RU2644668C1

RU2644668C1 - Gas-steam generator

Info

Publication number: RU2644668C1
Application number: RU2017118122A
Authority: RU
Inventors: Владислав Юрьевич Климов
Original assignee: Владислав Юрьевич Климов
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2018-02-13

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to power plants intended for generating steam-gas mixtures. Steam and gas generator comprises a fuel-cooled chamber, mixing head including a body, on the ends of which the upper and lower bottoms are fixed, intermediate bottom located between the body and the lower bottom, an oxidizer collector installed on the body, and nozzles evenly placed around the circumference and including a tubular body connecting the oxidant cavity with the chamber cavity, hollow tip with screw channels, installed inside the tubular body, and a pad installed with an annular gap on the tubular body and forming an annular channel for supplying fuel, connected to the fuel cavity by means of tangential holes formed in the sleeve wall, wherein the axial channel of the tip connects the cavity of the ballasting component with the chamber cavity, the cooling path chamber cavity is connected with the fuel mixing head cavity.

EFFECT: invention is aimed at increasing the vapor-gas temperature field uniformity of the mixture at the outlet.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к способам работы и конструированию парогазогенераторов.The invention relates to power engineering, and in particular to methods of operation and design of steam and gas generators.

Одной из проблем, стоящих в настоящее время в данной области техники, является проблема эффективности энергоустановок, повышение их КПД и надежности работы.One of the problems currently facing the field of technology is the problem of the efficiency of power plants, increasing their efficiency and reliability.

Известен способ работы парогазогенератора, в котором рабочий процесс осуществляется в двух газовых трактах с разнотемпературными выхлопными потоками, выводимыми в общую утилизационную систему, в которой генерируется водяной пар (заявка РФ на изобретение №93009679/06/008853).A known method of operation of a steam and gas generator, in which the working process is carried out in two gas paths with different temperature exhaust streams output to a common utilization system in which water vapor is generated (RF application for invention No. 93009679/06/008853).

Известен способ работы парогазовой установки (парогазогенератора), включающий сжигание топлива, подогрев рабочего тела, генерацию водяного пара (патент РФ №2174615, кл. МПК7 F02C 6/18 от 12.09.1996 г.).A known method of operation of a combined cycle plant (steam generator), including burning fuel, heating the working fluid, generating water vapor (RF patent No. 2174615, class IPC F02C 6/18 from 09/12/1996).

Известно устройство для получения высокотемпературного пара (А.с. СССР №168962), содержащее корпус с выходными патрубками для парогазовой смеси и размещенным внутри горелочным устройством.A device is known for producing high-temperature steam (AS USSR No. 168962), comprising a housing with outlet pipes for a gas-vapor mixture and a burner device located inside.

Известен парогазогенератор, содержащий корпус с выходным патрубком для парогазовой смеси, цилиндрическую камеру сгорания с горелочным устройством, камеру смешения, форсунки, завихрители потока (патент РФ 2283456 от 12.20.2004 г., кл. МПК F22B 1/22).Known steam and gas generator, comprising a housing with an outlet pipe for a gas mixture, a cylindrical combustion chamber with a burner, a mixing chamber, nozzles, flow swirls (RF patent 2283456 from 12.20.2004, class IPC F22B 1/22).

Общим недостатком известных технических устройств является их недостаточная эффективность работы, сложность конструкции и низкая надежность при высоких тепловых нагрузках конструкционных элементов.A common disadvantage of the known technical devices is their insufficient work efficiency, design complexity and low reliability at high thermal loads of structural elements.

Известен парогазогенератор, содержащий камеру сгорания с форсунками, подвод воды, запальное устройство, камеру испарения, при этом подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в камере испарения установлена диафрагма (Патент РФ №2371594, МПК: F02C 6/00 - прототип).Known gas generator containing a combustion chamber with nozzles, a water supply, an ignition device, an evaporation chamber, while the water supply is located in the upper part of the combustion chamber and is made in the form of a sleeve with tangential channels for swirling the water flow and the formation of a vortex shell, and installed in the evaporation chamber diaphragm (RF Patent No. 2371594, IPC: F02C 6/00 - prototype).

Указанный парогазогенератор работает следующим образом.The specified steam and gas generator operates as follows.

Вода по магистрали подается в камеру сгорания, проходя по втулке с тангенциальными каналами, закручивается и образует в полости камеры сгорания вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области.Water is supplied through the mains to the combustion chamber, passing through a sleeve with tangential channels, swirls and forms a vortex-like shell with a vacuum inside its central region in the cavity of the combustion chamber.

Затем по магистралям окислителя и горючего подают компоненты в смесительную головку. Запальное устройство с помощью свечи воспламеняет их. Компоненты сгорают внутри водяной вихреобразной оболочки, которая существенным образом снижает температурные нагрузки на стенки камеры сгорания, что позволяет поднять до максимальной температуру сгорания компонентов (достигается их стехиометрическим соотношением) и повысить, тем самым, эффективность работы установки.Then, the components are fed into the mixing head along the lines of the oxidizer and fuel. The igniter uses a candle to ignite them. The components burn inside the water vortex shell, which significantly reduces the temperature load on the walls of the combustion chamber, which allows to raise the maximum combustion temperature of the components (achieved by their stoichiometric ratio) and thereby increase the efficiency of the installation.

Наличие диафрагмы, выполненной в виде сопла, широким срезом направленного в камеру испарения, не позволяет разрушиться образовавшейся водяной вихревой оболочке раньше времени, поэтому интенсивное испарение воды и разогрев пара происходят при более щадящих температурных нагрузках на конструкционные элементы парогазогенератора, после свертывания вихреобразной водяной оболочки. Кроме того, при расширении газа в сопле его статическая температура падает.The presence of a diaphragm made in the form of a nozzle, with a wide slice directed to the evaporation chamber, does not allow the water vortex shell to break down ahead of time, therefore, intense evaporation of water and heating of steam occur at more gentle temperature loads on the structural elements of the steam and gas generator, after coagulation of the vortex-like water shell. In addition, as the gas expands in the nozzle, its static temperature drops.

Разогретый в камере испарения высокотемпературный пар через выходное устройство выходит наружу для дальнейшего потребления.The high-temperature steam heated in the evaporation chamber through the outlet device comes out for further consumption.

Основными недостатками данной конструкции парогазогенератора являются значительные габариты, особенно в осевом направлении, что вызвано необходимостью размещения камеры смешения после узла подачи балластирующего компонента.The main disadvantages of this design of the steam and gas generator are significant dimensions, especially in the axial direction, which is caused by the need to place the mixing chamber after the supply unit of the ballasting component.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.The objective of the invention is to remedy these disadvantages and increase the uniformity of the temperature field of the vapor-gas mixture at the outlet in a wide range of temperatures and pressures due to the intensification of the evaporation process of the ballasting component.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный парогазогенератор, согласно изобретению содержит охлаждаемую горючим камеру, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, промежуточное днище, расположенное между корпусом и нижнем днищем, коллектор окислителя, установленный на корпусе и форсунки, равномерно расположенными по окружности и включающие в себя трубчатый корпус, соединяющий полость окислителя с полостью камеры, полый наконечник с винтовыми каналами, установленный внутри трубчатого корпуса, и втулку, установленную с кольцевым зазором на трубчатом корпусе и образующую кольцевой канал для подачи горючего, соединенный с полостью горючего при помощи тангенциальных отверстий выполненных в стенке втулки, при этом осевой канал наконечника соединяет полость балластирующего компонента с полостью камеры, причем полость тракта охлаждения камеры соединена с полостью горючего смесительной головки.The solution to this problem is achieved by the fact that the proposed steam and gas generator, according to the invention, contains a cooled combustible chamber, a mixing head including a housing, at the ends of which are fixed an upper and lower bottom, an intermediate bottom located between the housing and the lower bottom, an oxidizer collector mounted on the housing and nozzles uniformly spaced around the circumference and including a tubular body connecting the oxidizer cavity to the chamber cavity, a hollow tip with screw channels, mounted inside the tubular body, and a sleeve mounted with an annular gap on the tubular body and forming an annular channel for supplying fuel, connected to the fuel cavity by means of tangential holes made in the wall of the sleeve, while the axial channel of the tip connects the cavity of the ballasting component with the cavity of the chamber, the cavity of the cooling chamber of the chamber is connected to the cavity of the fuel of the mixing head.

Предлагаемая конструкция парогазогенератора, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение габаритов, массы устройства, а также повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.The proposed design of a steam and gas generator, due to its distinguishing features, provides a solution to the technical problem - reducing the dimensions, weight of the device, as well as increasing the uniformity of the temperature field of the gas mixture at the outlet in a wide range of temperatures and pressures due to the intensification of the evaporation of the ballasting component.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез парогазогенератора, на фиг. 2 - выносной элемент А - продольный разрез форсунки смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 3 - разрез Б-Б - поперечный разрез форсунки смесительной головки парогазогенератора.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section through a steam and gas generator; FIG. 2 - remote element A is a longitudinal section of the nozzle of the mixing head of the steam and gas generator, in FIG. 3 - section BB — cross section of the nozzle of the mixing head of a steam and gas generator.

Парогазогенератор содержит камеру 1 и смесительную головку 2. Охлаждение камеры 1 осуществляется протоком горючего по охлаждающему тракту 3.The steam and gas generator contains a chamber 1 and a mixing head 2. The cooling of the chamber 1 is carried out by the flow of fuel through the cooling path 3.

Смесительная головка 2 состоит из корпуса 4, на торцах которого закреплены верхнее днище 5 и нижнее днище 6, промежуточного днища 7, расположенного между корпусом 4 и нижнем днищем 6, коллектора окислителя 8, закрепленного на корпусе 4, и форсунок 9, расположенных равномерно по окружности. Корпус 4, верхнее днище 5, нижнее днище 6 и промежуточное днище 7 образуют полость горючего 10, соединенную с охлаждающим трактом 3, полость окислителя 11 и полость балластирующего компонента 12.The mixing head 2 consists of a housing 4, at the ends of which are fixed an upper bottom 5 and a lower bottom 6, an intermediate bottom 7 located between the housing 4 and the lower bottom 6, an oxidizer collector 8 mounted on the housing 4, and nozzles 9 arranged uniformly around the circumference . The housing 4, the upper bottom 5, the lower bottom 6 and the intermediate bottom 7 form a fuel cavity 10 connected to the cooling path 3, the cavity of the oxidizing agent 11 and the cavity of the ballasting component 12.

Форсунка 9 содержит трубчатый корпус 13, соединяющий полость окислителя 11 с полостью камеры 14, полый наконечник 15 с винтовыми каналами 16, установленный внутри трубчатого корпуса 13, и втулку 17, установленную с кольцевым зазором на трубчатом корпусе 13 и образующую кольцевой канал 18 для подачи горючего, соединенный с полостью горючего 10 при помощи тангенциальных отверстий 19 выполненных в стенке втулки 17, при этом осевой канал 20 полого наконечника 15 соединяет полость балластирующего компонента 12 с полостью камеры 14.The nozzle 9 comprises a tubular body 13 connecting the oxidizer cavity 11 with the chamber cavity 14, a hollow tip 15 with screw channels 16 mounted inside the tubular body 13, and a sleeve 17 mounted with an annular gap on the tubular body 13 and forming an annular channel 18 for supplying fuel connected to the cavity of the fuel 10 by means of tangential holes 19 made in the wall of the sleeve 17, while the axial channel 20 of the hollow tip 15 connects the cavity of the ballasting component 12 with the cavity of the chamber 14.

Предложенный парогазогенератор работает следующим образом.The proposed steam and gas generator operates as follows.

Горючее подается в охлаждающий тракт 3 камеры 1 и далее в полость горючего 10 смесительной головки 2, где оно равномерно распределяется по форсункам 9. Через тангенциальные отверстия 19, выполненные в стенке втулки 17, горючее поступает в кольцевой канал 18 и далее в полость камеры 14.Fuel is fed into the cooling path 3 of the chamber 1 and further into the fuel cavity 10 of the mixing head 2, where it is evenly distributed among the nozzles 9. Through the tangential holes 19 made in the wall of the sleeve 17, the fuel enters the annular channel 18 and then into the chamber cavity 14.

Окислитель поступает в коллектор окислителя 8 смесительной головки 2 и далее в полость окислителя 11, где он равномерно распределяется по форсункам 9. По винтовым каналам 16, выполненным на поверхности полого наконечника 15, окислитель поступает в полость камеры 14. Проходя через винтовые каналы 16, поток окислителя приобретает вращательное движение, благодаря чему струя окислителя на выходе из форсунки 9 имеет форму полого конуса.The oxidizing agent enters the oxidizer collector 8 of the mixing head 2 and then into the oxidizer cavity 11, where it is evenly distributed over the nozzles 9. Through the screw channels 16 made on the surface of the hollow tip 15, the oxidizing agent enters the chamber cavity 14. Passing through the screw channels 16, the flow oxidizer acquires a rotational motion, so that the stream of oxidizer at the outlet of the nozzle 9 has the shape of a hollow cone.

Балластирующий компонент подается в полость балластирующего компонента 12 смесительной головки 2 и далее через осевые каналы 20 полых наконечников 15 в полость камеры 14.The ballasting component is fed into the cavity of the ballasting component 12 of the mixing head 2 and then through the axial channels 20 of the hollow tips 15 into the cavity of the chamber 14.

В полости камеры 14 происходит сгорание компонентов топлива. Полученные высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива разбавляются и охлаждаются балластирующим компонентом.In the cavity of the chamber 14, combustion of the fuel components occurs. The resulting high-temperature combustion products of the fuel components are diluted and cooled by the ballasting component.

Использование предложенного технического решения позволит снизить габариты и массу парогазогенератора, а также повысить однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.Using the proposed technical solution will reduce the size and weight of the gas generator, as well as increase the uniformity of the temperature field of the gas mixture at the outlet in a wide range of temperatures and pressures due to the intensification of the evaporation of the ballasting component.

Claims

The steam and gas generator contains a fuel-cooled chamber, a mixing head including a housing, at the ends of which an upper and lower bottom is fixed, an intermediate bottom located between the housing and the lower bottom, an oxidizer collector mounted on the housing, and nozzles uniformly arranged around the circumference and including a tubular body connecting the oxidizer cavity with the chamber cavity, a hollow tip with screw channels installed inside the tubular body, and a sleeve installed with an annular gap of three casing and forming an annular channel for supplying fuel, connected to the cavity of the fuel by means of tangential holes made in the wall of the sleeve, while the axial channel of the tip connects the cavity of the ballasting component to the cavity of the chamber, and the cavity of the cooling channel of the chamber is connected to the cavity of the fuel of the mixing head.