RU2812382C1

RU2812382C1 - Steam gas generator

Info

Publication number: RU2812382C1
Application number: RU2023111269A
Authority: RU
Inventors: Владислав Юрьевич Климов
Original assignee: Владислав Юрьевич Климов
Filing date: 2023-04-28
Publication date: 2024-01-30

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: method of operation and design of steam and gas generators. The steam and gas generator contains a fuel-cooled combustion chamber for fuel components, a mixing head, including a housing, at the ends of which the upper and lower bottoms are fixed, an intermediate bottom located between the housing and the lower bottom, an oxidizer manifold mounted on the housing, and coaxial coaxial jet nozzles, evenly spaced around the circumference and including a tip connected to the oxidizer cavity, a sleeve installed with an annular gap on the tip and connected to the fuel cavity using radial holes made on its cylindrical surface. A ballasting component nozzle is installed inside the tip, made in the form of a tube, plugged in the outlet part located in the combustion chamber. Radial holes are made on the cylindrical surface of the nozzle in the plugged outlet part. The cavity of the combustion chamber cooling path is connected to the fuel cavity of the mixing head.

EFFECT: new design.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к способам работы и конструированию парогазогенераторов.The invention relates to power engineering, namely 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 in this field of technology is the problem of the efficiency of power plants, increasing their efficiency and operational 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).There is a known method of operation of a steam-gas generator in which the working process is carried out in two gas paths with different-temperature exhaust streams discharged into a common recovery 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.).There is a known method of operation of a combined-cycle plant (steam-gas generator), including combustion of fuel, heating of the working fluid, generation of water vapor (RF patent No. 2174615, class IPC7 F02C 6/18 dated September 12, 1996).

Известно устройство для получения высокотемпературного пара (а.с. СССР №168962), содержащее корпус с выходными патрубками для парогазовой смеси и размещенным внутри горел очным устройством.A device for producing high-temperature steam is known (AS USSR No. 168962), containing a housing with outlet pipes for a steam-gas 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).A steam-gas generator is known, containing a housing with an outlet pipe for a steam-gas mixture, a cylindrical combustion chamber with a burner device, a mixing chamber, nozzles, flow swirlers (RF patent 2283456 dated 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 operating 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: F02C6/00 - прототип).A steam and gas generator is known, 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 forming a vortex-like shell, and is installed in the evaporation chamber diaphragm (RF Patent No. 2371594, IPC: F02C6/00 - 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 main line into the combustion chamber, passing through the sleeve with tangential channels, twists and forms a vortex-like shell in the cavity of the combustion chamber with a vacuum inside its central region.

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 supplied through the oxidizer and fuel lines to the mixing head. The ignition device uses a candle to ignite them. The components burn inside a water vortex-like shell, which significantly reduces the temperature load on the walls of the combustion chamber, which makes it possible to raise the combustion temperature of the components to the maximum (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 cut directed into the evaporation chamber does not allow the formed water vortex shell to collapse ahead of time, therefore intensive evaporation of water and heating of steam occur under more gentle temperature loads on the structural elements of the steam and gas generator, after the collapse 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 goes outside through the outlet device 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 steam and gas generator design are its significant dimensions, especially in the axial direction, which is caused by the need to place the mixing chamber after the ballasting component supply unit.

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 eliminate 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 сгорания компонентов топлива, 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 коаксиальные соосно-струйные форсунки равномерно расположенные по окружности и включающие в себя наконечник, соединенный с полость окислителя, втулку, установленную с кольцевым зазором на наконечнике и соединенную с полость горючего с помощью радиальных отверстий, выполненных на ее цилиндрической поверхности, отличающийся тем что внутри наконечника установлена форсунка балластирующего компонента, выполненная в виде трубки, заглушенной в выходной части, расположенной в камере сгорания, и на цилиндрической поверхности которой в заглушенной выходной части выполнены радиальные отверстия, причем полость тракта охлаждения камеры сгорания 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 fuel-cooled combustion chamber of fuel components, a mixing head, which includes a housing, at the ends of which the upper and lower bottoms are fixed, an intermediate bottom located between the housing and the lower bottom, and an oxidizer collector mounted on the body and coaxial coaxial jet nozzles evenly spaced around the circumference and including a tip connected to the oxidizer cavity, a sleeve installed with an annular gap on the tip and connected to the fuel cavity using radial holes made on its cylindrical surface, characterized in that a ballasting component nozzle is installed inside the tip, made in the form of a tube, plugged in the outlet part located in the combustion chamber, and on the cylindrical surface of which, in the plugged outlet part, radial holes are made, and the cavity of the cooling path of the combustion chamber is connected to the cavity of the fuel 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-gas generator, due to its distinctive features, provides a solution to the stated technical problem - reducing the dimensions and weight of the device, as well as increasing the uniformity of the temperature field of the steam-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.

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

Парогазогенератор содержит камеру сгорания 1 и смесительную головку 2. Охлаждение камеры сгорания 1 осуществляется протоком горючего по охлаждающему тракту 3.The steam and gas generator contains a combustion chamber 1 and a mixing head 2. Cooling of the combustion 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 коаксиальных соосно-струйных форсунок 9, расположенных равномерно по окружности, и форсунок балластирующего компонента 10.The mixing head 2 consists of a housing 4, at the ends of which the upper bottom 5 and the lower bottom 6 are fixed, an intermediate bottom 7 located between the housing 4 and the lower bottom 6, an oxidizer collector 8 fixed to the housing 4, and coaxial coaxial jet nozzles 9, distributed evenly around the circumference, and ballasting component nozzles 10.

Корпус 4, верхнее днище 5, нижнее днище 6 и промежуточное днище 7 образуют полость горючего 11, соединенную с охлаждающим трактом 3, полость окислителя 12 и полость балластирующего компонента 13.The body 4, the upper bottom 5, the lower bottom 6 and the intermediate bottom 7 form a fuel cavity 11 connected to the cooling path 3, an oxidizer cavity 12 and a ballasting component cavity 13.

Коаксиальная соосно-струйная форсунка 9 содержит наконечник 14, соединенный с полость окислителя 12, втулку 15, установленную с кольцевым зазором на наконечнике 14 и соединенную с полость горючего 11 с помощью радиальных отверстий 16, выполненных на ее цилиндрической поверхности.Coaxial coaxial jet nozzle 9 contains a tip 14 connected to the oxidizer cavity 12, a sleeve 15 installed with an annular gap on the tip 14 and connected to the fuel cavity 11 using radial holes 16 made on its cylindrical surface.

Форсунка балластирующего компонента 10, установлена внутри наконечника 14 коаксиальной соосно-струйной форсунки 9 и выполнена в виде трубки, заглушенной в выходной части, расположенной в камере сгорания 1, и на цилиндрической поверхности которой в заглушенной выходной части выполнены радиальные отверстия 17.The nozzle of the ballasting component 10 is installed inside the tip 14 of the coaxial coaxial jet nozzle 9 and is made in the form of a tube, plugged in the outlet part, located in the combustion chamber 1, and on the cylindrical surface of which, in the plugged outlet part, radial holes 17 are made.

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

Горючее подается в охлаждающий тракт 3 камеры сгорания 1 и далее в полость горючего 11 смесительной головки 2, где оно равномерно распределяется по коаксиальным соосно-струйным форсункам 9. Через радиальные отверстия 16, выполненные во втулки 15, горючее поступает в камеру сгорания 1.The fuel is supplied to the cooling path 3 of the combustion chamber 1 and then into the fuel cavity 11 of the mixing head 2, where it is evenly distributed among the coaxial coaxial jet nozzles 9. Through the radial holes 16 made into the bushings 15, the fuel enters the combustion chamber 1.

Окислитель поступает в коллектор окислителя 8 смесительной головки 2 и далее в полость окислителя 12, где он равномерно распределяется по коаксиальным соосно-струйным форсункам 9. Через наконечники 14 окислитель поступает в камеру сгорания 1.The oxidizer enters the oxidizer manifold 8 of the mixing head 2 and then into the cavity of the oxidizer 12, where it is evenly distributed among the coaxial coaxial jet nozzles 9. Through the tips 14, the oxidizer enters the combustion chamber 1.

Балластирующий компонент подается в полость балластирующего компонента 13 смесительной головки 2 и далее через форсунки балластирующего компонента 10 и радиальные отверстия 17, выполненных в них, поступает в камеру сгорания 1.The ballasting component is fed into the cavity of the ballasting component 13 of the mixing head 2 and then through the nozzles of the ballasting component 10 and the radial holes 17 made in them, it enters the combustion chamber 1.

В камере сгорания 1 происходит сгорание компонентов топлива. Полученные высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива, разбавляются и охлаждаются балластирующим компонентом, поступающим в камеру сгорания 1 через радиальные отверстия 17, в форсунках балластирующего компонента 10.In combustion chamber 1 combustion of fuel components occurs. The resulting high-temperature combustion products of fuel components are diluted and cooled by a ballasting component entering the combustion chamber 1 through radial holes 17, in the nozzles of the ballasting component 10.

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.The use of the proposed technical solution will reduce the size and weight of the steam-gas generator, as well as increase the uniformity of the temperature field of the steam-gas mixture at the outlet over a wide range of temperatures and pressures due to the intensification of the evaporation process of the ballasting component.

Claims

A steam and gas generator containing a fuel-cooled combustion chamber of fuel components, a mixing head including a housing at the ends of which the upper and lower bottoms are fixed, an intermediate bottom located between the housing and the lower bottom, an oxidizer manifold mounted on the housing, and coaxial coaxial jet nozzles , evenly spaced around the circumference and including a tip connected to the oxidizer cavity, a sleeve installed with an annular gap on the tip and connected to the fuel cavity using radial holes made on its cylindrical surface, characterized in that a ballasting component nozzle is installed inside the tip , made in the form of a tube, plugged in the outlet part, located in the combustion chamber, and on the cylindrical surface of which, in the plugged outlet part, radial holes are made, and the cavity of the combustion chamber cooling path is connected to the fuel cavity of the mixing head.