початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2187041

ТЕПЛОГЕНЕРАТОР пульсує ГОРІННЯ

Ім'я винахідника: Биченок В'ячеслав Іванович; Биченок Сергій В'ячеславович; Биченок Олексій В'ячеславович
Ім'я патентовласника: Биченок В'ячеслав Іванович; Биченок Сергій В'ячеславович; Биченок Олексій В'ячеславович
Адреса для листування: 392008, г.Тамбов, Радянська, 161, кв.7, В.І. Биченко
Дата початку дії патенту: 2000.03.21

Винахід відноситься до пристроїв для спалювання палива в пульсуючому потоці. Теплогенератор пульсуючого горіння містить ежектор, камеру пульсуючого горіння з аеродинамічним клапаном, що включає камеру згоряння з системою подачі і займання палива і резонансну трубу, розташовані в загальному кожусі, який телескопически з'єднаний з ежектором з можливістю осьового переміщення, повітряну трубу з вхідним і вихідним ділянками. Теплогенератор забезпечений охолоджувальні-змішувальної камерою, з'єднаної з ежектором, вісь якої розташована перпендикулярно осі ежектора, охолоджувальних-камера змішувача має циліндричний ділянку з патрубком для підведення газів з ежектора по колу камери, конічний ділянку, що закінчується вихідним соплом, звужується повітряний сопло, розташоване всередині зазначеної камери, і патрубок для підключення вихідного ділянки повітряної труби, вихідний ділянку повітряної труби телескопически з'єднаний з вхідним ділянкою повітряної труби з встановленої в ньому заслінкою, при цьому вхідний ділянку труби має розтруб, розташований співвісно з виступаючим з кожуха кінцем аеродинамічного клапана. Винахід дозволяє розширити технологічні можливості за рахунок великого діапазону регулювання температур робочої суміші в результаті змішування гарячого і холодного повітря безпосередньо перед робочою продуктами або перед подачею його в систему повітряного опалення.

ОПИС ВИНАХОДИ

Пристрій відноситься до галузі енергетики, зокрема до пристроїв для спалювання палива в пульсуючому потоці, і може бути використано в різних галузях народного господарства, наприклад в сушильних агрегатах, для опалення приміщень виробничого призначення.

Відома пульсації пальник для спалювання дизельного палива, що містить камеру згоряння, аеродинамічний клапан, резонансну трубу, тангенциально приєднану до камери згоряння, систему подачі палива через форсунку, запірний вентиль і систему запалювання, що включає електричну свічку і трубку для подачі повітря для забезпечення початкового імпульсу займання палива . Така пальник забезпечує повне згорання палива і володіє великою надійністю в роботі. Однак без застосування додаткових пристосувань область її використання обмежується, тільки лише, високотемпературними процесами (див. "Експериментальне дослідження пальника для спалювання дизельного палива". В.С. Северянин, В.Г. Смоленський, В.К. Кацевич, Л. В. Качінова / Енергетика // Известия вищих навчальних закладів. - 5. 1984. С. 105-108).

Відомий теплогенератор з камерою пульсуючого горіння для пневмосушілкі сипучих матеріалів. Теплогенератор включає камеру пульсуючого горіння, що складається з циліндричної камери займання і осесиметричних приєднаної резонансної труби, з аеродинамічним клапаном, розташованим під кутом 90 ^o до осі камери займання. Камера пульсуючого горіння укладена в кожух, що закінчується рессивери. Для регулювання температури робочої суміші, що складається з суміші продуктів згорання і повітря, через повітряну трубу нагнітається вторинне повітря в простір між камерою пульсуючого горіння і кожухом. Нагнітання здійснюється за рахунок імпульсу газу з аеродинамічного клапана. Кількість повітря, що надходить через зазор між камерою пульсуючого горіння і кожухом в рессивер регулюється заслінкою, розташованої в повітряної трубі (див. "Combustion Technology: Some Modern Developments" / Edited by Howard B. Palmer, JM Beer -: Academic Press New York and London , 1977, p. 455 Abbot, A. Putman and Dennis J. Brown).

Недоліком такого пристрою є те, що вторинне повітря, навіть при повністю відкритій заслінці, після попадання в кожух нагрівається до високих температур від стінок камери пульсуючого горіння, тому можливості регулювання і, при необхідності, зниження температури сушильного агента обмежені.

Відомий теплогенератор пульсуючого горіння, що містить камеру пульсуючого горіння з аеродинамічним клапаном, що включає камеру згоряння з системою подачі і займання палива, резонансну трубу, приєднану тангенциально до камери згоряння, встановлену в кожусі з ежектором, мають можливість осьового переміщення по відношенню до циліндричної частини кожуха, що забезпечує піднос певної кількості повітря для отримання робочої суміші необхідних параметрів в Рессивер, регулювання яких здійснюється за допомогою зміни відстані від кінця резонансної труби до горловини ежектора і витрати палива, що подається в камеру займання, а повітряна труба служить для охолодження камери займання в процесі роботи теплогенератора і підвищення продуктивності за кількістю робочої суміші газів (прототип) (див. Патент РФ 2096683, МКИ ⁶ F 23 C 11/04 від 10.03.95).

У відомому теплогенераторі при можливості регулювання параметрів робочої суміші газів за допомогою телескопічного з'єднання кожуха і ежектора камера займання обдувається холодним повітрям, що нагнітається за допомогою аеродинамічного клапана з навколишнього середовища через повітряну трубу у відкритий з торця кожух, потім повітря по каналу між кожухом і резонансної трубою надходить в горловину ежектора, що в сумі дає змогу досягати температуру робочої суміші на виході з сопла рессивера близько 250 ^o С при температурі на виході з резонансної труби перед ежектором 1000 ^o С. Недоліком такого пристрою є обмежені можливості зниження температури робочої суміші газів, так як повітря, проходить через кожух і забезпечує зниження температури продуктів згоряння, перед входом в ежектор нагрівається від стінок камери згоряння і резонансної труби. У той же час для сушіння деяких сільськогосподарських продуктів і в системах повітряного опалення потрібна температура робочої суміші в межах 100-150 ^o С.

Технічною задачею даного пристрою є розширення технологічних можливостей теплогенератора пульсуючого горіння за рахунок більшого діапазону регулювання температур робочої суміші в результаті змішування гарячого і холодного повітря безпосередньо перед оброблюваним продуктом або перед подачею його в систему повітряного опалення.

Поставлена технічна задача досягається тим, що теплогенератор пульсуючого горіння, що містить ежектор, камеру пульсуючого горіння з аеродинамічним клапаном, що включає камеру згоряння з системою подачі і займання палива і резонансну трубу, розташовані в загальному кожусі, який телескопически з'єднаний з ежектором з можливістю осьового переміщення, повітряну трубу з вхідним і вихідним ділянками, забезпечений охолоджувальні-змішувальної камерою, з'єднаної з ежектором, вісь якої розташована перпендикулярно осі ежектора. Охолоджувальні-камера змішувача має циліндричний ділянку з патрубком для підведення газів з ежектора по колу камери, конічний ділянку, що закінчується вихідним соплом, звужується повітряний сопло, розташоване всередині зазначеної камери, і патрубок для підключення вихідного ділянки повітряної труби. Вихідний ділянку повітряної труби телескопически з'єднаний з вхідним ділянкою повітряної труби з встановленої в ньому заслінкою. При цьому вхідний ділянку труби має розтруб, розташований співвісно з виступаючим з кожуха кінцем аеродинамічного клапана.

Фіг. 1. зображений загальний вид теплогенератора з камерою пульсуючого горіння
і охолоджувальних-змішувальної камерою в варіанті, в якому їх осі перпендикулярні

Фіг. 2. - проекція (вид зверху) загального вигляду теплогенератора

Теплогенератор пульсуючого горіння (фіг.1 і 2) містить камеру пульсуючого горіння з аеродинамічним клапаном 1, що включає камеру згоряння 2 з системою подачі палива через форсунку 3, запірний вентиль 4, систему запалення, що складається з електричної свічки 5 і трубки 6 для подачі повітря в момент початкового займання палива, резонансну трубу 7, тангенциально приєднану до камери згоряння 2, розташовані в загальному кожусі 8, який за допомогою телескопічного з'єднання 9 пов'язаний з ежектором 10, що забезпечує можливість осьового переміщення ежектора для зміни відстані від зрізу резонансної труби 11 до горловини ежектора 12, повітряну трубу, що складається з вхідного ділянки 14, жорстко скріпленого допомогою перемички 16 з кожухом 8, і вихідного ділянки 13, при цьому теплогенератор забезпечений охолоджувальні-змішувальної камерою 17, яка з'єднана з вихідним отвором 28 ежектора 10 таким чином, що її вісь розташована перпендикулярно осі ежектора. Охолоджувальні-камера змішувача має циліндричний ділянку 18 з патрубком 19 для підведення газів з ежектора 10 по окружності камери, конічний ділянку 20, що закінчується вихідним соплом 21, патрубок 22 на зовнішній поверхні днища 24, всередині охолоджувальні-камери змішувача на поверхні днища 24 по її осі кріпиться суживающееся повітряне сопло 23, через яке здійснюється вступ охолоджуючого повітря в охолоджувальних-змішувальну камеру. Вихідний ділянку 13 повітряної труби одним кінцем кріпиться до патрубку 22, а іншим телескопически з'єднується з вхідним ділянкою 14 повітряної труби, в якому встановлена ​​заслінка 27, і має розтруб 15, розташований співвісно з кінцем аеродинамічного клапана 1, що виступає з кожуха 8.

Теплогенератор пульсуючого горіння працює наступним чином. За допомогою трубки 6 через аеродинамічний клапан 1 подається повітря в камеру згоряння 2, включається електрична свічка 5, потім відкривається запірний вентиль 4 і рідке паливо через форсунку 3 подається в камеру згоряння 2. Після досягнення стійкого пульсуючого горіння в камері згоряння 2 припиняється подача повітря через трубку 6 і відключається електрична свічка 5. Відпрацьовані гази викидаються періодично з частотою 50-70 Гц з резонансної труби з великою швидкістю і високою температурою 900-1100 ^o С. Проходячи через горловину 12 ежектора 10, продукти згоряння створюють розрядження в кожусі 8, за рахунок цього забезпечується підсмоктування холодного повітря через вхідний отвір кожуха 8, який, огинаючи камеру згоряння 2 і резонансну трубу 7, змішується в ежекторі 10 з продуктами згоряння і надходить в охолоджувальну-змішувальну камеру 17.

Під час пульсуючого горіння в камері займання 2 з аеродинамічного клапана 1 періодично з частотою 50-70 Гц викидається з високою швидкістю струмінь повітря. Ця струмінь направляється у вхідний ділянку 14 повітряної труби, що і забезпечує підсмоктування в неї через розтруб 15 холодного навколишнього повітря. Вхідний ділянку 14 повітряної труби зігнутий таким чином, щоб що виходить з неї повітря було направлено по осі кожуха і через вихідний ділянку 13 повітряної труби надходив в змішувально-охолоджувальну камеру 17 через повітряний сопло 23. У камері 17 відбувається змішання охолоджуючого повітря з газами з ежектора 10 і утворюється суміш газів з температурою, необхідної для робочої суміші _t pc, яка через вихідне сопло 21 охолоджувальні-камери змішувача надходить споживачеві.

Регулювання параметрів робочої суміші, таких як температура _t pc і витрата робочої суміші _G pc, може здійснюватися кількома способами. Так як пропоноване технічне рішення теплогенератора з камерою пульсуючого горіння передбачає його багатоцільове використання як для сушіння матеріалів з різними фізико-хімічними властивостями, так і для опалення приміщень, то спочатку експериментальним шляхом налаштування на робочий діапазон параметрів робочої суміші здійснюється підбором діаметра горловини ежектора і відстані l від зрізу резонансної труби 11 до горловини 12 ежектора 10, що забезпечують максимальні для заданого процесу значення параметрів _t pc, _G pc при максимальній витраті палива G _т. Для цієї мети використовуються телескопічні з'єднання 9 і 26. Можливість такого шляху регулювання базується на теорії струменевих апаратів, яка показує, що l = f (u, d _pт), де u = G _в / G _пс - коефіцієнт ежекції, d _pт - діаметр вихідного перетину резонансної труби. Цей етап регулювання необхідний, так як немає теорії розрахунку ежекторів з пульсуючими потоками. Подальше регулювання здійснюється трьома шляхами:

1. При постійній витраті палива G _т, змінюючи відстань l від максимального _l max, що визначається в процесі настройки, до l = 0, коли зріз резонансної труби збігається з перетином горловини ежектора.

2. При фіксованому l шляхом зміни витрати палива G _т за рахунок зміни тиску перед паливною форсункою 3.

3. При фіксованій відстані між зрізом резонансної труби 11, горловиною 12 ежектора 10 і постійній витраті палива G _т шляхом зміни положення заслінки 27 у вхідному ділянці 14 повітряної труби.

У першому випадку, при максимальній відстані _l max забезпечується максимальна кількість підсмоктується за допомогою ежектора повітря G _в, що відповідає максимальним коефіцієнтом ежекції u і дає максимальний витрата G _рс і тиск в камері. При l = 0 забезпечується мінімальний коефіцієнт ежекції u і, відповідно, мінімальний витрата робочої суміші G _рс.

У другому випадку, при постійній відстані l зміна витрати палива G _т призводить до зміни витрати продуктів згоряння G _ПC і швидкості продуктів згоряння W _ПC, що випливають з резонансної труби, тобто змінюється імпульс продуктів згоряння G _ПC W _ПC. Це призводить до того, що змінюється кількість підсмоктується повітря G _в і, як наслідок, продуктивність по робочої суміші _V pc і тиск в камері.

У третьому випадку, при постійній відстані l від вихідного кінця резонансної труби до горловини ежектора і при постійній витраті палива G _т зміна положення заслінки 27 у вхідному ділянці повітряної труби призводить до зміни кількості холодного повітря, що надходить через повітряну трубу 13 в охолоджувальних-змішувальну камеру 17 . При повністю відкритій заслінці 27 в охолоджувальних-змішувальну камеру 17 надходить максимально можливу кількість повітря. При цьому досягається максимальна продуктивність теплогенератора _pc.

Температура робочої суміші залежить від кількості підсмоктується за допомогою ежектора 10 повітря G _в і витрати палива G _т, тому необхідне значення температури робочої суміші _t pc досягається поєднанням двох останніх способів регулювання при постійній відстані l від горловини ежектора 12 до зрізу резонансної труби 11.

Можливість регулювання параметрів продуктів згоряння, що випливають з резонансної труби шляхом зміни тиску палива перед форсункою, підтверджені авторами експериментально (А.С. 1774210, G 01 М 15/00, 1992).

Пропонований теплогенератор з камерою пульсуючого горіння має гідності прототипу (Патент 2096683 6 F 23 З 11/04). Однак в прототипі можливості регулювання параметрів робочої суміші на виході з ежектора, таких як температура робочої суміші _t pc і об'ємна продуктивність _V pc, обмежені. Це пояснюється тим, що холодне повітря, що надходить через повітряну трубу і кожух теплогенератора до ежектору, де відбувається його змішування з продуктами згоряння, що виходять з резонансної труби з температурою близько 1000 ^o С, нагрівається перед змішанням від стінок камери згоряння і резонансної труби, тому його температура стає вище температури зовнішнього повітря. У промисловому зразку теплогенератора, виконаному за патентом 2096683, на виході з ежектора, за рахунок регулювання була досягнута температура робочої суміші _t pc в межах 220-300 ^o С. Крім цього, зменшується можлива продуктивність теплогенератора _V pc при постійній витраті палива, так як він визначається діаметром горловини ежектора, а при нагріванні холодного повітря в кожусі ежектора його щільність зменшується, питомий об'єм збільшується і пропускна здатність ежектора падає.

Так як в прототипі можливості регулювання параметрів робочої суміші обмежені, то для різних областей застосування кожного разу треба проектувати камеру пульсуючого горіння на новий витрата палива, а регулювання виконує тільки завдання узгодження параметрів робочої суміші з заданим процесом. Однак проектування і доведення камер пульсуючого горіння мають цілий ряд труднощів через те, що робочий процес в цих пристроях недостатньо вивчений.

Пропонована конструкція теплогенератора пульсуючого горіння дозволяє розширити діапазон регулювання температури робочої суміші _t pc на виході з його сопла і збільшити об'ємну продуктивність робочої суміші _V pc. Це досягається тим, що холодне повітря, необхідний для зниження температури робочої суміші, додатково надходить через розтруб 15 і повітряну трубу, приєднаної до охолоджувальних-камері змішувача 17, минаючи кожух теплогенератора. За рахунок такої конструкції додатковий повітря не нагрівається від корпусу камери згоряння і має температуру і щільність навколишнього повітря, незалежну від температури в камері згоряння, яка змінюється в залежності від розходу палива. За рахунок установки в охолоджувальних-камері змішувача суживающегося сопла 23 в ній створюється додаткове розрядження. Це створює умови, що забезпечує збільшення продуктивності теплогенератора і напору робочої суміші. Збільшення напору необхідно у випадках, коли газораздающіе канали, за якими робоча суміш надходить споживачеві, мають великий опір. При перпендикулярному розташуванні осі змішувально-охолоджувальної камери щодо осі кожуха теплогенератора зменшується загальна довжина теплогенератора, а потік гарячих газів з ежектора надходить в циліндричний ділянку охолоджувальні-камери змішувача по колу, що збільшує його час перебування в камері і покращує змішання з холодним повітрям, що поступає з повітряної труби по осі камери.

За запропонованим технічним рішенням спроектований і виготовлений теплогенератор пульсуючого горіння для спалювання дизельного палива. При середній теплової потужності 120 кВт шляхом регулювання витрати палива його теплова потужність може змінюватися від 100 до 150 кВт, об'ємна продуктивність робочої суміші - від 3000 до 4000 м ³ / год і температура - від 100 до 150 ^o С. Були проведені виміри його технічних характеристик при витраті дизельного палива G _т = 12 л / год = (2,9 · 10 ^-3 кг / с). Корисна теплова потужність склала 110 кВт, об'ємна продуктивність робочої суміші на виході з сопла _V pc = 3414 м ³ / год, температура робочої суміші _t pc = 133 ^{o C,} швидкість робочої суміші на виході з сопла _W pc = 13,3 м / с , коефіцієнт використання теплової енергії палива 0,89, споживана потужність для подачі палива 0,05 кВт, при цьому система подачі палива може працювати як від мережі змінного струму 220 В, так і від акумулятора постійного струму 12 В.

Зазначений теплогенератор був використаний для опалення складу об'ємом 2000 м ³ і виробничого приміщення об'ємом 1700 м ^3. При цьому теплогенератор встановлювався безпосередньо в опалювальному приміщенні без вихлопної труби, що забезпечувало повну рециркуляцію повітря в опалювальному приміщенні. Такий спосіб установки можливий тільки для теплогенераторів пульсуючого горіння, завдяки якому забезпечується повне згоряння палива без утворення шкідливих речовин. Це підтверджується протоколом N2780-2791 центру держсанепіднагляду р Тамбова від 16 листопада 1999 р Згідно з цим протоколом на виході з теплогенератора концентрація окису азоту склала 0 мг / м ³ при ГДК = 5 мг / м ^3, сірчистого ангідриду 0 мг / м ³ при ГДК = 10 мг / м ³ і окису вуглецю в середньому 13,1 мг / м ³ при ГДК = 20 мг / м ^3.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Теплогенератор пульсуючого горіння, що містить ежектор, камеру пульсуючого горіння з аеродинамічним клапаном, що включає камеру згоряння з системою подачі і займання палива і резонансну трубу, розташовані в загальному кожусі, який телескопически з'єднаний з ежектором з можливістю осьового переміщення, повітряну трубу з вхідним і вихідним ділянками, відрізняється тим, що теплогенератор забезпечений охолоджувальні-змішувальної камерою, з'єднаної з ежектором, вісь якої розташована перпендикулярно осі ежектора, охолоджувальних-камера змішувача має циліндричний ділянку з патрубком для підведення газів з ежектора по колу камери, конічний ділянку, що закінчується вихідним соплом, звужується повітряний сопло , розташоване всередині зазначеної камери, і патрубок для підключення вихідного ділянки повітряної труби, вихідний ділянку повітряної труби телескопически з'єднаний з вхідним ділянкою повітряної труби з встановленої в ньому заслінкою, при цьому вхідний ділянку труби має розтруб, розташований співвісно з виступаючим з кожуха кінцем аеродинамічного клапана.

Версія для друку
Дата публікації 21.12.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів