RU2126943C1

RU2126943C1 - Heating apparatus

Info

Publication number: RU2126943C1
Application number: RU98107185A
Authority: RU
Inventors: В.И. Дейнеженко; А.В. Ловцов; А.В. Наумейко; М.С. Гофман
Original assignee: Наумейко Анатолий Васильевич
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 1999-02-27

Abstract

FIELD: thermal power plants; air heaters for live stock barns. SUBSTANCE: apparatus has cylindrical casing that mounts on its end axial-flow fan, cylindrical furnace chamber coaxial with and inserted into casing, and burner connected through pipeline to fuel supply. Novelty in apparatus is that furnace chamber has contraction on fan side and is mounted for axial displacement, and that burner is made in the form of hollow perforated cone placed downstream of fan coaxially with respect to casing. Perforated cone angle is smaller than contraction angle. EFFECT: improved quality of primary-air-and-fuel mixture, reduced emission of carbon oxide, facilitated control of heat-generation capacity. 1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к теплоэнергетическим установкам и, в частности к установкам для нагрева воздуха, предназначенным для использования в системах воздушного отопления животноводческих помещений. The present invention relates to thermal power plants and, in particular, to installations for heating air intended for use in air heating systems of livestock buildings.

Известны нагреватели воздуха, содержащие корпус, размещенную соосно корпусу камеру сгорания и кольцевые каналы для прохода нагреваемого воздуха и дымовых газов. Камера сгорания снабжена топливосжигающим устройством, кольцевой канал для прохода воздуха - турбулизатором, выполненным в виде гофрированной сетки (авт. св. СССР 1545051 А1, кл. F 26 B 23/02, 23.02.90, БИ 7). Отличаясь возможностью нагрева воздуха в производственных помещениях обычного типа, связанной с предотвращением попадания в атмосферу последних непосредственно дымовых газов, указанные нагреватели сложны по конструкции, имеют значительное гидравлическое сопротивление трактов воздуха и дымовых газов, малую интенсивность теплообменных процессов при механизме передачи тепла через стенку в системе "газ - газ" и низкий коэффициент полезного действия из-за выброса в атмосферу дымовых газов с высокой температурой, поскольку снижение ее связано с резким возрастанием величины теплообменной поверхности и металлоемкости нагревателя. Known are air heaters comprising a housing, a combustion chamber and annular channels for passage of heated air and flue gases arranged coaxially with the housing. The combustion chamber is equipped with a fuel burning device, the annular channel for the passage of air is a turbulator made in the form of a corrugated grid (ed. St. USSR 1545051 A1, class F 26 B 23/02, 02/23/90, BI 7). Distinguished by the possibility of heating the air in industrial premises of a conventional type, associated with preventing the ingress of the latter directly from the flue gases, these heaters are complex in design, have significant hydraulic resistance of the air and flue gas ducts, low heat exchange processes with the mechanism of heat transfer through the wall in the system " gas - gas "and low efficiency due to the emission of flue gases into the atmosphere with high temperature, since its reduction It is associated with a sharp increase in the value of the heat exchange surface and the metal consumption of the heater.

Наиболее близким к изобретению является нагревательный прибор для животноводческих помещений, позволяющих использование смеси воздуха и дымовых газов. Прибор включает в себя цилиндрический корпус с размещенным на торце вентилятором осевого типа, соосную корпусу и вставленную в него цилиндрическую топочную камеру и горелку, соединенную трубопроводом с источником топлива (газообразного или жидкого). Смешению топлива с необходимым для сжигания воздухом служит размещенный в торце топочной камеры завихритель, выполненный в виде диска с наклонными лопатками ("Инструкция по пользованию с руководством по монтажу Джет-Мастер GP 75", код 99 97 0933, Издание 11.96, М 933 RU, BIG DUTCHMAN IHTERNATIONAL GmbH). Основной недостаток нагревательного прибора Джет-Мастер состоит в недостаточно качественном сжигании топлива из-за плохого смешения последнего с воздухом для приготовления топливной смеси и практически невозможного регулирования коэффициента избытка воздуха. Формирование завихрителя, учитывая завихрения, создаваемые осевым вентилятором, не поддается теоретическому обоснованию и при экспериментальном подборе его конструктивных параметров последние могут быть приемлемыми лишь для единственной конструкции при неизменной производительности вентилятора. Следовательно, еще один недостаток состоит в отсутствии возможности плавного регулирования производительности по теплу указанного нагревательного прибора. Некачественное смешение воздуха и топлива приводит к превышению содержания окиси углерода в выхлопных газах, что недопустимо при использовании непосредственно дымовых газов для нагревания животноводческих помещений. Closest to the invention is a heating device for livestock buildings, allowing the use of a mixture of air and flue gases. The device includes a cylindrical casing with an axial type fan located on the end face, a coaxial casing and a cylindrical combustion chamber inserted into it and a burner connected by a pipeline to a fuel source (gaseous or liquid). The fuel is mixed with the air necessary for combustion by a swirler located in the end of the combustion chamber, made in the form of a disk with inclined blades ("Instructions for use with installation instructions for Jet-Master GP 75", code 99 97 0933, Edition 11.96, M 933 RU, BIG DUTCHMAN IHTERNATIONAL GmbH). The main disadvantage of the Jet-Master heating device is the insufficient quality of fuel combustion due to poor mixing of the latter with air to prepare the fuel mixture and the almost impossible regulation of the coefficient of excess air. The formation of the swirl, taking into account the swirls created by the axial fan, does not lend itself to theoretical justification, and in the experimental selection of its design parameters, the latter can be acceptable only for a single design with constant fan performance. Therefore, another drawback is the lack of the ability to smoothly control the heat output of the specified heating device. Poor mixing of air and fuel leads to an excess of carbon monoxide in the exhaust gases, which is unacceptable when using directly flue gases to heat livestock buildings.

Задача изобретения состоит в создании аппарата указанного выше типа с повышенным качеством смешения топлива и необходимого для его сжигания воздуха. Достигаемый при этом технический результат состоит в возможности плавного регулирования теплопроизводительности аппарата при изменяемом расходе топлива и воздуха при одновременном снижении содержания окиси углерода в топочных газах, т.е. при снижении эффекта недожига топлива. The objective of the invention is to create an apparatus of the type indicated above with improved quality of mixing fuel and the air necessary for its combustion. The technical result achieved in this case consists in the possibility of smoothly controlling the heat output of the apparatus with a variable fuel and air consumption while reducing the carbon monoxide content in the flue gases, i.e. with a decrease in the effect of underburning of fuel.

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата в нагревательном приборе для животноводческих помещений, включающем цилиндрический корпус с размещенным на торце вентилятором осевого типа, соосную корпусу и вставленную в него цилиндрическую топочную камеру и горелку, соединенную трубопроводом с источником топлива, топочная камера со стороны вентилятора снабжена конфузором и установлена с возможностью осевого перемещения, а горелка выполнена в виде размещенного за вентилятором соосно корпусу полого перфорированного конусообразного обтекателя с меньшим углом конусности, чем у конфузора. To solve the problem and achieve a technical result in a heating device for livestock buildings, which includes a cylindrical body with an axial type fan located on the end face, a coaxial body and a cylindrical combustion chamber and a burner inserted into it, connected by a pipeline to the fuel source, the combustion chamber is provided on the fan side confuser and installed with the possibility of axial movement, and the burner is made in the form placed behind the fan coaxially to the hollow perforated housing Nogo tapered fairing at a smaller angle of taper than that of the converging tube.

Установка цилиндрической топочной камеры внутри корпуса аппарата позволяет как в случае наиболее близкого технического решения, так и в данном случае провести разделение потока воздуха, нагнетаемого осевым вентилятором на два потока, один из которых служит непосредственно для образования топливной смеси (первичный воздух) при желаемом коэффициенте избытка, а второй - для охлаждения топочной камеры снаружи, что позволяет обойтись без футеровки, и для последующего разбавления топочных газов (вторичный воздух). Учитывая то, что осевой вентилятор создает интенсивное вращательное движение воздушного потока, как указывалось ранее, размещение в торце топочной камеры завихрителя скорее несет в себе отрицательный, чем положительный смысл, ибо подбор конструкции завихрителя представляет собой самостоятельную сложнейшую задачу. С другой стороны, вращательное движение воздушного потока, создаваемого вентилятором, имеет тенденцию к достаточно быстрому угасанию. The installation of a cylindrical combustion chamber inside the apparatus body allows both in the case of the closest technical solution, and in this case to separate the air flow pumped by the axial fan into two flows, one of which serves directly to form the fuel mixture (primary air) at the desired excess coefficient and the second - for cooling the combustion chamber from the outside, which eliminates the need for a lining, and for subsequent dilution of the flue gases (secondary air). Considering the fact that the axial fan creates an intense rotational movement of the air flow, as indicated earlier, the placement of a swirler at the end of the combustion chamber carries a negative rather than a positive meaning, because the selection of the swirl design represents an independent and complex task. On the other hand, the rotational movement of the air flow created by the fan tends to die out quickly enough.

Размещение конфузора в торце топочной камеры со стороны вентилятора сохраняет полностью функцию деления исходного воздушного потока на два потребных. Установка конического обтекателя с меньшим углом конусности, чем у конфузора имеет следствием уменьшение по направлению воздушного потока площади поперечного сечения и среднего радиуса вращения последнего, что в свою очередь усиливает интенсивность вращательного движения воздушного потока, в значительной мере улучшая смешение топлива с первичным воздухом. Этот эффект еще более усиливается при совмещении функций обтекателя, ибо по настоящему изобретению обтекатель одновременно выполняет функцию собственно горелки. Установка топочной камеры с возможностью осевого перемещения позволяет плавно изменять величину воздушного потока, направляемого на смешение с топливом. Сохранение определенного размера входного сечения конфузора казалось бы не изменяет количество поступающего в топочную камеру воздуха. Однако при осевом перемещении топочной камеры при сохранении места размещения обтекателя меняется как длина пути в зазоре между обтекателем и конфузором, так и величина поперечного сечения кольцевого прохода в месте наиболее узкого сечения конфузора. Указанное изменяет гидравлическое сопротивление кольцевого канала между обтекателем и конфузором, что имеет следствием изменение количества воздуха, поступающего в собственно топочную камеру. Placing the confuser in the end of the combustion chamber on the fan side fully retains the function of dividing the original air flow into two required ones. The installation of a conical fairing with a smaller taper angle than that of the confuser results in a decrease in the cross-sectional area in the direction of the air flow and the average radius of rotation of the latter, which in turn enhances the intensity of the rotational movement of the air flow, significantly improving the mixing of fuel with primary air. This effect is further enhanced by combining the functions of the fairing, because according to the present invention, the fairing simultaneously performs the function of the burner itself. The installation of the combustion chamber with the possibility of axial movement allows you to smoothly change the amount of air flow directed to the mixing with the fuel. Saving a certain size of the inlet section of the confuser would not seem to change the amount of air entering the combustion chamber. However, with the axial movement of the combustion chamber while maintaining the location of the fairing, both the path length in the gap between the fairing and the confuser changes, as well as the cross section of the annular passage at the narrowest section of the confuser. The above changes the hydraulic resistance of the annular channel between the fairing and the confuser, which results in a change in the amount of air entering the combustion chamber itself.

Сопоставительный анализ прототипа и предлагаемого решения показывает наличие в последнем ряда отличительных признаков, что позволяет утверждать соответствие настоящего технического решения критерию патентоспособности "новизна". A comparative analysis of the prototype and the proposed solution shows the presence in the last row of distinctive features, which allows us to confirm the compliance of this technical solution with the patentability criterion of "novelty."

Отсутствие в комплексе подобных решений в области конструирования нагревательных приборов и в смежных областях определяет то, что данное решение не следует явным образом из современного уровня техники и не является очевидным для специалистов. Последнее позволяет утверждать соответствие данного решения критерию патентоспособности "изобретательский уровень". The absence in the complex of such solutions in the field of designing heating devices and in related areas determines that this solution does not follow explicitly from the current level of technology and is not obvious to specialists. The latter allows us to confirm the compliance of this decision with the patentability criterion of "inventive step".

В данном решении отсутствует что-либо, делающее реализацию решения невозможным или затруднительным. Одновременно в настоящее время животноводческая отрасль сельского хозяйства постоянно увеличивает потребность в нагревательных приборах подобного типа из-за их простоты, надежности и сниженных эксплуатационных затратах. Последнее позволяет утверждать соответствие настоящего решения критерию патентоспособности "промышленная применимость". This decision does not contain anything that makes the implementation of the decision impossible or difficult. At the same time, the livestock sector of agriculture is constantly increasing the need for heating devices of this type because of their simplicity, reliability and reduced operating costs. The latter allows us to confirm the compliance of this decision with the patentability criterion of "industrial applicability".

Изобретение поясняется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

Нагревательный прибор для животноводческих помещений содержит цилиндрический корпус 1 с размещенным на торце последнего вентилятором осевого типа 2. Внутри корпуса 1 установлена цилиндрическая соосная корпусу топочная камера 3. Со стороны вентилятора 2 топочная камера 3 снабжена конфузором 4. Топочная камера 3 на стороне конфузора 4 имеет горелку 5, выполненную в виде конусообразного обтекателя, установленного непосредственно за вентилятором 2 соосно корпусу (на чертеже горелка 5 выполнена в виде усеченного конуса). Горелка 5 соединена трубопроводом 6 с источником топлива - в данном случае с трубопроводом природного газа (на чертеже не представлен). Горелка 5 выполнена полой и снабжена непосредственно перед торцом меньшей площади усеченного конуса перфорацией в виде отверстий 7. Угол конусности обтекателя-горелки 5 имеет меньшую величину, чем угол конусности конфузора 4. Корпус 1 имеет три расположенных под углом 120^o в плоскости поперечного сечения продольных отверстия 8. Соответственно топочная камера 3 снабжена тремя штырями 9 с резьбой на свободных концах. Снаружи корпуса 1 штыри 9 имеют профильные (в соответствии с радиусом корпуса 1) накладки 10 и крепежные гайки 11.The heating device for livestock buildings contains a cylindrical housing 1 with an axial type 2 fan located on the end of the latter. Inside the housing 1, a combustion chamber 3 is installed coaxially with the housing. On the fan side 2, the combustion chamber 3 is equipped with a confuser 4. The combustion chamber 3 on the side of the confuser 4 has a burner 5, made in the form of a cone-shaped fairing mounted directly behind the fan 2 coaxially to the casing (in the drawing, the burner 5 is made in the form of a truncated cone). The burner 5 is connected by a pipe 6 to a fuel source - in this case, a natural gas pipeline (not shown in the drawing). The burner 5 is hollow and is provided directly in front of the end face of a smaller area of the truncated cone with perforations in the form of holes 7. The taper angle of the cowl-burner 5 is smaller than the taper angle of the confuser 4. The housing 1 has three longitudinal openings located at an angle of 120 ^o in the plane of the cross section 8. Accordingly, the combustion chamber 3 is provided with three pins 9 with a thread at the free ends. Outside of the housing 1, the pins 9 have profile (in accordance with the radius of the housing 1) lining 10 and mounting nuts 11.

Нагревательный прибор для животноводческих помещений работает следующим образом. The heating device for livestock buildings works as follows.

Воздух, нагнетаемый внутрь корпуса 1 осевым вентилятором 2, разделяется на два потока, первый из которых (первичный воздух) поступает в топочную камеру 3 через размещенный на ее торце со стороны вентилятора 2 конфузор 4, а второй (вторичный воздух) - в полость между топочной камерой 3 и внутренней поверхностью корпуса 1. Проходя в зазоре между внутренней поверхностью конфузора 4 и наружной поверхностью обтекателя-горелки 5, первичный воздух претерпевает не только сужение поперечного сечения, но и уменьшение среднего радиуса вращения, что приводит к интенсификации вращательного движения потока, исходно инициированного работой вентилятора 2. Через трубопровод 6 в горелку 5 поступает природный газ, истекающий далее через отверстия 7 перфорации в первичный газовый поток, вращательное движение которого приводит к хорошему смешению газа и первичного воздуха. Естественно, что конструкция снабжена всеми надлежащими приспособлениями: искровым электродом, сигнализацией гашения пламени и т.д., которые не показаны как не имеющие прямого отношения к предлагаемому изобретению. Тонкое регулирование работы нагревательного прибора обеспечивается осевым перемещением топочной камеры 3 с конфузором 4. Для реализации осевого перемещения ослабляют крепежные гайки 11 и перемещают соединенные с топочной камерой 3 штыри 9 в продольных отверстиях 8. Профильные накладки 10 исключают выброс вторичного воздуха в атмосферу. The air injected into the housing 1 by an axial fan 2 is divided into two flows, the first of which (primary air) enters the combustion chamber 3 through the confuser 4 located on its end from the side of the fan 2, and the second (secondary air) into the cavity between the furnace chamber 3 and the inner surface of the housing 1. Passing in the gap between the inner surface of the confuser 4 and the outer surface of the fairing-burner 5, the primary air undergoes not only a narrowing of the cross section, but also a decrease in the average radius of rotation that the drive um to the intensification of the rotational movement of the flow, originally initiated by the operation of the fan 2. Through the pipe 6, natural gas enters the burner 5, then flows through the perforation holes 7 into the primary gas stream, the rotational movement of which leads to a good mixture of gas and primary air. Naturally, the design is equipped with all the appropriate devices: a spark electrode, an alarm extinguishing the flame, etc., which are not shown as not directly related to the invention. Fine control of the operation of the heating device is ensured by the axial movement of the combustion chamber 3 with the confuser 4. To realize the axial movement, loosen the fastening nuts 11 and move the pins 9 connected to the combustion chamber 3 in the longitudinal holes 8. Profile plates 10 exclude the emission of secondary air into the atmosphere.

При перемещении топочной камеры 3, соответственно конфузора 4, например, по направлению газового потока увеличивается сечение потока первичного воздуха по длине конфузора 4, а следовательно, увеличивается и собственно величина потока. Таким образом, при смене расхода газа легко подгоняется необходимый для качественного сжигания коэффициент избытка воздуха. Очевидны возможности реализации автоматического регулирования проходящими процессами, чему может служить также изменение числа оборотов вентилятора и т.д. Вторичный воздух в свою очередь смешивают с продуктами сгорания смеси газа и первичного воздуха в соответствии с потребной температурой газов на выходе из корпуса 1. В ходе работы вторичный воздух служит одновременно для активного охлаждения стенки топочной камеры 3. Качественное сжигание топлива снижает содержание окиси углерода в газах, поступающих непосредственно в животноводческое помещение. Возможность плавного регулирования значительно расширяет сферу применения нагревательных приборов данного класса. When moving the combustion chamber 3, respectively, of the confuser 4, for example, in the direction of the gas stream, the cross section of the primary air stream increases along the length of the confuser 4, and therefore, the actual flow value also increases. Thus, when changing the gas flow rate, the excess air coefficient necessary for high-quality combustion is easily adjusted. The obvious possibilities are the implementation of automatic control by passing processes, which can also be a change in the number of fan revolutions, etc. Secondary air, in turn, is mixed with the products of combustion of a mixture of gas and primary air in accordance with the required temperature of the gases leaving the housing 1. During operation, the secondary air simultaneously serves to actively cool the walls of the combustion chamber 3. High-quality fuel combustion reduces the carbon monoxide content in the gases coming directly to the livestock building. The possibility of smooth regulation significantly expands the scope of application of heating devices of this class.

Claims

A heating device for livestock buildings, including a cylindrical body with an axial type fan located on the end face, a coaxial body and a cylindrical combustion chamber and a burner inserted into it, connected by a pipe to a fuel source, characterized in that the combustion chamber is provided with a confuser on the fan side and is installed with the possibility of axial movement, and the burner is made in the form of a hollow perforated cone-shaped fairing located behind the fan coaxial to the body taper than the confuser.