Апарат зануреного згоряння для випарювання рідини

Реферат: Апарат зануреного згоряння для випарювання рідини містить пальник із патрубками для подачі палива і повітря, приєднану до його нижньої частини камеру згоряння, виконану у вигляді сполучених через циліндричну ділянку дифузора та конфузора, циркуляційну трубу, розміщену навколо камери згоряння з кільцевим зазором, а також газорозподільний пристрій, нижня частина якого має плоску тарілчасту форму, а верхня частина виконана у вигляді зрізаного конуса, причому під газорозподільним пристроєм розташований резонуючий клапанний контактний пристрій з порожнинами або без них, який турбулізує потік продуктів згоряння та сприяє модуляції ультразвукових коливань в газовому потоці. UA 101001 U (54) АПАРАТ ЗАНУРЕНОГО ЗГОРЯННЯ ДЛЯ ВИПАРЮВАННЯ РІДИНИ UA 101001 U UA 101001 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв для спалювання газу, в яких газоподібне паливо змішується з повітрям до зони горіння, а камера згоряння розташована під водою. Апарат може бути використаний для нагрівання або випарювання рідини в різних технологічних процесах і системах децентралізованого опалення. Відомий занурювальний пальник, який містить корпус з патрубками подачі палива і повітря і завихрювачем, камеру згоряння з вихлопною трубою і циркуляційну трубу, розташовану навколо камери згоряння з кільцевим зазором, з метою розширення діапазону стійкої роботи, камера згоряння виконана у вигляді двох усічених конусів, з'єднаних через циліндричну ділянку 3 більшими основами (А.с. 1219874 СССР, МКИ F23D 14/44. Погружная горелка [Текст] / А.Е. Еринов, А.С. Лукьянчиков, С.В. Дроздович, В.Ю. Никитин (СССР). - № 3748459/24-06; заявл. 06.06.84; опубл. 23.03.86, Бюл. № 11. - 186 с.). До недоліків відомого занурювального пальника слід віднести низький діапазон навантажень внаслідок підвищеного опору при руху продуктів згоряння та відкладення солей жорсткості в нижній частині вихлопного патрубка, що приводить до підвищення глибини занурення і, як наслідок, збільшення потрібного напору повітря. Найбільш близьким за результатом, що досягається, до корисної моделі, що заявляється, є апарат зануреного згоряння, що містить пальник із патрубками для подачі палива і повітря, приєднану до його нижньої частини камеру згоряння, виконану у вигляді сполучених через циліндричну ділянку конфузора та дифузора, циркуляційну трубу, розміщену навколо камери згоряння з кільцевим зазором, а також газорозподільний пристрій, дифузор камери згоряння виконаний у вигляді системи n зрізаних конусів із кутами розкриття, що прогресивно збільшуються, та конуса сполучення дифузора з циліндричною частиною, а нижня, конфузорна, частина камери згоряння виконана у вигляді системи k сполучених зрізаних конусів, до нижнього з яких через перехідний циліндр приєднаний перфорований газорозподільний пристрій, нижня частина якого має плоску тарілчасту форму, а верхня частина виконана у 7 вигляді зрізаного конуса (Пат. 62018 Україна, МПК F23D 14/44. Апарат зануреного згоряння [Текст] / Сорока Б.С., Шандор П. (HU), П'яних К.Є., Андрієнко Д.В., Апальков А.П.; заявл. 23.07.01; опубл. 15.12.03, Бюл. № 12). До недоліків прототипу слід віднести недостатню турбулізацію газового потоку, наслідком чого є низька інтенсивність переносу енергії газу (продуктів згоряння) до рідини та низький тепломасообмін між газом і рідиною. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення конструкції апарату зануреного згоряння, підвищення ефективності його роботи за рахунок збільшення інтенсивності теплообміну між газовою та рідинною фазою і підвищення сталості роботи апарату зануреного згоряння. Ця задача вирішується за рахунок того, що у відомому апараті зануреного згоряння під газорозподільним пристроєм розташований резонуючий клапанний контактний пристрій з порожнинами або без порожнин, який турбулізує потік продуктів згоряння та сприяє модуляції ультразвукових коливань у газовому потоці. Подовжній переріз апарату зануреного згоряння зображений на кресленні (Фіг. 1). Апарат містить пальник 1 із патрубком подачі повітря 2 і патрубком подачі палива 3, на якому встановлений газосопловий насадок 4, та співвісно встановленим гвинтом-завихрювачем 5. До нижньої частини корпуса приєднана камера згоряння 6, що складається з дифузора 7, циліндричної ділянки 8 і конфузора 9. Корпус пальника з'єднаний з камерою згоряння в найбільш вузькому перерізі - перетиску проточної частини. У конфузорі 9 по колу виконана система отворів 10. До конфузора приєднаний газорозподільний пристрій 11, який виконано з перфорованих конічної 12 і плоскої тарілчастої 13 ділянок. Навколо камери згоряння співвісно з нею встановлена циркуляційна труба 14, що утворює з нею кільцевий зазор 15 змінного перерізу, причому цей переріз мінімальний у верхній частині. Нижній зріз циркуляційного стакана 14 розташований нижче газорозподільного пристрою 11. До дифузора 6 камери згоряння 5 приєднаний запальний пальник 16. Під газорозподільним пристроєм за допомогою трьох пружин 17 розташований резонуючий клапанний контактний пристрій 18 з порожнинами або без них, який турбулізує потік продуктів згоряння та сприяє модуляції ультразвукових коливань в газовому потоці. Апарат зануреного згоряння працює таким чином. Апарат розміщують у ванні, що заповнена рідиною, яку нагрівають або випарюють. При цьому дзеркало рідини вище отворів 10. У пальник 16 подають повітря, запалюють електричну іскру і додають паливо до стійкого горіння. Після виникнення полум'я на основний пальник 1 подають по патрубку 2 повітря, а по патрубку 3 паливо. При цьому внаслідок надлишкового тиску рідина витискується з камери згоряння 6 і паливо-повітряна суміш з основного пальника 1 надходить в камеру згоряння. Після цього 1 UA 101001 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 пальником 16 паливо-повітряна суміш підпалюється і у камері згоряння утворюється розімкнутий факел. Далі запальний пальник 16 відключають і, регулюючи витрати палива і повітря, забезпечують стійкий режим роботи апарату. Гарячі гази, що утворені при згорянні частково відриваються з основної зони горіння і утворюють циркуляційний потік до гирла пальника, що забезпечує надійне запалення суміші. Димові гази залишають камеру згоряння крізь отвори 10, перфоровану конічну 12 і плоску 13 ділянки газорозподільного пристрою 11, частково направляються в кільцевий зазор 15, захоплюючи за собою рідину, і забезпечуючи ерліфтний ефект транспортування емульсії газ-рідина. Основний потік газу взаємодіє з резонуючим клапанним контактним пристроєм 18 і забезпечує його коливання і турбулізацію потоку газу. Це сприяє зростанню швидкості тепломасообміну при роботі апарату зануреного згоряння і інтенсивності переносу речовини та енергії при контакті фаз. В турбулентному потоці елементарні газові струмені змінюють швидкість і напрям, в зв'язку з чим в кожній точці газового об'єму відбувається пульсація швидкості. Внаслідок цього накладення коливань ззовні в деяких областях частот, відповідаючи власній частоті коливань елементів структури газового потоку, приводить до інтенсифікації процесу переносу речовини та енергії. При контактуванні газу і рідини в апараті зануреного згоряння виникають амплітудночастотні коливання контактуючих фаз, які пов'язані зі швидкістю руху газового потоку, нестабільністю між фазної поверхні, хвилeутворенням на поверхні газорідинного шару. Це сприяє деформації пухирців при конденсації пари рідинної фази, виникненню міжфазної турбулентності і турбулентних пульсацій, які породжені нестабільністю поверхні розділу фаз. Енергія газових струменів в газорідинному шарі перетворюється в кінетичну енергію пульсацій та потенціальну енергію поверхневого натягу, які переходять одна в одну. Таким чином при контактуванні газу та рідини внаслідок одночасного виникнення коливань тиску, викликаних зміною швидкості, утворюється складна система коливань з багатьма ступенями вільності. Максимальний ефект буде при збіжності частот, що накладуються, та власних коливань елемента структури шару, коли наступає резонанс. Як встановлено дослідженнями (Ультразвук. Краткая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1979. - 173 с.) маса рідини, приєднана до пульсуючого пухирця чисельно дорівнює потроєній масі рідини, яка витиснена цим пухирцем. Це сприяє інтенсивному тепломасообміну при роботі апарату зануреного згоряння. Дія пристрою відбувається наступним чином. Клапан з порожнинами або без них, внаслідок своєї інерційності при підвищенні або зменшенні тиску над ним проскакує положення рівноваги. При цьому виникають коливання клапана, які підтримує дія пружин. Коливання клапана створюють низькочастотні коливання струменів газу (продуктів згоряння), які витікають з-під клапана і взаємодіють з рідиною. Від струменя газу та великих пухирців газу відриваються дрібніші пухирці, коливання яких створюють високочастотні коливання в газорідинному потоці. Накладення низькочастотних та високочастотних коливань викликає частотно-модульовані коливання, які мають високу проникність та тривалість існування, та забезпечують за рахунок цього підвищення ефекту контакту фаз та інтенсивність тепломасообміну. При виборі конструкції для розподілу газу в рідині необхідно враховувати параметри пульсації, які визначають розміри пухирців та закони розподілу їх, частоту власних коливань, кількість поглиненої енергії та кількість рідини всередині пухирців. З урахуванням цього можливі конструкції резонуючих клапанних контактних пристроїв з порожнинами або без них, наведені на фіг. 2, 3. На фіг. 4 наведено розташування резонуючого клапанного контактного пристрою 18 під газорозподільним пристроєм 11 за допомогою пружин 17. Таким чином запропонований апарат зануреного згоряння для випарювання рідини забезпечує стійку роботу та збільшення ефективності за рахунок інтенсивності теплообміну між газовою та рідинною фазою і може бути використаний в хімічній, металургійній галузях, та комунальній сфері. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Апарат зануреного згоряння для випарювання рідини, що містить пальник із патрубками для подачі палива і повітря, приєднану до його нижньої частини камеру згоряння, виконану у вигляді сполучених через циліндричну ділянку дифузора та конфузора, циркуляційну трубу, розміщену навколо камери згоряння з кільцевим зазором, а також газорозподільний пристрій, нижня 2 UA 101001 U частина якого має плоску тарілчасту форму, а верхня частина виконана у вигляді зрізаного конуса, який відрізняється тим, що під газорозподільним пристроєм розташований резонуючий клапанний контактний пристрій з порожнинами або без них, який турбулізує потік продуктів згоряння та сприяє модуляції ультразвукових коливань в газовому потоці. 3 UA 101001 U 4 UA 101001 U 5 UA 101001 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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 6