RU1777640C - Воспламенитель - Google Patents

Abstract

Использование: дл  разжига основного или вспомогательного топлива в различных типах энергетических установок и котлов, например камер сгорани  газотурбинных двигателей. Сущность изобретени : воспламенитель содержиттопливные сопла на входе в смеситель, соосную с ним камеру воспламенени  и расположенный поосито- коведущий стержень с электродом, образующий зазор с корпусом камеры воспламенени , выполненный в виде диффузора с углом раскрыти  18...24° и соединенный со смесителем через его участок, выполненный в виде промежуточной камеры длиной, лежащей в определенных пределах . 3 ил.

Description

(Л

С

Изобретение относитс  к энергетике и может быть использовано дл  розжига основного или вспомогательного топлива в различных типах энергетических установок и котлов, напримг камер сгорани  газотурбинных двигателей.

Наиболее близким техническим решением из известных к за вленному  вл етс  воспламенитель, содержащий топливные сопла на входе в смеситель, соосную с ним камеру воспламенени , расположенный по оси токоведущий стержень с электродом, образующий зазор с корпусом камеры воспламенени .

В известном воспламенителе топливо поступает через центральное сопло в ин- жекционный смеситель. В расшир ющемс  по ходу потока инжекционном смесителе

топливо и воздух перемешиваютс , и смесь поступает в камеру воспламенени , где поджигаетс  воспламенителем (свечой зажигани ), расположенным в области рециркул ционного движени  горючей смеси , образованного за счет взаимного смещени  осей инжекционного смесител  и камеры воспламенени , что позвол ет стабилизировать воспламен ющий факел.

Недостатками известного воспламенител   вл ютс  следующие: состав и режим течени  горючей смеси, ее однородность сложным образом завис т от рода и параметров истечени  топлива, параметров воздуха , типа, мощности и реакционной способности воспламенител , линейных размеров и геометрии инжекционного смесител . Поэтому обеспечить с помощью опи

v

-ч

О

4 О

ы

санного устройства значени  рабочих параметров воспламен ющего факела (температуру , степень выгорани  топлива, скорость истечени  гор чих газов, стабильность воспламенени , глубину проникновени  факе- ла в камеру сгорани  в зависимости от скорости поперечно движущегос  потока) от соответствующих входных параметров во всем рабочем диапазоне, охватывающем как режим стабилизирующего горени  при скорости смеси меньше или равной скорости распространени  пламени, так и при скорости, значительно превышающей скорость распространени  пламени, удаетс  не во всех случа х. Одна из причин состоит в том, что инжекционный смеситель переменного сечени  не обеспечивает однородность смеси топливо-воздух вплоть до расслоени  потоков, так как поперечные пульсации скорости и осева  скорость пото- ка уменьшаютс  по ходу потока в расшир ющемс  смесителе известного воспламенител . Это приводит к забросам далекой от отехиометрического состава горючей смеси в область расположени  восп- ламенител , что резко снижает надежность ее воспламенени . Тщательное же перемешивание компонентов потока сопр жено с увеличением габаритов расшир ющегос  инжекционного смесител . Друга  причина снижени  надежности воспламенени  горючей смеси состоит в возрастании мертвого пространства, в особенности богатых топливных смесей, при больших значени х скорости истечени  смеси в камеру воспла- менени , а также при больших расходах, когда теплоотвод превосходит тепловыделение , привод щее к затуханию пламени. Мертвое пространство факела может простиратьс  за пределы выходного сечени  камеры воспламенени , тогда отрыв пламени наблюдаетс  при скорости снос щего потока менее 1 м/с, надежность воспламенени  топливной смеси снижаетс  из-за однобокого взаимодействи  смеси с восп- ламенителем особенно при скорости потока , превышающей скорость пламени. Кроме того, вектор скорости истечени  гор чих газов из выходного сечени  камеры воспламе- нени  ввиду смещени  осей камеры воспламенени  и смесител  отклонен от нормали выходного сечени , что снижает глубину проникновени  в камеру сгорани  при поперечном снос щем потоке воздуха в камере вплоть до срыва и потухани  пла- мени. При малых расходах топлива скорость истечени  меньше скорости распространени  пламени, что приводит к проскоку пламени . Дополнительно необходимы значительные габариты известной конструкции воспламенител  дл  надежного воспламенени , что ограничивает область ее применени , например, дл  розжига топлива в ГГД и других энергетических агрегатах.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности воспламенител . Указанна  цепь достигаетс  тем, что камера воспламенени  выполнена в виде диффузора с углом раскрыти  18-24° и соединена со смесителем через его участок, выполненный в виде цилиндрической камеры, длина которой лежит з поеделах:

6(dc - cb)/n 1С 15{dc - d3)/n, где 1С - длина камеры смешени ;

dc - диаметр камеры смешени ;

d3 - диаметр токоведущего стержн ;

п - количество сопел дл  подачи топлива .

Сравнение за вл емого решени  с другими техническими решени ми показывает, что сокращение габаритов инжекционного смесител  за счет применени  нескольких топливных сопел, создание рециркул ции потока в расшир ющемс  диффузоре за счет увеличени  угла раскрыти  больше 18 известно (см. Абрамович Г.Н. Прикладна  газова  динамика. ГУ.: Наука, 1976). а также известно повышение надежности воспламенени  топливо-воздушной смеси искровым воспламенителем. Однако при введении приведенных признаков в св зи с остальными элементами в за вл емом воспламенителе топливо-воздушной смеси вы- шеуказанные элементы и размеры про вл ют новые свойства, что приводит к повышению надежности воспламенени  и работы воспламенител . Это позвол ет сделать вывод о соответствии технического решени  критерию существенные отличи .

На фиг.1 представлен продольный разрез воспламенител : на фиг.2 - вид А при Г-образном расположении электрода; на фиг.З - то же, при Т-образном расположении электрода.

Воспламенитель содержит расположенные последовательно по ходу потока инжекционный смеситель 1 с отверсти ми 2 дл  поступлени  воздуха и камеру воспламенени  3. В камере смешени  4 установлен изолированный от корпуса токоведущий стержень 5. на конце которого закреплен электрод 6, образующий разр дный промежуток 7 с внутренней поверхностью камеры воспламенени  3, котора  выполнена в виде диффузора с углом раскрыти  18-24°. Сопла дл  подачи топлива 8 направлены в кольцевой зазор, образованный токоведущим стержнем 5 и внутренними стенками камеры смешени  4. Длина

камеры смешени  выбрана из интервала 6(dc-d3)/n lc 15(dc-da)/n.

Воспламенитель работает следующим образом.

Струи топлива, истекающие из сопел 8, перемешиваютс  с инжектируемым через отверсти  2 воздухом в инжекционном смесителе 1, после чего топливовоздушна  смесь поступает в камеру воспламенени  3. На электрод б и камеру воспламенени  3 подают напр жение от источника питани  (на рисунках не показан) с емкостным разр дом . В разр дном промежутке 7 возникает электрический разр д. За врем  разр да топливовоздушна  смесь выдувает плаз- менную струю в камеру воспламенени  3, где происходит поджигание топливовоз- лушной смеси. Отрыв потока топливовоз- душной смеси от стенок камеры воспламенени  3, благодар  углу раскрыти  а - 18-24°, обеспечивает стабильную рециркул цию струй топливовоздушной смеси в область поджигани , что обеспечивает надежное воспламенение этой смеси и предупреждает выход мертвого пространства за пределы выходного сечени  камеры воспламенени , что в свою очередь, обеспечивает стабильность факела в снос щем потоке воздуха.

Были испытаны несколько вариантов воспламенител  с различным количеством топливных сопел и различной длиной ин- жекционного смесител . При испытании использован импульсный источник питани  мощностью 0,5 кВт частотой импульсов 7 , расход газа 5 г .

Диаметр инжекционного смесител  dc 16 мм, диаметр токоведущего стержн  da 6 мм, центральный электрод Т-образный. Размер разр дного промежутка 1,3 ±0,4 мм, камера воспламенени  имеет следующие размеры: длина 52 мм, диаметр входного сечени  36 мм, диаметр выходного сечени  53 мм. Испытани  воспламенителей проводили при скорост х снос щего воздушного потока от 0 до 72 м/с и при разном количестве сопел дл  подачи топлива .

Первый вариант. Воспламенители с двум  соплами по 0,5 мм и следующими длинами инжекционного смесител  ic 25, 28, 30, 40. 45. 50, 60, 70, 75, 77, 82 мм.

При длине инжекционного смесител  25 мм поджигани  топливовоздушной сме

си не происходит из-за снихени  коэффициента инжекции воздуха, образуетс  богата , за пределами воспламенени  топлизовоз- душна  смесь. При с 28 мм возникают сбои в поджигании топливовоздушной смеси . Начина  с 1с 30 мм запальна  горелка устойчиво работает. При с 40, 35, 50, 60, 70,75 мм наблюдаетс  надежное воспламенение топливовоздушной смеси и устойчивое горение факела при скорост х снос щего потока от 0 до 70 м/с. При 1С 77 мм и более при подаче напр жени  на электроды наблюдаетс  задержка воспламенени  разной длительности, что создает опасность взрывообразного воспламенени .

Второй вариант. Воспламенители с трем  топливными соплами по 0,5 мм, расположенными под углом 120°. Длины ин- жекционных смесителей Ic 18, 20, 30, 45, 50, 55 мм. При 1С 18 мм факел заметно отклонен от нормали при скорости снос щего потока 5 м/с, а при скорости 10 м/с этот угол близок к 90°. При длинах с 20. 30, 45, 50 мм зафиксировано надежное воспламенение и устойчивое горение факела при скорост х снос щего потока до 72 м/с. При длине смесител  55 мм по вл етс  характерное дл  горени  богатой смеси дымление , что говорит о снижении полноты сгорани  топлива.

В за вл емом устройстве достигнуто повышение надежности воспламенител .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Воспламенитель, содержащий топливные сопла на входе в смеситель, соосную ему камеру воспламенени  и расположенный по оси токоведущий стержень с электродом , образующий зазор с корпусом камеры воспламенени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности при выполнении смесител  инжекционным, камера воспламенени  выполнена в виде диффузора с углом раскрыти  18-24° и соединена со смесителем через его участок, выполненный в виде цилиндрической камеры , длина которой лежит в пределах

   6(dc - ds)/n с 15(dc - d3)/n, где Ic - длина камеры смешени ;

   dc - диаметр камеры смешени ;

   da - диаметр токоведущего стержн ;

   п - количество сопел дл  подачи топлива .

   tyuZ.i

   Вид b(l Вариант)Вид A/fr вариант)

   tyuz. 2

   фигЪ