WO2021235966A1 - Обратный клапан газовой среды для аппарата пульсирующего горения - Google Patents

Обратный клапан газовой среды для аппарата пульсирующего горения Download PDF

Info

Publication number
WO2021235966A1
WO2021235966A1 PCT/RU2020/000239 RU2020000239W WO2021235966A1 WO 2021235966 A1 WO2021235966 A1 WO 2021235966A1 RU 2020000239 W RU2020000239 W RU 2020000239W WO 2021235966 A1 WO2021235966 A1 WO 2021235966A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustion
baffle
shut
unit
valve according
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000239
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ильгиз Амирович Ямилев
Андрей Алексеевич ВАКУТИН
Original Assignee
Ильгиз Амирович Ямилев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ильгиз Амирович Ямилев filed Critical Ильгиз Амирович Ямилев
Priority to PCT/RU2020/000239 priority Critical patent/WO2021235966A1/ru
Publication of WO2021235966A1 publication Critical patent/WO2021235966A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K15/00—Check valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C15/00—Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass

Definitions

  • the invention relates to the field of energy and can be used in heating systems, in particular in water heaters or boilers; in utilization systems operating on associated gas flaring; in power generation systems.
  • Apparatus for pulsating combustion are widely known. Such devices are highly efficient and generate significant noise and vibration. Attempts are being made to further increase the efficiency, in addition, attempts are being made to reduce noise and vibration. Efficiency increase and the problem of noise and vibration reduction in pulsating combustion devices were solved in different ways.
  • the operation of pulsating combustion devices is based on fluctuations in pressure and flow.
  • the vibrations are maintained by combustion.
  • the combustion phase relative to the pressure phase in the combustion chamber affects the amplitude of pressure fluctuations in the combustion chamber.
  • Optimizing the combustion phase can increase the pressure amplitude in the combustion chamber to increase the efficiency of the pulsating combustion apparatus. But at the same time, the level of acoustic noise and vibrations created by the device increases.
  • the phase is optimized to increase the pressure amplitude in the combustion chamber in accordance with patent RU2419027C1 (French application 2009135633/06 dated 09.24.2009), or to reduce the level of acoustic noise and vibrations, the pressure amplitude in the combustion chamber is lowered and for Therefore, according to US Pat. No. 5,020,987, an improved mechanical check valve for the atmosphere is used. Both of these solutions have disadvantages that prevent the widespread use of such pulsed combustion apparatuses.
  • High energy pulse mufflers are known.
  • the pulse is considered as high-energy vibrations of at least 20 frequencies, for the suppression of which, in addition to the standard silencer, an additional silencer is installed at special points.
  • cavities and pipes are installed at the locations of the points of maximum and minimum pressure amplitudes, respectively.
  • this damping method does not take into account some of the properties of exhaust noise.
  • a muffler is installed in the air supply channel in the form of a cavity, connected on one side to the fan and on the other side to the cavity enclosing the air valve.
  • the presented mufflers do not take into account some properties of the noise generated by the operation of the check valves of gaseous media in pulsating combustion apparatuses.
  • This invention makes it possible to increase the amplitude of pressure pulsations in the combustion chamber and, accordingly, to increase the efficiency of the pulsating combustion apparatus with a low level of acoustic noise and vibrations.
  • the essence of the invention is to increase the amplitude of pressure pulsations in the combustion chamber and, accordingly, to increase the efficiency of the pulsating combustion apparatus with a low level of acoustic noise and vibrations.
  • the technical problem solved by the present invention is the optimization of the combustion mode, with an increase in the amplitude of pressure pulsations in the combustion chamber of the pulsating combustion apparatus and an increase in the efficiency of the pulsating combustion apparatus, as well as reducing the noise level in the pulsating combustion apparatus by reducing the noise level generated by the check valve of the gaseous medium.
  • the technical problem is solved by using at least one check valve of the gaseous medium for the pulsating combustion apparatus in pulsating combustion apparatuses, comprising a hollow body, inside which a locking unit is fixed, at least one partition on the side of the locking unit inlet and / or at least one partition from the side of the exit of the locking unit, with this said at least one partition is made with the possibility of passing the gaseous medium.
  • shut-off unit is at least one stationary plate with holes, with movable membranes for closing the holes and with stops of the said membranes.
  • the locking unit is connected to the hollow body using a vibration isolator.
  • At least one baffle is a sheet with at least one hole.
  • a variant is possible in which a tube is installed in at least one opening of the partition.
  • the valve can have at least two partitions with holes, with a metal felt between two of them.
  • the baffle can also be a solid sheet installed with a gap relative to the wall of the housing, or a perforated sheet.
  • a sound-absorbing material is placed on the surface on one or both sides of at least one partition.
  • the check valve should be installed in a pulsating combustion apparatus using at least one vibration isolator.
  • the working process takes place in an oscillatory mode, supported by combustion.
  • Combustion under vacuum in the combustion chamber leads to attenuation of the vibrations, and combustion at increased pressure in the combustion chamber leads to an increase in the amplitude of pressure fluctuations in the combustion chamber.
  • the combustible mixture or separately air and combustible gas enter the combustion chamber by self-priming at vacuum in the combustion chamber. Combustion begins with a vacuum in the combustion chamber, and ends with an increased pressure in the combustion chamber.
  • a shift in the combustion phase towards increased pressure in the combustion chamber leads to an increase in the amplitude of pressure fluctuations in the combustion chamber, which leads to an increase in turbulence in the heat exchange part, which leads to an increase in the efficiency of pulsating combustion apparatuses.
  • the location of partitions on the inlet side of the shut-off unit and on the outlet side of the shut-off unit makes it possible to optimize the phase of the inflow of the combustible mixture into the combustion chamber relative to the pressure phase in the combustion chamber.
  • the location of partitions on the inlet side of the shut-off unit and on the outlet side of the shut-off unit allows to optimize the phase of air and combustible gas intake into the combustion chamber relative to the pressure phase in the combustion chamber and to optimize the phase of air intake into the combustion chamber relative to phases of the flow of combustible gas into the combustion chamber.
  • the pressure pulsations on the inlet side of the shut-off unit are different from the pressure pulsations on the downstream side of the shut-off unit. Therefore, the effect of gas-permeable partitions on the phase the entry of the gas medium into the combustion chamber on the inlet side of the shut-off unit differs from the influence of the said baffles on the outlet side of the shut-off unit. In this regard, in various cases, it may be optimal to use these baffles on the inlet and outlet side of the closure unit, or only on the inlet side of the closure unit, or only on the outlet side of the closure unit.
  • a differential pressure occurs before and after the baffle, it takes time to equalize the pressures before and after the baffle. This forms a delay in the propagation of pressure from the combustion chamber to the shut-off unit and a delay in the flow rate of the gas medium when passing through the partition.
  • the flow delay generates a phase shift in the flow of the gaseous medium into the combustion chamber, which creates a delay in the start of combustion and increases the pressure amplitude in the combustion chamber.
  • Baffles located on the outlet side of the locking bridle delay the opening of the locking unit by discharging in the combustion chamber.
  • the partitions located on the inlet side of the shut-off unit are put into operation only after the shut-off element is opened, retarding the flow of the gas medium through the shut-off element and limiting the acceleration of the flow of the gas medium. And also, the volume of gas between the partitions on the outlet side of the shut-off element, due to the compressibility of the gas, creates additional fluctuations in the flow rate of the gas entering the combustion chamber.
  • the actual problem of pulsating combustion devices is significant vibration and noise during operation.
  • mufflers and vibration isolators despite the used mufflers and vibration isolators, a high level of noise remains, created by a significant level of vibration of the structural elements of the pulsating combustion apparatus.
  • the combustion chamber creates insignificant vibrations many times lower than the permitted level and, accordingly, the acoustic noise created by these vibrations is also significantly lower than the permitted level.
  • the only source of significant vibrations and acoustic noise are check valves of gas media.
  • devices of pulsating combustion operate with check valves of gaseous media, a steep front of change in the velocity and pressure of the gas flow is formed.
  • an acoustic pulse is formed, which in its properties is similar to a shock wave.
  • the acoustic pulse is a source of high intensity vibration and noise.
  • the acoustic pulse is formed by check valves.
  • the acoustic impulse has the greatest effect on the walls of the check valve, in which it is formed. This impact is similar to the impact of a hard object and creates high-intensity vibrations in the valve walls.
  • the acoustic pulse affects all structural elements of the pulsating combustion apparatus along the path of its propagation. This exposure creates high intensity vibrations and noise.
  • dynamic check valves and mechanical check valves can be used.
  • the formation of an acoustic impulse in the dynamic check valve occurs during the reverse flow of flue gases during braking and collision of opposite gas flows.
  • An acoustic pulse in a mechanical check valve is similar in nature to an acoustic pulse in a dynamic check valve.
  • An acoustic impulse in the mechanical check valve is generated when the reverse gas flow is momentarily decelerated.
  • valve movable element is capable of generating vibrations from the impact of the movable element against the stationary check valve body.
  • vibrations are created by a sudden change in the speed of the gas flow.
  • the reduction of vibration and acoustic noise is achieved by installing partitions made with the possibility of passing a gas medium along the path of propagation of an acoustic pulse from the shut-off unit.
  • partitions made with the possibility of passing a gas medium along the path of propagation of an acoustic pulse from the shut-off unit.
  • the present invention makes it possible to increase the amplitude of pressure pulsations in the combustion chamber while reducing the level of acoustic noise and vibrations.
  • An acoustic pulse is generated by a non-return valve.
  • an acoustic pulse is generated as follows. When closing the mechanical reverse of the valve, the diaphragms are moved from the position of the open state of the valve to the position of the closed state of the valve by the reverse gas flow. At the moment the membranes reach the closed position of the valve, the gas flow quickly, almost instantly, stops, which creates an acoustic impulse, similar to the formation of a water hammer when closing a hydraulic check valve. In this case, a jump in pressure increase occurs on one side of the mechanical check valve, and a jump in pressure decrease occurs on the other side of the valve.
  • the valve experiences an impact similar to that of a hard object, and in a gas environment, an acoustic pulse propagates to both sides of the check valve, which is a source of high-intensity vibrations and noise.
  • An acoustic pulse is very energetic, has a short duration, and has a short front.
  • An acoustic pulse is generated at each operating period of gas flow rate pulsations.
  • the formation time of the acoustic pulse and its transient processes is many times less than the operating period of the gas flow rate pulsations. Therefore, each separate acoustic pulse behaves like a single impact.
  • FIG. 1 shows a check valve with baffles on the inlet and outlet sides of the shut-off unit.
  • FIG. 2 check valve with partitions on the side of the inlet of the shut-off unit and with fastening of the shut-off unit to the body by means of a vibration isolator.
  • FIG. 3 check valve with baffles on the outlet side of the shut-off unit and with a two-piece body connected using a vibration isolator.
  • FIG. 4 check valve with a body, consisting of several parts, connected by means of vibration isolators.
  • FIG. 5 check valve with a housing having a screw channel on the outlet side of the shut-off unit.
  • FIG. 6 installation of a check valve in a pulsating combustion apparatus with the use of vibration isolation.
  • FIG. 7 - the use of check valves for air and combustible gas in a pulsating combustion apparatus.
  • the gas medium check valve for pulsating combustion apparatuses is made in the form of a housing with a shut-off unit located in it and partitions on the inlet side of the shut-off unit and on the outlet side of the shut-off unit.
  • FIG. 1 in the housing 1 there is a shut-off unit, consisting of a plate 2 with holes, membranes 3 and stops 4 of the diaphragms 3.
  • partitions 5 with holes 6 and on the outlet side of the shut-off unit partitions 7 with short tubes 8 are placed without a gap relative to the housing 1. Holes 6 and short tubes 8 are located so that the vector of the flow of the gas medium is not coaxial with the vector of propagation of the acoustic pulse.
  • FIG. 2 a locking unit 10 is installed in the housing 9 with the use of vibration isolation 11. On the inlet side of the locking unit 10, a partition 11 is installed with a gap 12 relative to the body 9, a partition 13 with a hole 14 without a gap relative to the housing 9 and a perforated baffle 15 without a gap relative to the housing 9.
  • the body can consist of several parts, connected with the use of vibration isolation.
  • FIG. 3 the body consists of parts 16 and 17, connected using a vibration isolator 18. Inside the body there is a locking unit 19, which includes plates 20 and 21, as well as partitions 22 and 23 and a sheet of metal felt 24.
  • the body can have several cavities.
  • FIG. 4 the housing 25 has three parts with cavities 26, 27 and 28, connected using vibration isolators 29 and 30.
  • baffles In addition to baffles, other elements can also be used, for example a helical channel.
  • FIG. 5 a screw channel 33 is installed inside the housing 31 at the outlet of the locking unit 32.
  • FIG. 1 when air, combustible gas or combustible mixture moves into the combustion chamber, membranes 3 are pressed against stoppers 4 and passage holes of plate 2 are open. At the beginning of combustion and an increase in pressure in the combustion chamber, the shut-off unit is closed, while the membranes 3 are moved by the reverse gas flow from the restraints 4 to plate 2 and close the passage holes in the plate 2.
  • an acoustic pulse occurs at all check valves of gaseous media.
  • the intensity of the acoustic pulse depends on the flow characteristics of the check valves.
  • an acoustic pulse acts on the plate 2 (Fig. 1) of the locking unit, to which the membranes 3 adjoin, like a blow with a solid object. Since plate 2 has its own resonant frequency, plate 2 begins to vibrate at this natural frequency. When the plate 2 of the locking unit is affected by an acoustic pulse of the next cycle, plate 2 still continues to vibrate from the action of the previous acoustic pulse, therefore the next acoustic pulse increases the amplitude of oscillations of plate 2. The increase in the amplitude of oscillations of plate 2 occurs until the energy added by the acoustic pulses evens out with losses of vibration energy of plate 2 during the time between the impacts of acoustic pulses.
  • Losses of vibrational energy of plate 2 occur in plastic deformations of plate 2, when energy is transferred to vibrations of the gas surrounding the valve, and when vibrations are transmitted to the body of the apparatus.
  • the plate 2 of the closure element is made of an elastic material, therefore, the losses of plastic deformations are small, and almost all the energy of the impact of the acoustic pulse on the plate 2 of the valve is converted into noise and vibration.
  • the acoustic impulse manifests itself as acoustic noise in intensity significantly exceeding the intensity of the acoustic noise generated by flow rate pulsations.
  • the acoustic pulse is partially reflected and partially transfers energy to the wall, which leads to vibrations of the walls at their own resonant frequencies.
  • the following actions of an acoustic pulse swing the amplitude of wall vibrations to large values. Therefore, the walls of the valve and the walls of the installed partitions vibrate with high amplitudes and high vibration accelerations.
  • the check valve 33 with partitions 34 and 35 is installed using a vibration isolator 36 on the combustion chamber 37 indirectly through a flame arrester 38.
  • the design of the check valve with installed partitions may require additional measures to fix it in the required position in space, such as, for example, the installation of additional elastic elements 39 and 40 shown in FIG. 7.
  • the acoustic pulse is reflected many times, giving almost all the energy to the vibrations of the walls 43 of the enclosure chamber 41 and, accordingly, to the acoustic noise of the outer surface of the walls and vibrations.
  • the walls 43 of the chamber 41 of the fence in addition to the propagating acoustic pulse, are also affected by the noise generated by the vibrations of the walls of the partitions.
  • the noise is repeatedly reflected from the inner surface of the walls 43 of the enclosure chamber 41, as a result of which the noise gives off almost all its energy to the vibrations of the walls, these vibrations propagate in the form of vibrations and acoustic noise on the outer surface of the walls of the enclosure chamber 41.
  • the walls of the body and partitions can be covered with sound-absorbing material 45.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в системах отопления, в частности в водонагревателях или бойлерах, а также в системах утилизации, работающих на сжигании попутного газа. Обратный клапан газовой среды для аппарата пульсирующего горения содержит по меньшей мере по одной перегородке 5, 6, 7, 8 на входе и/или на выходе запорного узла. В предпочтительном варианте клапан одержит механический запорный узел газовой среды и содержит по меньшей мере одну неподвижную пластину 2 с отверстиями, подвижные мембраны 3 для перекрытия отверстий и ограничители 4 хода указанных мембран. По меньшей мере один перегородка может представлять собой лист с по меньшей мере одним отверстием, кроме того, в отверстии может быть установлена трубка. В других вариантах исполнения клапана между двумя перегородками с отверстиями расположен металловойлок, или перегородка представляет собой сплошной лист, установленный с зазором относительно стенки корпуса, или перфорированный лист. Изобретение позволяет повысить КПД и одновременно снизить уровень шума в аппаратах пульсирующего горения, создаваемого обратными клапанами.

Description

Обратный клапан газовой среды для аппарата пульсирующего горения
Область техники
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в системах отопления, в частности в водонагревателях или бойлерах; в системах утилизации, работающих на сжигании попутного газа; в системах выработки электрической энергии.
Предыдущий уровень техники
Широко известны аппараты пульсирующего горения. Такие аппараты имеют высокий КПД и создают значительный шум и вибрации. Предпринимаются попытки по дополнительному повышению КПД, кроме того, предпринимаются попытки по снижению шума и вибрации. Повышение КПД и проблема снижения шума и вибрации в аппаратах пульсирующего горения решалась по-разному.
Работа аппаратов пульсирующего горения основана на колебаниях давления и расхода. Колебания поддерживаются горением. Фаза горения относительно фазы давления в камере сгорания влияет на амплитуду колебаний давления в камере сгорания. Оптимизация фазы горения может повысить амплитуду давления в камере сгорания для повышения КПД аппарата пульсирующего горения. Но при этом повышается создаваемый аппаратом уровень акустического шума и вибраций. В зависимости от приоритета требуемых характеристик аппарата пульсирующего горения, фазу оптимизируют для повышения амплитуды давления в камере сгорания согласно патента RU2419027C1 (французская заява 2009135633/06 от 24.09.2009), либо для понижения уровня акустического шума и вибраций понижают амплитуду давления в камере сгорания и для этого согласно US 5020987 применяют усовершенствованный обратный механический клапан газовой среды. Оба этих решения имеют недостатки, препятствующие широкому применению таких аппаратов пульсирующего горения.
Известны глушители импульсов высокой энергии. Например, в патенте US 3807527 импульс рассматривается как высокоэнергетические колебания по меньшей мере 20 частот, для подавления которых, кроме стандартного глушителя, устанавливают дополнительный глушитель в специальных точках. В аппарате для гашения импульса в выхлопной системе по патенту US 3807527 в местах расположения точек максимальных и минимальных амплитуд давления устанавливают соответственно полости и трубы. Однако данный метод глушения не учитывает некоторые свойства шума, создаваемого выхлопными газами.
Известно глушение энергии акустической ударной волны, образованной взрывом, например, заряда аммотола, при попадании на отражающие поверхности, при прохождении расширительных камер (Ю.Н.Рябинин и В.Н.Родионов «О затухании ударных волн, распространяющихся в каналах», Физика взрыва. Сб. N°3, 1955). Однако представленные методы глушения ударной волны не учитывают необходимости обеспечения большого расхода газа при малом перепаде давления через гасители ударной волны.
Известны аппараты пульсирующего горения с глушителями. В аппарате по патенту US 4919085 в канале подачи воздуха установлен глушитель в виде полости, с одной стороны подключенной к вентилятору и с другой стороны - к полости, ограждающей воздушный клапан.
Известен аппарат пульсирующего горения по патенту US 4259928, содержащее канал подачи воздуха, канал подачи горючего газа, в котором в канале подачи воздуха установлен глушитель, сопряженный с воздушным обратным клапаном, и кроме того этот глушитель сам находится внутри ограждающей полости, которая расположена в сосуде с водой.
Наиболее близким к предложенному является аппарат пульсирующего горения по патенту JPH 032255101 А, содержащее камеру сгорания и гасители акустического шума от энергии горения, расположенные на входе в камеру сгорания.
Однако представленные глушители не учитывают некоторые свойства шума, создаваемого работой обратных клапанов газовых сред аппаратов пульсирующего горения. Данное изобретение позволяет повысить амплитуду пульсаций давления в камере сгорания и соответственно повысить КПД аппарата пульсирующего горения при низком уровне акустического шума и вибраций. Сущность изобретения
Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является оптимизация режима горения, с повышением амплитуды пульсаций давления в камере сгорания аппарата пульсирующего горения и повышением КПД аппарата пульсирующего горения, а также снижение уровня шума в аппаратах пульсирующего горения путем снижения уровня шума, создаваемого обратным клапаном газовой среды.
Техническая проблема решается использованием в аппаратах пульсирующего горения, по меньшей мере, одного обратного клапана газовой среды для аппарата пульсирующего горения, содержащего полый корпус, внутри которого закреплены запорный узел, по меньшей мере одна перегородка со стороны входа запорного узла и/или по меньшей мере одна перегородка со стороны выхода запорного узла, при этом указанная по меньшей мере одна перегородка выполнена с возможностью пропускания газовой среды.
Предпочтительна конструкция обратного клапана, в котором запорный узел представляет собой по меньшей мере одну неподвижную пластина с отверстиями, с подвижными мембранами для перекрытия отверстий и с ограничителями хода указанных мембран.
При этом желательно, чтобы запорный узел был соединен с полым корпусом с помощью виброизолятора.
Возможно исполнение обратного клапана, в котором полый корпус состоит по меньшей мере из двух частей, соединенных между собой посредством по меньшей мере одного виброизолятора.
Возможны различные варианты выполнения по меньшей мере одной перегородки.
По меньшей мере одна перегородка представляет собой лист с по меньшей мере одним отверстием.
Возможен вариант, в котором по меньшей мере в одном отверстии перегородки установлена трубка.
Клапан может иметь по меньшей мере две перегородки с отверстиями, при этом между двумя из них расположен металловойлок.
Перегородка может также представлять собой сплошной лист, установленный с зазором относительно стенки корпуса, либо перфорированный лист.
Предпочтительно, чтобы на поверхности с одной или с обеих сторон по меньшей мере одной перегородки размещен звукопоглощающий материал.
В предпочтительном варианте обратный клапан следует установить в аппарате пульсирующего горения с применением по меньшей мере одного виброизолятора. В аппаратах пульсирующего горения рабочий процесс происходит в колебательном режиме, поддерживаемом горением. Горение при разрежении в камере сгорания приводит к затуханию кодебаний, а горение при повышенном давлении в камере сгорания приводит к повышению амплитуды колебаний давления в камере сгорания. Горючая смесь или раздельно воздух и горючий газ поступают в камеру сгорания самовсасыванием при разрежении в камере сгорания. Начинается горении при разрежении в камере сгорания, а заканчивается при повышенном давлении в камере сгорания. Смещение фазы горения в сторону повышенного давления в камере сгорания приводит к увеличению амплитуды колебаний давления в камере сгорания, что приводит к повышению турбулентности в теплообменной части, что приводит к повышению КПД аппаратов пульсирующего горения.
В аппаратах пульсирующего горения с предварительным приготовлением горючей смеси расположение перегородок на стороне входа запорного узла и на стороне выхода запорного узла позволяет оптимизировать фазу поступления горючей смеси в камеру сгорания относительно фазы давления в камере сгорания.
В аппаратах пульсирующего горения с раздельной подачей воздуха и горючего газа расположение перегородок на стороне входа запорного узла и на стороне выхода запорного узла позволяет оптимизировать фазу поступления воздуха и горючего газа в камеру сгорания относительно фазы давления в камере сгорания и оптимизировать фазу поступления воздуха в камеру сгорания относительно фазы поступления горючего газа в камеру сгорания.
Пульсации давления на стороне входа запорного узла (элемента) отличаются от пульсаций давления на стороне выхода запорного узла. Поэтому влияние проницаемых для газовой среды перегородок на фазу поступления газовой среды в камеру сгорания на стороне входа запорного узла отличается от влияния указанных перегородок на стороне выхода запорного узла. В связи с этим в различных случаях оптимальным может быть применение указанных перегородок на стороне входа и выхода запорного узла, или только на стороне входа запорного узла, или только на стороне выхода запорного узла.
При возникновении перепада давления до и после перегородки, требуется время для выравнивания давлений до и после перегородки. Этим формируется задержка распространения давления от камеры сгорания до запорного узла и задержка расхода газовой среды при прохождении перегородки. Задержка расхода формирует смещение фазы поступления газовой среду в камеру сгорания, что создает задержку начала горения и повышает амплитуду давления в камере сгорания. Перегородки, расположенные на стороне выхода запорного узда, задерживают открытие запорного узла разряжением в камере сгорания. Перегородки, расположенные на стороне входа запорного узла, только после открытия запорного элемента включаются в работу, задерживая расход газовой среды через запорный элемент и ограничивая ускорение расхода газовой среды. А также, объем газа между перегородками на стороне выхода запорного элемента, за счет сжимаемости газа, создает дополнительные колебания расхода поступления газа в камеру сгорания.
При работе запорного узла создается высокий уровень акустического шума и высокий уровень вибраций.
В технике изучены и описаны различные виды акустического шума. Например, акустический шум, создаваемый пульсациями давления и пульсациями расхода при работе компрессоров, вентиляторов, или акустический шум, создаваемый ударной волной при мощном искровом разряде, или акустический шум, создаваемый ударной волной при взрыве.
Актуальной проблемой аппаратов пульсирующего горения являются значительные вибрации и шум при работе. Применяемые гасители для подавления акустического шума от энергии горения в камере сгорания, глушители в каналах отвода дымовых газов и поставки воздуха, а также виброизоляция аппарата пульсирующего горения от места установки и от гидравлической системы, дают невысокий результат. При этом, несмотря на применяемые глушители и виброизоляторы, остается высокий уровень шума, создаваемый значительным уровнем вибрации элементов конструкции аппарата пульсирующего горения.
Специалистам в области пульсирующего горения очевидно, что основным источником вибраций и акустического шума в установках пульсирующего горения является камера сгорания, в которой, как принято считать, согласно описанию патента US 4919085 и патента JPH 032255101 А, происходит взрывное горение. Кроме того, согласно патента JPH 032255101 А при горении в камере сгорания создается высокий уровень шума.
В результате проведенных исследований было обнаружено, что в процессе работы аппарата пульсирующего горения камерой сгорания создаются незначительные вибрации многократно ниже разрешенного уровня и, соответственно, создаваемый этими вибрациями акустический шум также значительно ниже разрешенного уровня. В аппаратах пульсирующего горения единственным источником значительных вибраций и акустического шума являются обратные клапаны газовых сред. При работе аппаратов пульсирующего горения обратными клапанами газовых сред образуется крутой фронт изменения скорости и давления газового потока. В результате формируется акустический импульс, который по своим свойствам похож на ударную волну. Акустический импульс является источником вибраций и шума высокой интенсивности. Таким образом, при работе аппарата пульсирующего горения, создается дополнительные вибрация и шум высокой интенсивности.
В аппаратах пульсирующего горения акустический импульс формируется обратными клапанами. Наибольшее воздействие акустический импульс оказывает на стенки обратного клапана, в котором он образуется. Это воздействие подобно удару твердым предметом и создает вибрации стенок клапана высокой интенсивности. Кроме того, акустический импульс воздействует на все элементы конструкции аппарата пульсирующего горения по пути своего распространения. Это воздействие создает вибрации и шум высокой интенсивности.
В аппаратах пульсирующего горения могут применяться динамические обратные клапаны и механические обратные клапаны. Образование акустического импульса в динамическом обратном клапане происходит при обратном потоке дымовых газов при торможении и столкновении встречных потоков газа. Образование акустического импульса в механическом обратном клапане по своей природе похоже на образование акустического импульса в динамическом обратном клапане. Акустический импульс в механическом обратном клапане создается при мгновенном торможении обратного потока газа.
В различных областях техники известно, что обратные клапаны могут создавать вибрации и акустический шум. Эти вибрации создаются при ударе запирающего подвижного элемента обратного клапана по неподвижному корпусу обратного клапана, при этом создаются вибрация и шум.
Специалистам очевидно, что подвижный элемент клапана способен создать вибрации от удара подвижного элемента по неподвижному корпусу обратного клапана. Однако в аппаратах пульсирующего горения вибрации создаются внезапным изменением скорости газового потока.
Для специалистов по аппаратам пульсирующего горения единственным очевидным источником вибрации и акустического шума является взрывное горение в камере сгорания.
Согласно настоящему изобретению снижение вибрации и акустического шума, достигается установкой перегородок, выполненных с возможностью пропуская газовой среды, на пути распространения акустического импульса от запорного узла. Такое решение не является очевидным для специалистов пульсирующего горения, поскольку источником вибраций и акустического шума считается только взрывное горение в камере сгорания. Например, в патенте JPH 032255101 А гасители шума применяются для камеры сгорания и расположены на торце камеры сгорания непосредственно вблизи от источника горения, а в данном изобретении гасители шума в виде перегородок применяются для снижения воздействия шума от запорного узла обратного клапана и располагаются вблизи от запорного узла.
Таким образом настоящее изобретение позволяет повысить амплитуду пульсаций давления в камере сгорания при одновременном снижении уровня акустического шума и вибраций.
Акустический импульс создается обратным клапаном. На примере механического обратного клапана газовой среды акустический импульс образуется следующим образом. При закрытии механического обратного клапана производится перемещение мембран из положения открытого состояния клапана в положение закрытого состояния клапана обратным потоком газа. В момент достижения мембранами положения закрытого состояния клапана, поток газа быстро, практически мгновенно, останавливается, что создает акустический импульс, подобно образованию гидроудара при закрытии обратного гидравлического клапана. При этом на одной стороне обратного механического клапана происходит скачок повышения давления, а на другой стороне клапана происходит скачок понижения давления. Клапан испытывает воздействие, подобное удару твердым предметом, а в газовой среде в обе стороны от обратного клапана распространяется акустический импульс, который является источником вибраций и шума высокой интенсивности.
Акустический импульс обладает большой энергией, длится короткое время и имеет короткий фронт. На каждом рабочем периоде пульсаций расхода газа образуется акустический импульс. Время формирования акустического импульса и его переходных процессов многократно меньше рабочего периода пульсаций расхода газа. Поэтому каждый отдельный акустический импульс ведет себя как одиночное воздействие.
Перечень чертежей
На Фиг. 1 показан обратный клапан с перегородками со стороны входа и со стороны выхода запорного узла.
На Фиг. 2 - обратный клапан с перегородками со стороны входа запорного узла и с креплением запорного узла на корпус посредством виброизолятора.
На Фиг. 3 - обратный клапан с перегородками со стороны выхода запорного узла и с корпусом из двух частей, соединенных с применением виброизолятора. На Фиг. 4 - обратный клапан с корпусом, состоящим из нескольких частей, соединенных посредством виброизоляторов.
На Фиг. 5 - обратный клапан с корпусом, имеющим винтовой канал со стороны выхода запорного узла.
На Фиг. 6 - установка обратного клапана в аппарате пульсирующего горения с применением виброизоляции.
На Фиг. 7 - применение обратных клапанов воздуха и горючего газа в аппарате пульсирующего горения.
Примеры предпочтительного выполнения изобретения
Обратный клапан газовой среды для аппаратов пульсирующего горения выполнен в виде корпуса с расположенным в нем запорным узлом и перегородками на стороне входа запорного узла и на стороне выхода запорного узла. На Фиг. 1 в корпусе 1 размещен запорный узел, состоящий из пластины 2 с отверстиями, мембран 3 и ограничителей 4 хода мембран 3. В корпусе 1 на стороне входа запорного узла без зазора относительно корпуса 1 размещены перегородки 5 с отверстиями 6, а на стороне выхода запорного узла без зазора относительно корпуса 1 размещены перегородки 7 с короткими трубками 8. Отверстия 6 и короткие трубки 8 расположены так, чтобы вектор потока газовой среды не был соосным с вектором распространения акустического импульса.
Наибольшее воздействие акустический импульс оказывает на запорный узел, что приводит к вибрациям высокой интенсивности пластины и стенок обратного клапана. Это создает структурный шум и вибрации всего аппарата пульсирующего горения. На Фиг. 2 в корпусе 9 установлен запорный узел 10 с применением виброизоляции 11. На стороне входа запорного узла 10 установлены перегородка 11 с зазором 12 относительно корпуса 9, перегородка 13 с отверстием 14 без зазора относительно корпуса 9 и перфорированная перегородка 15 без зазора относительно корпуса 9.
Корпус может состоят из нескольких частей, соединенных с применением виброизоляции. На Фиг. 3 корпус состоит из частей 16 и 17, соединенных с применением виброизолятора 18. Внутри корпуса расположен запорный узел 19, включаюший пластины 20 и 21, а также перегородки 22 и 23 и лист металловойлока 24.
Корпус может иметь несколько полостей. На Фиг. 4 корпус 25 имеет три части с полостями 26, 27 и 28, соединенные с применением виброизоляторов 29 и 30.
Кроме перегородок могут также использоваться другие элементы, например, винтовой канал. На Фиг. 5 внутри корпуса 31 на выходе запорного узла 32 установлен винтовой канал 33.
Механические обратные клапаны газовой среды при работе в аппаратах пульсирующего горения на каждом такте горения создают акустический импульс. На Фиг. 1 при движении воздуха, горючего газа или горючей смеси в камеру сгорания мембраны 3 прижаты к ограничителям 4 и проходные отверстия пластины 2 открыты. При начале горения и росте давления в камере сгорания происходит закрытие запорного узла, при этом мембраны 3 перемещаются обратным потоком газа от ограничителей 4 к пластине 2 и закрывают проходные отверстия в пластине 2.
В момент достижения мембранами 3 пластины 2 и перекрытия проходных отверстий в пластине 2 поток газа быстро и практически мгновенно останавливается, что создает акустический импульс. При этом на одной стороне пластины 2 происходит скачок повышения давления, а на другой стороне пластины 2 происходит скачок понижения давления. Пластина 2 испытывает воздействие, подобное удару твердым предметом, а в газовой среде распространяется акустический импульс, который создает шум высокой интенсивности.
В аппаратах пульсирующего горения акустический импульс возникает на всех обратных клапанах газовых сред. Интенсивность акустического импульса зависит от расходных характеристик обратных клапанов.
В аппаратах пульсирующего горения акустический импульс воздействует на пластину 2 (Фиг. 1) запорного узла, к которой прилегают мембраны 3, подобно удару твердым предметом. Поскольку пластина 2 имеет собственную резонансную частоту, то пластина 2 начинает вибрировать на этой собственной частоте. Когда на пластину 2 запорного узла воздействует акустический импульс следующего такта, пластина 2 еще продолжает вибрировать от воздействия предыдущего акустического импульса, поэтому очередной акустический импульс увеличивает амплитуду колебаний пластины 2. Увеличение амплитуды колебаний пластины 2 происходит до тех пор, пока добавляемая акустическими импульсами энергия не выровняется с потерями энергии колебаний пластины 2 за время между воздействиями акустических импульсов. Потери энергии колебаний пластины 2 происходят в пластических деформациях пластины 2, при передаче энергии в колебания окружающего клапан газа и при передаче вибраций на корпус аппарата. Обычно пластина 2 запорного элемента выполнена из упругого материала, поэтому потери пластических деформаций малы, а почти вся энергия воздействия акустического импульса на пластину 2 клапана преобразуется в шум и вибрацию.
В атмосфере акустический импульс проявляется акустическим шумом по интенсивности значительно превышающим интенсивность акустического шума, создаваемого пульсациями расхода. При воздействии акустического импульса на стенки, акустический импульс частично отражается и частично передает энергию стенке, что приводит к колебаниям стенок на собственных резонансных частотах. Периодически следующие воздействия акустического импульса раскачивают амплитуду колебаний стенок до больших величин. Поэтому стенки клапана и стенки установленных перегородок вибрируют с большими амплитудами и большими виброускорениями. На Фиг. 6 для предотвращения распространения этих вибраций по всему аппарату пульсирующего горения обратный клапан 33 с перегородками 34 и 35 установлен с применением виброизолятора 36 на камеру 37 сгорания опосредованно через пламегаситель 38. При высоком коэффициенте виброизоляции конструкция обратного клапана с установленными перегородками может потребовать дополнительных мер для фиксации в необходимом положении в пространстве, таких как, например, установка дополнительных упругих элементов 39 и 40, показанных на Фиг. 7.
В замкнутом объеме, например, в камере ограждения 41 на Фиг. 7 обратного клапана 42 горючей смеси, акустический импульс многократно отражается, отдавая почти всю энергию колебаниям стенок 43 камеры ограждения 41 и, соответственно, акустическому шуму наружной поверхности стенок и вибрациям. На стенки 43 камеры 41 ограждения, кроме распространяющегося акустического импульса, воздействует и шум, созданный колебаниями стенок перегородок. Шум многократно отражается от внутренней поверхности стенок 43 камеры 41 ограждения, в результате чего шум отдает почти всю энергию колебаниям стенок, эти колебания распространяются в виде вибраций и акустического шума наружной поверхности стенок камеры 41 ограждения. Для эффективного погашения реверберации можно применить покрытие звукопоглощающими материалами 44 внутренних поверхностей стенок камеры 41 ограждения. Также на Фиг. 1 стенки корпуса и перегородки могут быть покрыты звукопоглощающим материалом 45.

Claims

Формула изобретения
1. Обратный клапан для аппарата пульсирующего горения, содержащий полый корпус, внутри которого закреплены запорный узел, по меньшей мере одна перегородка со стороны входа запорного узла и/или по меньшей мере одна перегородка со стороны выхода запорного узла, при этом указанная по меньшей мере одна перегородка выполнена с возможностью пропускания газовой среды.
2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что запорный узел включает по меньшей мере одну неподвижную пластину с отверстиями, подвижные мембраны для перекрытия отверстий и ограничители хода указанных мембран.
3. Клапан по п. 1, отличающийся тем, запорный узел соединен с полым корпусом с помощью виброизолятора.
4. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что полый корпус состоит по меньшей мере из двух частей, соединенных между собой посредством по меньшей мере одного виброизолятора.
5. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна перегородка представляет собой лист с по меньшей мере одним отверстием.
6. Клапан по п. 5, отличающийся тем, что по меньшей мере в одном отверстии перегородки установлена трубка.
7. Клапан по п. 5, отличающийся тем, что имеет по меньшей мере две перегородки с отверстиями, при этом между двумя из них расположен металловойлок.
8. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна перегородка представляет собой сплошной лист, установленный с зазором относительно стенки корпуса.
9. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна перегородка представляет собой перфорированный лист.
10. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что на поверхности с одной или с обеих сторон по меньшей мере одной перегородки размещен звукопоглощающий материал.
11. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что установлен в аппарате пульсирующего горения с применением по меньшей мере одного виброизолятора.
PCT/RU2020/000239 2020-05-22 2020-05-22 Обратный клапан газовой среды для аппарата пульсирующего горения WO2021235966A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2020/000239 WO2021235966A1 (ru) 2020-05-22 2020-05-22 Обратный клапан газовой среды для аппарата пульсирующего горения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2020/000239 WO2021235966A1 (ru) 2020-05-22 2020-05-22 Обратный клапан газовой среды для аппарата пульсирующего горения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021235966A1 true WO2021235966A1 (ru) 2021-11-25

Family

ID=78707468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000239 WO2021235966A1 (ru) 2020-05-22 2020-05-22 Обратный клапан газовой среды для аппарата пульсирующего горения

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2021235966A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1337537A2 (ru) * 1986-01-14 1987-09-15 Предприятие П/Я В-8710 Глушитель шума выхлопа дл двигател внутреннего сгорани
US5106292A (en) * 1990-07-10 1992-04-21 Paloma Kogyo Kabushiki Kaisha Pulse combustion device
SU1743616A1 (ru) * 1988-03-15 1992-06-30 А.И.Куксин, В.В.Трофимов, Л.Л.Гольдш- тейн, Л.Н.Иванов, В.Т.Трофимов и В.И.Мирошниченко Жидкостный затвор дл ацетилена
RU2543918C2 (ru) * 2009-06-17 2015-03-10 Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх Устройство и способ снижения токсичности отработавших газов, содержащих твердые частицы
RU2598965C2 (ru) * 2013-08-08 2016-10-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Виброустойчивый дренажно-предохранительный клапан

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1337537A2 (ru) * 1986-01-14 1987-09-15 Предприятие П/Я В-8710 Глушитель шума выхлопа дл двигател внутреннего сгорани
SU1743616A1 (ru) * 1988-03-15 1992-06-30 А.И.Куксин, В.В.Трофимов, Л.Л.Гольдш- тейн, Л.Н.Иванов, В.Т.Трофимов и В.И.Мирошниченко Жидкостный затвор дл ацетилена
US5106292A (en) * 1990-07-10 1992-04-21 Paloma Kogyo Kabushiki Kaisha Pulse combustion device
RU2543918C2 (ru) * 2009-06-17 2015-03-10 Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх Устройство и способ снижения токсичности отработавших газов, содержащих твердые частицы
RU2598965C2 (ru) * 2013-08-08 2016-10-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Виброустойчивый дренажно-предохранительный клапан

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021235966A1 (ru) Обратный клапан газовой среды для аппарата пульсирующего горения
RU2766502C1 (ru) Устройство пульсирующего горения с повышенным КПД и с пониженным уровнем шума
WO2021154108A1 (ru) Обратный клапан газовой среды для устройства пульсирующего горения
WO2020130867A1 (ru) Устройство пульсирующего горения с гашением ударной волны
WO2020117088A1 (ru) Устройство пульсирующего горения с гашением ударной волны
RU2805244C1 (ru) Аппарат пульсирующего горения с гашением вибраций
RU19555U1 (ru) Глушитель шума
CN211230579U (zh) 一种可有效降低排气噪声的脉动燃烧发动机
WO2020117086A1 (ru) Устройство пульсирующего горения с гашением вибраций
RU2795564C1 (ru) Аппарат пульсирующего горения с повышенным КПД и с пониженным уровнем шума
WO2021154107A1 (ru) Аппарат пульсирующего горения с гашением вибраций
US3111192A (en) Muffler apparatus
KR101215479B1 (ko) 선박 기관용 소음기
RU211847U1 (ru) Комбинированное устройство гашения низкочастотного шума и колебаний давления
RU2241126C1 (ru) Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания
RU2131519C1 (ru) Система выхлопа энергетической установки
RU2101605C1 (ru) Глушитель шума
SU1661464A1 (ru) Глушитель шума выпуска двигател внутреннего сгорани
RU2781900C1 (ru) Комбинированное устройство гашения колебаний давления в трубопроводах энергетических установок и снижения шума энергетических установок
JPS62291413A (ja) 排気消音器
SU530957A1 (ru) Глушитель шума выпуска двигател внутреннего сгорани
KR100288234B1 (ko) 내연기관의 소음기
RU2051278C1 (ru) Глушитель шума
RU2310761C2 (ru) Глушитель шума с переменным сечением
RU2209321C2 (ru) Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20936536

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20936536

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1