RU222395U1 - Вихревая камера для сжигания газодисперсного топлива - Google Patents
Вихревая камера для сжигания газодисперсного топлива Download PDFInfo
- Publication number
- RU222395U1 RU222395U1 RU2023119960U RU2023119960U RU222395U1 RU 222395 U1 RU222395 U1 RU 222395U1 RU 2023119960 U RU2023119960 U RU 2023119960U RU 2023119960 U RU2023119960 U RU 2023119960U RU 222395 U1 RU222395 U1 RU 222395U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- vortex
- fuel
- prechamber
- main
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title abstract description 44
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 24
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 abstract description 6
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 7
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 7
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102220488234 Uromodulin-like 1_F23D_mutation Human genes 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- YMHOBZXQZVXHBM-UHFFFAOYSA-N 2,5-dimethoxy-4-bromophenethylamine Chemical compound COC1=CC(CCN)=C(OC)C=C1Br YMHOBZXQZVXHBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000545067 Venus Species 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000007725 thermal activation Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области энергетики, в частности к устройствам для сжигания газодисперсных топлив (угольной пыли, порошков металлов и др.). Техническим результатом полезной модели является возможность сжигания дисперсного твердого топлива, снижение гидродинамических потерь, повышение надежности зажигания и стабилизация фронта пламени, увеличение полноты сгорания. Указанный технический результат достигается в вихревой камере сгорания, включающей основную камеру сгорания с корпусом и патрубком для подвода воздуха в коллектор, направляющее кольцо с тангенциальными плоскими соплами для закрутки потока воздуха, переднюю и заднюю стенки, выходное сопло, дополнительно содержит патрубок подвода газодисперсного топлива, расположенный соосно с форкамерой и основной камерой, при этом электрическая свеча установлена в форкамере, основная камера сгорания с передней и задней профилированными стенками совместно с патрубком подачи газодисперсного топлива и форкамерой в виде осесимметричного канала с внезапным расширением представляют собой вихревой эжектор прямоточного типа.
Description
Полезная модель относится к области энергетики, в частности к устройствам для сжигания твердого порошкообразного топлива (угольной пыли, порошков металлов и др.).
Одним из основных элементов энергосиловых установок является камера сгорания, к которой предъявляются разнообразные требования: по надежному воспламенению, диапазону устойчивой работы, полноте сгорания топлива, многотопливности, гидравлическим потерям и др.
Применение вихревого принципа организации рабочего процесса в камере сгорания с профилированными стенками в значительной мере удовлетворяет этим требованиям. Вихревой поток обладает высокой диспергирующей способностью, а наличие поля центробежных сил, в свою очередь, приводит к расслоению топливной смеси и позволяет увеличить время пребывания частиц в камере, соответственно повысить полноту сгорания [1].
Известно [2-4], что камера сгорания с внезапным расширением обеспечивает надежное воспламенение и стабилизацию фронта пламени твердого порошкообразного горючего смешенного с потоком воздуха. Камера сгорания с внезапным расширением позволяет стабилизировать фронт пламени при скорости набегающего потока топливно-воздушной смеси ~ 300 м/с и в широком диапазоне изменения состава смеси [5-7].
Известна пылеугольная горелка (патент RU №2270400, F23D 1/00, 20.02.2006), содержащая канал для транспортирования пыли, а также канал для транспортирующего материала, который снабжен эжектором. В горелке дополнительно изготовлен эжектор, выполненный в виде двух конусных втулок, встроенных одна в другую с зазором для подачи воздуха и закрепленных в трубе. В трубе выполнено отверстие для прохода угольной пыли, а на выходе транспортирующего материала с угольной пылью выполнено сопло. В сопле размещено закручивающее поток устройство, изготовленное в виде конуса с закрепленными на нем витками спирали.
Недостатком известной пылеугольной горелки является низкое качество смешения топливной пыли с окислителем, низкая полнота сгорания топлива, малый коэффициент эжекции, а также высокая теплонапряженность корпуса горелки.
Известно вихревое горелочное устройство сжигания пылевидного топлива (патент RU №2565737, F23D 1/02, 20.10.2015), содержащее патрубок подвода первичного воздуха, камеру сгорания, патрубок подвода вторичного воздуха, отверстия для подвода вторичного воздуха, перегородку, форсунку подачи топливной пыли, электрический нагреватель, камеру смешения пылевидного топлива с окислителем и конфузорно-диффузорный переход, причем отверстия для подвода вторичного воздуха выполнены на входе в цилиндрический участок камеры сгорания, а электрический нагреватель выполнен в виде цилиндрического стержня и установлен осесимметрично внутри форсунки подачи топливной пыли.
Известное устройство характеризуется узким диапазоном изменения скорости и состава топливной пыли на входе в устройство, имеет большие габариты и недостаточно технологично.
Известно устройство для осуществления способа сжигания твердого топлива (патент RU №2468292, F23С15 /00, 27.11.2012), содержащее камеру сгорания, выполненную в виде полузамкнутого плоского кольцевого канала, ограниченного двумя плоскими стенками и цилиндрической поверхностью, с расположенными вдоль нее профилированными отверстиями (форсунками), системы подачи твердого топлива, окислителя и отвода продуктов сгорания, при этом профилированные отверстия для подачи окислителя направлены тангенциально или под углом к цилиндрической поверхности, отличающееся тем, что диаметр упомянутого канала больше расстояния между плоскими стенками, по крайней мере, одна из плоских стенок имеет выходное отверстие для продуктов детонации, при этом устройство снабжено средством для непрерывной подачи твердого топлива в камеру сгорания, выходное отверстие для продуктов детонации расположено по оси камеры сгорания.
Известное устройство характеризуется сложной системой подачи топлива и узким диапазоном изменения коэффициента избытка окислителя, в котором можно сжигать топливно-воздушные смеси.
Наиболее близкой по технологической сущности и конструкции является вихревая камера сгорания (изобретение №589452, F02С 7/22, 25.01.1978).
Известная вихревая камера сгорания, содержащая укрепленную на одной из торцевых стенок форсунку для подачи жидкого топлива, выполненное соосно форсунке в противоположной торцевой стенке выходное сопло и тангенциальные каналы в боковой стенке для подвода воздуха, вокруг выходного сопла выполнен кольцевой желоб для сбора топлива, а по периферии форсунки размещены дополнительные топливные сопла, сообщенные с желобом каналами в стенках камеры.
Недостатком данной вихревой камеры сгорания является не надежное воспламенение и стабилизация фронта пламени, а также отсутствие возможности сжигать твердое порошкообразное топливо в потоке воздуха.
Техническими задачами заявляемой вихревой камеры сгорания являются возможность подвода твердого порошкообразного топлива, снижение гидравлических потерь, повышение надежности воспламенения и стабилизации пламени, увеличение полноты сгорания.
Технические задачи для вихревой камеры сгорания, включающей основную камеру сгорания с корпусом и патрубком для подвода воздуха в коллектор, направляющее кольцо с тангенциальными плоскими соплами для закрутки потока воздуха, переднюю и заднюю стенки, выходное сопло, решаются тем, что дополнительно содержит патрубок подвода твердого топлива расположенный соосно с форкамерой и основной камерой, при этом электрическая свеча установлена в форкамере. Основная камера сгорания совместно с патрубком подачи твердого порошкообразного топлива и форкамерой представляет собой вихревой эжектор прямоточного типа.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении предложенной полезной модели, является повышение коэффициента полноты сгорания твердого порошкообразного топлива при малых гидравлических потерях.
Существенными признаками изобретения являются: вихревая камера для сжигания твердого порошкообразного топлива, включающая основную камеру с корпусом и патрубком для подвода воздуха в коллектор, направляющее кольцо с тангенциальными плоскими соплами для закрутки потока воздуха, переднюю и заднюю стенки, выходное сопло, отличающаяся тем, что содержит форкамеру, патрубок подачи твердого порошкообразного топлива, расположенный соосно с форкамерой и основной камерой, при этом электрическая свеча установлена в форкамере в пределах донной области зоны рециркуляции на расстоянии от дна не более чем на , где - основной радиус форкамеры, - радиус входного отверстия форкамеры, к которому подсоединен патрубок подачи топлива, передняя и задняя стенки основной камеры выполнены профилированными по закону минимальных гидродинамических потерь.
Изобретение поясняется фиг. 1, где приведена схема вихревой камеры для сжигания твердого порошкообразного топлива.
Схема заявляемой вихревой камеры сгорания, включает патрубок подачи твердого порошкообразного топлива 1, форкамеру 2 со степенью внезапного расширения от 2,0 до 4,0, размером не менее 0,01 м и длиной от 7,5H до 10H, свечу зажигания 3, установленную в донной области зоны рециркуляции на расстояние не более чем на , основную камеру сгорания 4, содержащую корпус 5 с патрубком 6 для подвода воздуха в коллектор 7, направляющее кольцо 8 с тангенциальными плоскими соплами 9 для закрутки потока воздуха, переднюю 10 и заднюю 11 профилированные стенки по закону отвечающему условию минимальных гидродинамических потерь: ,
где =- относительный радиус камеры сгорания ( - текущий и начальный радиус, соответственно), - радиус сопла, - число Маха, а также выходное сопло 12.
Вихревая камера сгорания работает следующим образом: воздух под избыточном давлении через штуцер 6 поступает в коллектор 7, который при дальнейшем прохождении через сопла 9 направляющего кольца 8 приобретает окружную составляющую скорости, в результате чего под воздействием радиального градиента давления в осевой области основной камеры сгорания 4 формируется зона пониженного давления, куда поступают воспламенившиеся в форкамере частицы твердого порошкообразного топлива, которые поступают в нее через патрубок 1.
Надежное воспламенение твердого порошкообразного топлива в форкамере электрической свечой обусловлено гидродинамикой течения и временем пребывания частиц в донной области зоны рециркуляции, где его значения на два порядка больше, чем в самой зоне рециркуляции. Стабилизация фронта пламени достигается за счет интенсивных тепло-массообменных процессов зоны рециркуляции и основным потоком твердого порошкообразного топлива. Высокотемпературные продукты сгорания зоны рециркуляции, попадая в основной поток твердого порошкообразного топлива, поджигают его и при равенстве скоростей набегающего потока и распространения пламени, фронт пламени стабилизируется. Профилирование торцевых стенок основной камеры сгорания обеспечивает длительное удержание частиц топлива в зоне термической активации при минимальном гидравлическом сопротивлении. Сочетание этих качеств в вихревой камере сгорания с ограниченными размерами реакционной зоны позволяет получать высокий коэффициент полноты сгорания при малых гидравлических потерях, а также эффективно работать в области бедных смесей, снижая тем самым уровень токсичности продуктов сгорания.
Подачу твердого порошкообразного топлива можно осуществлять посредством эжектирования поскольку основная камера вместе с форкамерой и входным патрубком представляет собой вихревой эжектор прямоточного типа или же с помощью шнековой или поршневой системы.
Полезная модель - вихревая камера, содержащая патрубок подачи твердого порошкообразного топлива смешанного с потоком воздуха, форкамеру в виде осесимметричного канала с внезапным расширением, обеспечивающего надежное зажигание и стабилизацию фронта пламени в широком диапазоне изменения скорости и состава твердого топлива, большое время пребывания в основной камере частиц твердого порошкообразного топлива, за счет профилирования стенок по закону минимальных гидродинамических потерь - высокую полноту сгорания. Настоящая вихревая камера сгорания применима как для стационарных энергетических установок, так и двигателей перспективных летательных аппаратов при реализации программ полетов на Венеру и Марс (сжигание твердых порошков алюминия или магния в среде углекислого газа).
Литература
1. Вихревой эффект и его промышленное применение. Под редакцией Меркулов А.П. - Куйбышев: КуАИ, 1981, 444 с.
2. Егоров А.Г., Пивнева С.В. Организация рабочего процесса в камерах сгорания двигательных и энергетических установок нового поколения. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2006. №2-1 (10). С.382-387.
3. Егоров А.Г. Стабилизация пламени в турбулентном двухфазном потоке. Химическая физика. 2003. Т.22. №4. С.70-79.
4. Егоров А.Г., Мигалин.В., Шайкин А.П. Экспериментальное исследование процессов воспламенения и стабилизации пламени порошкообразного алюминия в камере сгорания с внезапным расширением. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 1989. №2. С.85-86.
5. Архипов В.А., Егоров А.Г., Иванин С. В., Маслов Е.А., Матвиенко О.В. Численное моделирование аэродинамики и горения газовзвеси в канале с внезапным расширением. Физика горения и взрыва. 2010. Т. 46. №6. С.39-48.
6. Егоров А.Г. О максимальном времени пребывания порошкообразного металлического горючего в зоне обратных токов. В сборнике: Процессы горения, теплообмена, и экология тепловых двигателей. Сер. «Вестник СГАУ» Самара, 2000. С.38-42.
7. Егоров А.Г. Горение дисперсного алюминия в потоке воздуха: Монография - Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2008. - 305 с.
Claims (5)
1. Вихревая камера для сжигания твёрдого порошкообразного топлива, включающая основную камеру с корпусом и патрубком для подвода воздуха в коллектор, направляющее кольцо с тангенциальными плоскими соплами для закрутки потока воздуха, переднюю и заднюю стенки, выходное сопло, отличающаяся тем, что дополнительно содержит патрубок подачи твердого порошкообразного топлива, расположенный соосно с форкамерой и основной камерой, при этом электрическая свеча установлена в форкамере в пределах донной области зоны рециркуляции на расстоянии от дна не более чем на Lсв=2(r0-rвх), где r0 - основной радиус форкамеры, rвх - радиус входного отверстия форкамеры, к которому подсоединён патрубок подачи топлива, передняя и задняя стенки основной камеры выполнены профилированными по закону минимальных гидродинамических потерь.
2. Вихревая камера для сжигания твёрдого порошкообразного топлива по п.1, отличающаяся тем, что основная камера вместе с патрубком подачи топлива и форкамерой представляет собой вихревой эжектор прямоточного типа.
3. Вихревая камера для сжигания твёрдого порошкообразного топлива по п.1, отличающаяся тем, что форкамера выполнена в виде осесимметричного канала с внезапным расширением.
4. Вихревая камера для сжигания твёрдого порошкообразного топлива по п.3, отличающаяся тем, что электрическая свеча установлена в форкамере в пределах донной области зоны рециркуляции.
5. Вихревая камера для сжигания твёрдого порошкообразного топлива по п.1, отличающаяся тем, что основная камера содержит профилированные переднюю и заднюю стенки.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU222395U1 true RU222395U1 (ru) | 2023-12-22 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU589452A1 (ru) * | 1976-06-03 | 1978-01-25 | Тольяттинский политехнический институт | Вихрева камера сгорани |
| US20040191718A1 (en) * | 2003-03-26 | 2004-09-30 | Bernd Bartenbach | Reactor for high-temperature reactions and use |
| RU2565737C1 (ru) * | 2014-05-13 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU589452A1 (ru) * | 1976-06-03 | 1978-01-25 | Тольяттинский политехнический институт | Вихрева камера сгорани |
| US20040191718A1 (en) * | 2003-03-26 | 2004-09-30 | Bernd Bartenbach | Reactor for high-temperature reactions and use |
| RU2565737C1 (ru) * | 2014-05-13 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103835837B (zh) | 一种基于旋流掺混和气态燃料持续燃烧的热射流发生装置 | |
| US2517015A (en) | Combustion chamber with shielded fuel nozzle | |
| Matveev et al. | Non-equilibrium plasma igniters and pilots for aerospace application | |
| CN103899435B (zh) | 一种组合式脉冲爆震发动机爆震室 | |
| CN103175223B (zh) | 一种气路轴向分级式双燃料喷嘴 | |
| US4382771A (en) | Gas and steam generator | |
| CN112796907B (zh) | 一种镁凝胶二氧化碳发动机 | |
| RU2400644C1 (ru) | Ракетный двигатель малой тяги, работающий на несамовоспламеняющихся газообразном окислителе и жидком горючем, и способ его запуска | |
| CN116045307B (zh) | 一种双离心式空气酒精火炬点火器 | |
| CN205560737U (zh) | 一种中型双螺旋燃烧混合器 | |
| US2918118A (en) | Burner | |
| CN116517724A (zh) | 一种双连续爆轰模态涡轮基组合循环发动机 | |
| CN118686699A (zh) | 一种带预混腔的短距起爆预爆管点火装置 | |
| US3169368A (en) | Combustion chamber for liquid fuels | |
| CN203879631U (zh) | 一种利用脉冲爆震燃烧的地面燃气轮机 | |
| RU222395U1 (ru) | Вихревая камера для сжигания газодисперсного топлива | |
| CN108915893B (zh) | 一种多管螺旋式脉冲爆轰发动机 | |
| Saracoglu et al. | The effects of multiple detonation waves in the RDE flow field | |
| RU2724069C1 (ru) | Ракетный двигатель малой тяги на несамовоспламеняющихся жидком горючем и газообразном окислителе | |
| CN108757220A (zh) | 一种后端点火的脉冲爆震燃烧发动机 | |
| RU2565737C1 (ru) | Вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива | |
| RU2623134C1 (ru) | Интегральный прямоточный воздушно-реактивный двигатель на твердом горючем | |
| CN106948970A (zh) | 一种旋转式脉冲爆震发动机的爆震管结构 | |
| RU2624682C1 (ru) | Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя и способ осуществления рабочего процесса | |
| Gharib et al. | Experimental study of biomass combustion and separation using vertical cyclone combustor |