Детонационная камера сгорания

Детонационная камера сгорания

Реферат

 

Изобретение касается промышленного использования процессов детонации газовых смесей в трубах и может применяться в детонационных камерах сгорания (ДКС) различных промышленных установок, например, для детонационного напыления покрытий. Цель изобретения повышение надежности ДКС путем стабилизации зажигания горючей смеси. Это достигается тем, что камера дополнительно содержит цилиндрический экран в виде патрубка с отверстиями и срезанным под углом к оси корпуса торцом и обратный клапан в виде пластины, установленный на выходе патрубка ввода смеси, при этом внутренний радиус экрана равен длине искрового разряда свечи, установленной внутри экрана по его оси и снабженной одним изолированным электродом, не выступающим за цилиндрическую часть экрана, причем один контакт подсоединения источника высокого напряжения выполнен на электроде свечи, другой на экране. Такая конструкция ДКС позволяет возбуждать детонационный процесс в ней при повышенных скоростях потока горючей смеси в канале камеры, а также увеличивать частоту инициирования указанного процесса, что приводит к увеличению энергетических характеристик за счет возможности сжигания большего количества смеси в единицу времени. 1 ил.

Изобретение относится к детонации газовых смесей в трубах и может применяться в детонационных камерах сгорания различных промышленных установок, например, для детонационного напыления покрытий. Известны детонационные камеры сгорания, в которых инициирование газовой горючей смеси (ГГС) производится с помощью взрыва тонкой электропроводящей проволочки при пропускании по ней электрического тока. Однако в этом случае необходимо после каждого акта инициирования производить замену инициирующей проволоки, что не позволяет осуществлять процесс детонации в циклическом режиме с большой частотой следования циклов. Известны также детонационные камеры сгорания, в которых инициирование ГГС осуществляется в циклическом режиме с заданной частотой следования циклов путем инициирования смеси с помощью электрического разряда на свече зажигания, установленной в корпусе детонационной камеры сгорания в месте подвода ГГС. При этом свеча зажигания снабжена двумя электродами, на которые подают напряжение от внешнего высоковольтного импульсного источника. При достижении определенной разности потенциалов на электродах свечи между ними происходит искровой разряд, от которого ГГС поджигается. В процессе горения пламя ускоряется по каналу детонационной камеры сгорания и горение переходит в детонацию. Известна также детонационная камера сгорания (устройство для импульсного сжигания горючей смеси), недостатком которой является невозможность инициирования потока ГГС, движущегося по каналу детонационной камеры сгорания со скоростью более 4-5 м/с, так как в этом случае искру "сдувает", т.е. теплоотвод от искрового разряда таким потоком настолько велик, что искра не успевает нагреть нужный объем ГГС до температуры воспламенения. Таким образом, у известных детонационных камер сгорания низкая надежность за счет нестабильного зажигания горючей смеси. Кроме того, отсутствует обратный клапан, установленный на выходе патрубка ввода смеси. Отсутствие клапана создает возможность в момент инициирования перетекать образующимся продуктам сгорания в магистраль подвода ГГС, что в свою очередь снижает давление продуктов сгорания в области инициирования и, как следствие, создает условия для погашения пламени, а также существенно ухудшает условия перехода горения в детонацию. Цель изобретения повышение надежности детонационной камеры сгорания за счет стабилизации зажигания горючей смеси при увеличении скорости потока ГГС и улучшение условий перехода горения в детонацию. Для этого в детонационной камере сгорания, содержащей корпус с патрубком ввода горячей смеси и электрозапальную свечу, подключенную к источнику высокого напряжения, размещенную на боковой стенке корпуса, дополнительно установлен цилиндрический экран в виде патрубка с отверстиями со срезанным под углом к оси корпуса торцом, а на выходе патрубка ввода смеси обратный клапан в виде пластины. При этом внутренний радиус экрана равен длине искрового разряда свечи, установленной внутри экрана по его оси и снабженной одним изолированным электродом, не выступающим за цилиндрическую часть экрана, причем один контакт для подсоединения источника напряжения выполнен на электроде свечи, а другой на экране. Такая конструкция детонационной камеры сгорания обеспечивает возможность инициирования ГГС при скоростях потока более 4-5 м/с и приводит к снижению протяженности преддетонационного участка. Установка свечи зажигания в цилиндрическом экране не позволяет высокоскоростному потоку "сдувать" искру при разряде, так как в этом случае внутри экрана образуется устойчивая зона со скоростью потока, близкой к нулю, что дает возможность тепловому потоку от искрового разряда разогреть в этой зоне ГГС до температуры воспламенения. Образующиеся продукты сгорания, расширяясь, вытекают в канал детонационной камеры сгорания и поджигают основной поток смеси. При этом за счет расширения продуктов сгорания в месте инициирования повышается давление, за счет чего закрывается обратный клапан и дальнейшее сгорание происходит в полузамкнутом объеме детонационной камеры сгорания, что улучшает условия перехода горения в детонацию. Срез под углом к корпусу торца экрана облегчает попадание первичных продуктов сгорания в основной поток смеси, а установка среза по потоку ГГС обеспечивает их эжектирование потоком. Для продувки полости экрана служат также отверстия выполняемые в его цилиндрической части. При отсутствии отверстий объем между свечой зажигания и внутренней поверхностью экрана при частоте инициирования более 5-7 Гц не успевает заполняться ГГС и инициирование происходит нестабильно. Выполнение свечи зажигания с одним центральным электродом, а экрана с внутренним радиусом, равным длине искрового промежутка, позволяет получить искровые разряды максимальной длины для данного напряжения, подаваемого на свечу от высоковольтного источника. При этом для обеспечения электрического разряда между корпусом экрана и электродом свечи гнезда для подсоединения источника высокого напряжения выполнены одно на электроде, а другое на корпусе свечи зажигания, который изолирован от электрода и замкнут на корпус экрана. Этой же цели служит установка свечи таким образом, что электрод не выступает внутрь канала детонационной камеры сгорания за цилиндрическую часть экрана. На чертеже изображена детонационная камера сгорания с экраном, обратным клапаном и свечей зажигания, разрез. Камера сгорания содержит канал 1 с камерой 2 зажигания, в которой установлен обратный клапан 3, служащий для предотвращения оттока продуктов детонации в патрубок 4 ввода смеси. В корпусе камеры зажигания установлен цилиндрический экран 5 со срезанным под углом к оси корпуса торцом, повернутый срезом в противоположную от патрубка ввода смеси сторону. В экране 5 выполнены отверстия 6 малого диаметра, служащие для продувки внутренней полости экрана. В экране по его оси закреплена свеча 7 зажигания с центральным электродом 8, изолированным от корпуса свечи. На электроде и корпусе свечи выполнены гнезда 9 для подсоединения внешнего импульсного источника высокого напряжения. Свеча зажигания установлена в экране таким образом, что электрод не выступает за цилиндрическую часть экрана. Камера работает следующим образом. Поток ГГС из патрубка 4 через клапан 3 поступает в канал 1 детонационной камеры сгорания. При этом она через отверстия 6 заполняет объем между экраном 5 свечой 7. В то время как по каналу детонационной камеры сгорания смесь может двигаться с достаточно высокой скоростью, внутри экрана скорость потока смеси близка к нулю, так как там образуется застойная зона, течение в которой определяется диаметром, количеством и расположением отверстий 6 в экране 5. При подаче напряжения через гнезда 9 на электрод 8 и корпус свечи от высоковольтного импульсного источника происходит искровой разряд между электродами 8 и корпусом экрана 5. При этом, изменяя внутренний диаметр экрана можно регулировать длину искрового разряда при данном напряжении от высоковольтного источника. Находящаяся в полости экрана ГГС воспламеняется. Фронт пламени и расширяющиеся продукты сгорания, истекая в канал детонационной камеры сгорания, воспламеняют поток смеси. При этом давление в канале детонационной камеры сгорания повышается. Обратный клапан 3 закрывается, предотвращая проникание продуктов сгорания в патрубок 4. Фронт пламени начинает распространяться по каналу детонационной камеры сгорания с ускорением, чему способствует прогрессивное повышение давления в канале. В результате горение переходит в стационарную детонацию. После выхода детонационной волны из канала детонационной камеры сгорания начинается истечение продуктов детонации. Давление в детонационной камере сгорания падает, обратный клапан открывается, ГГС начинает заполнять детонационную камеру сгорания и цикл повторяется. Проведенные экспериментальные исследования показали высокую надежность и эффективность предлагаемой камеры. Эксперименты проводились на детонационных камерах сгорания с диаметром канала 25, 50 и 100 мм, длиной соответственно 3, 5 и 11,5 м. В экспериментах использовалась бензиновоздушная стехиометрическая смесь. Внутренний диаметр экрана изменялся в пределах 10-15 мин. это обеспечивало длину искрового разряда 4,5-7 мм. В качестве импульсного источника напряжения использовалась автомобильная электрическая система зажигания "Искра-2". В контрольных экспериментах установлено, что при движении потока ГГС по каналу детонационной камеры сгорания со скоростью выше 4-5 м/с не удается воспламенить смесь с использованием свечи зажигания с двумя электродами, между которыми происходит электрический разряд. Это значительно снижает надежность работы детонационной камеры сгорания. Постановку в корпус детонационной камеры сгорания цилиндрического экрана без среза торца и со свечой зажигания с одним центральным электродом обеспечивает инициирование потока смеси, имеющего скорость выше 5 м/с с частотой следования импульсов менее 1 Гц. Срез торца экрана под углом по потоку смеси обеспечивает инициирование с частотой следования импульсов не выше 3 Гц. Экран с тремя равнорасположенными отверстиями в цилиндрической части диаметром 2-2,5 мм обеспечивает инициирование с частотой до 20-25 Гц при скоростях потока смеси в канале детонационной камеры сгорания более 7 м/с. Нестабильное воспламенение во всех указанных случаях, а также нестабильный переход горения в детонацию происходили и при отсутствии в канале обратного клапана. Изобретение позволяет повысить надежность детонационных камер сгорания за счет стабилизации зажигания горючей смеси при увеличении скорости потока смеси по каналу детонационной камеры сгорания более чем в 2 раза.

Формула изобретения

ДЕТОНАЦИОННАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ, содержащая корпус с патрубком входа горючей смеси и электрозапальную свечу, подключенную к источнику высокого напряжения, установленную на боковой стенке корпуса, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем стабилизации зажигания горючей смеси, камера дополнительно содержит цилиндрический экран в виде патрубка с отверстиями и срезанным под углом к оси корпуса торцом и обратный клапан в виде пластины, установленный на выходе патрубка ввода смеси, причем внутренний радиус экрана равен длине искрового разряда свечи, установленной внутри экрана по его оси и снабженной одним изолированным электродом, не выступающим за цилиндрическую часть экрана, причем один контакт для подсоединения источника высокого напряжения выполнен на электроде свечи, а другой на экране.

РИСУНКИ

Рисунок 1