Горелочное устройство

Горелочное устройство

Реферат

Изобретение относится к области энергетики, в частности горелочным устройствам, и может быть использовано в автомобильной промышленности.

Известна горелка испарительного типа (DE - OS 19529994 A₁, 15.05.1996), которая содержит топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, имеющей пористую обшивку с внутренней стороны корпуса, с торцевой ограничительной стенкой, в которой выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально с осью в топочную камеру соплом подачи воздуха. Сопло подачи воздуха имеет радиальные выходы. Подача топлива происходит через штуцер свечи, установленный на наружном кожухе или через кольцевой канал в днище топочной камеры.

Недостатками данной конструкции горелочного устройства является, во-первых, возможность нагарообразования на пористом материале капиллярной структуры, непосредственно контактирующей с зоной горения, что снижает надежность работы горелочного устройства, во-вторых, недостаточно высокий уровень интенсивности горения и мощности.

В качестве прототипа выбрано горелочное устройство (патент РФ №2181462), содержащее топочную камеру с соплом подачи воздуха с разнесенными по высоте одинаковыми по количеству продольными радиальными отверстиями; формирователь вихревых потоков, который газоплотно или с зазором прилегает нижним основанием к испарительной капиллярной структуре; испарительную капиллярную структуру; штуцер для установки свечи, цилиндрическую и торцевую ограничительные стенки.

Недостатками данной конструкции горелочного устройства является низкая мощность.

Известно, что в горелках испарительного типа горючая смесь паров топлива и воздуха формируется в процессе горения. В горелочном устройстве-прототипе воздух поступает из сопла подачи воздуха, а пары жидкого топлива формируются в капиллярной структуре, пропитанной жидким топливом под действием тепла от зоны горения. Интенсивность испарения жидкого топлива определяется величиной теплового потока от зоны горения. В результате испарения у поверхности капиллярной структуры формируется облако пара. В установившемся режиме наступает динамическое равновесие, при котором количество пара, поступающего в зону горения, равно количеству испаряющегося топлива.

Необходимым условием повышения мощности горелочного устройства является согласованное увеличение количества воздуха и паров топлива. В известных устройствах сравнительно легко увеличить количество воздуха, поступающего в камеру сгорания, но сложно обеспечить соответствующее увеличение потока пара. Это связано, в частности, с тем, что при увеличении скорости испарения увеличивается плотность облака пара у поверхности капиллярной структуры и соответственно увеличиваются потери энергии при прохождении сквозь это облако теплового потока излучения из зоны горения.

Для повышения предельной мощности горелочных устройств необходимо обеспечить дополнительный по сравнению с известными устройствами поток тепла к капиллярной структуре, пропитанной жидким топливом. Одним из возможных решений данной проблемы является дополнительный нагрев капиллярной структуры с наружной стороны цилиндрической ограничительной стенки топочной камеры. В качестве источника тепла можно использовать часть потока горячего газа, образующегося на выходе из топочной камеры.

Техническим результатом данного изобретения является повышение интенсивности горения и, следовательно, повышение мощности работы горелочного устройства.

Технический результат достигается тем, что горелочное устройство, содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой, в которой выполнено центральное отверстие, сопло подачи воздуха, входящее коаксиально по оси в топочную камеру, испарительную капиллярную структуру, размещенную на внутренней стороне цилиндрической ограничительной стенки, жаровую трубу и стабилизатор пламени, дополнительно содержит направляющий экран обратного потока, размещенный соосно с цилиндрической ограничительной стенкой топочной камеры, причем диаметр и высота направляющего экрана обратного потока больше диаметра и высоты цилиндрической ограничительной стенки топочной камеры, стабилизатор пламени соединен с верхним основанием направляющего экрана обратного потока, а нижнее основание образует зазор с торцевой ограничительной стенкой, жаровая труба размещена соосно с топочной камерой, имеет диаметр, превышающий диаметр направляющего экрана обратного потока, и газоплотно соединена с торцевой ограничительной стенкой топочной камеры.

На чертеже представлено предлагаемое горелочное устройство, состоящее из топочной камеры с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру (1), с торцевой ограничительной стенкой (2), в которой выполнено центральное отверстие (8) с соплом подачи воздуха (3), входящим коаксиально по оси в топочную камеру, стабилизатор пламени (4), направляющего экрана обратного потока (5), жаровой трубы (6), на внутренней стороне цилиндрической ограничительной стенки расположена испарительная капиллярная структура (7).

Работа устройства:

В предлагаемом устройстве наружная сторона цилиндрической ограничительной стенки (1) топочной камеры омывается горячим газом, неохлажденным и соответственно имеющим температуру газа, характерную для зоны горения в топочной камере, т.е. (1500...2000)°С. При этом достигается подвод существенно большего количества тепла к размещенной на внутренней поверхности цилиндрической ограничительной стенки топочной камеры капиллярной структуре (7) и, соответственно, увеличение интенсивности испарения жидкого топлива и повышению мощности горелочного устройства. Горячие газы, образующиеся в топочной камере, поступают в жаровую трубу (6) двумя потоками. Один поток, как и в прототипе, это поток, вытекающий из отверстия в стабилизаторе пламени (4), другой поток - в цилиндрический зазор между наружной поверхностью цилиндрической ограничительной стенки (1) топочной камеры и направляющим экраном обратного потока (5). Движущей силой обоих потоков является разность давления в топочной камере и жаровой трубе (6). Количественно распределение общего потока горячих газов, вытекающих из топочной камеры, разделяется на прямой - через отверстие в стабилизаторе пламени (4) и обратный - вдоль направляющего экрана обратного потока (5), задается диаметром отверстия стабилизатора пламени (4). При его уменьшении происходит увеличение обратного потока и соответственно увеличение тепла, передаваемого испарительной капиллярной структуре (7). Варьируя величину диаметра стабилизатора пламени (4) и зазора между наружной поверхностью цилиндрической стенки топочной камеры и направляющим экраном (5) обратного потока, можно подобрать оптимальные соотношения, при которых достигается необходимое для повышения мощности полное испарение жидкого топлива.

Горелочное устройство, содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой, в которой выполнено центральное отверстие, сопло подачи воздуха, входящее коаксиально по оси в топочную камеру, испарительную капиллярную структуру, размещенную на внутренней стороне цилиндрической ограничительной стенки, жаровую трубу и стабилизатор пламени, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит направляющий экран обратного потока, размещенный соосно с цилиндрической ограничительной стенкой топочной камеры, причем диаметр и высота направляющего экрана обратного потока больше диаметра и высоты цилиндрической ограничительной стенки топочной камеры, стабилизатор пламени соединен с верхним основанием направляющего экрана обратного потока, а нижнее основание образует цилиндрический зазор с торцевой ограничительной стенкой, жаровая труба размещена соосно с топочной камерой, имеет диаметр, превышающий диаметр направляющего экрана обратного потока, и газоплотно соединена с торцевой ограничительной стенкой топочной камеры.