Воспламенитель

)5 Р 2309/О ГОСУДАРСТВЕННПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ ТЕН ЕН ого ых ОПИСАНИЕ И(71) Научно-производственный центр при Николаевском кораблестроительном институте(56) Авторское свидетельство СССР йг 569807, кл, Р 23 0 9/00, опублик. 1977. (54) ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ(57) Использование: для разжига основн или вспомогательного топлива в различн Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для розжига основного или вспомогательного топлива в различных типах энергетических установок и котлов, например камер сгорания газотурбинных двигателей,Наиболее близким техническим решением иэ известных к заявленному является воспламенитель, содержащий топливные сопла на входе в смеситель, соосную с ним камеру воспламенения, расположенный по оси токоведущий стержень с электродом, образующий зазор с корпусом камеры воспламенения,В известном воспламенителе топливо поступает через центральное сопло в инжекционный смеситель. В расширяющемся по ходу потока инжекционном смесителе типах энергетических установок и котлов, например камер сгорания газотурбинных двигателей, Сущность изобретения: воспламенитель содержит топливные сопла на входе в смеситель, соосную с ним камеру воспламенения и расположенный по оси токоведущий стержень с электродом, образующий зазор с корпусом камеры воспламенения, выполненный в виде диффузора с углом раскрытия 18.24 и соединенный со смесителем через его участок, выполненный в виде промежуточной камеры длиной, лежащей в определенных пределах. 3 ил. топливо и воздух перемешиваются, и смесь поступает в камеру воспламенения, где поджигается воспламенителем (свечой зажига- ния), расположенным в области рециркуляционного движения горючей смеси, образованного за счет взаимного смещения осей инжекционного смесителя и камеры воспламенения, что позволяет стабилизировать воспламеняющий факел.Недостатками известного воспламенителя являются следующие: состав и режим течения горючей смеси, ее однородность сложным образом зависят от рода и параметров истечения топлива, параметров воздуха, типа, мощности и реакционной способности воспламенителя, линейных размеров и геометрии инжекционного смесителя, Поэтому обеспечить с помощью опи 177764055 санного устройства значения рабочих параметров воспламеняющего факела (температуру, степень выгорания топлива, скорость истечения горячих газов, стабильность воспламенения, глубину проникновения факела в камеру сгорания в зависимости от скорости поперечно движущегося потока) от соответствующих входных параметров во всем рабочем диапазоне, охватывающем как режим стабилизирующего горения при скорости смеси меньше или равной скорости распространения пламени, так и при скорости, значительно превышающей скорость распространения пламени, удается не во всех случаях. Одна из причин состоит в тогл, что инжекционный смеситель переменного сечения не обеспечивает однородность смеси топливо-воздух вплоть до расслоения потоков, так как поперечные пульсации скорости и осевая скорость потока уменьшаются по ходу потока в расширяющемся смесителе известного воспламенителя. Это приводит к забросам далекой от стехиоме 1 рического состава горючей смеси в область расположения воспламенителя, что резко снижает надежность ее воспламенения. Тщательное же перемешивание компонентов потока сопряжено с увеличением габаритов расширяющегося инжекционного смесителя. Другая причина снижения надежности восплагленения горючей смеси состоит в возрастании мертвого пространства, в особенности богатых топливных смесей; при больших значениях скорости истечения смеси в камеру воспламенения, а также при больших расходах, когда теплоотвод превосходит тепловыделение, приводящее к затуханию пламени. Мертвое пространство факела может простираться за пределы выходного сечения камеры воспламенения, тогда отрыв пламени наблюдается при скорости сносящего .потока менее 1 м/с, надежность воспламенения топливной смеси снижается из-за однобокого взаимодействия смеси с воспламенителем особенно при скорости потока, превышающей скорость пламени, Кроме того, вектор скорости истечения горячих газов из выходного сечения камеры восгламенения ввиду смещения осей камеры воспламенения и смесителя отклонен от нормали выходного сечения, что снижает глубину проникновения в камеру сгорания при поперечном сносящем потоке воздуха в камере вплоть до срыва и потухания пламени. При малых расходах топлива скорость истечения гленьше скорости распространения пламени, что приводит к проскоку пламени. Дополнительно необходимы значительные габаоиты известной конст 5 10 15 20 2 г, 30 35 40 рукции воспламенителя для надежного воспламенения, что ограничивает область ее применения, например, для розжига топлива в ГТД и других энергетических агрегатах.Целью изобретения является повышение надежности воспламенителя. Укаэан-. ная цель достигается тем, что камера воспламенения выполнена в виде диффузора с углом раскрытия 18-24 и соединена со смесителем через его участок, выполненный в виде цилиндрической камеры, длина которой лежит в поеделах:б(Ос - Оэ)/ис15(сс - бэ)/и, где с - длина камеры смешения;дс - диаметр камеры смешения;сэ - диаметр токоведущего стержня; и - количество сопел для подачи.топлива.Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что сокращение габаритов инжекционного смесителя за счет применения нескольких топливных сопел, создание рециркуляции потока в расширяющемся диффузоре за счет увеличения угла раскрытия больше 18 известно (см, Абрамович Г,Н. Прикладная газовая динамика. 1 Л,: Наука, 1976), а также известно повышение надежности воспламенения топливо-воздушной смеси искровым воспламенителем. Однако при введении приведенных признаков в связи с остальными элементами в заявляемом воспламенителе топливо-воздушной смеси вышеуказанные элементы и размеры проявляют новые свойства, что.приводит к повышению надежности воспламенения и работы воспламенителя, Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".На фиг,1 представлен продольный разрез воспламенителя; на фиг,2 - вид А при Г-образном расположении электрода; на фиг.3 - то же, при Т-образном расположении электрода,Воспламенитель содержит расположенные последовательно по ходу потока инжекционный смеситель 1 с отверстиями 2 для поступления воздуха и камеру воспламенения 3. В камере смешения 4 установлен .изолированный от корпуса токоведущий стержень 5, на конце которого закреплен электрод б. образующий разрядный промежуток 7 с внутренней поверхностью камеры воспламенения 3, которая выполнена в виде диффузора с углом раскрытия 18-24 О. Сопла для подачи топлива 8 направлены в кольцевой зазор, образованный токоведущим стержнем 5 и внутренними стенками камеры смешения 4, Длина10 15 20 25 35 40 45 50 55 камеры смешения выбрана иэ интервала 6(бс - бэ)/ис 15(бс - бэ)/и.Воспламенитель работает следующим образом.Струи топлива, истекающие из сопел 8, перемешиваются с инжектируелым через отверстия 2 воздухом в инжекционном смесителе 1, после чего топливовоэдушная смесь поступает в камеру воспламенения 3. На электрод б и камеру воспламенения 3 подают напряжение от источника питания (на рисунках не показан) с емкостным разрядом, В разрядном промежутке 7 возникает электрический разряд. За время разряда топливовоздушная смесь выдувает плазменную струю в камеру воспламенения 3, где происходит поджигание топливовоздушной смеси, Отрыв потока топливовоздушной смеси от стенок камеры воспламенения 3, благодаря углу раскрытия а = 18-24 О, обеспечивает стабильную рециркуляцию струй топливовоздушной смеси в область подкигания, что обеспечивает надекное воспламенение этой смеси и предупреждает выход мертвого пространства за пределы выходного сечения камеры воспламенения, что в свою очеоедь, обеспечивает стабильность факела в сносящем потоке воздуха.Были испытаны несколько вариантов воспламенителя с различным количеством топливных сопел и,различной длиной инжекционного смесителя. При испытании использован импульсный источник питания мощностью 0,5 кВт частотой импульсов 7 с . расход газа 5 г сДиаметр инжекционного смесителя бс = =16 мм, диаметр токоведущего стержня бэ = =6 мм, центральный электрод Т-образный. Размер разрядного промежутка 1,3 +0,4 мм, камера воспламенения имеет следующие размеры: длина 52 мм, диаметр входного сечения 36 мм, диаметр выходного сечения 53 мм. Испытания воспламенителей проводили при скоростях сносящего воздушного потока от 0 до 72 м/с и при разном количестве сопел для подачи топлива,Первый вариант, Воспламенители с двумя соплами по 0,5 мм и следующими длинами инжекционного смесителя 1 с = 25, 28, 30, 40, 45, 50, 60, 70, 75, 77, 82 мм,При длине инжекционного смесителя 25 мм поджигания топливовоздушной смеси не происходит из-за сни кения коэффициента инжекции оздуха. образуется богатая. за пределами воспламенения топливовоздушная смесь. При 1 с = 28 мм возникают сбои в поджигании топливовоздушной смеси. Начиная с 1 с = 30 мм запальная горелка устойчиво работает, Прис = 40, 35, 50, 60, 70,75 мм наблюдается надежное воспламенение топливовоэдушной смеси и устойчивое горение факела при скоростях сносящего потока от 0 до 70 м/с, При 1 с = 77 мм и более при подаче напряжения на электроды наблюдается задержка воспламенения разной длительности, что создает опасность взрывообразного воспламенения.Второй вариант, Воспламенители с тремя топливными соплами по 0,5 мм, расположенными под углом 120. Длины инжекционных смесителей с = 18, 20, 30, 45,50, 55 мм. При 1 с =- 18 мм факел заметно отклонен от нормали при скорости сносящего потока 5 м/с, а при скорости 10 м/с этот угол близок к 90 О. При длинах с = 20. 30, 45, 50 мм зафиксировано надежное воспламенение и устойчивое горение факела при скоростях сносящего потока до 72 м/с. При длине смесителя 55 мм появляется характерное для горения богатой смеси дымление, что говорит о снижении полноты сгорания топлива.В заявляемом устройстве достигнуто повышение надежности воспламенителя. Формула изобретения Воспламенитель, содержащий топливные сопла на входе в смеситель, соосную ему камеру воспламенения и расположенный по оси токоведущий стержень с электродом, образующий зазор с корпусом камеры воспламенения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности при выполнении смесителя инжекционным, камера воспламенения выполнена в виде диффузора с углом раскрытия 18-24 и соединена со смесителем через его участок, выполненный в виде цилиндрической камеры. длина которой лежит в пределах6(бс - бэ)/и1 с15(бс - бэ)/и, гдес - длина камеры смешения;бс - диаметр камеры смешения;бэ - диаметр токоведущего стержня; и - количество сопел для подачи топлива.1777640 ф бкургггтггтl сейнтВ ид Составитель Н.СелезневаТехред М,Моргентал . Коррект отыль едакто панно.иадатальокий комбинат Патант", г: Уктгород, уп.Гагарина, 1 О Прои аз 4133 Тираж . ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5