Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при сжигании различных газов в энергетических установках.The invention relates to energy and can be used in the combustion of various gases in power plants.
Цель изобретения — повышение экономичности путем улучшения смесеобразования.The purpose of the invention is to increase efficiency by improving mixing.
На чертеже изображена газовая горелка, общий вид.The drawing shows a gas burner, General view.
Газовая горелка содержит смесительную камеру 1 с размещенными на ее противоположных торцовых стенках 2 и 3 соответственно инжектором 4 и выходным диффузорным соплом 5. Камера 1 выполнена торообразной, имеющей в поперечном сечении форму эллипса, малая ось которого наклонена к оси камеры 1, а в полости камеры 1 со стороны выходного сопла 5 выполнен уступ 6 со сквозными инжекционными каналами 7, сопряженный своим свободным краем 8 при помощи участка 9 эллипса с входным срезом 10 диффузорного сопла 5. В стенке 2 в зоне инжектора 4 выполнены каналы 11 для подсоса воздуха. Входной срез 10 образует при пересечении с участком 9 эллипса острую кромку 12.The gas burner contains a mixing chamber 1 with an injector 4 and an outlet diffuser nozzle 5 respectively placed on its opposite end walls 2 and 3, respectively. The chamber 1 is toroidal, having an elliptical cross-section, the small axis of which is inclined to the axis of the chamber 1, and in the chamber cavity 1, on the side of the output nozzle 5, a ledge 6 is made with through injection channels 7, conjugated with its free edge 8 using an ellipse section 9 with an inlet section 10 of the diffuser nozzle 5. In the wall 2 in the zone of the injector 4, channels 11 are made for air leaks. The input slice 10 forms a sharp edge 12 at the intersection with the ellipse section 9.
Газовая горелка работает следующим образом.Gas burner operates as follows.
Поток газа под давлением 0,05—3 ати через инжектор 4 подается в смесительную торообразную камеру 2, в которой осуществляется закрутка газа и, вследствие этого, подсос воздуха через каналы 7 и 11 за счет возникающего разрежения. В смесительной камере 1 образуется смесь, которая вытекает через срез 10 газового сопла 5, выполненного в виде конуса с острой кромкой 12. Выходящий поток смеси, взаимодействуя с острой кромкой 12, генерирует ультразвуковые колебания в смесительной камере 1 за счет пульсации давления смеси в этой камере 1. Последние возникают вследствие трения газа при изменяющихся по траектории его закрутки линейных скоростей, направлений и объемов, образованных участком 9 эллипса и уступом 6, а также пульсирующего отсоединенного скачка уплотнения смеси, вызванного взаимодействием струи смеси с острой кромкой 12 сопла 5. Диффузорное выходное сопло 5 является резонатором, генерирующим акустические колебания в смесительной камере 1 в смешанной с воздухом струе газа за счет пульсирующего градиента давления в полости смесительной камеры 1 и полости газового сопла 5. Выполнение смесительной камеры 1 торообразной обеспечивает максимальное проявление турбулентной диффузии (а значит, и эффективное смешивание газа и воздуха) за счет криволинейной траектории движения элементарных частиц потока (векторы скоростей' этих частиц по траектории меняют направления на противополож ное по сравнению с исходным направлением); более продолжительного (за счет более продолжительного пути) течения процесса с турбулентной диффузией; завихрения потока тонким в виде пленки слоем по поверхности смесительной камеры 1, в котором эффективно протекает турбулентная диффузия за счет поперечного перемешивания частиц слоя, вызванного градиентом давления между периферией смесительной камеры 1 и ее поперечной осью (центральная зона торообразной камеры, где возникает разрежениеХ Размещение меньших диаметров эллипсов, в виде которых выполнено сечение торообразной смесительной камеры 1, под углом к ее продольной оси со стороны подачи газа позволяет равномерно разделить смесительную камеру 1 на две полости с разными энергетическими уровнями: по ходу газа полость с большим энергетическим потенциалом, далее — с меньшим. Вследствие этого между этими полостями возникают импульсы энергии — перекачка энергии из полости большего потенциала в полость с меньшим потенциалом, что соответствует условиям эффективного смесеобразования. Наличие уступа 6 позволяет упомянутую перекачку энергии производить в колебательном (пульсирующем) режиме, что соответствует условиям наибольшего массообмена. Инжекционные каналы 7 в уступе 6 обеспечивают дополнительную подачу в смесительную камеру 1 горючих компонентов (мазута, маслоотходов, угольной пульпы и т. п.) и воздуха и эффективное их смешение за счет пульсаций, которые максимально проявляются в зоне уступа 6, что в совокупности обеспечивает возникновение эффективной турбулентной диффузии в пограничном слое, с одной стороны, снижает сопротивление движению потока газа и, с другой стороны, повышает массообмен в потоке (перемешивание компонентов). Еще более эффективному проявлению снижения сопротивления и повышению степени перемешивания компонентов способствуют генерирующиеся ультразвуковые колебания, возникающие вследствие трения газа при изменяющихся по траектории его движения линейных скоростей, направлений и объемов, а также отсоединенного пульсирующего скачка уплотнения газа, вызванного взаимодействием струи газа с кромкой усеченного конуса (резонатором).The gas flow at a pressure of 0.05-3 atm through the injector 4 is fed into the mixing toroidal chamber 2, in which the gas is swirled and, as a result, the air is sucked in through the channels 7 and 11 due to the resulting vacuum. A mixture is formed in the mixing chamber 1, which flows out through a slice 10 of the gas nozzle 5, made in the form of a cone with a sharp edge 12. The outgoing stream of the mixture, interacting with the sharp edge 12, generates ultrasonic vibrations in the mixing chamber 1 due to the pressure pulsation of the mixture in this chamber 1. The latter arise due to friction of the gas with linear velocities, directions and volumes formed by the ellipse section 9 and the step 6, as well as the pulsating disconnected shock wave of the mixture, changing along the trajectory of its swirl, causing the interaction of the jet of the mixture with the sharp edge 12 of the nozzle 5. The diffuser output nozzle 5 is a resonator that generates acoustic vibrations in the mixing chamber 1 in a gas stream mixed with air due to the pulsating pressure gradient in the cavity of the mixing chamber 1 and the cavity of the gas nozzle 5. Design of the mixing chamber 1 toroidal provides the maximum manifestation of turbulent diffusion (and, therefore, effective mixing of gas and air) due to the curved path of elementary particles of the flow (vector s velocity 'of the particle trajectories to alter the direction opposite Noe compared to the original direction); a longer (due to a longer path) process flow with turbulent diffusion; swirling the stream with a thin film-like layer over the surface of the mixing chamber 1, in which turbulent diffusion effectively proceeds due to transverse mixing of the particles of the layer caused by the pressure gradient between the periphery of the mixing chamber 1 and its transverse axis (the central zone of the toroidal chamber, where rarefaction occursX Accommodation of smaller diameters ellipses, in the form of which a cross section of the toroidal mixing chamber 1 is made, at an angle to its longitudinal axis from the gas supply side, it allows to evenly divide the mixer chamber 1 into two cavities with different energy levels: along the gas cavity with a large energy potential, then with a smaller one.As a result, energy pulses arise between these cavities - transfer of energy from a cavity of a higher potential to a cavity with a lower potential, which corresponds to the conditions of effective The presence of step 6 allows the aforementioned energy transfer to be carried out in an oscillatory (pulsating) mode, which corresponds to the conditions of the greatest mass transfer. Injection channels 7 in ledge 6 provide additional supply into the mixing chamber 1 of combustible components (fuel oil, oil waste, coal pulp, etc.) and air and their effective mixing due to pulsations, which are most manifested in the zone of ledge 6, which together provides the occurrence of effective turbulent diffusion in the boundary layer, on the one hand, reduces the resistance to the movement of the gas stream and, on the other hand, increases the mass transfer in the stream (mixing of the components). The even more effective manifestation of a decrease in resistance and an increase in the degree of mixing of the components is facilitated by the generated ultrasonic vibrations arising due to friction of the gas with linear velocities, directions and volumes changing along the trajectory of its movement, as well as the disconnected pulsating shock of the gas seal caused by the interaction of the gas stream with the edge of the truncated cone ( resonator).