БЛОК ГОРЕЛОК ПЕЧИ ДЛЯ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ
FURNACE BURNERS UNIT FOR FIRE TESTS

Изобретение относится к области строительства, в частности к печам для испытаний строительных конструкций и инженерного оборудования, и может быть применено при сертификации строительных изделий на огнестойкость и пожарную опасность.
Степень огнестойкости строительных компонентов в основном измеряется в соответствии со стандартными испытаниями на огнестойкость, то есть в соответствии с требованиями предписанных условий нагрева, условий давления, условий нагрузки и условий пожара. Проверяется, могут ли такие компоненты, как стены, колонны, балки и полы, соответствовать требованиям к устойчивости, целостности, теплоизоляции и т.д. При сертификации строительных конструкций на огнестойкость используют специальные печи, создающие условия, характерные для пожара, а именно температурное и огненное воздействие на испытуемые конструкции или оборудование. Для этого применяют установки с огневой зоной, снабженные горелками, работающими на жидком топливе, например на дизельном топливе. Такие горелки вырабатывают один или более факелов пламени в огневой зоне, используя дизельное топливо и источник кислорода, например, такой как воздух.
В патенте CN 206269126, приоритет от 29.11.2016, описана топливная горелка для испытательного стенда, которая включает в себя датчик обнаружения огня, датчик воспламенения, патрубок подачи дизельного топлива и трубку подачи воздуха, расположенную на входе горелки. Втулка форсунки закреплена в горелке. Имеется сопло, которое соединено с патрубком подачи дизельного топлива. Воздухораспределитель закреплен на одной стороне выпускного конца сопла и имеет вид кольца, при этом отверстия в воздухораспределителе для выпуска воздуха равномерно распределены, а размер каждого выпускного отверстия воздуха увеличивается к внешнему радиусу. Труба для вывода пламени установлена на выпускном конце горелки, и имеет сужение внутрь. Недостатком предложенной полезной модели является необходимость регулирования температуры выходящего пламени в зависимости от подаваемого топлива и воздуха.
Этот недостаток решен в патенте CN 203965359, приоритет 07.07.2014, в котором описана испытательная печь. Испытательная печь включает корпус печи, дно печи, трубу подачи масла, встроенную горелку и термопару температуры печи, и дымоотводный канал. Корпус печи защищен огнеупорными материалами, включая собранные стенки печи и соединители, а собранные стенки печи соединены соединителями. Корпус печи снабжен монтажными отверстиями горелки и корпусом печи. Пол печи жестко соединен с нижней частью корпуса печи.
Трубка подачи жидкого топлива расположена снаружи корпуса печи и окружает корпус печи. Трубка подачи жидкого топлива сообщается с топливным баком.
Форсунка встроенной горелки выполнена обращенной внутрь корпуса печи и установлена на трубе подачи масла через монтажное отверстие горелки на корпусе печи и сообщается с трубой подачи жидкого топлива.
Устройство управления и сбора данных включает в себя центральный процессор, схему управления пламенем, схему сбора результатов измерения температуры и смещение. Для регулирования температуры предусмотрен центральный процессор, который электрически соединен с электронным сервоклапаном и воспламенителем на встроенной горелке. Управление температурой печи контролируют контуром управления пламенем, то есть центральный процессор посылает инструкции для управления открытием и закрытием электронного сервоклапана на встроенной горелке посредством обратной связи от прибора сбора данных. Снижение внутренней температуры корпуса печи контролирует только за счет уменьшения количества подаваемого масла. Дополнительно для изменения температуры внутри печи используют циркуляцию воды в трубе, расположенной в канале для выпуска дыма.
Основным недостатком в предложенной полезной модели является необходимость постоянной регулировки температуры факелов пламени горелок. Регулирование производят за счет изменения количества подаваемого топлива в горелки за счет обратной связи. При этом для достижения необходимой температуры с центрального процессора подается сигнал о попеременном увеличении или снижении количества подаваемого топлива в горелки. Это приводит к большому перерасходованию топлива.
Также на температуру факела оказывает сильное влияние качество подаваемого воздуха. Это связано с тем, что, если не поддерживать правильное сочетание топлива и кислорода, горелка может перейти в фазу субстехиометрического сжигания, при которой нет достаточно кислорода для полного сжигания топлива. Субстехиометрическое сжигание может привести к нестабильности пламени горелки, и, если вовремя его не скорректировать, пламя горелки может полностью исчезнуть. Это называют затуханием пламени.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание блока горелок, позволяющего без дополнительной регулировки создавать стабильное, заранее установленное максимальное тепловыделение, на каждой используемой горелке.
Техническим результатом является экономия топлива, потребляемого в процессе испытаний.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что блок горелок печи для огневых испытаний содержит по меньшей мере две горелки. Каждая из горелок снабжена топливопроводом для подачи жидкого топлива и воздухопроводом для подачи воздуха. Причем электророзжиг установлен на одной постоянно работающей в блоке горелке. Расстояние между горелками выбрано из расчета гарантированного воспламенения топливовоздушной смеси при подаче топлива в горелку, соседнюю с работающей. Каждый топливопровод снабжен клапаном подачи топлива. При этом воздух, подаваемый воздухопроводом, предварительно осушен.
В частном случае в качестве топлива использовано дизельное топливо.
Предпочтительно, чтобы горелки были предварительно настроены на максимальное тепловыделение при полном сгорании подаваемого топлива.
Наличие в блоке горелок печи для огневых испытаний двух или более горелок позволяет ступенчато менять объем тепловыделения, при этом количество выделяемого тепла заранее известно и стабильно.
То, что электророзжиг установлен на одной постоянно работающей в блоке горелке, позволяет постоянно поддерживать блок горелок в рабочем состоянии. При этом то, что расстояние между горелками выбрано из расчета гарантированного воспламенения топливовоздушной смеси при подаче топлива в горелку, соседнюю с работающей, позволяет увеличивать или уменьшать по мере необходимости общее тепловыделение от блока горелок. Это производят включением или выключением клапана подачи топлива, которым снабжен топливопровод каждой горелки в блоке.
Предварительно осушенный воздух, подаваемый воздухопроводом, позволяет гарантировать качество подаваемого воздуха, отсутствие в нём влаги, и, как следствие, невозможность самопроизвольного затухания пламени горелок.
Использование дизельного топлива позволяет заранее отрегулировать и получать стабильное тепловыделение пламени каждой горелки.
Предварительно настроенные горелки на максимальное тепловыделение при полном сгорании подаваемого топлива позволяют максимально экономить топливо при проведении испытаний.
В последующем заявляемое изобретение поясняется подробным описанием конкретного, но не ограничивающего настоящее решение, примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 - схематично изображен вариант исполнения блока из трех горелок;
фиг.2 - принципиальная схема блока из трех горелок.
В приведенном примере исполнения блок горелок печи для огневых испытаний выполнен из трех, расположенных горизонтально в ряд, горелок 1. Однако имеется возможность использовать и другое количество горелок 1. Расположение горелок 1 может быть различное, например, вертикальное или диагональное.
Горелки 1 установлены в стене камеры печи, имеющей, например кирпичную кладку 2, первый 3 изолирующий слой футеровки и второй 4 изолирующий слой футеровки.
Горелки 1 установлены таким образом, что пламя факела каждой горелки 1 направлено внутрь огневой камеры печи. Расстояние, на котором установлены горелки 1, выбрано из условия, при котором обеспечивается гарантированное воспламенение топливовоздушной смеси при подаче топлива в соседние с постоянно работающей горелкой 1. В конкретном примере это боковые горелки 1, при этом постоянно работающей является центральная горелка 1.
К каждой горелке 1 подведены топливопровод 5 и воздухопровод 6. На каждом топливопроводе 5 установлен клапан 7 подачи топлива, а на каждом воздухопроводе 6 установлен клапан 8 подачи воздуха. При этом следует обратить внимание, что подаваемый воздух проходит предварительную осушку в аппарате осушения воздуха, на чертежах не показан.
Формирование направленного факела горелок 1 производят за счет уменьшения области распыления топливовоздушной смеси, выходящей из форсунок горелок 1, за счет использования направляющих цилиндров 9, размещенных в стене печи и выступающих за уровень внутренней теплоизоляции стенок печи (см. фиг.1).
Постоянно работающая, в конкретном примере это центральная горелка 1 снабжена электроподжигом 10. Для работы электроподжига 10, к нему подведен кабель 11 питания.
Работа блока горелок 1 производят следующим образом. Предварительно осуществляют настройку каждой горелки 1 на максимальное тепловыделение по расходу топлива при заданном количестве подаваемого воздуха или по расходу воздуха при заданном количестве подаваемого топлива, обеспечивающей полное сгорание подающегося топлива.
Постоянное горение факела центральной горелки 1, поддерживается постоянно подающимися в горелку топливом и осушенным воздухом с предварительно установленными расходами, рассчитанными и настроенными на максимальное тепловыделение, и постоянно работающим электроподжигом 10 горючей смеси на выходе из направляющего цилиндра 9 центральной горелки 1.
При этом производят постоянную подачу осушенного воздуха в боковые горелки 1, независимо от подачи топлива.
Регулирование мощности тепловыделения в огневом пространстве печи производят за счет включения/выключения горелок 1, расположенных в блоках рядом с работающими горелками 1, за счет включения/выключения подачи топлива в каждую горелку 1.
Наличие нескольких блоков, каждый из которых выполнен, как в приведенном примере из трех горелок 1, в одной испытательной печи позволяет получить высокую вариативность регулировки мощности тепловыделения, позволяющую обеспечить заданный тепловой режим в камере сгорания печи.
При этом отсутствует необходимость настройки количества подаваемых топлива и воздуха в процессе проведения испытаний.
Следует отметить, что предварительно осушенный воздух, подаваемый воздухопроводом, позволяет гарантировать отсутствие в нём влаги, что препятствует самопроизвольному затуханию пламени горелок 1.
Использование при поддержании заданного температурного режима в огневом пространстве печи режимов «включения/выключения» горелок 1, настроенных на максимальное тепловыделение, без использования регулировки подачи воздуха и/или топлива, подающихся в горелку, в процессе проведения испытаний значительно уменьшает расход используемого топлива, что позволяет достичь заявленного технического результата.