Вихревое запально-горелочное устройство с поверхностным трубчатым горением горючего газа внутри него

Вихревое запально-горелочное устройство с поверхностным трубчатым горением горючего газа внутри него

Реферат

 

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к горелочным устройствам камер сгорания газотурбинных установок или топок парогенераторов. В вихревом запально-горелочном устройстве с поверхностным трубчатым горением горючего газа внутри него (фиг.1) содержащем пламепередающую трубу 1, состоящую по меньшей мере из одного участка, электрозапальную свечу 2, канал подачи горючего газа 3 и по меньшей мере один канал подачи воздуха 4, во входном участке 5 пламепередающей трубы 1 установлен лопаточный завихритель 6, обеспечивающий закрутку проходящего через него потока воздуха, при этом завихритель потока 6 выполнен с центральным отверстием 7, образованным кольцеобразным элементом 8, с наружной стороны которого размещены лопатки 9, а кольцевой входной для воздуха канал 10 образован наружной поверхностью 11 участка 12 кольцеобразного элемента 8 и поверхностью 13 участка 5 пламепередающей трубы 1, а торец 14 элемента 8 выполнен закрытым, в заглушке 15 которого установлена электрозапальная свеча 2, а внутренняя полость 17 элемента 8 сообщена с внутренней полостью пламепередающей трубы 1, при этом запальные электроды 19 свечи 2 размещены за выходным сечением 2-2 элемента 8, а на трубопроводах подвода горючего газа 18 и воздуха 20 вихревого запально-горелочного устройства установлены регулирующие запорные устройства 21 и 22. Изобретение позволяет улучшить характеристики процесса горения. 59 з.п. ф-лы, 36 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к горелочным устройствам камер сгорания газотурбинных установок или топок парогенераторов.

Известен запальник камер сгорания газовой турбины, содержащий корпус с установленной в нем электрозапальной свечой, электрокерамическими изоляторами, трубкой-электродом и каналом подачи горючего газа, в котором выполнены входное и выходное отверстия горючего газа, каналы для подачи воздуха и камеры стабилизации запального очага [1].

Недостатками известной конструкции запальника являются сложность и уязвимость к повреждениям в процессе эксплуатации (особенно хрупких изоляторов и электродных элементов).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является вихревое запально-горелочное устройство с поверхностным трубчатым горением горючего газа внутри него, содержащее составную пламепередающую трубу, запально-вихревую головку, электрозапальную свечу, канал подачи горючего газа в зону действия запальной свечи и канал подачи воздуха [2].

Недостатками вышеуказанного вихревого запально-горелочного устройства являются неравномерный по периметру сечений и длине пламепередающей трубы процесс сгорания газа и, следовательно, невозможность достижения оптимальных характеристик его работы, а также увеличенный габарит в его поперечном сечении в месте входа воздуха в вихревое устройство, ухудшающий его технические характеристики.

Цель изобретения - улучшение характеристик процесса горения и технических характеристик запально-горелочного устройства.

Указанная цель достигается тем, что в известном вихревом запально-горелочном устройстве с поверхностным трубчатым горением горючего газа внутри него, содержащем пламепередающую трубу, состоящую по меньшей мере из одного участка, электрозапальную свечу, канал подачи горючего газа и по меньшей мере один канал подачи воздуха, во входном участке пламепередающей трубы установлен лопаточный завихритель, обеспечивающий закрутку проходящего через него потока воздуха, при этом лопаточный завихритель потока выполнен с центральным с соосным пламепередающей трубе отверстиями, по меньшей мере образованным кольцеобразным элементом, имеющим форму тела вращения, с наружном стороны которого размещены лопатки, а кольцевой входной для воздуха канал, обеспечивающий равномерный вход воздуха в межлопаточные каналы завихрителя потока, образован по крайней мере наружной поверхностью выступающего за входное сечение лопаток завихрителя потока в сторону, противоположную направлению движения входящего в завихритель потока воздуха, и расположенного внутри входного участка пламепередающей трубы участка кольцеобразного элемента и внутренней поверхностью вышеуказанного участка пламепередающей трубы, при этом по крайней мере торец кольцеобразного элемента со стороны входа воздуха в завихритель потока выполнен закрытым, в заглушке которого установлена электрозапальная свеча, а другим открытым торцем внутренняя полость вышеуказанного кольцеобразного элемента, образующая по крайней мере канал подачи горючего газа, в который в вышеуказанном случае последний подается по трубопроводу, соединенному с заглушкой кольцеобразного элемента, с выполненным в нем для вышеуказанной цели отверстием, сообщена с внутренней полостью пламепередающей трубы, при этом запальные электроды свечи размещены за выходным сечением кольцеобразного элемента в направлении движения горючего газа, а на трубопроводах подвода горючего газа и воздуха вихревого запально-горелочного устройства установлены регулирующие запорные устройства.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с аналогом и прототипом позволяет сделать вывод о наличии новых отличительных признаков, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

В известных науке и технике решениях нами не обнаружены совокупности отличительных признаков заявляемого решения, проявляющих аналогичные свойства и позволяющих достичь указанный в цели изобретения результат, следовательно, решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг. 1 представлен продольный разрез вихревого запально-горелочного устройства; на фиг. 2 - завихритель потока; на фиг. 3 - завихритель потока; на фиг. 4 - завихритель потока; на фиг. 5 - завихритель потока; на фиг. 6 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 7 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 8 - пламепередающая труба; на фиг. 9 - пламепередающая труба; на фиг. 10 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 11 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 12 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 13 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 14 - вихревое запально-горелочнок устройство; на фиг. 15 - сечение по А-А на фиг. 14; на фиг. 16 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 17 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 18 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 19 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 20 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 21 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 22 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 23 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 24 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 25 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 26 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 27 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 28 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 29 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 30 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 31 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 32 - вихревое запально-горелочное устройство; на фиг. 33 - фрагмент процесса замещения частиц среды в сечении Б-Б на фиг. 1; на фиг. 34 - фрагмент процесса замещения частиц среды в сечении Б-Б на фиг. 1 ; на фиг. 35 - сечение В-В на фиг. 1 с закрученным потоком воздуха при симметричном его входе в завихритель потока; на фиг. 36 - сечение по В-В на фиг. 1 с закрученным потоком воздуха при несимметричном его входе в завихритель потока.

В вихревом запально-горелочном устройстве с поверхностным трубчатым горением горючего газа внутри его (фиг. 1), содержащем пламепередающую трубу 1, состоящую по меньшей мере из одного участка, электрозапальную свечу 2, канал подачи горючего газа 3 и по меньшей мере один канал подачи воздуха 4, во входном участке 5 пламепередающей трубы 1 установлен лопаточный завихритель 6, обеспечивающий закрутку проходящего через него потока воздуха, при этом лопаточный завихритель потока 6 выполнен с центральным и соосным пламепередающей трубе отверстием 7, по меньшей мере образованным кольцеобразным элементом 8, имеющим форму тела вращения, с наружной стороны которого размещены лопатки 9, а кольцевой входной для воздуха канал 10, обеспечивающий равномерный вход воздуха в межлопаточные каналы завихрителя потока 6, образован по крайней мере наружной поверхностью 11 выступающего за входное сечение 1-1 лопаток 9 завихрителя потока 6 в сторону, противоположную направлению движения входящего в завихритель потока 6 воздуха, и расположенного внутри входного участка 5 пламепередающей трубы 1 участка 12 кольцеобразного элемента 8 и внутренней поверхностью 13 вышеуказанного участка 5 пламепередающей трубы 1, при этом по крайней мере торец 14 кольцеобразного элемента 8 со стороны входа воздуха в завихритель потока 6 выполнен закрытым, в заглушку 15 которого установлена электрозапальная свеча 2, а другим открытым торцем 16 внутренняя полость 17 вышеуказанного кольцеобразного элемента 8, образующая по крайней мере канал подачи горючего газа 3, в который в вышеуказанном случае последний подается по трубопроводу 18, соединенному с заглушкой 15 кольцеобразного элемента 8, с выполненным в нем для вышеуказанной цели отверстием, сообщена с внутренней полостью пламепередающей трубы 1, при этом запальные электроды 19 свечи 2 размещены за выходным сечением 2-2 кольцеобразного элемента 8 в направлении движения горючего газа, а на трубопроводах подвода горючего газа 18 и воздуха 20 вихревого запального-горелочного устройства установлены регулирующие запорные устройства 21 и 22.

При этом выходное сечение 2-2 кольцеобразного элемента 8, с наружной стороны которого размещены лопатки 9, может совпадать с выходным сечением 3-3 лопаток 9 завихрителя потока 6 (фиг. 2); кольцеобразный элемент 8, с наружной стороны которого размещены лопатки 9, может выступать за выходное сечение 3-3 лопаток 9 завихрителя потока 6 в направлении движения горючего газа (фиг. 1, 3); выступающий за выходное сечение 3-3 лопаток 9 завихрителя потока 6 участок 23 кольцеобразного элемента 8 может быть выполнен с уменьшающейся толщиной стенки в сечениях элемента в направлении, совпадающем с направлением движения горючего газа (фиг. 1, 3); наружная поверхность 24 участка 23 кольцеобразного элемента 8, выступающего за выходное сечение 3-3 лопаток 9 завихрителя потока 6, может быть выполнена цилиндрической (фиг. 1, 3); внутренняя поверхность 25 участка 23 кольцеобразного элемента 8, выступающего за выходное сечение 3-3 лопаток 9 завихрителя потока 6, может быть выполнена цилиндрической (фиг. 1, 4); на наружной поверхности 24 участка 23 кольцеобразного элемента 8, выступающего за выходное сечение 3-3 лопаток 9 завихрителя потока 6, могут быть выполнены чередующиеся канавки 26 и выступы 27, наклоненные под острым углом к оси пламепередающей трубы 1, а их направление при этом совпадает с направлением закрутки воздуха в завихрителе потока 6 (фиг. 1, 4); на внутренней поверхности 25 участка 23 кольцеобразного элемента 8, выступающего за выходное сечение 3-3 лопаток 9 завихрителя потока 6, могут быть выполнены чередующиеся канавки 28 и выступы 29, наклоненные под острым углом к оси пламепередающей трубы 1, а их направление при этом совпадает с направлением закрутки воздуха в завихрителе потока 6 (фиг. 1, 3); выходная кромка 30 торца 16, обращенного в сторону направления движения горючего газа, кольцеобразного элемента 8, с наружной стороны которого размещены лопатки 9 завихрителя потока 6, может быть выполнена острой (фиг. 5); выходной участок 31 трубопровода подвода горючего газа 18, соединенного с заглушкой 15 кольцеобразного элемента 8, может быть расположен внутри кольцеобразного элемента 8 (фиг. 1); выходное сечение выходного участка 31 трубопровода подвода горючего газа 18, соединенного с заглушкой 15 кольцеобразного элемента 8, может совпадать с выходным сечением 2-2 кольцеобразного элемента 8 (фиг. 1); подвод воздуха в кольцевой канал 10, образованный входным участком 5 пламепередающей трубы 1 и выступающим участком 12 кольцеобразного элемента 8 за входное сечение 1-1 лопаток 9 завихрителя потока 6 в сторону, противоположную направлению движения входящего в завихритель 6 воздуха, может осуществляться по меньшей мере через два симметрично относительно оси 32 пламепередающей трубы 1 расположенных участка 33 и 34 разветвляющегося в направлении движения воздуха трубопровода 20 (фиг.1, 6); по меньшей мере два симметрично относительно оси 32 пламепередающей трубы 1 расположенных участка 33 и 34 разветвляющегося трубопровода 20 в направлении движения воздуха могут быть соединены с кольцевой заглушкой 35 кольцевого канала 10, установленный со стороны входа воздуха в вышеуказанный канал 10, при этом в заглушке 35 выполняются по меньшей мере два отверстия 36, сообщающие вышеуказанные участки 33 и 34 разветвляющегося трубопровода 20 с кольцевым каналов 10 (фиг.1, 6); по меньшей мере два симметрично относительно оси 32 пламепередающей трубы 1 расположенных участка 33 и 34 разветвляющегося трубопровода 20 в направлении движения воздуха могут быть соединены с наружной поверхностью 37 входного участка 5 пламепередающей трубы 1 в зоне кольцевого канала 10, при этом в стенке пламепередающей трубы 1 выполняются по меньшей мере два отверстия 38, сообщающие вышеуказанные участки 33 и 34 разветвляющегося трубопровода 20 с кольцевым каналом 10 (фиг.7); оно (вихревое запально-горелочное устройство) может быть снабжено сменным комплектом завихрителей потока 6, каждый из которых выполнен сменным, при этом завихрители 6 выполняются с различными характеристиками (фиг.1); пламепередающая труба 1 может быть выполнена с одинаковой площадью проходного сечения на всем ее участке, расположенном за выходным сечением 2-2 лопаточного завихрителя потока 6 в направлении движения горючего газа (фиг.1); по меньшей мере участок 39 пламепередающей трубы 1, примыкающий к ее выходному сечению 4-4, может быть выполнен с увеличивающейся площадью проходного сечения в направлении к последнему 4-4 (фиг.8); по меньшей мере участок 39 пламепередающей трубы 1, примыкающий к ее выходному сечению 4-4, может быть выполнен с уменьшающейся площадью проходного сечения в направлении к последнему 4-4 (фиг.9); участок 39 пламепередающей трубы 1 с изменяющейся площадью проходного сечения 4-4 последней 1, может быть выполнен сменным, отделяемым от остальной части пламепередающей трубы 1 (фиг.8, 9); пламепередающая труба 1 может быть выполнена составной, с разъемом 40 в середине ее длины, обеспечивающим отделение одной ее части 41 от другой части 42 (фиг. 9); внутри вышеуказанного устройства соосно последнему по меньшей мере на участке пламепередающей трубы 1, примыкающем к ее выходному сечению 4-4, может быть размещена труба 43, наружный радиус r₁ которой меньше минимального внутреннего радиуса r₂ кольцеобразного элемента 8, с наружной стороны которого размещены лопатки 9 завихрителя потока 6, при этом один торец 44 вышеуказанной трубы 43 по меньшей мере совпадает с выходным сечением 4-4 пламепередающей трубы 1, а другой торец 45 выступает за наружную поверхность заглушки 15 вышеуказанного кольцеобразного элемента 8 (фиг.10); труба 43, размещенная внутри вышеуказанного устройства, своим выходным торцом 44 может выступать наружу за выходное сечение 4-4 пламепередающей трубы 1 (фиг.11); торец 44 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, расположенный на стороне выхода из пламепередающей трубы 1, может быть выполнен закрытым, а на ее участке 46, примыкающем к вышеуказанному закрытому торцу 44, могут быть выполнены отверстия 47, сообщающие внутреннюю полость первой трубы 43 с внешней средой (фиг.12); отверстия 47 могут быть выполнены на участке 46 трубы 43, размещенной внутри запально-горелочного устройства, примыкающем к ее закрытому торцу 44, на стороне участка 46, расположенной перед выходным сечением 4-4 пламепередающей трубы 1 по направлению движения горючего газа (фиг.12); отверстия 47 могут быть выполнены на участке 46 трубы 43, размещенной внутри запально-горелочного устройства, примыкающем к ее закрытому торцу 43, на стороне участка 46, расположенной за выходным сечением 4-4 пламепередающей трубы 1 по направлению движения горючего газа (фиг. 13); отверстия 47 могут быть выполнены на участке 46 трубы 43, размещенной внутри запально-горелочного устройства, примыкающем к ее закрытому торцу 44, расположенном по обе стороны от выходного сечения 4-4 пламепередающей трубы 1 (фиг. 14); отверстия 47 могут быть выполнены на участке 46 трубы 43, примыкающем к ее закрытому торцу 44, размещенной внутри запально-горелочного устройства, при этом вышеуказанные отверстия 47 размещаются симметрично относительно оси 48 трубы 43 и выполняются радиальными (фиг.14, 15); отверстия 47 могут быть выполнены на участке 46 трубы 43, примыкающем к ее закрытому торцу 44, размещенной внутри запально-горелочного устройства, при этом вышеуказанные отверстия 47 размещаются симметрично относительно оси 48 трубы 48 и располагаются под острым углом к плоскости поперечного сечения последней 43, а острый угол ( обращен в сторону лопаточного завихрителя потока 6 (фиг.1, 16); заглушка торца 44 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, расположенного на стороне выхода из пламепередающей трубы 1, может быть выполнена со сменными соплами 49, имеющими различные характеристики (фиг.17); внутри вышеуказанного устройства соосно последнему по меньшей мере на участке пламепередающей трубы 1, примыкающем к ее выходному сечению 4-4, может быть размещена труба 43, наружный радиус r₁ которой меньше минимального внутреннего радиуса r₂ кольцеобразного элемента 8, с наружной стороны которого размещены лопатки 9, при этом один торец 45 вышеуказанной трубы 43 выступает за наружную поверхность заглушки 15 кольцеобразного элемента 8, а другой торец 44 трубы 43 по крайней мере совпадает с выходным сечением 4-4 пламепередающей трубы 1 и выполнен закрытым, а по меньшей мере участок 46 внутренней трубы 43, обращенный к выходному сечению 4-4 пламепередающей трубы 1, выполнен с уменьшающейся площадью поперечного сечения в направлении движения горючего газа внутри пламепередающей трубы 1 (фиг. 18); по меньшей мере участок 46 трубы 43, расположенной внутри вышеуказанного устройства, с уменьшающейся площадью поперечного сечения в направлении движения горючего газа внутри пламепередающей трубы 1 может быть выполнен с по меньшей мере симметрично относительно оси 32 запально-горелочного устройства расположенными отверстиями 50, сообщающими внутреннюю полость первой трубы 43 с внутренней полость пламепередающей трубы 1 (фиг.18); участок 46 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, расположенный за выходным сечением 4-4 пламепередающей трубы 1, может быть выполнен изогнутым (загнутым) (фиг.19); торец 45 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, выступающий за наружную поверхность заглушки 15 кольцеобразного элемента 8, может быть подсоединен участком трубы 51 к трубопроводу подачи воздуха 20 в вышеуказанное устройство через индивидуальное регулирующее запорное устройство 52 (фиг.20); торец 45 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, выступающий за наружную поверхность заглушки 15 кольцеобразного элемента 8, может быть подсоединен участком трубы 53 к трубопроводу подачи горючего газа 18 в вышеуказанное устройство через индивидуальное регулирующее запорное устройство 54 (фиг.20); в открытый торец 44 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, расположенный на стороне выхода из пламепередающей трубы 1, может быть установлено сменное сопло 55, отличающееся от других сменных сопл своими характеристиками (фиг. 21); по меньшей мере на участке пламепередающей трубы 1, примыкающем к выходному сечению 2-2 лопаточного завихрителя потока 6, во внутреннем пространстве пламепередающей трубы 1 на радиально установленном стержне 56, обладающем возможностью радиального перемещения (осевого) x и поворота вокруг своей оси (), может быть закреплен лепесток 57, поворачивающийся по направлению движения вихревого потока воздуха при работе запально-горелочного устройства, при этом вышеуказанный стержень 56, на котором закреплен лепесток 57, выходит через боковую стенку пламепередающей трубы 1 наружу, а на торце стержня 56 снаружи выполнена диаметральная риска, совпадающая с плоскостью симметрии лепестка 57 (фиг.1); на участке 46 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, примыкающем к выходному сечению 4-4 пламепередающей трубы 1, могут быть установлены опоры 58, жестко соединенные с наружной поверхностью вышеуказанной трубы 43 и выполненные в виде стержней, обтекаемой для потока формы, при этом торец 59 каждой опоры 58, обращенный к внутренней поверхности пламепередающей трубы 1, по меньшей мере может свободно опираться на внутреннюю поверхность последней 1 (фиг.22); по меньшей мере сходственные точки каждой опоры 58 внутренней трубы 43 могут быть расположены в одной и той же плоскости поперечного сечения запально-горелочного устройства (фиг. 22); по крайней мере каждая опора 58 внутренней трубы 43 может быть смещена (a) друг относительно друга в осевом направлении вышеуказанного устройства (фиг.23); опоры 58 внутренней трубы 43 могут быть расположены симметрично относительно оси 32 запально-горелочного устройства в проекции на плоскость, перпендикулярную оси 32 устройства (фиг.22); опоры 58 выходного участка 46 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, по крайней мере могут целиком размещаться за выходным сечением 4-4 пламепередающей трубы 1 и выполняться обтекаемой для выходящего потока при работе запально-горелочного устройства из последней 1 формы (фиг.24); на изогнутом (загнутом) участке 46 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, расположенном за выходным сечением 4-4 пламепередающей трубы 1, по меньшей мере на стороне 60, обращенной к выходному сечению 4-4 пламепередающей трубы 1, могут быть выполнены отверстия 61, обеспечивающие при работе запально-горелочного устройства выход через них наружу горючего газа (фиг. 19); к выходному сечению трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, может примыкать съемное "паукообразное" распределительное устройство 62, в которое горючий газ входит по вышеуказанной трубе 43, а выходит из распределительного устройства 62 по меньшей мере через две загнутые в направлении от оси запально-горелочного устройства трубки 63 (фиг.25); по крайней мере в каждой замкнутой трубке 63 "паукообразного" распределительного устройства 62 по меньшей мере на стороне, обращенной к выходному сечению 4-4 пламепередающей трубы 1, по ее длине могут быть выполнены отверстия 64, обеспечивающие при работе запально-горелочного устройства выход через них горючего газа наружу (фиг.25); по крайней мере выходной торец 65 каждой замкнутой трубки 63 "паукообразного" распределительного устройства 62 может быть выполнен закрытым (фиг.25); в выходной торец 65 по крайней мере каждой изогнутой трубки 63 "паукообразного" распределительного устройства 62 может быть установлено сопло 66 (фиг.25); в выходной торец 65 по крайней мере каждой изогнутой трубки 63 "паукообразного" распределительного устройства 62 может быть установлен распылитель 67 с отверстиями (фиг.26), на участке 46 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, примыкающем к ее выходному сечению 5-5, могут быть выполнены продольные прорези (разрезы) 68, сообщающие внутреннее пространство вышеуказанной трубы 43 с наружным пространством (фиг. 27); на конце выходного участка 46 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного участка 46 выступает наружу за выходное сечение 4-4 пламепередающей трубы 1, может быть установлено съемное распыливающее устройство (насадок) 69 с отверстиями, сообщающими внутреннее пространство первой 43 с наружным пространством (фиг. 28); на конце выходного участка 46 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, причем торец 44 вышеуказанного участка 46 выступает наружу за выходное сечение 4-4 пламепередающей трубы 1, может быть установлен съемный завихритель потока 70, охватывающий своим кольцеобразным элементом 71 трубу 43 на конце вышеуказанного участка 46, а на наружной поверхности элемента 71 равномерно относительно его оси размещены лопатки 72 завихрителя потока 70, обеспечивающие закрутку последнего при работе запально-горелочного устройства (фиг.29); на конце выходного участка 46 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, причем торец 44 вышеуказанного участка 46 выступает наружу за выходное сечение 4-4 пламепередающей трубы 1, может быть установлен съемный завихритель потока 73, охваттывающий передней частью своего кольцеобразного элемента 74, обращенной в сторону, противоположную направлению движения выходящего из пламепередающей трубы 1 потока, при этом по крайней мере на наружной поверхности элемента 74 равномерно относительно его оси размещены лопатки 75 завихрителя потока 73, обеспечивающие закрутку последнего при работе запально-горелочного устройства, и на внутренней поверхности его задней части, обращенной по направлению движения выходящего потока из пламепередающей трубы 1, равномерно относительно его оси размещены лопатки 76 завихрителя потока 73, подобные вышеуказанным (фиг.30); направления закрутки потоков лопатками 75 и 76 завихрителя потоков, размещенных на наружной и внутренней поверхностях кольцеобразного элемента 74, могут совпадать (фиг.30); направления закрутки потоков лопатками 75 и 76 завихрителя потоков, размещенных на наружной и внутренней поверхностях кольцеобразного элемента 74, могут быть взаимно противоположны (фиг.30); передний торец каждой лопатки 72, 75, 76 завихрителя потока 70, 73, обращенный навстречу потока, выходящего из пламепередающей трубы 1, может быть выполнен обтекаемой формы (фиг.29, 30); передний торец каждой лопатки 72, 75, 76 завихрителя потока 70, 73, обращенный навстречу потока, выходящего из пламепередающей трубы 1, может быть выполнен с острой входной кромкой (фиг. 29, 30); на конце выходного участка 44 трубы 43, размещенной внутри вышеуказанного устройства, причем торец 44 вышеуказанного участка 46 выступает наружу за выходное сечение 4-4 пламепередающей трубы 1, может быть надет съемный кольцеобразный элемент 77, охватывающий трубу 43 по меньшей мере своей передней частью, обращенной в сторону, противоположную направлению движения выходящего из пламепередающей трубы 1 потока, при этом по крайней мере на наружной поверхности элемента 77 равномерно относительно его оси размещены разделители потока 78, обеспечивающие разделение потока горячего газа на ряд струй, выполненные в форме ребер, передний торец 79 которых обращен навстречу потока, а продольная плоскость их симметрии совпадает с продольной плоскостью симметрии пламепередающей трубы 1, и на внутренней поверхности его задней части, обращенной по направлению движения выходящего потока из пламепередающей трубы 1, равномерно относительно его оси размещены разделители потока 80, обеспечивающие разделение потока, выходящего из внутренней трубы 43, на ряд струй, подобные вышеуказанным разделителям потока 78 (фиг.31); передний торец 79, 81 каждого разделителя потока 78, 80, имеющего форму ребра, может быть выполнен обтекаемой формы (фиг.31); передний торец 79, 81 каждого разделителя потока 78, 80, имеющего форму ребра, может быть выполнен с острой входной кромкой (фиг.31); за выходным сечением 4-4 пламепередащей трубы 1 может быть установлен съемный завихритель потока 82, создающий вращательное движение последнего при работе устройства, расположенный соосно вышеуказанной трубе 1, внешний размер (контур) b которого по меньшей мере расположен в границах потока горючего газа, выходящего из устройства, при этом завихритель потока 82 закреплен на опорах 83, соединяющих последний 82 с пламепередающей трубой 1 (фиг.32); завихритель потока 82 может быть образован осью (стержнем круглого поперечного сечения) 84 жестко соединенными с ней винтообразными лопатками 85, при этом передний торец 86 оси 84 и передние кромки 87 лопаток 85, обращенные навстречу потока, выполнены острыми, а ось 84 жестко закреплена в опорах 83 (фиг.32).

Вихревое запально-горелочное устройство с поверхностным трубчатым горением горючего газа внутри него (фиг.1) работает следующим образом. В канал подачи горючего газа 3, которым по крайней мере является внутренняя полость 17 кольцеобразного элемента 8 лопаточного завихрителя потока 6, вводится вышеуказанный газ. Одновременно по меньшей мере через один канал подачи воздуха в кольцевой входной канал 10, обеспечивающий равномерный вход воздуха в межлопаточные каналы завихрителя потока 6, подается воздух, который, проходя в каналах между лопатками завихрителя потока 6, приобретает вращательное движение, образуя на выходе из завихрителя потока 6 интенсивный вихрь, вращающийся вокруг оси пламепередающей трубы 1 и одновременно перемещающийся вдоль оси последней 1 в направлении к ее выходу.

При этом за выходным сечением 2-2 кольцеобразного элемента 8 завихрителя потока 6 происходит соприкосновение потока горючего газа по своему внешнему контуру, перемещающегося в осевом направлении пламепередающей трубы 1, с вращающимся потоком воздуха, имеющем в сечениях форму кольца, внутренний радиус которого в соответствующем сечении пламепередающей трубы 1 равняется радиусу внешнего контура потока горючего газа в этом же сечении трубы 1. Перемещение горючего газа и воздуха в осевом направлении пламепередающей трубы 1 к ее выходу происходит вследствие ввода первых через соответствующие каналы подачи горючего газа 3 и воздуха 4 внутрь пламепередающей трубы 1 под избыточным давлением по отношению к наружному (атмосферному) давлению.

Запальные электроды 19 свечи 2 размещаются за выходным сечением 2-2 кольцеобразного элемента 8 в направлении движения горючего газа, в а радиальном направлении от оси пламепередающей трубы 1 размещаются в потоке горючего газа по крайней мере вплотную к цилиндрической поверхности, описанной радиусом наружной поверхности кольцеобразного элемента 8 в выходном сечении 2-2 последнего. При подаче напряжения на электрозапальную свечу 2, возникшая разрядная искра между запальными электродами 19, воспламеняет горючею смесь, образующуюся вследствие некоторого взаимного проникновения частиц воздуха (молекул и атомов) и горючего газа друг в друга при вышеуказанном соприкосновении за выходным сечением 2-2 кольцеобразного элемента 8 завихрителя потока 6.

Вследствие вращения воздушного потока, выходящего из лопаточного завихрителя потока 6, очаг горения газа приобретает форму кольца, которое по мере перемещения потоков горючего газа и воздуха в направлении к выходному сечению пламепередающей трубы 1 увеличивается в своей ширине, приобретая трубчатую форму.

С момента воспламенения горючей смеси от электрозапальной свечи 2 процесс поверхностного трубчатого горения горючего газа внутри пламепередающей трубы 1 протекает в соответствии с законом Ерченко Г.Н, который гласит: "В свободно вращающемся вихревом потоке среды (газа, жидкости, их смесей, диспергированной, двухфазной, пылегазовой и другой сред) с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов в процессе затухания вращательного движения потока за сечением по его длине, в котором максимальное значение окружной скорости достигает критического значения, обеспечивающего еще вращение наиболее тяжелых частиц среды в периферийной зоне потока, возникает процесс непрерывного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми в направлении к оси вращения потока, продолжающийся до сечения, в котором среда во вращающемся потоке располагается кольцевыми слоями в порядке возрастания ее плотности в каждом последующем из них в направлении к оси вращения вихревого потока.

При максимальном значении окружной скорости, большем критического значения, процесс непрерывного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми протекает в обратном вышеуказанному направлении, т.е. в направлении к периферии потока".

Процесс взаимного замещения частиц сред в вихревом потоке, имеющих разную плотность, сопровождается затратой работы замещения.

Из закона следует, что в вихревом запально-горелочном устройстве, в котором горение горючего газа в потоке происходит на его поверхности, охватываемой снаружи вращающимся вихревым потоком воздуха, максимальное значение окружной скорости W_макс вращающегося потока воздуха в выходном сечении 3-3 лопаточного завихрителя потока должно быть меньше ее критического значения W_кр, при котором молекулы кислорода (O₂) еще удерживаются в периферийной зоне вращающегося потока. Выходящий из завихрителя потока 6 вихревой поток воздуха в сечении 2-2 имеет кольцевую форму, а внутри выходящего потока воздуха образуется зона пониженного давления, которая остается таковой вплоть до выходного сечения 4-4 пламепередающей трубы 1, внешний радиус которой меньше минимального внутреннего радиуса пламепередающей трубы 1. Вышеуказанная зона пониженного давления подобна каналу, по которому движется горючий газ, подаваемый внутрь пламепередающей трубы 1 при избыточном давлении.

Для достижения вышеуказанного необходимо обеспечить оптимальное сочетание рабочих давлений горючего газа и воздуха во входных каналах 3 и 4 соответственно, что достигается с помощью регулирующих запорных устройств 21 и 22, установленных на трубопроводах подвода горючего газа 18 и воздуха 20 вихревого запально-горелочного устройства (фиг.1).

С возникновением очага горения горючего газа за выходным сечением 2-2 кольцеобразного элемента 8 завихрителя потока 6 возникает интенсивный процесс замещения менее тяжелых частиц 88 среды в свободно вращающемся вихревом потоке тяжелыми (большей плотности или большей молекулярной массы) частицами 89 (фиг. 33). Менее тяжелым частицами 88 в данном случае являются частицы (молекулы) продуктов сгорания горючего газа, имеющих высокую температуру. А тяжелыми частицами 89 являются частицы (молекулы) кислорода, так как основными компонентами атмосферного воздуха являются кислород (O₂) и азот (N₂), содержание которых (%) по объему и массе составляет соответственно 21,0 (O₂); 78,1 (O₂) и 23,1 (O₂); 75,5 (N₂), а молекулярные массы кислорода и азота равны соответственно 32 и 28.

Процесс замещения при вышеуказанном условии (W_макс < W_кр воздуха в выходном сечении 2-2 завихрителя потока 6) происходит следующим образом (фиг. 33). Тяжелые частицы 89, молекулы кислорода воздуха, перемещаются по спиралеобразной траектории с уменьшением радиуса их вращения. При этом при переходе на меньший радиус вращения молекулы кислорода 89, обладающие большей окружной скоростью, увеличивают угловую скорость вращения менее тяжелых частиц воздуха, а именно молекул азота и молекул, образующихся в результате сгорания горючего газа 8, отдавая часть кинетической энергии вышеуказанным частицам, менее тяжелым.

В свою очередь, менее тяжелые частицы 88, молекулы азота и молекулы продуктов сгорания, вращаясь в потоке и одновременно перемещаясь в осевом направлении вихревой трубы 1, удаляются от оси вращения, с увеличением радиуса их вращения, по спиралеобразной траектории (фиг.33). Таким образом, к поверхности горючего газа, движущегося в осевом направлении пламепередающей трубы 1, непрерывно подходят молекулы кислорода, вступая в химическую реакцию окисления (горения) горючего газа, передавая целиком всю свою кинетическую энергию вновь образованным молекулам в процессе сгорания горючего газа на поверхности потока последнего.

Следовательно, процесс поверхностного горения происходит при смешивании кислорода с горючим газом, в результате интенсифицируется процесс сгорания газа и получается пламя с высокой температурой, так как горение горючего газа в практически чистом кислороде протекает быстрее, чем в воздухе, и характеризуется высокой концентрацией выделяющегося тепла. Последнее объясняется тем, что в данном случае тепло не тратится на нагревание азота, содержащегося в воздухе и не участвующего в реакции окисления.

Толщина зоны горения п