Газогенеруючий пальник моісєєва з дюзами

Реферат: Газогенеруючий пальник з дюзами містить основну пластину з отвором у центрі і патрубок, прикріплений до повітропроводу вхідного повітря. Додатково введено верхню пластину, розташовану над основною пластиною та суцільну по усій площі. Крім отвору у центрі, до якого герметично прикріплений патрубок, дозатор розміщений між верхньою та основною пластинами, при цьому обидві пластини поєднані з соплами, які виконані в один або декілька ярусів. По периметру основної пластини розташовані облямовувальні елементи у вигляді заглиблень або стрічок з металу, або дискретних поперечних вставок, які виходять за кромку основної пластини. До низу основної пластини прикріплені або ребра та/або горизонтальні короткі ділянки периферійних повітропроводів г-подібної форми, вертикальні ділянки яких закінчуються наконечниками. До ребер або до горизонтальних ділянок периферійних повітропроводів приєднана або суцільна нижня пластина, або з центральним отвором, у який може бути встановлений центральний повітропровід з наконечником на кінці. Основна пластина та/або нижня пластина можуть мати ще декілька отворів і усі пластини можуть бути різні за площею і формою та мати вигини, а в отвір основної пластини встановлений запобіжний клапан у формі увігнутих конусів зверху і знизу. Перед соплами крізь основну пластину розміщені дюзи, які можуть мати відокремлені канали для подачі у них повітря. UA 106096 U (54) ГАЗОГЕНЕРУЮЧИЙ ПАЛЬНИК МОІСЄЄВА З ДЮЗАМИ UA 106096 U UA 106096 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до теплоенергетики, безпосередньо до спалювання твердого, рідкого та газоподібного палива, і найбільш ефективно може бути використана у виробництві газогенераторних теплогенераторів побутового та промислового призначення, в першу чергу опалювальних котлів, печей. Відомий розподільник повітря для котла верхнього горіння (Євразійський патент № 005303, МПК F23L 1/00, 2004 p.), котрий містить порожнистий диск з конусним наконечником у нижній частині, що з'єднаний з встановленим на верхній поверхні перехідником для кріплення до повітропроводу. При цьому на поверхнях диска, перехідника та наконечника виконано наскрізні отвори, крізь які подають вхідне повітря в зону горіння палива. Недоліком відомого пристрою є обмежена область використання тільки для дров, а також швидке пошкодження повітропроводу внаслідок його находження у зоні кінетичного впливу полум'я без охолодження. Відомий розподільник повітря (патент Російської Федерації №2532051, МПК F24B 1/185, 2015 p.), який містить основу з пластини з отвором у центрі, встановлений над ним патрубок з отворами на бічній поверхні для кріплення до повітропроводу, рухоме кільце з фіксатором відносно патрубка і отворами, а також додаткову пластину з отвором у центрі, закріплену під основною пластиною. Пристрій забезпечує подання визначеної кількості вхідного повітря в зону горіння над паливом у вертикальному напрямку та уздовж верхнього шару палива. Недоліком відомого пристрою є неможливість подання повітря під верхній шар палива, що обмежує область використання для спалювання дрібнофракційного палива (пелети, тирсові і торф'яні брикети) і палива з підвищеною або неоднорідною вологістю, а також швидке пошкодження повітропроводу внаслідок горіння біля поверхні патрубка, недостатня ефективність згоряння горючих газів. Найбільш близьким по суті і отриманому технічному результату є відомий розподільник повітря (патент Російської Федерації №2502019, МПК F23L 1/00, 9/02, 2013р.), який містить основу з пластини з отвором у центрі, встановлений над ним патрубок з отворами на бічній поверхні для кріплення до повітропроводу, рухоме кільце з фіксатором відносно патрубка і відповідними отворами. Пристрій забезпечує подання визначеної кількості вхідного повітря, як в зону над паливом, так і у верхній шар палива. Недоліком відомого пристрою є обмежена область використання тільки для твердого палива та швидке пошкодження вхідного повітропроводу внаслідок горіння навколо його поверхні, при цьому має місто недостатня ефективність згоряння горючих газів. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення конструкції розподільника повітря шляхом виконання його у вигляді пальника, який забезпечує подання визначеної кількості вхідного повітря у різних напрямках відносно зони горіння, а саме у верхній шар палива, але не вздовж повітропроводу від центра пальника, тобто тільки над паливом та на край пальника, щоб створювати оптимальні умови для газогенеруючого процесу, рівномірного спалювання різноманітних видів палива, підвищення рівня безпеки та збільшення терміну експлуатації пальника та повітропроводу. Поставлена задача вирішується таким чином, що газогенеруючий пальник з дюзами, який містить основну пластину з отвором у центрі і патрубок, прикріплений до повітропроводу вхідного повітря, згідно з корисною моделлю, додатково містить верхню пластину, розташовану над основною пластиною та суцільну по усій площі, окрім отвору у центрі, до якого герметично прикріплений патрубок, дозатор розміщений між верхньою та основною пластинами, при цьому обидві пластини поєднані з соплами, які виконані в один або декілька ярусів, та по периметру основної пластини розташовані облямовувальні елементи у вигляді заглиблень або стрічок з металу, або дискретних поперечних вставок, які виходять за кромку основної пластини, крім цього, до низу основної пластини прикріплені або ребра та/або горизонтальні короткі ділянки периферійних повітропроводів г-подібної форми, вертикальні ділянки яких закінчуються наконечниками, та до ребер або до горизонтальних ділянок периферійних повітропроводів приєднана або суцільна нижня пластина, або з центральним отвором, у який може бути встановлений центральний повітропровід з наконечником на кінці, крім того, основна пластина та/або нижня пластина можуть мати ще декілька отворів і усі пластини можуть бути різні за площею і формою та мати вигини, а в отвір основної пластини встановлений запобіжний клапан у формі увігнутих конусів зверху і знизу, при цьому перед соплами крізь основну пластину розміщені дюзи, які можуть мати відокремлені канали для подачі у них повітря. Згідно з корисною моделлю, периферійні повітропроводи виготовлені з труб будь-якого перерізу, а наконечники можуть мати загострену форму або притуплену та бути без отворів або з отворами. 1 UA 106096 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Згідно з корисною моделлю, ребра та горизонтальні ділянки повітропроводів спрямовані від центра до краю основної пластини, при цьому ребра можуть бути прямими або вигнутими. Заявлений газогенеруючий пальник забезпечує подання визначеної кількості вхідного повітря у різних напрямках до зони горіння, а саме у верхній шар палива, над паливом та на край пальника, і це дозволяє створювати оптимальні умови газогенеруючого процесу при горінні різноманітних видів палива та підвищити рівень безпеки і термін експлуатації пальника та повітропроводу. Між технічним результатом та суттєвими ознаками корисної моделі є причинно-наслідковий зв'язок, який реалізується наступним чином. Встановлення верхньої пластини над основною пластиною і дозатора між ними забезпечує відділення від вхідного повітря його частки, що йде на периферію пальника та далі крізь сопла, і подання решти вхідного повітря під основну пластину та крізь її облямовувальні елементи до периферії зони горіння палива. Це дозволяє виключити горіння відхідних продуктів згоряння біля повітропроводу та запобігти перегріву останнього внаслідок слабкої взаємодії з продуктами згоряння, бо найбільш ефективно енергія передається у разі кінетичного контакту за другим законом термодинаміки від середовища з більшою температурою до менше нагрітого середовища крізь поверхню їх розділення, що розраховують за законом Ньютона-Ріхмана. Згідно з цим емпіричним законом щільність теплового потоку на границі взаємодіючих середовищ пропорційна їх різниці температур (так званий температурний напір). На різні конструктивні елементи пальника кінетична енергія і енергія випромінювання, що впливають на повітропровід та верхню пластину зовні з зони горіння або відхідних газів (тобто з джерела тепла), мають не однаковий вплив. Тепловий потік і енергію випромінювання, що потрапляє на поверхню пальника, зокрема на верхню пластину і повітропровід, визначають наступним чином. Спектральна щільність джерела випромінювання визначається формулою Планка. На відстані від джерела потужність випромінювання визначають шляхом рішення рівняння переносу випромінювання. Випромінювання йде від кожної точки джерела тепла до усіх точок на поверхні верхньої пластини, де вона опромінюється з цього джерела. Отримані значення випромінювання на границі з поверхнею верхньої пластини помножують на функцію поглинання випромінювання верхньою пластиною для кожної довжини хвилі випромінювання і на косинуси кутів між вибраною точкою джерела випромінювання і нормаллю до точки його впливу на пластині. Кінцевий результат, як енергіювипромінювання, що надходить у задану точку верхньої пластини або повітропроводу, отримують після інтегрування поглинутого поверхнею випромінювання, що прийшло у цю точку з усіх напрямків та з усього спектра випромінювання (https://m.wiki2.org/wiki/, http://mashxxl.info/ info/697564/). Теорія показує та експериментальні дані підтверджують, що енергія випромінювання від джерела тепла, яка потрапляє у кожну точку пальника, залежить від кута, під яким вона надходить, наприклад, до кожної точки верхньої пластини або повітропроводу, і від властивості матеріалу, з якого вони виготовлені. При кінетичній взаємодії відхідних продуктів згоряння з верхньою пластиною або повітропроводом енергія до них передається набагато інтенсивніше, що підтверджує обробка різних експериментальних даних, яку вперше зробили Ньютон і Ріхман незалежним чином. З цієї причини в заявленій конструкції відхідні продукти згоряння віддалені від повітропроводу і центра верхньої пластини на край пальника, що зменшує їх нагрів і дозволяє створювати оптимальні умови спалювання газогенераторних газів, що утворюються при горінні різноманітних видів палива, та підвищити рівень безпеки і термін експлуатації пальника та повітропроводу. При проходженні повітря між верхньою та основною пластинами здійснюється його підігрів та охолодження обох пластин, що забезпечує збільшення терміну їх експлуатації. Однак, основна і нижня пластини завжди ближче до полум'я, яке може бути з ними у інтенсивному кінетичному та випромінювальному контакті, і тому вони повинні бути краще захищені від вогнища. Це потребує використання спеціальних матеріалів або підвищення товщини цих пластин. Вибір оптимальних розмірів та геометрії усіх пластин, які можуть бути різні за площею і формою та мати вигини, і конструкційних елементів пальника, які створюють повітропровідні канали, крізь які іде вхідне повітря (дозатор повітря, зазори між верхньою та основною і основною та нижньою пластинами, дюзи, канали між ребрами, додаткові отвори у пластинах та центральному і периферійних повітропроводах і їх наконечниках) дозволяє охолоджувати пластини та повітропровід і створювати необхідний кількісний розподіл повітря по зонах горіння та забезпечити його стабільність для ефективного спалювання різноманітного палива. Виготовлення периферійних повітропроводів з труб будь-якого перерізу, а наконечників загостреної або притупленої форми, або без отворів, або з отворами дозволяє краще 2 UA 106096 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 налаштовувати пальник для оптимізації процесу горіння палива з урахуванням його різноманіття. Виконання ребер та горизонтальних ділянок периферійних повітропроводів г-подібної форми, спрямованих від центра до краю пластини, забезпечує відтворення каналів визначеного перерізу для потоків повітря під основною пластиною, що забезпечує рівномірне розповсюдження повітря і необхідний простір для процесу горіння. При цьому ребра можуть бути прямими або вигнутими. Зокрема ребра, що йдуть проти годинникової стрілки, якщо на них дивитися знизу догори, утворюють найбільш рівномірний потік повітря по площині пальника в північній півкулі Землі, так як потік при русі зміщується декілька вправо за рахунок впливу сили Коріоліса, тобто за годинниковою стрілкою, якщо дивитися зверху вниз і тому підкручені у цю ж сторону ребра сприяють рівномірності розповсюдження потоку повітря. В південній півкулі зміщення від впливу сили Коріоліса йде в протилежний бік і конструкція пальника має бути дзеркальною до описаної вище. Рівномірна подача повітря забезпечує якісне горіння твердого, рідкого і газоподібного палива. Використання ребер оптимальної форми для твердого палива зменшує утворювання твердого шару золи. З цією ж метою використовують центральний та периферійні повітропроводи. Наконечники на них забезпечують зменшення засмічення отворів та покращують проникнення повітря крізь верхній шар палива, що впливає на потужність пальника і інтенсифікує процес горіння. Це суттєво діє для рідкого палива, коли утворюється барботажне змішування повітря і палива. Оптимальна геометрія сопла (або декількох ярусів сопел) забезпечує потрібну форму і кути ліній потоку повітря, що виходить за межі основної пластини так, щоб було найбільш ефективне змішування з відхідними від зони горіння газами, а дозатор повітря, дюзи (які можуть мати відокремлений канал для подачі у них повітря), дозатор повітря і сопла забезпечують задану кількість і напрямок подання повітря до палива, що забезпечує повноту його спалювання. Облямовувальні елементи, що виконані у вигляді заглиблень або стрічок з металу, або дискретних поперечних вставок, які виходять за кромку основної пластини, регулюють напрямок та об'єм повітряного потоку на краю пальника і утворюють необхідний мінімальний зазор, що гарантовано забезпечує проходження відхідних газів з-під низу пальника. Виконання периферійних повітропроводів у вигляді труб г-подібної форми створює канали для подання повітря під поверхню сипкого (що в оптимальному режимі може утворити квазірідкий шар) або рідкого (що утворює барботажний шар) палива. Виконання запобіжного клапана у формі увігнутих конусів зверху і знизу дозволяє виключити пряме подання повітря через центр основної пластини до зони горіння палива, що збільшує охолодження верхньої та основної пластин і інтенсифікує газоутворення при горінні різноманітних видів палива. Це також підвищує рівень безпеки тому, що запобіжний клапан відкривається у разі виникнення надлишкового тиску відхідних продуктів згоряння при різкому підвищенні їх кількості. Верхня та основна пластини можуть бути різні за площею і формою та мати вигини для того, щоб утворювати оптимальні умови спалювання різноманітних видів палива. Основна пластина у межах дозатора може мати або центральний отвір для більш інтенсивної подачі повітря в шар палива, тобто для гострого дуття, або декілька отворів, щоб краще утворювати охолодження верхньої і основної пластин, а також для забезпечення подання повітря у потрібні місця і в заданій кількості до палива. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображений вертикальний переріз пальника. Газогенеруючий пальник з дюзами містить елемент кріплення 1, патрубок 2, з'єднаний з повітропроводом 3, верхню пластину 4, основну пластину 5, сопла 6, облямовувальні елементи 7, дозатор повітря 8, ребра 9, периферійні повітропроводи 10 з отворами 11 і з наконечниками 12.1, нижню пластину 13, центральний повітропровід 14 з наконечником 12.2, запобіжний клапан 15, дюзи 16, які можуть мати відокремлені канали для подачі у них повітря (на кресленнях не показано). Кріплення 1 і з'єднання патрубка 2 до повітропроводу 3 виконується герметичним. Периферійні повітропроводи 10 з наконечниками 12.1 і центральний повітропровід 14 з наконечником 12.2 виконують з вогнестійкого матеріалу. Крім цього, периферійні повітропроводи виконують з труби, будь якого перерізу, а наконечники можуть мати загострену форму для кращого проникнення у паливо, або притуплену, щоб затримати проникнення пальника у паливо, і бути без отворів для сипучого палива або з отворами для утворення барботажу у рідині. 3 UA 106096 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Верхня 4 і основна пластини 5 можуть бути не однаковими за площею і формою та мати вигини (зокрема, хвилясті до периферії). Однак, верхня пластина до сопел 6 повинна бути суцільною по усій площі, окрім отвору у центрі, де вона поєднана з патрубком 2. Над пластиною 4 і під пластиною 5 та між ними можуть кріпитися зміцнюючі елементи (не показано). Облямовувальні елементи 7 виконують у вигляді заглиблень або смужки з металу, або як дискретні поперечні вставки, які виходять за границю краю пластини 5. Усі конструктивні елементи пальника кріплять один до одного зазвичай за допомогою зварювання. Для побутових котлів пластина 4 виготовлена з тонкого рядового металу 1-3 мм, пластина 5 і 13 виготовлена або з рядового металу 3-6 мм, або з нержавіючого вогнестійкого металу товщиною 0,8-2 мм. Ребра 9 можуть бути прямими або вигнутими, мати різноманітні вигини, зокрема за або проти годинникової стрілки. Ребра 9 виготовлені з рядового металу за профілем: з смуги 3-4 мм або з кутика, швелера, тавра. Пальник працює наступним чином. Вхідне повітря подається крізь приєднаний кріпленням 1 до з'єднувального патрубка 2 повітропровід 3 і далі розповсюджується між верхньою пластиною 4 і основною пластиною 5, а також під основною пластиною 5 і під нижню пластину 13. Частина повітря виходить крізь сопла 6 (які для збільшення об'єму змішування та уповільнення у ньому руху повітря можуть розташовуватися у декілька ярусів) в зону догоряння відхідних газів, що утворюються у процесі згоряння палива, а решта повітря крізь дюзи у основній пластині 5, тобто далі по каналах між ребрами 9, що зверху обмежені основною пластиною 5, крізь периферійні повітропроводи 10 і отвори у нижній пластині 13 і вдовж неї або крізь отвори 11 і наконечники 12, йде нижче до палива і виходить біля облямовувальних елементів 7. Кількісний розподіл повітря забезпечує спільна робота дозатора повітря 8 та отвір у центрі основної пластини 5 або увігнуті конуси запобіжного клапана 15 і дюзи 16, які можуть мати відокремлені канали для подачі у них більш контрольованої кількості повітря. Повітря йде до палива по каналах між ребрами 9, що обмежені основною 5 і додатковою 13 пластинами, крізь отвори 11, крізь периферійні повітропроводи 10 і їх наконечники 12.1 та центральний повітропровід 14 з наконечником 12.2. При згорянні палива на елемент кріплення 1, патрубок 2, верхню пластину 4 і повітропровід 3 більшою мірою впливає випромінювання від полум'я і продуктів згоряння, що йде з півсфери над верхньою пластиною 4. Облямовувальні елементи 7, ребра 9, нижня пластина 13, периферійні повітропроводи 10 з отворами 11 і з наконечниками 12.1, центральний повітропровід 14 з наконечником 12.2 сприяють рівномірній подачі повітря до палива і формують стійку зону горіння останнього, що дозволяє створювати умови для необхідного газогенеруючого процесу при горінні різноманітних видів палива, бо кінетичній дії відхідних газів запобігає суцільність верхньої пластини і відносно велика відстань від краю пальника до його центра. В теплогенераторах верхнього горіння вигоряння палива відбувається нерівномірно по площині дзеркала горіння, якщо пальник переміщується донизу і зустрічає неоднорідне по якості паливо. Для твердого палива це може бути неоднорідність по укладанню, щільності, вологості, зольності. Оскільки нагріті гази прагнуть до верху, то під верхню частину нахиленого пальника починає надходити більше повітря, а під нижче розташовану частину - менше. За рахунок цього прискорюється вигоряння вище розташованої частини палива і відбувається вирівнювання пальника у горизонтальній площині. Таким чином утворюється нерівномірний рух пальника в процесі його пересування до низу при горінні неоднорідного по якості палива. Проходження повітря до палаючого палива крізь отвори в основній пластині пальника та усі елементи, що нижче цієї пластини, завжди утворюють газогенераторні гази, але роботу теплогенератора у газогенеруючому режимі отвори в основній пластині забезпечують спільно з дозатором і соплами. Це відбувається, якщо під основну пластину надходить від 28,5 % до 40 % вхідного повітря, а між верхньою і основною пластинами - від 71,5 % до 60 % вхідного повітря для спалювання газогенераторних газів, що йдуть з-під пальника. Додаткова умова, що в цілому у пальник вхідне повітря надходить у кількості 103-105 % від необхідного для повного прогоряння верхнього шару палива. Таким чином можливо спалювати як тверді, так і рідкі або газоподібні види палива, або їх суміші. Експериментальна перевірка заявленого пальника підтвердила теоретичні оцінки, засновані на вивченні теплогазодинамічних процесів опалювальних приладів верхнього горіння. Рівень розробки знаходиться в стадії, коли пальник опробований в роботі теплогенераторів, та йде підготовка дослідних зразків пальника для різноманітних видів палива і документів до серійного виробництва. 4 UA 106096 U Використання заявленого пальника забезпечує створення оптимальних умов для газогенеруючого процесу, рівномірного спалювання різноманітних видів палива, підвищення рівня безпеки та збільшення терміну експлуатації пальника і повітропроводу. 5 10 15 20 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Газогенеруючий пальник з дюзами, що містить основну пластину з отвором у центрі і патрубок, прикріплений до повітропроводу вхідного повітря, який відрізняється тим, що додатково містить верхню пластину, розташовану над основною пластиною та суцільну по усій площі, окрім отвору у центрі, до якого герметично прикріплений патрубок, дозатор розміщений між верхньою та основною пластинами, при цьому обидві пластини поєднані з соплами, які виконані в один або декілька ярусів, та по периметру основної пластини розташовані облямовувальні елементи у вигляді заглиблень або стрічок з металу, або дискретних поперечних вставок, які виходять за кромку основної пластини, крім цього, до низу основної пластини прикріплені або ребра та/або горизонтальні короткі ділянки периферійних повітропроводів г-подібної форми, вертикальні ділянки яких закінчуються наконечниками, та до ребер або до горизонтальних ділянок периферійних повітропроводів приєднана або суцільна нижня пластина, або з центральним отвором, у який може бути встановлений центральний повітропровід з наконечником на кінці, крім того, основна пластина та/або нижня пластина можуть мати ще декілька отворів і усі пластини можуть бути різні за площею і формою та мати вигини, а в отвір основної пластини встановлений запобіжний клапан у формі увігнутих конусів зверху і знизу, при цьому перед соплами крізь основну пластину розміщені дюзи, які можуть мати відокремлені канали для подачі у них повітря. 2. Пальник за п. 1, який відрізняється тим, що периферійні повітропроводи виготовлені з труб будь-якого перерізу, а наконечники можуть мати загострену форму або притуплену та бути без отворів або з отворами. 3. Пальник за п. 1, який відрізняється тим, що ребра та горизонтальні ділянки повітропроводів спрямовані від центра до краю основної пластини, при цьому ребра можуть бути прямими або вигнутими. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5