RU227590U1 - Устройство для электродугового розжига топливной форсунки - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для электродугового розжига топливной форсунки и стабилизации пламени горелок теплоэнергетических установок, сжигающих различные виды топлива. Устройство для электродугового розжига топливной форсунки состоит из осевого стержневого электрода 1, вокруг которого коаксиально установлены электрический изолятор 2 и стержневой электрод 3, выполненный в виде полой несущей трубы, что обеспечивает дополнительную жесткость конструкции. Осевой стержневой электрод 1 соединен с высоковольтным источником 4 постоянного тока при помощи высоковольтного кабеля 5, а стержневой электрод 3 заземлен. На концах стержневых электродов выполнены контакты 6 и 7, между которыми нет электрического изолятора 2. Стержневые электроды снабжены приводным механизмом 8 для продольного перемещения и выполнены из тугоплавкого материала, например вольфрама или нержавеющей стали. Высоковольтный источник 4 питания постоянного тока представляет собой систему из двух источников: маломощный высоковольтный с выходным напряжением до 20кВ для создания пробоя и основной мощный, который после искрообразования начинает поддерживать электрическую дугу. Высоковольтный источник 4 постоянного тока может быть запитан от сети ~220В. Полезная модель позволяет повысить безопасность эксплуатации для обслуживающего персонала и надежность работы оборудования в условиях стесненности и повышенной загрязненности на объектах использования.

Description

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для электродугового розжига топливной форсунки и стабилизации пламени горелок теплоэнергетических установок, сжигающих различные виды топлива.

Известен электродуговой запальник для электродугового розжига паромазутной форсунки (RU №137087 U1, МПК F23Q 5/00, 2013 г.), выполненный в виде двух стержневых электродов - внешний стержневой электрод, выполненный в виде несущей трубы, внутри которой коаксиально расположены электрические изоляторы и осевой стержневой электрод. На передних торцах стержневых электродов выполнены рабочие контакты, предназначенные для получения электродугового разряда, внешний стержневой электрод заземлен, а осевой стержневой электрод электрически соединен с высоковольтным источником тока. К заднему торцу осевого стержневого электрода присоединена контактная пластина из ферромагнитного электропроводящего материала, рядом с ней по продольной оси осевого стержневого электрода последовательно установлены электропроводящая прокладка и постоянный магнит, к электропроводящей прокладке присоединен электрический проводник, соединенный с высоковольтным источником тока, причем контактная пластина, электропроводящая прокладка и постоянный плоский магнит расположены в электроизоляционном стакане, находящемся внутри заднего торца внешнего стержневого электрода.

Недостатками данного запальника являются низкая надежность эксплуатации и повышенный риск для обслуживающего персонала в силу того, что обеспечение постоянного электрического контакта между электропроводящей прокладкой и контактной пластиной при помощи постоянного магнита в условиях повышенной загрязненности на объектах эксплуатации приведет к интенсивному загрязнению данного контакта пылью и мелкой металлической стружкой, в результате чего возрастает риск разрыва или пробоя высокого напряжения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является электродуговой запальник для электродугового розжига паромазутной форсунки (RU, №2514534 C2, МПК F23Q 5/00, 2012 г.), содержащий два стержневых электрода, снабженных приводным механизмом их продольного перемещения в направляющей трубе, один стержневой электрод подсоединен к высоковольтному источнику тока, а второй заземлен. При этом один стержневой электрод выполнен в виде несущей трубы, внутри которой расположен второй осевой стержневой электрод, и заземлен, а между ними коаксиально установлен электрический изолятор. Стержневые электроды выполнены из тугоплавкого материала, например, вольфрама или нержавеющей стали.

Недостатками данного запальника являются низкие надежность и безопасность эксплуатации в силу того, что в данном устройстве не предусмотрена возможность размещения высоковольтного источника за пределами зоны непосредственной близости с горелочным устройством и площадками обслуживания из-за ограничения длины высоковольтного кабеля, соединяющего запальник и высоковольтный источник, связанного с использованием высоковольтного источника переменного тока, в результате чего повышается риск для обслуживающего персонала и снижается надежность работы оборудования в условиях повышенной загрязненности на объектах использования.

Технической задачей настоящей полезной модели является повышение надежности и безопасности эксплуатации запального оборудования для электродугового розжига топливной форсунки.

Технический результат достигается тем, что устройство для электродугового розжига топливной форсунки содержит два стержневых электрода, снабженных приводным механизмом их продольного перемещения, один стержневой электрод выполнен в виде полой несущей трубы, внутри которой расположен второй осевой стержневой электрод, подсоединенный к высоковольтному источнику тока, а между ними коаксиально установлен электрический изолятор, причем стержневой электрод, выполненный в виде полой несущей трубы, заземлен. При этом стержневые электроды выполнены из тугоплавкого материала, например вольфрама или нержавеющей стали. Согласно полезной модели, для подачи высоковольтного напряжения на стержневые электроды используется высоковольтный источник питания постоянного тока, не имеющий ограничения длины высоковольтного кабеля, при этом обеспечивающий надежный и стабильный дуговой разряд. Высоковольтный источник постоянного тока может быть запитан от сети ~220В.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для электродугового розжига топливной форсунки.

На фиг. 2 показан выносной вид выходной части устройства для электродугового розжига топливной форсунки в разрезе.

Устройство для электродугового розжига топливной форсунки состоит из осевого стержневого электрода 1, вокруг которого коаксиально установлены электрический изолятор 2 и стержневой электрод 3, выполненный в виде полой несущей трубы, что обеспечивает дополнительную жесткость конструкции. Осевой стержневой электрод 1 соединен с высоковольтным источником 4 постоянного тока при помощи высоковольтного кабеля 5, а стержневой электрод 3 заземлен. На концах стержневых электродов выполнены контакты 6 и 7, между которыми нет электрического изолятора 2. Стержневые электроды снабжены приводным механизмом 8 для продольного перемещения и выполнены из тугоплавкого материала, например вольфрама или нержавеющей стали. Высоковольтный источник 4 постоянного тока и приводной механизм 8 соединены с устройством контроля и управления (не показано на схеме), которое предназначено для выдачи управляющих команд.

Устройство для электродугового розжига топливной форсунки работает следующим образом.

По команде устройства контроля и управления приводной механизм 8 выдвигает конструкцию запальника, состоящую из осевого стержневого электрода 1, электрического изолятора 2 и стержневого электрода 3, в топку. После этого от высоковольтного источника 4 постоянного тока подают напряжение на осевой стержневой электрод 1, в результате чего между контактами 6 и 7 на концах стержневых электродов происходит электрический пробой с образованием электродугового разряда.

Применяемый высоковольтный источник 4 выдает постоянное высокое напряжение, что позволяет снять ограничения по длине высоковольтного кабеля 5 по сравнению с источниками с переменным высоким напряжением, где обычно длина высоковольтного провода не превышает 5 метров в силу того, что амплитуда переменного напряжения уменьшается из-за индуктивности провода, а при увеличении длины высоковольтного кабеля 5 его индуктивность увеличивается, вследствие чего эффективность воспламенения топливной смеси существенно падает из-за снижения мощности электродугового разряда. Увеличение длины высоковольтного кабеля 5 даст возможность при необходимости разместить высоковольтный источник за пределами зоны непосредственной близости с горелочным устройством и площадками обслуживания, что повысит безопасность эксплуатации оборудования для обслуживающего персонала и надежность работы оборудования в условиях стесненности и повышенной загрязненности на объектах использования.

Высоковольтный источник 4 питания представляет собой систему из двух источников: маломощный высоковольтный с выходным напряжением до 20кВ для создания пробоя и основной мощный, который после искрообразования начинает поддерживать электрическую дугу. Такое техническое решение позволяет получить гораздо большую эффективность работы в отличие от источника с переменным напряжением. Кроме того, высоковольтный источник постоянного тока имеет существенно более низкое тепловыделение, что способствует продлению его ресурса и повышению надежности работы.

При подаче на высоковольтный источник 4 питающей сети ~220В через 1,5сек начинает работать маломощный высоковольтный источник, который выдает на осевой стержневой электрод 1 постоянное напряжение до 20кВ. Такого уровня напряжения достаточно для пробоя воздушного промежутка между контактами 6 и 7. Применение именно постоянного высокого напряжения не только не накладывает ограничения на длину подводящего высоковольтного кабеля 5, а наоборот, увеличение длины даже способствует улучшению искрообразования вследствие увеличения общей выходной емкости высоковольтного источника 4, так как емкость высоковольтного кабеля 5 добавляется к собственной выходной емкости источника.

Появление искры между контактами 6 и 7 отслеживается устройством контроля и управления, после чего основной мощный источник питания начинает поддерживать максимальный ток в образовавшейся электрической дуге, а маломощный высоковольтный источник прекращает свою работу. В мощном источнике, который поддерживает электрическую дугу, применен резонансный инвертор с управлением на основе частотноимпульсного модулирования. В отличие от широтноимпульсного преобразователя данный тип инверторов имеет более высокий КПД и существенно лучшую электромагнитную совместимость (ЭМС).

Таким образом, в отличие от источника с переменным напряжением, применяемая система из двух источников имеет гораздо большую эффективность, КПД и ЭМС, во-первых, из-за разделения функций (маломощный высоковольтный источник используется только для искрообразования между электродами запальника, мощный источник – только для дальнейшего поддерживания электрической дуги), а во-вторых, из-за применения именно резонансного типа преобразователя. Что к тому же позволяет существенно улучшить весогабаритные характеристики системы.

После образования электродугового разряда производят подачу струи пара и/или воздуха из топливной форсунки, что приводит к растягиванию электродугового разряда под действием струи пара и/или воздуха и увеличению напряжения, а также мощности. Далее вместо струи пара и/или воздуха начинают подавать топливную смесь, которая воспламеняется от электродугового разряда повышенной мощности. После розжига и установления устойчивого факела осевой стержневой электрод 1 отключают от высоковольтного источника 4 постоянного тока.

Использование предлагаемого устройства для электродугового розжига топливной форсунки за счет применения высоковольтного источника постоянного тока позволяет существенно увеличить длину подводящего высоковольтного кабеля, что способствует повышению надежности и безопасности эксплуатации оборудования для электродугового розжига топливной форсунки. Более того, применяемая система из двух источников имеет гораздо большую эффективность, КПД и электромагнитную совместимость, а также улучшенные весогабаритные характеристики системы.

Claims (2)

1. Устройство для электродугового розжига топливной форсунки, содержащее два стержневых электрода, выполненных из тугоплавкого материала, например вольфрама или нержавеющей стали, и снабженных приводным механизмом их продольного перемещения, один стержневой электрод выполнен в виде полой несущей трубы, внутри которой расположен второй осевой стержневой электрод, подсоединенный к высоковольтному источнику тока, а между ними коаксиально установлен электрический изолятор, причем стержневой электрод, выполненный в виде полой несущей трубы, заземлен, отличающееся тем, что для подачи высоковольтного напряжения на стержневые электроды используется высоковольтный источник питания постоянного тока, представляющий собой систему из двух источников: маломощный высоковольтный с выходным напряжением до 20кВ для создания пробоя и основной мощный, поддерживающий электрическую дугу после искрообразования.

2. Устройство для электродугового розжига топливной форсунки по п. 1, отличающееся тем, что высоковольтный источник постоянного тока запитан от сети ~220В.