Водяна система генератора інертного газу

1. Водяна система генератора інертного газу, що містить лінію підведення води в канал охолодження жарової труби камери допалювання і засоби подачі води у випарник, яка відрізняється тим, що вона додатково оснащена лінією дренажу води, підключеною до порожнини жарової труби і до каналу охолодження в їхніх нижніх частинах, а засоби подачі води у випарник установлені на жаровій трубі наприкінці каналу охолодження і сполучені з останнім. Корисна молель відноситься до водяних систем генераторів інертних газів Із камерою допалювання, виконаних на базі газотурбінних двигунів і використовуваних для гасіння пожеж у підземних виробітках, шахтах, рудниках, тунелях, у житлових І складських приміщеннях, для дегазації і випарювання нафтопродуктів із ємностей і нафто - газопроводів, а також для захисту рослин від при-морозків. Відомий генератор інертних газів на базі повітряно-реактивного двигуна для створення газового потоку по [авторському посвідченню СРСР №315761 МПК E21F5/00]. Його водяна система містить лінію підведення води в канал охолодження жарової труби камери допалювання й у колектор Із насадками, розташованими над виходом із камери допалювання. У процесі роботи генератора вода, проходячи по каналу охолодження, охолоджує стінку жаро 2. Водяна система за п.1, яка відрізняється тим, що лінія дренажу води додатково з'єднана з лінією підведення води в канал охолодження жарової труби. 3. Водяна система за п.2, яка відрізняється тим, що у лінії дренажу води встановлена водозбірна ємність з фільтруючим і суфліруючим пристроями. 4. Водяна система за п. З, яка відрізняється тим, що водозбірна ємність додатковою лінією підключена до проточної частини генератора в нижній Ті частині за випарником. 5. Водяна система за будь-яким з пп.1-4, яка відрізняється тим, що вона оснащена лінією суфлірування з дроселем, підключеною з одного боку до каналу охолодження у верхньому його кінці, а з іншого боку - до порожнини випарника у верхній її частини. вої труби камери допалювання, а з колектора насадками впорскується в потік вихлопних газів, що виходять із камери допалювання. У вільному потоці вихлопних газів вода випаровується, знижуючи їхню температуру. У результаті утворюється парогазова Інертна суміш із низьким змістом вільного кисню, що й направляється до осередку пожежі. Однак при впорскуванні води у вільний потік вихлопних газів деяка її частина, не устигнувши випаруватися, випадає з потоку, не досягнувши осередку пожежі, що приводить до ЇЇ перевитрати. Відомий також генератор інертного газу на базі газотурбінного двигуна по [авторському посвідченню СРСР №700142 МПК А62С1/12, опублікованому 30.11.1979], водяна система якого вільна від зазначеного недоліку. CM CM 7722 Водяна система цього генератора містить лінію підведення води в канал охолодження жарової труби камери допалювання, випарник і колектор із насадками, розташованими на вході у випарник. Крім того, у стінці жарової труби, на деякій відстані від його фронтового пристрою, виконані отвори для подачі води з каналу охолодження в порожнину жарової1 труби для часткового зниження температури продуктів згоряння. Водяна система генератора інертного газу за [авторським посвідченням СРСР №700142] найбільш близька до тієї, що пропонується. Варто також звернути увагу на роботу прототипу, де й виявляються його гідності і недо-ліки. До запуску генератора, включають його водяну систему. Вода по лінії підведення поступає в канал охолодження жарової труби камери допалювання й у засіб подачі води у випарник, виконаний у вигляді колектора з насадками. Через отвори в стінці жарової труби вода поступає в її порожнину, і через насадки у колекторі - до випарника, накопичуючись у нижніх частинах порожнин жарової труби і випарника. Після включення водяної системи починається запуск газотурбінного двигуна. Від моменту запуску до виходу газотурбінного двигуна на заданий режим проходить не менш 20 секунд. По закінченні процесу запуску газотурбінного двигуна починається запуск камери допалювання. Від початку запуску камери допалювання і до виходу її на заданий режим проходить не менш 17 секунд. Від початку включення водяної системи і до початку роботи генератора проходить не менш 37 секунд. За цей час, наприклад при загальній витраті води біля бОООкг/годину, у нижніх частинах порожнин жарової труби і випарника накопичується біля 61,7 кг води. Частина цієї води виллється або буде винесена вихлопними газами газотурбінного двигуна за вихідний перетин генератора, а велика її частина до початку роботи генератора залишається в нижніх частинах порожнин жарової труби і випарника. У випадку ж, коли до генератора приєднується трубопровід для подачі інертного газу на верхні поверхи будівлі, де виникла пожежа, практично уся вода, що накопичилася, до початку роботи генератора залишається в нижніх частинах порожнин жарової' труби І випарника. Вихлопні гази газотурбінного двигуна генератора поступають у камеру допалювання, куди впорскується паливо і де відбувається його вигоряння за рахунок залишку кисню, що міститься у вихлопних газах. У результаті їхня температура підвищується, а кількість кисню знижується. У випарнику відбувається зниження температури вихлопних газів до заданого рівня (100°С) за рахунок випару води. Завдяки впорскуванню води у порожнину жарової труби й у випарник процес її випару у вихлопних газах камери допалювання цілком закічується. Парагазова інертна суміш, що утворилася, із низьким змістом кисню практично не містить краплин води на виході з випарника. Така послідовність вступу в роботу генератора інертного газу пояснюється тим, що до моменту виходу газотурбінного двигуна на заданий режим водяна система повинна бути вже заповнена водою, щоб забезпечити охолодження стінок жарової труби камери допалювання. Однак, наявність значної кількості води в нижній частині порожнини жарової труби камери допалювання до початку роботи генератора приводить до деформації температурного поля в жаровій трубі, у результаті максимальна температура зміщається ближче до верхньої частини стінки жарової труби. Верхня частина стінки жарової труби на початку роботи генератора виявляється перегрітою, а нижня частина - переохолодженою. У результаті стінка жарової труби знаходиться під впливом значного градієнту температур до тих пір, поки уся вода з нижньої частини порожнини жарової труби під дією високотемпературних продуктів згоряння не випарується. Крім того підведення води через отвори в стінці жарової труби в її порожнину порушує течію води в каналі охолодження за отворами. Усе це утрудняє організацію охолодження стінки жарової труби і приводить до її жолоблення та розтріскування, зокрема за отворами, а отже, знижує надійність камери допалювання і пристрою в цілому. Наявність води в нижній частині порожнини випарника на початку роботи генератора також порушує його нормальну роботу і знижує економічність пристрою, оскільки приводить до перевитрати води. Тому було поставлено задачу внести у водяну систему генератора інертного газу на базі газотурбінного двигуна такі удосконалення, які дозволили б одержати комплексний технічний результат, а саме, підвищення надійності й ефективності роботи при одночасному підвищенні економічності пристрою поряд із розширенням його можливостей. Цей технічний результат може бути досягнутий при одночасному одержанні декількох, логічно взаємозалежних і підпорядкованих головному, технічних результатів, а саме: 1. Забезпечення попереднього видалення води з нижніх частин порожнини жарової труби і випарника до початку роботи генератора шляхом виключення порушення течії води в каналі охолодження жарової труби камери допалювання й випарника; 2. Забезпечення подачі інертного газу не тільки в об'єкти на рівні розміщення генератора інертного газу, але і на верхні поверхи будівлі; 3. Виключення перевитрати води в початковий період роботи генератора при одночасному підвищенні ефективності охолодження жарової труби камери допалювання. Ця задача вирішується тим, що у відому водяну систему генератора інертного газу, що містить лінію підведення води в канал охолодження жарової труби камери допалювання й засоби 5 подачі води у випарник, внесені удосконалення, а саме: Система додатково оздоблена лінією дренажу води, що підключена до порожнини жарової труби і до каналу охолодження в їхніх нижніх частинах. Засоби подачі води у випарник установлені на жаровій трубі наприкінці каналу охолодження і з'єднані з останнім. Це дозволяє видаляти воду з нижньої порожнини жарової труби і випарника в міру її подачі у випарник і домогтися того, що до початку виходу генератора на заданий режим, вода в рідкій фазі практично відсутня у нижніх частинах порожнин жарової труби і випарника. Для повернення із жарової труби води, що дренується з порожнини у водяну систему генератора, лінія дренажу води другим своїм кінцем з'єднана з лінією підведення води в канал охолодження жарової труби. Це забезпечує скорочення витрат води і більш раціональне її використання. При цьому водяна система буде більш економічною і забезпечить видалення з неї газоподібних продуктів згоряння, що утворяться у камері допалювання при її роботі, якщо для збору води, що дренується, у лінії дренажу води додатково встановлена водозбірна ємність. Крім того вода, що дренується, буде очищена і від твердих часток, що також позитивно позначиться на надійності роботи генератора. Особливо відповідальні випадки необхідності приєднання до генератора трубопроводу для подачі інертного газу на верхні поверхи будівлі, де виникла пожежа. У цьому випадку система буде більш ефективна, якщо водозбірна ємність додатковою лінією підключена до проточної частини генератора у нижньої її частини за випарником. Цим досягається відвід конденсату води з трубопроводу, приєднаного до генератора для подачі інертного газу і виключається стік цього конденсату зі зазначеного трубопроводу у випарник і далі в жарову трубу, що могло б порушити їхню нормальну роботу. Засоби подачі води у випарник, установлені на жаровій трубі наприкінці каналу охолодження, є дискретними по колу . Між ними у випарнику можуть утворитися застійні зони, де вода може закипіти. Доповнення водяної системи генератора лінією суфлірування з дроселем, підключеної з одного боку до каналу охолодження у верхньому його кінці, а з іншого боку до порожнини випарника у верхній її частини, дозволяє відвести пари води з каналу охолодження у випарник. Це запобігає утворення парової пробки у верхньому кінці каналу охолодження і забезпечить безупинне охолодження стінки жарової труби, особливо в початковому періоду роботи камери допалювання. Стінки її жарової труби не піддаються впливу значного градієнту і не порушується течія у каналі охолодження жарової' труби у весь час роботи камери допалювання. 7722 У кінцевому рахунку підвищується ефективність охолодження жарової труби, виключається перевитрата води, особливо в початковий період роботи генератора, підвищується його надійність. Технічне рішення, що заявляється, ілюструється кресленнями, де На Фіг. 1 зображена схема водяної системи генератора інертного газу; ФІг.2 зображений елемент А Фіг.1 місця підключення лінії дренажу води до каналу охолодження жарової труби; Водяна система генератора 1 інертного газу містить лінію 2 підведення води в канал 3 охолодження жарової труби 4 камери 5 допалювання, засоби 6 подачі води у випарник 7, розміщений по течії за жаровою трубою 4, і лінію 8 дренажу води. Лінія 8 дренажу води підключена одним своїм кінцем, як до порожнини 9 жарової труби 4, так і до каналу 3 її охолодження в їхніх нижніх частинах. Засоби 6 подачі води у випарник 7 установлені на жаровій трубі 4 наприкінці канала 3 охолодження і з'єднані з останнім. Засоби 6 виконані, наприклад, у вигляді окремих форсунок, рівномірно розміщених по колу. Лінія 8 дренажу води іншим своїм кінцем 10 через водозбірну ємність 11 з'єднана з лінією 2 підведення води в канал 3 охолодження жарової труби 4. Встановлена в лінії 8 водозбірна ємність 11 містить пристрої: фільтруючий - 12 та суфлюючий - 13. Далі лінія 2 підведення води в канал 3 охолодження жарової труби 4 підключена до спеціального резервуара 14 із водою. У лінії 2 підведення води в канал 3 установлений насос нагнітання 15. Другий кінець 10 лінії 8 дренажу води з'єднаний із лінією 2 підведення води в канал 3 через резервуар 14. Для гасіння пожеж на верхніх поверхах будівель до генератора 1 на його виході за випарником 7 додатково приєднується трубопровід 16. При цьому водозбірна ємність 11 додатковою лінією 17 підключається до проточної частини 18 генератора 1 у нижньої її частини за випарником 7. При розташуванні резервуара 14 вище місць підключення лінії 8 дренажу води до порожнини Э жарової труби 4 і лінії 17 до проточної частини 18 генератора 1 за водозбірною ємністю 11 установлюється насос відкачування 19. Перед насосом 19 може бути розміщений теплообмінник 20. У резервуарі 14 установлені пристрої; для фільтрації 21 і для суфлірування 22. Підключення лінії 8 дренажу води до порожнини 9 жарової труби 4 І до каналу 3 охолодження в їхніх нижніх частинах виконано за допомогою втулки 23, що пронизує канал 3 охолодження і сполучена з останнім, принаймні, одним тангенціальним отвором 24, виконаним у стінці втулки 23. Водяна система генератора 1 також має лінію 25 суфлірування. Лінія 25 підключена з одно 7722 го боку до каналу 3 охолодження у верхньому його кінці, а з іншого боку до порожнини 26 випарника 7 у верхньої її частини. У лінії 25 установлений дросель 27. Система, що заявляється, працює наступним способом. Запуск генератора 1 починається з включення його водяної системи. При включенні водяної системи насос нагнітання 15 починає подавати воду в лінію 2 підведення води з резервуара 14 через фільтруючий пристрій 21. В міру зменшення об'єму води в резервуарі 14 через пристрій 22 суфлірування, у нього заходить повітря з навколишнього середовища. По лінії 2 вода заходить в канал 3 охолодження жарової труби 4 камери допалювання 5, заповнюючи останній. Після заповнення каналу 3 вода форсунками б подається у розпиленому вигляді в порожнину 26 випарника 7. Деяка частина води з каналу 3 по лінії 25 суфлірування через дросель 27 заходить в порожнину 26 випарника 7 і зовсім незначна кількість води через отвір 24 у стінці втулки 23 заходить в лінію 8 дренажу води. Тому що генератор ще не працює, уся вода, яка поступає в порожнину 26 випарника 7, стікає по його стінках у нижню частину порожнини 26 і самопливом зливається в нижню частину порожнини 9 жарової труби 4, відкіля через втулку 23 також самопливом по лінії 8 зливається у водозбірну ємність 11, витискуючи з неї повітря через пристрій 13 суфлірування. Після включення водяної системи починається запуск газотурбінного двигуна 28. При виході газотурбінного двигуна 28 на заданий режим починається запуск камери допалювання 5. Від початку запуску газотурбінного двигуна 28 і до виходу камери допалювання 5 на заданий режим роботи проходить не менше 37 секунд. Весь цей час вода самопливом по лінії 8 зливається у водозбірну ємність 11. До початку роботи генератора 1 вода в рідкій фазі практично відсутня у нижніх частинах порожнин 9 і 26 жарової труби 4 і випарники 7. У процесі роботи генератора 1 із порожнини 9 жарової труби 4 через втулку 23 у лінію 8 дренажу води заходять гарячі газоподібні продукти згоряння. Одночасно у втулку 23 через тангенціальні отвори 24 у її стінці з каналу 3 заходить вода, набуваючи обертальний рух. Під дією гарячих газоподібних продуктів згоряння, вода випаровується, знижуючи температуру продуктів згоряння, І створюючи парагазову суміш. Парагазова суміш по лінії 8 поступає у водозбірну ємність 11, де відбувається часткова конденсація пара, а інша частина парагазової суміші відводиться з водозбірної ємності 11 через пристрій 13 суфлірування, у навколишнє середовище. Частина парагазової суміші, що утворилася у 8 випарнику 7 по лінії 17 також заходить у водозбірну ємність 11, де частково пара води конденсується, а інша частина парагазової суміші відводиться через пристрій, що суфлірує, 13 у навколишнє середовище. Якщо ж до генератора 1 приєднаний трубопровід 16 для подачі парагазової суміші до осередку пожежі, що знаходиться на верхньому поверсі будівлі, то конденсат, що утвориться в трубопроводі 16, по лінії 17 віддалиться у водозбірну ємність 11. При накопиченні води у водозбірній ємності 11 до визначеного верхнього рівня подається команда на відкриття зливу з водозбірної ємності 11 і вода через фільтр 12 і теплообмінник 20, де відбувається подальше зниження її температури, самопливом поступає в резервуар 14. Якщо резервуар 14 знаходиться вище місця підключення лінії' 8 дренажу води до порожнини 9 жарової труби 4 і лінії 17 до проточної частини 18 генератора 1, то включається насос 19 відкачки, що подає воду з водозбірної ємності 11 у резервуар 14. З резервуара 14 насосом 15 вода повертається в лінію 2 підведення води в канал 3 охолодження жарової труби 4 камери допалювання 5. При зниження рівня води у водозбірній ємності 11 до нижнього рівня поступає команда на закриття зливу з водозбірної ємності 11 і відключення насоса 19. При подальшій роботі генератора 1 цикли накопичення води у водозбірній ємності 11 і зливу води з водозбірної ємності 11 багаторазово повторюються. При роботі генератора 1 частина води з каналу 3 охолодження жарової труби 4 по лінії 25 суфлірування через дросель 27 зливається в порожнину 26 випарника 7, де випаровується. У випадку утворення за якихось обставин пари в каналі 3 він відведеться по лінії 25 у порожнину 26 випарника 7. Технічне рішення, що заявляється, перевірено на декількох дослідних зразках, введених у генератор інертних газів АИ - 19 ГІГ, розроблений фірмою-заявником. Запропонована водяна система генератора інертного газу дозволила видалити воду з нижніх частин порожнин жарової труби і випарника до початку роботи генератора, чим виключила порушення течії води в каналі охолодження жарової труби камери допалювання. Раціональне використання води поверненням через дренаж у водяну систему скоротило її перевитрату на 50%. Підвищилася ефективність охолодження жарової труби, що запобігло її розтріскування І руйнування, а, отже, підвищилася надійність як системи так і генератора в цілому, що забезпечує його високу працездатність і ефективність при гасінні пожеж найвищої складності. 7722 10 22 21 14 5 10 4 27 25 7 Фіг. 1 Фіг. 2 Комп'ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601