PL171840B1 - Komora spalania PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Komora spalania zaopatrzona w glo- wice z koncentryczna dysza paliwowa i po- wietrzna polaczona z obudowa komory spa- lania, w której jest umieszczona w pewnej odleglosci od jej scian wewnetrzna tuleja tak, aby pomiedzy scianami tulei i obudowa powstala przelotowa szczelina, znamienna tym, ze urzadzenie doprowadzajace kon- centrycznie media ma wewnetrzna dysze powietrza (2) i przynajmniej jedna zew- netrzna dysze powietrza (8), pomiedzy któ- rymi jest umieszczona dysza paliwowa (5), przy czym tuleja (11) jest umieszczona osiowo do czola glowicy i dysz (2, 5, 8) w pewnej od niej odleglosci. Fig. 2 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest komora spalania zaopatrzona w głowicę z koncentryczną dyszą paliwową, i powietrzną połączoną z obudową komory spalania, w której jest umieszczona w pewnej odległości od jej ścian wewnętrzna tuleja tak, aby pomiędzy ścianami tulei i obudową powstała przelotowa szczelina, którą przepływają gazy.

Podczas spalania głównymi emitowanymi zanieczyszczeniami są węglowodory i tlenki azotu o ogólnym wzorze chemicznym NO_X. Azot występuje w używanym do spalania powietrzu, a ponadto jest zawarty w używanym do spalania paliwie, w którym jest związany w organicznych połączeniach cząsteczkowych. Powstawanie tlenków azotu podczas spalania zależy głównie między innymi od długości czasu przebywania cząsteczkowego azotu w strefie spalania. Im krótszy jest ten czas tym mniej powstaje tlenków azotu. Zmniejszenie długości czasu spalania, poprzez na przykład zwiększenie ilości dodawanego powietrza lub zwiększenie szybkości przepływu gazów powoduje zwiększenie ilości nie spalonych ciekłych związków emito1721 840 wanych z gazami spalinowymi i zmniejszenie wydajności i sprawności spalania. Powstawaniu podczas spalania tlenku węgla towarzyszy powstawanie sadzy. Reakcja ta jest wysoce endoινιιπίΌΔπα i y u* νιινι puwvuujv OŁitł-cj optuuiuu. x vmuuiv |ju»Tai.u*vuniv uzjvlu od temperatury spalania i ilość tlenków azotu zwiększa się ze wzrostem temperatury. Zwiększenie temperatury spalania jest jednak konieczne do otrzymania odpowiedniej wydajności i sprawności spalania.

W opisanej w patencie DE OS 30 17 034 komorze spalania stosowanej w lotniczym silniku odrzutowym zastosowano głowicę z koncentrycznym odpływem w postaci kilku koncentrycznych regulowanych radialnie wylotowych dysz paliwa i powietrza umieszczonych w środku głowicy spalania. Rozwiązanie takie umożliwia zmniejszenie emisji zanieczyszczeń zawierających mniej tlenków azotu i zwiększenie sprawności spalania W rozwiązaniu tym możliwe jest włączenie jednej dyszy wylotowej na biegu jałowym lub dwóch dysz paliwowych podczas pracy silnika Trudnospalające się nie spalone węglowodory są z tej komory spalania usunięte razem z emitowanymi gazami co znacznie obniża wydajność i sprawność spalania.

Komoiy spalania są używane zarówno w silnikach jak i w piecach. Znane są usprawnienia stosowane w piecach do spalania, których celem jest zaoszczędzenie energii spalania i zmniejszenie emisji zanieczyszczeń. Jedną ze znanych metod zmniejszenia emisji zanieczyszczeń jest wprowadzenie zewnętrznej recyrkulacji gazów spalinowych. Część tych gazów jest dodatkowym wentylatorem zawracana do strefy spalania. Niestety powoduje to zmniejszenie temperatury spalania, przy której zmniejsza się ilość powstających tlenków azotu, jednakże obniżona zostaje sprawność spalania.

W publikacji Technische Dokumentation, pierwsze wydanie 3/1990, Saacke GmbH zaproponowano wiele metod recyrkulacji gazu. W opisanym w tej publikacji sposobie spalające się gazy spalinowe są zawracane z końca spalania do jego początku odpowiednim rurociągiem umieszczonym na zewnątrz komory spalania. Osiąga się dzięki temu zmniejszenie emisji zanieczyszczeń poprzez zahamowanie powstawania tlenków azotu. Powoduje to jednak obniżenie temperatury spalania i w rezultacie obniżona zostaje wydajność i sprawność spalania.

Komora spalania jest znana również z patentu De 40 20 237 Al i została ona specjalnie zaprojektowana w taki sposób, że możliwe jest obniżanie wartości CO w gazach odlotowych. W tym celu powietrze do spalania jest dodawane do strefy brzegowej spalających się gazów w celu osiągnięcia lepszego spalania paliwa w cylindrycznej komorze spalania i odpowiedniego zmniejszenia ilości CO. Rozwiązanie to z pewnością umożliwia również zmniejszenie ilości tworzenia się tlenków azotu dzięki dodawaniu powietrza. W stosunku jednak do znanych innych rozwiązań niedogodnością jest obniżenie temperatury spalania, a tym samym obniżenie wydajności i sprawności spalania. Zawracanie gazów spalinowych z komory spalania poprzez urządzenia recyrkulacyjne do cylindrycznego mieszalnika znajdującego się na końcu komory nie może zwiększyć temperatury spalania, ponieważ strefa spalania nie rozciąga się aż do cylindrycznego mieszalnika. Ponadto otwory, przez które spalające się gazy odlotowe są dodawane do brzegowej strefy gazów palnych są oddalone od wejścia komory w celu uniemożliwienia przedostawania się do nich dodatkowego powietrza.

Celem wynalazku jest komora spalania umożliwiająca zwiększenie temperatury spalania, wydajności i sprawności spalania przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji zanieczyszczeń.

Komora spalania według wynalazku zaopatrzona w głowicę z koncentryczną dyszą paliwową i powietrzną połączoną z obudową komory spalania, w której jest umieszczona w pewnej odległości od jej ścian wewnętrzna tuleja tak, aby pomiędzy ścianami tulei i obudową powstała przelotowa szczelina, charakteryzuje się tym, że urządzenie doprowadzające koncentrycznie media ma wewnętrzną dyszę powietrza i przynajmniej jedną zewnętrzną dyszę powietrza, pomiędzy którymi jest umieszczona dysza paliwowa, przy czym tuleja jest umieszczona w komorze spalania osiowo do czoła głowicy i do dysz w pewnej od nich odległości. Tuleja jest wydłużona, korzystnie ma kształt jajka, a jej pierścieniowo cylindryczne ściany są umieszczone przy wyjściu obudowy i mają licujący z czołem głowicy otwór dopływowy oraz po przeciwnej stronie otwór odpływowy w kierunku komory spalania. Zewnętrzna dysza powietrza o niskiej zawartości azotu oraz dysza paliwowa korzystnie mają urządzenie do reguła4

171 840 cji doprowadzanych mediów w postaci ostro zakończonej dyszy rurociągu dostarczającego powietrze połączonego przesuwnie zewnętrznym gwintem z głowicą w sposób umożliwiający regulację odległości końca dyszy w stosunku do pierścieniowej dyszy paliwa i zwiększenie lub zmniejszenie jej otworu oraz śrub regulujących przekrój rurociągów powietrza i powietrza z niską zawartością azotu. Dysza paliwowa ma korzystnie kształt okrągłej szczeliny utworzonej od wewnątrz przez koniec dyszy powietrza, a na zewnątrz przez okrągłą ścianę wygiętą pod kątem w kierunku końca dyszy powietrza, przy czym przylegający koniec dyszy powietrza i pierścieniowa ściana mają ostre okrągłe końce. Wyjście zewnętrznej dyszy powietrza ma korzystnie kilka dysz z małymi otworami tworzącymi warstwę osłonową w postaci stożkowego strumienia powietrza w strefie mieszania. Umieszczona w komorze spalania tuleja ma korzystnie kształt skrzydła, a cylindryczna komora spalania jest połączona ze strefą ogniową w sposób uniemożliwiający wejście otaczającego powietrza pomiędzy cylindryczną komorę spalania i strefą ogniową. Ściany tulei są korzystnie elektrycznie odizolowane od zewnętrznej obudowy i umieszczone są w nich elektrody.

W komorze spalania według wynalazku strefa mieszania znajduje się pomiędzy wyjściem paliwa i komorą, a trudne do spalenia nie spalone związki gazowe są zawracane do tej strefy poprzez urządzenie recyrkulacyjne i mieszane z powietrzem o niskiej zawartości azotu dodawanym w tej strefie do trudnospalających się nie spalonych związków. Strefa spalania rozpoczyna się tuż przy głowicy komory spalania. Nie spalone związki węglowodorowe zostają spalone wskutek wysokiej temperatury spalania.

Wychodzące przez dyszę powietrze o niskiej zawartości azotu osłania strumień paliwa przed otaczającą atmosferą i uniemożliwia dopływ do strefy spalania zewnętrznego powietrza zawierającego azot. Temperatura spalania początkowo obniża się wskutek dodawania recyrkulowanych trudnych do spalenia związków gazowych. Podczas spalania przesuwa się jednak dalej do wnętrza komory Wraz ze spalaniem się trudnych do spalania gazowych związków, temperatura spalania gwałtownie rośnie i proces spalania cofa się z powrotem w kierunku głowicy. Proces ten powtarza się w sposób ciągły powodując oscylacje spalania z duzą częstotliwością. Korzyścią rozwiązania według wynalazku jest mieszanie w strefie mieszania trudnych do spalania nie spalonych związków z powietrzem o niskiej zawartości azotu stanowiącym osłonę tych związków, w której następuje ich spalenie. Ze wzrostem temperatury wzrasta częstotliwość spalania.

W przeciwieństwie do znanych i przedstawionych powyżej komór spalania, w komorze spalania według wynalazku następuje wzrost temperatury spalania, która nie ulega obniżeniu. Ponadto nie recyrkuluje się gazów spalinowych lub gazów palnych, a tylko recyrkulowane są trudne do spalania, nie spalone gazowe związki. W komorze spalania według wynalazku recyrkulację rozpoczyna się przy głowicy komory i prowadzi się ją radialnie na zewnątrz strefy spalania, podczas gdy w komorze wykonanej zgodnie z dokumentacją techniczną Saacke lub patentem DE 40 20 237 Al recyrkuluje się gazy spalinowe lub gazy palne z komory spalania.

W pierwszym wykonaniu wynalazku komora spalania znajduje się wewnątrz okrągłej wypukłej cylindrycznej tulei umieszczonej przy wylocie obudowy głowicy komory. Tuleja ma otwór dopływowy i odpływowy. Przez tuleję przepływa mieszanina powietrza z paliwem oraz mieszanina powietrza z niską zawartością azotu i recyrkulujące trudnopalne nie spalone gazowe związki. Tuleja umieszczona jest w jednakowej odległości od zewnętrznej obudowy, przy czym odległość ta jest powrotnym przejściem dla trudnopalnych, nie spalonych związków gazowych. Trudnopalne, nie spalone związki gazowe znajdujące się w dolnym strumieniu komory w jej zewnętrznej strefie spalania są zasysane z powrotem do strefy przed komorą przy wykorzystaniu zasady zwężki Venturiego. Mieszają się one tutaj z powietrzem o niskiej zawartości azotu dostarczonym przez dyszę i płyną do komory. Tuleja jest wydłużona i uformowana w kształcie jajka. Kształt tulei jest dostosowany do regulowanej przedniej strefy płomienia lub strefy spalania Widok przekroju tulei po wejściu do niej mieszaniny powietrza z paliwem umożliwia rozważenie wpływu na reakcję spalenia stosunku przepływu mieszaniny. Dopóki szybkość przepływu napływającej mieszaniny jest wystarczająco niska, gaz może być zapalony we wspólnym zapalającym urządzeniu. Miejscowo stabilna strefa ogniowa z oscylacyjnym

171 840 płomieniem początkowym utworzona zostaje na początku tulei. Ilość dodawanego powietrza i/lub paliwa jest regulowana. Odbywa się to za pomocą regulowanej dyszy powietrza i/lub dyszy paliwowej.

W korzystnej drugiej odmianie wykonania komory spalania regulująca przepływ przegroda jest umieszczona na ostrym pierścieniowym zakończeniu dysz powietrza lub paliwa, przez które dostarczone paliwo jest atomizerowane.

W następnym wykonaniu wynalazku powietrze o niskiej zawartości azotu osłaniające paliwo przed otaczającą atmosferą jest doprowadzane do utworzonej strefy mieszania przez dysze z małymi otworami. Tuleja ma w przekroju podłużnym kształt skrzydła w celu poprawienia przepływu gazów przez tuleję, jak również przepływu na zewnątrz tulei trudnopalnych, nie spalonych gazowych związków W wykonaniu tym grubość ścian tulei początkowo zwiększa się w kierunku przepływu, a następnie ponownie stopniowo zmniejsza się. Grubość ścian tulei nie powinna być mniejsza od pewnego minimum, ponieważ pracuje ona w wysokich temperaturach. Z tych powodów nie jest możliwe zwężenie profilu skrzydła tulei do punktu, który będzie optymalny dla przepływu gazów. Kształt komory spalania umożliwia utrzymanie płomienia na pewnym odcinku w kierunku wyjścia z komory. Rozwiązanie to zabezpiecza przed wypływem z gazami odlotowymi nie spalonych wysokocząsteczkowych węglowodorów będących w dolnym strumieniu gazów i zapewnia ich recyrkulację przez zwężkę Venturiego. Gazy zabezpieczone są również przed zetknięciem się z otaczającą atmosferą. W wykonaniu alternatywnym mieszanina w komorze może być zapalona umieszczonymi w tulei elektrodami, a ponadto w komorze wytwarza się energia elektryczna powstająca w procesie tworzenia się plazmy i może być ona odprowadzona na z.ewnątrz. Dostarczona energia elektryczna może być użyta do napędu pomocniczych agregatów.

Wynalazek jest szczegółowo opisany w przykładzie jego wykonania pokazanym na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia podłużny przekrój komory spalania według wynalazku oraz przepływ mediów; fig. 2 - przekrój podłużny komory spalania według wynalazku z głowicą komory i przedmą ogniową strefą cylindrycznej komory; fig. 3 - powiększony widok głowicy komory według fig. 1.

Na figurze 1 pokazano komorę spalania składającą się z głowicy komory spalania 3 i przyległej cylindrycznej komory spalania F. Część głowicy komory spalania B pokazana z lewej strony jest przedstawiona jako część zaopatrzona z połączenia dysz D i mająca koncentryczne opisane szczegółowo poniżej doprowadzenie paliwa. Prawa część komory spalania B ma zewnętrzną obudowę 22 z dolną częścią 21 połączoną śrubami S z głowicą zaopatrzoną w dysze D. Na wyjściu obudowy 22 są zamontowane za pomocą jednakowych przekładek dystansowych 23 do wewnętrznych ścian obudowy w jednakowej od nich odległości ściany 20 tulei 11 mającej kształt jajka. Jako przekładki dystansowe stosuje się izolacyjne berylowe kształtki ceramiczne umieszczone pomiędzy ścianami 20 tulei 11 i ścianami obudowy 22. Tuleja 11 ma wejściowy otwór 12 umieszczony naprzeciwko urządzeń wylotowych i otwór wyjściowy 13 umieszczony naprzeciwko cylindrycznej komory spalania F. Wyjście obudowy 22 jest wykonane z nieutwardzonej stali nierdzewnej i ma na swym końcu radialny kołnierz 26 umieszczony po przeciwnej stronie w stosunku do dna obudowy 21. Cylindryczna komora spalania F ma kołnierz 28 licujący z kołnierzem obudowy 22. Obudowa 22 i cylindryczna komora spalania F są połączone ze sobą kołnierzami 26, 28 skręconymi klamrami 24.

Figura 2 pokazuje powiększony widok głowicy komory spalania B z częścią cylindrycznej komory spalania F wyłożoną ceramicznymi kształtkami z azotku krzemu. Połączenia dysz D składają się z kilku części głowicy L, R i T wykonanych z utwardzonej stali nierdzewnej. Dla uproszczenia widoku nie pokazano uszczelek miedzianych znajdujących się pomiędzy częściami głowicy L, R i T. Lewa strona głowicy z połączeniami dysz D ma kanały dysz i centryczny do osi zwężający się otwór 29, otwory 30a, 30b podłączone odpowiednio do przewodu paliwowego BL i przewodu powietrza LL. Zwężający się otwór 29 przechodzi od tylnej strony głowicy T umieszczonej osiowo w stosunku do cylindrycznej komory spalania F do centrycznego otworu dopływowego 31 umieszczonego w przedniej części obudowy dyszy. Dopływowy rurociąg powietrza 1 ma zewnętrzny gwint, który jest wkręcony w stożkowy

171 840 otwór 29 części głowicy licujący współosiowo z cylindryczną komorą spalania F. Część rurociągu doprowadzającego powietrze 1 licująca współosiowo z cylindryczną komorą spalania F λλζ'··*· w ητ <1ł»i fl»n τιζη«» o wyójirA»· CIO 1r+Aro<*/\ ńfasłrdoin λπ+λο rrt^ o /4 ZX A»-/-»/'!·»'» 1 /»< r ję;dl £aupauz-viia w ν^ιιιιΠι^v^njr υίννυι Κιυινκ,υ oiuuiuua jvot uuoiuouwcuiu uu oivuuivj otworu 31 umieszczonego w części głowicy T i jest ona większa od średnicy stożkowego otworu 29. Dzięki tym urządzeniom dostarczający powietrze rurociąg 1 jest ustawiony osiowo w stosunku do otworu 31 Ostre zakończenie 33 rurociągu dostarczającego powietrze 1 ma wewnętrzną dyszę powietrza 2, która jest częścią iniektora. Zewnętrzne powierzchnie ostrego zakończenia 33 dostarczającego powietrze rurociągu 1 i odpowiednio zewnętrzne powierzchnie dyszy powietrza 2 zwęzają się stozkowo w kierunku przepływu doprowadzanego powietrza w taki sposób, ze ostra okrągła krawędź jest na końcu ostrego zakończenia 33. Dostarczający powietrze rurociąg 1 może być wkręcany bardziej lub mniej głęboko w gniazdo dyszy Po ustawieniu wymaganej głębokości wkręcenia rurociągu, jego położenie zostaje zamocowane nakrętką kontrującą 30. Na zewnętrznej stronie otworu 31 znajduje się cylinder 34 umieszczony promieniowo w części T głowicy i zaopatrzony w dyszę z centralnym doprowadzeniem powietrza zamontowaną w części głowicy L. Część głowicy L jest położona centralnie w stosunku do części głowicy T mającej kilka osiowych i radialnych otworów, przez które doprowadzone jest paliwo i/lub powietrze, co zostanie szczegółowo omówione poniżej

Pierścieniowa komora paliwowa określona jako część głowicy R jest umieszczona promieniowo na zewnątrz części głowicy L i podobnie jest zaopatrzona w promieniowe i osiowe otwory przeznaczone do przepływu paliwa i powietrza. Doprowadzająca powietrze część głowicy L ma na swych zewnętrznych stronach kolanowe kanały, które razem z pierścieniową komorą paliwową R, tworzą pierścieniową zewnętrzną komorę paliwową Ka. Zewnętrzna komora paliwowa Ka jest połączona promieniowymi otworami z doprowadzającą powietrze częścią głowicy L i z pierścieniowym wejściem wewnętrznej komory paliwowej Ki. Wewnętrzna paliwowa komora Ki jest promieniowo połączona z rurociągiem powietrza 1 i z rozprowadzającą powietrze częścią głowicy L. Dla dostarczenia paliwa, część osiowych otworów pierścieniowej komory paliwowej R jest połączona otworami promieniowymi z zewnętrzną komorą paliwową Ka. Wokół ostrego zakończenia 33 pokazanego w przekroju wewnętrznej komory paliwowej Ki jest wąska pierścieniowa szczelina wykonana w doprowadzającej powietrze części głowicy L. Szczelina ma pierścieniowe ściany 6 odpowiednio wygięte do wewnątrz na ich końcach. Pierścieniowa ściana 6 ma zagięte końce i tworzy ostry pierścieniowy brzeg. Pierścieniowa ściana 6 oraz ostre zakończenie 33 tworzą dyszę paliwową 5 z pierścieniowym wypływem, co pokazano w przekroju na fig. 2. Rozprowadzająca powietrze część głowicy L ma okrągłe kolanowe kanały E, których otwory przylegają do pierścieniowej paliwowej komory R i łączą z rurociągiem powietrza LL poprzez część osiowych otworów w pierścieniowej komorze paliwowej R. Cztery małe osiowe otwory 36 łączą kanał E, który ma cztery duże promieniowe otwory 37 zamknięte od zewnątrz śrubami bez łba 18. Promieniowe otwory 37 są otwarte poprzez wyjście dyszy powietrza 8. Ma ona cztery małe dysze z otworami o średnicy 0,5 mm, które wychodzą do przestrzeni obudowy 22 utworzonej pomiędzy częścią głowicy D i tuleją 20. Przestrzeń ta jest zwana strefą formowania mieszaniny 3. W wylotowej dyszy powietrza 8 każdy z czterech radialnych otworów 37 jest nachylony ukośnie w kierunku wspólnej osi M znajdującej się w środku wyjścia obudowy 22 tak, że osie otworów tych dysz przecinają się we wspólnym punkcie na środkowej osi M przy wyjściu 22 i na linii środkowej dyszy powietrza 2. Rozprowadzająca powietrze część głowicy L ma komin w postaci kanału 39, którego koniec wychodzi do komory spalania F, a z jego okrągłych ścian 6 jest uformowana dysza.

Jak pokazano w przekroju kąt nachylenia zewnętrznej powierzchni komina 39 jest w przybliżeniu właściwym kątem dla otworów w wylotowej dyszy 8. Część głowicy z doprowadzeniami do dysz T, doprowadzająca powietrze część głowicy L, paliwowa pierścieniowa komora R i wyjście obudowy 22 są zmontowane razem klamrami zamocowanymi śrubami S. W tym celu są wykonane przelotowe otwory w pierścieniowej komorze paliwowej R i otwory gwintowane w części głowicy T, które umożliwiają zmontowanie poszczególnych części za pomocą śrub S. Wyjście obudowy 22 ma wpust 41 w pobliżu głowicy skręconej śrubami S.

Jak juz wyjaśniono ściany 20 tulei 11 są zamontowane wewnątrz wyjścia obudowy 22 przy użyciu przekładek dystansowych 23 rozmieszczonych w jednakowej odległości od wewnętrznych ścian obudowy 22. Tuleja 11 ma kilka diametralnie przeciwnych promieniowych otworów oraz otwory dystansowe 23 i otwory w ścianach 20, znajdujące się po przeciwnych stronach tulei, z których tylko dwa otwory są pokazane na fig. 2. Elektroda zapalająca Z jest podłączona do wysokiego napięcia i umieszczona w tulei 11 poprzez otwór w obudowie i w ścianie 20 Elektroda ta jest połączona z zewnętrznym agregatem N. Praca komory spalania jest wyjaśniona poniżej w odniesieniu do fig. 3. Powietrze z niską zawartością azotu jest doprowadzone z centralnego nie pokazanego źródła, rurociągiem LL do kanałów łączących dyszę D oraz rurociągiem 1. Paliwo jest doprowadzone rurociągiem BL. Część powietrza z niską zawartością azotu przepływa rurociągiem 1, który jest ułożony centralnie w stosunku do części głowicy D zaopatrzonej w połączenie dysz do centralnej dyszy 2 i stanowi centralny strumień powietrza w obudowie 22. Paliwo jest doprowadzone rurociągiem BL do części głowicy D zaopatrzonej w połączenie dysz, a następnie poprzez szereg promieniowych i osiowych otworów, zewnętrzną i wewnętrzną komorę Ka i Ki do pierścieniowej dyszy 5. Jeżeli wewnętrzna dysza powietrza 2 i dysza paliwowa 5 są odpowiednio ustawione do rozpyłu to paliwo jest unoszone w strumieniu powietrza na zewnątrz dyszy 5 do wyjścia obudowy 22. Dająca się regulować ostra końcówka dyszy 2 w stosunku do pierścieniowej ściany 6 jest wkręcona do momentu, w którym ostry koniec dyszy osiągnie jej otwór. Paliwo dochodzi do przegrody utworzonej przez krawędzie dyszy skąd jest bardzo silnie rozpylone. Ta zatomizowana mieszanina paliwa jest unoszona przez centralny strumień tworząc strefę 3, która płynie jako łatwa do zapalenia mieszanina powietrza z paliwem do wydłużonej uformowanej w kształcie jajka tulei 11. Umieszczone w tulei elektrody Z są połączone z wysokim napięciem, wytwarzają łuk, który zapala mieszaninę paliwa z powietrzem. Strefa spalania często nazywana strefą ognia 40 zaczyna się w tulei 11 przy głowicy komory B i ma swój początek w tulei 11 koło otworu dopływowego 12. Nawet po opuszczeniu tulei 11_ostrefa ognia 40 zawsze rozpoczyna się w tulei. Po wyjściu z tulei 11 strefa ognia 40 osiąga swą najwyższą temperaturę. Tuleja 11 pracuje w ekstremalnym termicznym obciążeniu i dlatego jest wykonana z tungstenu.

Po opuszczeniu tulei 11 strefa ognia 40 przebiega w pewnej odległości od ścian cylindrycznej komory F aż do osiągnięcia pewnego dystansu od odpływowego otworu 13. Kształt strefy ognia 40 zależy w szczególności od rodzaju paliwa. Cylindryczna komora spalania F jest właściwie przystosowana do kształtu strefy ognia 40 i dlatego nie przewiduje się wykonywania pośrednich przestrzeni pomiędzy cylindryczną komorą spalania F i strefą ognia 40, z której trudnopalne, nie spalone gazy mogą uciec z cylindrycznej 'komory spalania F albo otaczająca atmosfera może przedostać się do strefy ognia w ogniowej’ komorze cylindrycznej F.

Na wyjściu strefy ognia 40 z tulei 11 trudnospaląjące się i jeszcze nie spalone związki gazowe znajdują się na zewnątrz strefy ogniowej 40. Związki te gromadzą się w przestrzeni 38 przy ścianach cylindrycznej tulei, gdy strefa ognia 40 opuszcza tuleję 11. Przestrzeń 38 ma kształt pierścieniowy, który tworzy się pomiędzy strefą ognia 40 i ścianami cylindrycznej komory w obszarze, w którym nie następuje jeszcze opuszczenie cylindrycznej komory spalania F. Trudnospaląjące się nie spalone związki są ze strefy 30 zawracane są z powrotem do strefy ogniowej przed tuleją 11. Wykorzystuje się do tego celu efekt Venturiego. Trudnospalające się związki są zasysane z przestrzeni 38 poprzez pierścieniowe otwory 42 umieszczone pomiędzy ścianami 20 i obudową 22 i wychodzą- przez tuleję 11. Powrotna recyrkulacja trudnospalających się nie spalonych związków jest spowodowana skrzydłowym wyprofilowaniem ścian tulei w stosunku do ścian obudowy umożliwiającym powstanie efektu Venturiego i zasysanie z powrotem trudnospalających się nie spalonych związków. Do spalenia trudnospalających się nie spalonych związków wymagana jest duża ilość tlenu. W tym celu związki te zawraca się do tworzącej się strefy 3, gdzie są mieszane z powietrzem o niskiej zawartości azotu wychodzącym z dyszy 8, do której powietrze z niską zawartością azotu jest dostarczane poprzez otwory 30b i 36, kolanowy kanał E i otwory 37, które są ze sobą wzajemnie połączone w części głowicy D Kolanowy kanał E jest niezbędny do utrzymania stałego ciśnienia powietrza wylotowego we wszystkich otworach dyszy 8 Średnica otworów 36, 37 jest większa niż

171 840 otworów dyszy 8 i dlatego w dyszy jest zawsze odpowiednie ciśnienie powietrza. Otwory dyszy 8 są ustawione pod pewnym kątem, tak aby mogły wspomagać centralny przepływ mieszaniny? nnundtr-/;! -r ryaliyizom t-tńrp ca myny zlane nrzzA-j Środkowa dvSZ2 xxxxxj '’*^WŁX *-* » T -WXXX₇ XXVV>X V X '--f⁷ J £XX XJVŁ- Ui yjwłKy/ ^r » UŁ.y.

Pokazana w przekroju koncentryczna dysza powietrzno-paiiwowa zwęża się ku końcowi Dysza rozpyla mieszaninę powietrza z paliwem, która ogrzewając się ulega dyfrakcji, a następnie strumień nieznacznie rozszerza się i stożkowo wpływa do tulei. Powietrze z niską zawartością azotu przepływa dookoła mieszaniny powietrza z paliwem spełniając rolę ochronnej osłony 25 od otaczającej atmosfery, która może przedostać się przez wpust 41 i powinna być utrzymywana na zewnątrz spalania z powodu dużej zawartości azotu. Poza warstwą osłonową 25 powstaje również na zewnątrz osłony 25 pierścieniowa warstwa powietrza o niskiej zawartości azotu 27, która dodatkowo zabezpiecza przed przedostaniem się otaczającego powietrza. Warstwa ta powstaje z powietrza o niskiej zawartości azotu rozpylonego przez skierowane od wewnątrz otwory dyszy 8. Przepływ powietrza o niskiej zawartości azotu do strefy 27 jest spowodowany ustawionymi odpowiednio pod kątem otworami dyszy i kształtem części głowicy L zaopatrzonej w przepływowe kanały powietrza. Umożliwiają one mieszanie się w strefie mieszania 3 powietrza o niskiej zawartości azotu z recyrkulującymi trudnospalającymi się gazowymi związkami. Mieszanina ta przepływa następnie wraz z innym paliwem do tulei 11. Trudnospalające się nie spalone związki gazowe otrzymują tlen niezbędny do spalenia się ich w atmosferze o niskiej zawartości azotu Stosunek mieszaniny trudnospalających się nie spalonych związków gazowych wpływających do tulei 11 i powietrze o niskiej zawartości azotu jest taki, ze związki te spalają się wewnątrz tulei i temperatura spalania gwałtownie rośnie. Wskutek tego początek spalania cofa się w kierunku głowicy. Proces recyrkulacji, mieszania i palenia stale się powtarza, co powoduje osiową oscylację początkowej strefy ogniowej z bardzo wysoką częstotliwością. W piecu słychać wówczas dudnienie. Dodatkową korzyścią oscylacji jest powstawanie słupa ciśnienia w strefie mieszania 3, która wspomaga mieszanie trudnospalających się nie spalonych związków gazowych z powietrzem o niskiej zawartości azotu i zapobiega przedostawaniu się otaczającej atmosfery do tulei 11.

Dla dobrej pracy komory spalania konieczne jest precyzyjne ustawienie ilości dodawanego paliwa i powietrza o niskiej zawartości azotu. Ilość dodawanego paliwa jest regulowana przez wkręcenie rurociągu powietrza 1 bardziej lub mniej głęboko w część głowicy T. Ostre zakończenie 33 rurociągu powietrza 1 tworzy wewnętrzną ścianę pierścieniowej dyszy paliwowej 5. Przekrój poprzeczny paliwowej dyszy 5 zwiększa się przez głębsze wkręcenie rurociągu zasilającego powietrze 1 w gwint części głowicy T i wówczas więcej paliwa płynie do strefy mieszania 3. Regulacja ilości dodawanego powietrza z niską zawartością azotu jest wykonywana przez ustawienie nie pokazanych śrub, przy pomocy których reguluje się przekrój przepływu powietrza w rurociągu LL i w rurociągu 1.

Strefa ogniowa 40 opuszcza cylindryczną komorę spalania F i przechodzi do nie pokazanej komory spalania. Wykonane próby spalania w urządzeniu według wynalazku udowodniły, ze gazy spalinowe zawierają tylko nieznaczne ilości trudnospalających się nie spalonych węglowodorów i również tylko nieznaczne ilości tlenku węgla i tlenków azotu.

W urządzeniu według wynalazku możliwe jest spalanie mineralnych lub organicznych paliw oraz spalających się gazów, a w szczególności gazów węglowodorowych. Niezaleznie od korzyści termicznych uzyskiwanych podczas spalania, komora spalania może także wytwarzać energię elektryczną.

Spalanie w tulei 11 powoduje powstawanie plazmy. Ładunki elektryczne emitowane przez plazmę mogą być odprowadzane na zewnątrz elektrodami Z i używane do uzupełnienia energii w zewnętrznym agregacie N. Energia elektryczna uzyskana podczas spalania wynosi kilkaset watów z jednej komory spalania. Dla umożliwienia odprowadzenia ładunków ściany 20 tulei 11 są odizolowane od obudowy, jak opisano powyżej

171 840

171 840

171 840

co

Sen

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Komora spalania zaopatrzona w głowicę z koncentryczną dyszą paliwową i powietrzną połączoną z obudową komory spalania, w której jest umieszczona w pewnej odległości od jej ścian wewnętrzna tuleja tak, aby pomiędzy ścianami tulei i obudową powstała przelotowa szczelina, znamienna tym, że urządzenie doprowadzające koncentrycznie media ma wewnętrzną dyszę powietrza (2) i przynajmniej jedną zewnętrzną dyszę powietrza (8), pomiędzy którymi jest umieszczona dysza paliwowa (5), przy czym tuleja (11) jest umieszczona osiowo do czoła głowicy i dysz (2,5,8) w pewnej od niej odległości.
2. 2 Komora według zastrz. 1, znamienna tym, ze tuleja (11) jest wydłużona, korzystnie ma kształt jajka, a jej pierścieniowo cylindryczne ściany (20) są umieszczone przy wyjściu obudowy (22) i mają licujący z członem głowicy otwór dopływowy (12) oraz umieszczony po przeciwnej stronie otwór odpływowy (13) w kierunku komory spalania (F).
3. 3. Komora według zastrz. 1, znamienna tym, że zewnętrzna dysza powietrza o niskiej zawartości azotu (8) oraz dysza paliwowa (5) mają urządzenia do regulacji ilości doprowadzanych mediów w postaci ostro zakończonej dyszy (33) rurociągu dostarczającego powietrze (1) połączonego przesuwnie zewnętrznym gwintem z głowicą w sposób umożliwiający regulację odległości końca dyszy (33) od wylotu pierścieniowej dyszy paliwa (5) oraz śrub regulujących przekrój rurociągu powietrza (LL, 1).
4. 4. Komora według zastrz. 1 albo 3, znamienna tym, że dysza paliwowa (5) ma kształt okrągłej szczeliny utworzonej do wewnątrz przez koniec dyszy powietrza (2), a na zewnątrz przez okrągłą ścianę (6) wygiętą pod kątem w kierunku końca dyszy, przy czym przylegający koniec dyszy powietrza (2) i pierścieniowa ściana (6) mają ostre okrągłe zakończenia.
5. 5. Komora według zastrz 1, znamienna tym, że wyjście zewnętrznej dyszy powietrza (8) ma kilka dysz z małymi otworami tworzącymi warstwę osłonową (25) w postaci stożkowego strumienia powietrza w strefie mieszania (3).
6. 6. Komora według zastrz. 2, znamienna tym, że ściany (20) tulei (11) mają w przekroju podłużnym profil skrzydła.
7. 7. Komora według zastrz. 2, znamienna tym, że cylindryczna komora spalania (F) jest połączona ze strefą ogniową (40) w sposób uniemożliwiający wejście otaczającego powietrza pomiędzy cylindryczną komorę spalania (F) i strefę ogniową (40).
8. 8 Komora według zastrz. 2 albo 6, znamienna tym, że ściany (20) tulei (11) są elektrycznie odizolowane od zewnętrznej obudowy (22) i są w nich umieszczone elektrody (Z).