RU2181462C1

RU2181462C1 - Burner device

Info

Publication number: RU2181462C1
Application number: RU2001113644A
Authority: RU
Inventors: Е.А. Кордит
Original assignee: Кордит Евсей Аврумович
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-04-20

Abstract

FIELD: power engineering; automotive industry. SUBSTANCE: to increased intensity of burning and prevent coking in capillary structure of evaporating member and consequently, improved reliability and power of burner device equal number of symmetrically arranged longitudinal radial holes are made on side surface of air nozzle. Holes are arranged in two rows spaced in height on nozzle surface. Each hole of upper row is located on line equispaced from two near holes of lower row. Vortex flow shaper is used additionally. It is arranged between air feed nozzle and evaporating capillary structure which has axially symmetric surface with longitudinal holes. Holes on vortex flow shaper are displaced relative to holes on air feed nozzle through 1/2 of angle formed by two near holes of nozzle, and section of surface of vortex flow shaper between the holes has radius of curvature smaller than distance from axis of air feed nozzle to nearest element of surface of vortex flow shaper. EFFECT: improved reliability and power of burner. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности горелочным устройствам, и может быть использовано в автомобильной промышленности. The invention relates to the field of energy, in particular burner devices, and can be used in the automotive industry.

Известно горелочное устройство, содержащее корпус с испарительным огнеупорным элементом, пропитанным топливом, которое выгорает с открытой поверхности элемента (SU 361568, 31.01.1973). Known burner device comprising a housing with an evaporative refractory element impregnated with fuel, which burns out from the open surface of the element (SU 361568, 01/31/1973).

Однако данное устройство характеризуется низким уровнем смешения паров горючего с воздухом и, соответственно, низкой интенсивностью горения. Кроме того, непосредственный контакт испарительного элемента с зоной горения вызывает нагарообразование на испарительном элементе и его постепенное закоксовывание. However, this device is characterized by a low level of mixing of fuel vapor with air and, accordingly, low combustion intensity. In addition, direct contact of the evaporation element with the combustion zone causes carbonization on the evaporation element and its gradual coking.

Известно также горелочное устройство, содержащее корпус и концентрично размещенную в нем трубу с образованием подключенной к смесителю эжектора полости, снабженной испарительным элементом, подсоединенным к топливному коллектору, причем испарительный элемент выполнен в виде слоя капиллярной структуры (SU 717490 А, 27.02.1980). Also known is a burner device comprising a housing and a pipe concentrically placed in it with the formation of a cavity connected to the ejector mixer, equipped with an evaporation element connected to the fuel manifold, the evaporation element being made in the form of a capillary structure layer (SU 717490 A, 02.27.1980).

Данное устройство исключает нагарообразование на испарительном элементе, однако, не обеспечивает достаточно высокой плотности тепловыделения в зоне горения, достаточной мощности. This device eliminates the formation of carbon on the evaporation element, however, does not provide a sufficiently high density of heat in the combustion zone, sufficient power.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, выбранным в качестве прототипа, является горелка испарителя (DE-OS 19529994 А1, 15.05.1996). Горелка 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 на днище топочной камеры. The closest technical solution to the proposed invention, selected as a prototype, is an evaporator burner (DE-OS 19529994 A1, 05/15/1996). The burner comprises a combustion chamber with a cylindrical perimeter boundary wall having porous casing on the inside of the casing, with an end restrictive wall in which a central hole is made with an air supply nozzle coaxially entering the axis of the combustion chamber. The air supply nozzle has radial outlets. Fuel is supplied through a candle fitting mounted on the outer casing or through an annular channel on the bottom of the combustion chamber.

Недостатками данной конструкции горелочного устройства являются, 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, мощности. The disadvantages of this design of the burner device are, firstly, the possibility of carbon formation on the porous material of the capillary structure directly in contact with the combustion zone, which reduces the reliability of the burner device, and secondly, the insufficiently high level of combustion intensity and power.

Техническим результатом данного изобретения является повышение интенсивности горения и предотвращение коксообразования в капиллярной структуре испарительного элемента и, следовательно, повышение надежности и мощности работы горелочного устройства. The technical result of this invention is to increase the intensity of combustion and prevent coke formation in the capillary structure of the evaporation element and, therefore, increase the reliability and power of the burner device.

Технический результат достигается тем, что на боковой поверхности сопла подачи воздуха выполнено не менее двух рядов разнесенных по высоте сопла подачи воздуха одинаковых по количеству и симметрично размещенных продольных радиальных отверстий, причем каждое отверстие верхнего ряда размещено на линии, равноудаленной от двух ближайших нижних отверстий, дополнительно введен формирователь вихревых потоков, расположенный между соплом подачи воздуха и испарительной капиллярной структурой, имеющий осесимметричную поверхность, в котором выполнены продольные отверстия, причем отверстия на формирователе вихревых потоков смещены относительно отверстий на сопле подачи воздуха на 1/2 угла, образованного двумя соседними отверстиями последнего, а участок поверхности формирователя вихревых потоков между отверстиями имеет радиус кривизны, меньший, чем расстояние от оси сопла подачи воздуха до ближайшего элемента поверхности формирователя вихревых потоков. The technical result is achieved by the fact that on the side surface of the air supply nozzle there are made at least two rows of longitudinally distributed radial holes of equal and symmetrically placed longitudinal air holes, each hole of the upper row being placed on a line equidistant from the two nearest lower holes, additionally a vortex flow former is introduced, located between the air supply nozzle and the evaporative capillary structure, having an axisymmetric surface in which longitudinal holes are made, and the holes on the vortex flow former are offset relative to the holes on the air supply nozzle by 1/2 of the angle formed by two adjacent openings of the latter, and the surface portion of the vortex flow former between the holes has a radius of curvature less than the distance from the axis of the air supply nozzle to the nearest surface element of the vortex flow former.

На фиг. 1 представлено предлагаемое горелочное устройство, состоящее из топочной камеры с цилиндрической ограничительной стенкой 1 по периметру, с торцевой ограничительной стенкой 2, в которой выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально с осью в топочную камеру соплом 3 подачи воздуха, причем на его боковой поверхности выполнено не менее двух рядов разнесенных по высоте сопла 3 одинаковых продольных радиальных отверстий 9 (фиг. 2), с внутренней стороны цилиндрической и торцевой ограничительных стенок 1 и 2 расположена испарительная капиллярная структура 4, формирователя 5 вихревых потоков с рядами продольных отверстий 10 (фиг.3), штуцера 6 для установки свечи, жаровой трубы 7, стабилизатора 8 пламени. In FIG. 1 shows the proposed burner device, consisting of a combustion chamber with a cylindrical boundary wall 1 around the perimeter, with an end boundary wall 2, in which a central hole is made with an air supply nozzle 3 entering coaxially with the axis into the combustion chamber, and at least its side surface is made two rows of identical longitudinal radial holes 9 spaced apart by the height of the nozzle 3 (Fig. 2), an evaporation cup is located on the inner side of the cylindrical and end boundary walls 1 and 2 lar structure 4, vortex flow former 5 with rows of longitudinal holes 10 (Fig. 3), fitting 6 for installing a candle, a flame tube 7, flame stabilizer 8.

Известно, что интенсивность горения определяется степенью турбулизации горючей смеси и, соответственно, с целью повышения интенсивности горения необходимо увеличить уровень турбулентности. It is known that the intensity of combustion is determined by the degree of turbulization of the combustible mixture and, accordingly, in order to increase the intensity of combustion, it is necessary to increase the level of turbulence.

Для уменьшения потерь кинетической энергии воздушных струй из отверстий сопла 3 подачи воздуха в конструкцию горелочного устройства введен дополнительный элемент - формирователь 5 вихревых потоков, размещенный между соплом 3 подачи воздуха и испарительной капиллярной структурой 4, выполненный в виде осесимметричной поверхности (фиг.3), в котором выполнены продольные отверстия 10 для выхода паров топлива, испаряемых капиллярной структурой 4, причем отверстия 10 на формирователе 5 вихревых потоков смещены относительно отверстий 9 на сопле 3 подачи воздуха на 1/2 угла, образованного двумя соседними отверстиями последнего (фиг.4). To reduce the loss of kinetic energy of air jets from the holes of the air supply nozzle 3, an additional element is introduced into the design of the burner device - vortex flow former 5 located between the air supply nozzle 3 and the evaporative capillary structure 4, made in the form of an axisymmetric surface (Fig. 3), which has longitudinal openings 10 for the exit of fuel vapor vaporized by the capillary structure 4, the openings 10 on the vortex flow former 5 are offset relative to the openings 9 on the nozzle 3 p cottages air at 1/2 of the angle formed by two adjacent holes of the latter (Figure 4).

Такое размещение отверстий 10 на формирователе 5 вихревых потоков соответствует месту столкновения и "разворота" огибающих воздушных потоков и создает эжекторный эффект "подсасывания" паров топлива из полости, образуемой формирователем 5 вихревых потоков и поверхностью испарительного элемента. This arrangement of the openings 10 on the vortex flow former 5 corresponds to the collision and “turn” of the envelope of the air flows and creates the ejector effect of “sucking” the fuel vapor from the cavity formed by the vortex flow former 5 and the surface of the evaporation element.

Для минимизации потерь кинетической энергии огибающих воздушных потоков участки поверхности формирователя 5 вихревых потоков имеют форму с радиусом кривизны меньше, чем расстояние от оси сопла 3 подачи воздуха до ближайшего элемента поверхности формирователя 5 вихревых потоков. Кроме того, между отверстиями 10 на поверхности формирователя 5 вихревых потоков на месте попадания струи воздуха на формирователь 5 вихревых потоков с целью уменьшения потерь кинетической энергии выполнен локальный продольный выступ 11 длиной, равной высоте отверстий 9 на сопле 3 подачи воздуха (см. фиг.2), который выполняет функцию рассекателя струи из сопла 3 подачи воздуха на два огибающих потока (фиг.5). To minimize the loss of kinetic energy of the envelopes of the air flows, the surface sections of the vortex flow generator 5 have a shape with a radius of curvature less than the distance from the axis of the air supply nozzle 3 to the nearest surface element of the vortex generator 5. In addition, between the holes 10 on the surface of the vortex flow former 5 at the place where the air stream hits the vortex flow former 5, in order to reduce kinetic energy losses, a local longitudinal protrusion 11 is made with a length equal to the height of the holes 9 on the air supply nozzle 3 (see Fig. 2 ), which serves as a splitter of the jet from the nozzle 3 of the air supply to the two envelopes of the stream (figure 5).

Кроме того, положительный эффект, усиливающий турбулизации вихревых зон и создающий полезную составляющую движения горячих газов из зоны горения в жаровую трубу 7 возникает при изготовлении на боковой поверхности сопла 3 подачи воздуха не одного, а двух или более рядов продольных отверстий 9, смещенных друг относительно друга. Если каждое отверстие 9 верхнего ряда размещено на линии, равноудаленной от двух ближайших нижних отверстий 9, то в верхнем и нижнем слоях, образованных кольцевыми зазорами между боковой поверхностью сопла 3 подачи воздуха по высотам нижнего и верхнего ряда отверстий соответственно, и поверхностью формирователя 5 вихревых потоков образуется система взаимодействующих вихревых потоков. Под каждым вихревым потоком верхнего слоя образуется поток нижнего слоя, закрученный в противоположном направлении. На границе раздела противоположно закрученных потоков существенно повышается уровень турбулентности, и возникает сила отталкивания, которая способствует "выталкиванию" горячих газов верхнего слоя вдоль сопла 3 к жаровой трубе 7. In addition, a positive effect that enhances the turbulization of the vortex zones and creates a useful component of the movement of hot gases from the combustion zone to the flame tube 7 occurs when manufacturing on the side surface of the nozzle 3 the air supply is not one, but two or more rows of longitudinal holes 9, offset from each other . If each hole 9 of the upper row is placed on a line equidistant from the two nearest lower holes 9, then in the upper and lower layers formed by annular gaps between the side surface of the air supply nozzle 3 along the heights of the lower and upper row of holes, respectively, and the surface of the vortex flow former 5 a system of interacting vortex flows is formed. Under each vortex flow of the upper layer, a flow of the lower layer is formed, swirling in the opposite direction. At the interface between oppositely swirling flows, the level of turbulence increases significantly, and a repulsive force arises, which contributes to the "pushing" of hot gases of the upper layer along the nozzle 3 to the flame tube 7.

Устройство работает следующим образом. В момент запуска горелочного устройства к испарительному элементу, выполненному, например, в виде металловолокнистой структуры, через штуцер 6 для установки свечи подводится жидкое горючее. Под действием капиллярных сил горючее впитывается и растекается по поверхности металлических волокон. При нагревании пропитанного топливом испарительного элемента осуществляется интенсивное испарение. С участков поверхности испарительного элемента, размещенных на торцевой ограничительной стенке, пары горючего поступают непосредственно в топочную камеру. Пары горючего с участков поверхности, отделенных от рабочего объема топочной камеры формирователем 5 вихревых потоков, создают избыточное давление и проникают в топочную камеру через отверстия 10 в формирователе 5 вихревых потоков и через зазоры между формирователем 5 вихревых потоков и торцевой ограничительной стенкой, а также между формирователем 5 вихревых потоков и стабилизатором 8 пламени. Формирователь 5 вихревых потоков может газоплотно прилегать нижним основанием к испарительной капиллярной структуре 4, размещенной на торцевой поверхности, а верхним - к стабилизатору 8 пламени. В этом случае пар из испарительного элемента, находящегося под формирователем 5 вихревых потоков, поступает в топочную камеру только из отверстия 10 формирователя 5 вихревых потоков. Струи воздуха из продольных отверстий 9 на боковой поверхности сопла 3 подачи воздуха, попадая на поверхность формирователя 5 вихревых потоков, распадаются на симметрично огибающие поверхность формирователя 5 вихревых потоков потоки, которые, сталкиваясь с соответствующими потоками соседних струй в области отверстий 10 формирователя 5 вихревых потоков, образуют вихревые зоны. Турбулентный характер вихревых зон обеспечивает эффективное перемешивание паров горючего с воздухом. При поджиге данной горючей смеси осуществляется интенсивное горение с выделением тепловой энергии большой мощности. The device operates as follows. At the time of starting the burner device, liquid fuel is supplied to the evaporation element, made, for example, in the form of a metal-fiber structure, through the nozzle 6 for installing a candle. Under the action of capillary forces, fuel is absorbed and spreads over the surface of metal fibers. When heating the fuel impregnated evaporator element, intense evaporation occurs. From the surface areas of the evaporation element located on the end boundary wall, the fuel vapor enters directly into the combustion chamber. Vapors of fuel from surface areas separated from the working volume of the combustion chamber by the vortex flow former 5 create excess pressure and penetrate into the combustion chamber through the openings 10 in the vortex flow former 5 and through the gaps between the vortex flows former 5 and the end boundary wall, and also between the former 5 swirl flows and 8 flame stabilizer. The vortex flow generator 5 can gas tightly fit the lower base to the evaporative capillary structure 4 located on the end surface, and the upper one to the flame stabilizer 8. In this case, the vapor from the evaporation element located under the shaper 5 of the vortex flows, enters the combustion chamber only from the hole 10 of the shaper 5 of the vortex flows. Air jets from the longitudinal openings 9 on the side surface of the air supply nozzle 3, falling on the surface of the vortex flow former 5, decay into flows symmetrically enveloping the surface of the vortex flow former 5, which, when faced with the corresponding flows of adjacent jets in the region of the openings 10 of the vortex flow former 5, form vortex zones. The turbulent nature of the vortex zones provides effective mixing of fuel vapor with air. When this combustible mixture is ignited, intense combustion is carried out with the release of high-power thermal energy.

Наличие двух рядов отверстий 9 на боковой поверхности сопла 3 подачи воздуха, смещенных друг относительно друга, приводит к формированию по высоте топочной камеры двух кольцевых слоев со смещенными по фазе вихрями. При смещении двух рядов отверстий 9 на сопле 3 подачи воздуха и формирователе 5 вихревых потоков вихри верхнего и нижнего слоя будут размещаться друг под другом и находиться в противофазе, т.е. будут вращаться в противоположных направлениях. При этом на границе раздела слоев возникает еще более высокая турбулизация и, как следствие, еще более интенсивное горение. Кроме того, как известно противофазные вихри отталкиваются, что приводит к возникновению дополнительной силы, выталкивающей горячие газы верхних слоев в направлении жаровой трубы 7. Соответственно уменьшается давление горячих газов на контактирующие с зоной горения элементы топочной камеры, сопла 3 подачи воздуха и формирователя 5 вихревых потоков и вследствие этого уменьшается теплонапряженность данных элементов, что обеспечивает повышенную надежность работы горелочного устройства. В предлагаемой конструкции испарительная капиллярная структура 4 экранируется от зоны горения формирователем 5 вихревых потоков, что существенно повышает надежность горелочного устройства, поскольку на поверхности испарительной капиллярной структуры не образуется нагар и закоксовывание. The presence of two rows of holes 9 on the side surface of the air supply nozzle 3, offset from each other, leads to the formation of two annular layers with displaced phase vortices along the height of the combustion chamber. When two rows of holes 9 are displaced on the air supply nozzle 3 and the vortex flow generator 5, the vortices of the upper and lower layers will be placed under each other and in antiphase, i.e. will rotate in opposite directions. At the same time, even higher turbulization arises at the interface between the layers and, as a consequence, even more intense combustion. In addition, it is known that antiphase vortices repel each other, which leads to the appearance of an additional force pushing out the hot gases of the upper layers in the direction of the flame tube 7. Accordingly, the pressure of hot gases on the elements of the combustion chamber, air supply nozzle 3, and vortex flow generators 5 decreases and as a result, the heat stress of these elements is reduced, which provides increased reliability of the burner device. In the proposed design, the evaporative capillary structure 4 is shielded from the combustion zone by the eddy current generator 5, which significantly increases the reliability of the burner device, since carbon and coking are not formed on the surface of the evaporative capillary structure.

Claims

1. A burner device comprising a combustion chamber with a cylindrical restrictive wall around the perimeter, with an end restrictive wall in which a central hole is made with an air supply nozzle coaxially entering the axis of the combustion chamber, an evaporative capillary structure is located on the inside of the cylindrical restrictive wall, a fitting for installation of a candle, a flame tube and a flame stabilizer, characterized in that at least two rows of spaced apart x along the height of the air supply nozzle, the longitudinal radial holes are identical in number and symmetrically placed, and each hole of the upper row is placed on a line equidistant from the two nearest lower holes, an eddy current generator located between the air supply nozzle and the evaporative capillary structure placed as on the cylindrical and on the end boundary walls of the combustion chamber, the vortex flow former has an axisymmetric surface with longitudinal holes, and the holes on the vortex flow former are offset relative to the holes on the air supply nozzle by 1/2 of the angle formed by two adjacent holes of the latter, and the surface portion of the vortex flow former between the holes has a radius of curvature less than the distance from the axis of the air supply nozzle to the nearest surface element of the vortex flow former.

2. The burner device according to claim 1, characterized in that the vortex flow former is tightly or with a gap adjacent the lower base to the evaporative capillary structure located on the end surface of the combustion chamber, and the upper to the flame stabilizer.

3. The burner according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that between the holes on the surface of the shaper of the vortex flows at the place of impact of the air stream made a local longitudinal protrusion with a length equal to the height of the hole on the air supply nozzle.