Пристрій детонаційного горіння

Устройство детонационного горения, содержащее последовательно размещенные Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам взрывного действия для создания пульсирующего потока продуктов сгорания газообразного топлива, и предназначено для очистки поверхностей технологических и тепловых аппаратов, используемых в химической, теплоэнергетической, металлургической и др. отраслях промышленности. Известно устройство детонационного горения поавт. св. СССР № 951003, кл. F 23 С 11/04, 1982, содержащее закрытую с одного торца камеру сгорания, патрубок для подвода горючей смеси и периодически действующий запальник. В камере сгорания со стороны закрытого торца установлена перфорированная и заглушённая на выходе труба, присоединенная тыльным концом к патрубку подвода горючей смеси. Камера сгорания в зоне перфорированной трубы разделена продольными радиальными перегородками на отсеки. камеру воспламенения, снабженную патрубком подачи горючей смеси и запальником, камеру сгорания, на продольной оси которой размещен шнек, и выходное сопло, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что шнек выполнен из нескольких секций с разным числом заходов и переменным шагом витков, уменьшающимися от секции к секции в направлении выходного сопла, при этом наружный диаметр шнека равен внутреннему диаметру камеры сгорания. Недостатком этого устройства является то, что при движении потока горючей смеси по каналам, образованным перегородками и внутренней поверхностью камеры сгорания, не происходит его достаточной турбулизации из-за прямолинейности движения и, как следствие, имеет место недостаточно мощный выхлоп на выходе устройства, его низкая экономичность в целом. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту и принятым за прототип является устройство детонационного горения по авт. св. СССР ІМг 794302, кл. F 23 R 7/00, 1981. Устройство содержит последовательно размещенные камеру воспламенения, снабженную патрубком подачи горючей смеси и запальником на ее заглушённом торце, камеру сгорания, на продольной оси которой размещен шнек, и выходное сопло. Шнек выполнен однозаходным, с постоянным шагом и установлен в камере сгорания С > о VI И 707 с зазором относительно внутренней поверхности последней Наличие шнека способствует созданию вихревого движения пламени в полости камеры сгорания, что существенно ускоряет выгорание смеси по длине камеры сгорания и, как следствие, увеличивает мощность выхлопа по сравнению с аналогом Однако в целом устройство не экономично, а мощность выхлопа недостаточна, поскольку вихревое движение быстро вырождается за пределами шнека, что приводит к последовательному снижению турбулентности течения в свободном сечении камеры сгорания в направлении выходного сопла. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства детонационного горения, в котором путем изменения геометрических характеристик каналов течения горючей смеси осуществляется интенсификация процесса горения на стадии преддетонационного ускорения пламени и последующее пересжатие детонационной волны, что обеспечивает повышение экономичности устройства за счет увеличения мощности выхлопа при неизменном расходе горючего. Поставленная задача решается тем, что в устройстве детонационного горения, содержащем последовательно размещенные камеру воспламенения, снабженную патрубком подачи горючей смеси и запальником, камеру сгорания, на продолі ной оси которой размещен шнек, и выходное солло, согласно изобретению, шнек выполнен из нескольких секций с разным числом заходов и переменным шагом витков, уменьшающимися от секции к секции в направлении выходного сопла, при этом наружный диаметр шнека равен внутреннему диаметру камеры сгорания. Использование устройства детонационного горения предлагаемой конструкции со шнеком, выполненным многосекционным, разнозаходным и разношаговым, позволяет интенсифицировать горение газовой смеси на участке преддетонационного ускорения пламени и увеличить выходные характеристики устройства за счет дополнительной организации пересжатия детонационной волны. Интенсификация горения достигается увеличением турбулентности потока за счет перестройки его структуры при переходе от течения в широком канале камеры воспламенения к течению в нескольких более узких закрученных каналах, образованных витками шнека, плотно сопряженных с внутренней поверхностью камеры сгорания за счет 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 равенства диаметров шнека и внутренней поверхности камеры сгорания. При этом происходит изменение распределения градиентов скорости в пристенной области течения. Кроме того, фактор закрученности потоков в криволинейных винтовых каналах приводит к появлению в поле центробежных сил поперечных градиентов давления. Последние порождают вторичные замкнутые турбулентные течения, налагающиеся на основной поток и являющиеся источниками макромасштабной турбулентности. Последующее распространение детонационных волн по каналам переменного сечения, образованным шнеком с плавно уменьшающимся шагом витков, приводит к их пересжатию. Пересжатие сопровождается повышением давления во фронтах детонационных волн, распространяющихся по сужающимся каналам. В местах уменьшения числа каналов (на стыке секций шнека и на выходе из последнего) происходит попарное кумулятивное взаимодействие детонационных волн с образованием более интенсивной результирующей детонационной волны. Дополнительная турбулизация потока в узких винтовых каналах и пересжатие детонационных волн в каналах переменного сечения приводит к повышению давления во фронте ударной волны, истекающей из выходного сопла, что обуславливает увеличение мощности выхлопа при неизменном расходе горючей смеси, т.е. ведет к повышению экономичности устройства в целом. На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (I секции шнека); на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 (II секции шнека). Устройство детонационного горения содержит цилиндрическую камеру 1 воспламенения, с заглушённого конца которой установлен патрубок 2 подачи газообразной!. горючей смеси с периодически действую?!* щим запальником 3. Далее последовательной \ размещены цилиндрические камеры 4 сгорания с внутренним диаметром D и выходное сопло 5. На продольной оси 6 камеры 4 сгорания на расстоянии (1,5-2,0)0 от патрубка 2 подачи смеси размещен шнек 7, выполненный из нескольких секций, например, двух, с разным числом заходов и переменным шагом витков. Так, например, секция I представляет собой четырехзаходный шнек 7 с постоянным шагом (0,8-1,0)Df а секция II, следующая в направлении выходного сопла 5 - двухэаходный шнек 7 с плавно уменьшающимся до (0,6-0,7)0 шагом. Длина секции I равна (20-25)0, длина секции II равна (10-15)D. Продольная ось 6, на которой навит шнек 7, выполнена в виде трубы диаметром 0.2D с заглушённым выходным торцом. Наружный диаметр шнека 7 равен внутреннему диаметру D камеры 4 сгорания. Пространства между витками 5 шнека 7 и внутренней поверхностью камеры 4 сгорания образуют криволинейные винтовые каналы, закрученные относительно про дольной оси 6 камеры 4 сгорания. Число заходов шнека секции I должно 10 быть четным (4 или 6), а число заходов шнека секции II - вдвое меньше. Рекомендуемая длина секции I шнека (20-25)D, секции II (1(M5)D, Рекомендуемое относительное изменение шага шнека секции И 2-3%. Для 15 обеспечения гидравлически мягкого перехода к течению в криволинейных каналах конструкция устройства может быть дополнена входной секцией шнека с относительным уменьшением шага 15-20% и длиной (6-8р. 20 При работе устройства горючая газовая смесь через патрубок 2 подачи смеси заполняет камеру 1 воспламенения и на 70-80% камеру 4 сгорания. После срабатывания запальника 3 смесь воспламеняется. При рас- 25 пространении горения по камере 1 воспламенения формируется плоский автотурбулизированный фронт пламени. По достижении секции I шнека 7, навитого на ось 6, поток разделяется на четыре равные час- 30 ти. При переходе к течению в каналах секции I меньшего поперечного сечения, чем в камере 1 воспламенения, увеличение градиентов скорости в пристеночной области потока приводит к возрастанию интенсивности тур- 35 булентности течения в целом. Возникновение поперечных градиентов давления, вызванное действием центробежных массовых сил при движении газа вдоль криволинейных образующих каналов, приводит к появлению вторичных турбулентных течений, накладывающихся на основной поток и обеспечивающих макромасштабную турбулизаци'о потока в целом. При движении по каналам секции 1 камеры 4 сгорания ускоряющиеся фронты пламени посылают вперед себя элементарные волны сжатия, которые по мере догона друг друга сливаются в интенсивные ударные волны. Формируются детонационные комплексы ударная волна - фронт пламени. При переходе из секции І в секцию II вследствие кумулятивного эффекта из четырех детонационных волн образуются две интенсивные детонационные волны, распространяющиеся со скоростью нормальной детонации. При дальнейшем распространении детонационных волн по криволинейным каналам плавно уменьшающегося поперечного сечения секции 1 происходит их пересжатие вследствие 1 многократных дифракционных процессов на внутренних поверхностях каналов. Пересжатие ведет к значительному повышению давления во фронтах детонационных волн, выходящих из каналов секции II, что приводит в итоге к увеличению мощности выхлопа устройства. Продукты горения высокого давления и плотности направляются через выхлопное сопло 5 на очищаемую поверхность. После отключения запальника 3 свежая горючая смесь, вытесняя оставшиеся продукты сгорания, заполняет камеру 1 воспламенения и камеру 4 сгорания и процесс повторяется. 14707 Фиг 2 Упорядник Замовлення 4147 Техред М.Моргентал Коректорі М.Куль , Тираж Підписне ( Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вуя.ГагарІна, 101