрузках на конструкционные элементы парогазогенератора, после свертывания вихреобразной водяной оболочки. Кроме того, при расширении газа в сопле, его статическая температура падает.
Разогретый в камере испарения высокотемпературный пар через выходное устройство выходит наружу для дальнейшего потребления.
Основными недостатками данной конструкции парогазогенератора являются значительные габариты, особенно в осевом направлении, что вызвано необходимостью размещения камеры смешения после узла подачи балластирующего компонента.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, и повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный парогазогенератор, содержит охлаждаемую балластирующим компонентом камеру, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище в котором выполнены смесительные камеры равномерно расположенные по окружности, промежуточное днище, расположенное между корпусом и нижнем днищем, коллектор горючего, установленный на корпусе и форсунки установленные в смесительных камерах и состоящие из полого наконечника соединяющего полость окислителя со смесительной камерой, втулки, охватывающей с кольцевым зазором наконечник и соединяющей полость горючего со смесительной камерой, при этом в выходной части втулки выполнены пазы, соединяющие полость балластирующего компонента со смесительной камерой, причем полость тракта охлаждения камеры соединена с полость балластирующего компонента смесительной головки.
В варианте исполнения, в выходной части смесительной камеры расположен конический дефлектор.
Предлагаемая конструкция парогазогенератора, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение габаритов, массы устройства, а также повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез парогазогенератора, на фиг. 2 - выносной элемент А - продольный разрез форсунки смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 3 - разрез Б-Б - поперечный разрез форсунки смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 4 - продольный разрез форсунки смесительной головки парогазогенератора в варианте исполнения.
Парогазогенератор содержит камеру 1 и смесительную головку 2. Охлаждение камеры 1 осуществляется протоком балластирующего компонента по тракту охлаждения 3.
Смесительная головка 2 состоит из корпуса 4, на торцах которого закреплены верхнее днище 5 и нижнее днище 6, в котором выполнены смесительные камеры 7 равномерно расположенные по окружности, промежуточного днища 8, расположенного между корпусом 4 и нижнем днищем 6, коллектора горючего 9, закрепленного на корпусе 4, и форсунок 10, установленных в смесительных камерах 7.
Корпус 4, верхнее днище 5, нижнее днище 6 и промежуточное днище 7 образуют полость балластирующего компонента 11, соединенную с трактом охлаждения 3, полость окислителя 12 и полость горючего 13.
Форсунка 10 содержит полый наконечник 14, соединяющий полость окислителя 12 со смесительной камерой 7, втулку 15, охватывающую с кольцевым зазором 16 наконечник 14 и соединяющую полость горючего 13 со смесительной камерой 7. При этом в выходной части втулки 15 выполнены пазы 17, соединяющие полость балластирующего компонента 11 со смесительной камерой 7.
В варианте исполнения, в выходной части смесительной камеры 7 расположен конический дефлектор 18.
Предложенный парогазогенератор работает следующим образом.
Балластирующий компонент подается в тракт охлаждения 3 камеры 1. После тракта охлаждения 3 балластирующий компонент поступает в полость балластирующего компонента 11. Через пазы 17, выполненные в выходных частях втулок 15, балластирующий компонент поступает в смесительные камеры 7.
Горючее подается в коллектор горючего 9 и далее в полость горючего 13, где оно равномерно распределяется между форсунками 10. По кольцевым зазорам 16 между наконечниками 14 и втулками 15 горючее поступает в смесительные камеры 7.
Окислитель подается в полость окислителя 12 и далее через наконечники 14 в смесительные камеры 7.
В смесительной камере 7 происходит перемешивание и сгорание компонентов топлива. Образовавшиеся высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива разбавляются и охлаждаются балластирующим компонентом, поступающим в смесительную камеру 7.
Из смесительной камеры 7 смесь продуктов сгорания компонентов топлива и балластирующего компонента поступает в камеру 1.
В варианте исполнения, конический дефлектор 18, отклоняет к оси смесительной камеры 7 поток балластирующего компонента. Благодаря такому изменению направления движения потока балластирующего компонента интенсифицируется процесс смешения.
Использование предложенного технического решения позволит снизить габариты и массу парогазогенератора, а также повысить однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.