ПАРОГАЗОГЕНЕРАТОР
GAS-STEAM 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, согласно изобретению содержит охлаждаемую горючим камеру, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, промежуточное днище, расположенное между корпусом и нижнем днищем, коллектор окислителя, установленный на корпусе и форсунки, равномерно расположенными по окружности и включающие в себя трубчатый корпус, соединяющий полость окислителя с полостью камеры, полый наконечник с винтовыми каналами, установленный внутри трубчатого корпуса, и втулку, установленную с кольцевым зазором на трубчатом корпусе и образующую кольцевой канал для подачи горючего, соединенный с полостью горючего при помощи тангенциальных отверстий выполненных в стенке втулки, при этом осевой канал наконечника соединяет полость балластирующего компонента с полостью камеры, причем полость тракта охлаждения камеры соединена с полостью горючего смесительной головки.
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.
Парогазогенератор содержит камеру 1 и смесительную головку 2. Охлаждение камеры 1 осуществляется протоком горючего по охлаждающему тракту 3.
Смесительная головка 2 состоит из корпуса 4, на торцах которого закреплены верхнее днище 5 и нижнее днище 6, промежуточного днища 7, расположенного между корпусом 4 и нижнем днищем 6, коллектора окислителя 8, закрепленного на корпусе 4, и форсунок 9, расположенных равномерно по окружности. Корпус 4, верхнее днище 5, нижнее днище 6 и промежуточное днище 7 образуют полость горючего 10, соединенную с охлаждающим трактом 3, полость окислителя 11 и полость балластирующего компонента 12.
Форсунка 9 содержит трубчатый корпус 13, соединяющий полость окислителя 11 с полостью камеры 14, полый наконечник 15 с винтовыми каналами 16, установленный внутри трубчатого корпуса 13, и втулку 17, установленную с кольцевым зазором на трубчатом корпусе 13 и образующую кольцевой канал 18 для подачи горючего, соединенный с полостью горючего 10 при помощи тангенциальных отверстий 19 выполненных в стенке втулки 17, при этом осевой канал 20 полого наконечника 15 соединяет полость балластирующего компонента 12 с полостью камеры 14.
Предложенный парогазогенератор работает следующим образом.
Горючее подается в охлаждающий тракт 3 камеры 1 и далее в полость горючего 10 смесительной головки 2, где оно равномерно распределяется по форсункам 9. Через тангенциальные отверстия 19, выполненные в стенке втулки 17, горючее поступает в кольцевой канал 18 и далее в полость камеры 14.
Окислитель поступает в коллектор окислителя 8 смесительной головки 2 и далее в полость окислителя 11, где он равномерно распределяется по форсункам 9. По винтовым каналам 16, выполненным на поверхности полого наконечника 15, окислитель поступает в полость камеры 14. Проходя через винтовые каналы 16, поток окислителя приобретает вращательное движение, благодаря чему струя окислителя на выходе из форсунки 9 имеет форму полого конуса.
Балластирующий компонент подается в полость балластирующего компонента 12 смесительной головки 2 и далее через осевые каналы 20 полых наконечников 15 в полость камеры 14.
В полости камеры 14 происходит сгорание компонентов топлива. Полученные высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива разбавляются и охлаждаются балластирующим компонентом.
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.