RU2664635C1

RU2664635C1 - Gas-steam generator

Info

Publication number: RU2664635C1
Application number: RU2018101187A
Authority: RU
Inventors: Владислав Юрьевич Климов
Original assignee: Владислав Юрьевич Климов
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2018-08-21

Abstract

FIELD: power plants.SUBSTANCE: invention relates to power plants intended for generating steam-gas mixtures. Steam generator comprises a chamber and a mixing head including a fuel supply unit and a ballast component supply unit. Feeding unit of the ballasting component consists of a housing on which the collector is fixed, sections installed in the housing coaxially and consisting of two concentrically connected bushings, on the outer surface of one of which grooves are made. Sections connected to each other and to the body by means of rings form annular channels, with holes in the rings communicating the fuel cavity with the annular channels, and in the openings with an annular gap, there are hollow tips communicating the oxidant cavity with the annular channels. In turn, the cavity of the collector is communicated with the cavities of the sections by means of radial channels made in rings.EFFECT: invention makes it possible to reduce the overall dimensions and mass of the steam-gas generator, and also to increase the uniformity of the temperature field of the vapor-gas mixture at the outlet in a wide range of temperatures and pressures due to the intensification of the evaporation process of the ballasting component.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к способам работы и конструированию парогазогенераторов.The invention relates to power engineering, and in particular to methods of operation and design of steam and gas generators.

Одной из проблем, стоящих в настоящее время в данной области техники, является проблема эффективности энергоустановок, повышение их КПД и надежности работы.One of the problems currently facing the field of technology is the problem of the efficiency of power plants, increasing their efficiency and reliability.

Известен способ работы парогазогенератора, в котором рабочий процесс осуществляется в двух газовых трактах с разнотемпературными выхлопными потоками, выводимыми в общую утилизационную систему, в которой генерируется водяной пар (заявка РФ на изобретение №93009679/06/008853).A known method of operation of a steam and gas generator, in which the working process is carried out in two gas paths with different temperature exhaust streams output to a common utilization system in which water vapor is generated (RF application for invention No. 93009679/06/008853).

Известен способ работы парогазовой установки (парогазогенератора), включающий сжигание топлива, подогрев рабочего тела, генерацию водяного пара (патент РФ №2174615, кл. МПК7 F02C 6/18 от 12.09.1996 г.).A known method of operation of a combined cycle plant (steam generator), including burning fuel, heating the working fluid, generating water vapor (RF patent No. 2174615, class IPC F02C 6/18 from 09/12/1996).

Известно устройство для получения высокотемпературного пара (а.с. СССР №168962), содержащее корпус с выходными патрубками для парогазовой смеси и размещенным внутри горелочным устройством.A device is known for producing high-temperature steam (AS USSR No. 168962), comprising a housing with outlet pipes for a gas-vapor mixture and a burner device located inside.

Известен парогазогенератор, содержащий корпус с выходным патрубком для парогазовой смеси, цилиндрическую камеру сгорания с горелочным устройством, камеру смешения, форсунки, завихрители потока (патент РФ 2283456 от 12.20.2004 г., кл. МПК F22B 1/22).Known steam and gas generator, comprising a housing with an outlet pipe for a gas mixture, a cylindrical combustion chamber with a burner, a mixing chamber, nozzles, flow swirls (RF patent 2283456 from 12.20.2004, class IPC F22B 1/22).

Общим недостатком известных технических устройств является их недостаточная эффективность работы, сложность конструкции и низкая надежность при высоких тепловых нагрузках конструкционных элементов.A common disadvantage of the known technical devices is their insufficient work efficiency, design complexity and low reliability at high thermal loads of structural elements.

Известен парогазогенератор, содержащий камеру сгорания с форсунками, подвод воды, запальное устройство, камеру испарения, при этом подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в камере испарения установлена диафрагма (Патент РФ №2371594, МПК: F02C6/00 - прототип).Known gas generator containing a combustion chamber with nozzles, a water supply, an ignition device, an evaporation chamber, while the water supply is located in the upper part of the combustion chamber and is made in the form of a sleeve with tangential channels for swirling the water flow and the formation of a vortex shell, and installed in the evaporation chamber diaphragm (RF Patent No. 2371594, IPC: F02C6 / 00 - prototype).

Указанный парогазогенератор работает следующим образом.The specified steam and gas generator operates as follows.

Вода по магистрали подается в камеру сгорания, проходя по втулке с тангенциальными каналами, закручивается и образует в полости камеры сгорания вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области.Water is supplied through the mains to the combustion chamber, passing through a sleeve with tangential channels, swirls and forms a vortex-like shell with a vacuum inside its central region in the cavity of the combustion chamber.

Затем по магистралям окислителя и горючего подают компоненты в смесительную головку. Запальное устройство с помощью свечи воспламеняет их. Компоненты сгорают внутри водяной вихреобразной оболочки, которая существенным образом снижает температурные нагрузки на стенки камеры сгорания, что позволяет поднять до максимальной температуру сгорания компонентов (достигается их стехиометрическим соотношением) и повысить, тем самым, эффективность работы установки.Then, the components are fed into the mixing head along the lines of the oxidizer and fuel. The igniter uses a candle to ignite them. The components burn inside the water vortex shell, which significantly reduces the temperature load on the walls of the combustion chamber, which allows to raise the maximum combustion temperature of the components (achieved by their stoichiometric ratio) and thereby increase the efficiency of the installation.

Наличие диафрагмы, выполненной в виде сопла, широким срезом направленного в камеру испарения, не позволяет разрушиться образовавшейся водяной вихревой оболочке раньше времени, поэтому интенсивное испарение воды и разогрев пара происходят при более щадящих температурных нагрузках на конструкционные элементы парогазогенератора, после свертывания вихреобразной водяной оболочки. Кроме того, при расширении газа в сопле, его статическая температура падает.The presence of a diaphragm made in the form of a nozzle, with a wide slice directed to the evaporation chamber, does not allow the water vortex shell to break down ahead of time, therefore, intense evaporation of water and heating of steam occur at more gentle temperature loads on the structural elements of the steam and gas generator, after coagulation of the vortex-like water shell. In addition, as the gas expands in the nozzle, its static temperature drops.

Разогретый в камере испарения высокотемпературный пар через выходное устройство выходит наружу для дальнейшего потребления.The high-temperature steam heated in the evaporation chamber through the outlet device comes out for further consumption.

Основными недостатками данной конструкции парогазогенератора являются значительные габариты, особенно в осевом направлении, что вызвано необходимостью размещения камеры смешения после узла подачи балластирующего компонента.The main disadvantages of this design of the steam and gas generator are significant dimensions, especially in the axial direction, which is caused by the need to place the mixing chamber after the supply unit of the ballasting component.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, и повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.The objective of the invention is to remedy these disadvantages, and increase the uniformity of the temperature field of the vapor-gas mixture at the outlet in a wide range of temperatures and pressures due to the intensification of the evaporation process of the ballasting component.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный парогазогенератор, содержит камеру и смесительную головку, включающую в себя блок подачи компонентов топлива и блок подачи балластирующего компонента, состоящего из корпуса на котором закреплен коллектор, секций установленных в корпусе коаксиально и состоящих из двух концентрически соединенных между собой втулок, на наружной поверхности одной из которых выполнены пазы, при этом секции, соединенные между собой и корпусом с помощью колец, образуют кольцевые каналы, причем в кольцах выполнены отверстия, сообщающие полость горючего с кольцевыми каналами, а в отверстиях с кольцевым зазором установлены полые наконечники, сообщающие полость окислителя с кольцевыми каналами, при этом полость коллектора соединена с полостями секций с помощью радиальных каналов, выполненных в кольцах.The solution to this problem is achieved by the fact that the proposed steam and gas generator contains a chamber and a mixing head, which includes a fuel component supply unit and a ballasting component supply unit, consisting of a housing on which a collector is fixed, sections installed in the housing coaxially and consisting of two concentrically connected to each other bushings, on the outer surface of one of which grooves are made, while the sections connected to each other and the housing using rings form annular channels, and in The holes are made, which communicate the fuel cavity with the annular channels, and hollow tips are installed in the holes with the annular gap, which communicate the oxidizer cavity with the annular channels, while the collector cavity is connected to the cavity of the sections by means of radial channels made in the rings.

Предлагаемая конструкция парогазогенератора, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение габаритов, массы устройства, а также повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.The proposed design of a steam and gas generator, due to its distinguishing features, provides a solution to the technical problem - reducing the dimensions, weight of the device, as well as increasing the uniformity of the temperature field of the gas mixture at the outlet in a wide range of temperatures and pressures due to the intensification of the evaporation of the ballasting component.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез парогазогенератора, на фиг. 2 - разрез А-А - поперечный разрез парогазогенератора, на фиг. 3 - разрез Б-Б - поперечный разрез смесительной головки, на фиг. 4 - выносной элемент В - продольный разрез смесительной головки.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section through a steam and gas generator; FIG. 2 - section AA - transverse section of a gas generator, in FIG. 3 - section BB - cross section of the mixing head, in FIG. 4 - remote element B is a longitudinal section of the mixing head.

Парогазогенератор содержит камеру 1 и смесительную головку 2.The steam and gas generator contains a chamber 1 and a mixing head 2.

Смесительная головка 2 состоит из блока подачи компонентов топлива 3 и блока подачи балластирующего компонента 4.The mixing head 2 consists of a fuel component supply unit 3 and a ballasting component supply unit 4.

Блок подачи балластирующего компонента 4 состоит из корпуса 5, на котором закреплен коллектор 6, секций 7. Секции 7 установлены в корпусе 5 коаксиально и состоят из двух концентрически соединенных между собой втулок 8, на наружной поверхности одной из которых выполнены пазы 9. При этом секции 7, соединенные между собой и корпусом 5 с помощью колец 10, образуют кольцевые каналы 11.The supply unit of the ballasting component 4 consists of a housing 5, on which a manifold 6 is fixed, sections 7. Sections 7 are mounted in the housing 5 coaxially and consist of two hubs 8 concentrically connected to each other, on the outer surface of one of which grooves 9 are made. 7, interconnected with the housing 5 by means of rings 10, form annular channels 11.

В кольцах 10 выполнены отверстия 12, сообщающие полость горючего 13 с кольцевыми каналами 11, а в отверстиях 12 с кольцевым зазором 14 установлены полые наконечники 15, сообщающие полость окислителя 16 с кольцевыми каналами 11. При этом полость коллектора 6 сообщена с полостями секций 7 с помощью радиальных каналов 17, выполненных в кольцах 10.Holes 12 are made in the rings 10, communicating the fuel cavity 13 with the annular channels 11, and hollow lugs 15 are installed in the holes 12 with the annular gap 14, communicating the oxidizer cavity 16 with the annular channels 11. In this case, the collector cavity 6 is communicated with the cavities of sections 7 by radial channels 17, made in the rings 10.

Предложенный парогазогенератор работает следующим образом.The proposed steam and gas generator operates as follows.

Балластирующий компонент подается в коллектор 6 и далее через радиальные каналы 17 в секции 7. Через пазы 9, выполненные на втулках 8, балластирующий компонент поступает в камеру 1.The ballasting component is supplied to the manifold 6 and then through the radial channels 17 in section 7. Through the grooves 9 made on the bushings 8, the ballasting component enters the chamber 1.

Горючее подается в полость горючего 13, где оно равномерно распределяется между отверстиями 12. По кольцевым зазорам 14 между наконечниками 15 и отверстиями 12 горючее поступает в кольцевые каналы 11.Fuel is fed into the fuel cavity 13, where it is evenly distributed between the holes 12. Through the annular gaps 14 between the tips 15 and the holes 12, the fuel enters the annular channels 11.

Окислитель подается в полость окислителя 16 и далее через наконечники 15 в кольцевые каналы 11.The oxidizing agent is fed into the cavity of the oxidizing agent 16 and then through the tips 15 into the annular channels 11.

В кольцевых каналах 11 происходят перемешивание и сгорание компонентов топлива. Образовавшиеся высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива поступают в камеру 1, где они разбавляются и охлаждаются балластирующим компонентом, поступающим из секций 7.In the annular channels 11, mixing and combustion of the fuel components occurs. The resulting high-temperature combustion products of the fuel components enter the chamber 1, where they are diluted and cooled by the ballasting component coming from sections 7.

Использование предложенного технического решения позволит снизить габариты и массу парогазогенератора, а также повысить однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.Using the proposed technical solution will reduce the size and weight of the gas generator, as well as increase the uniformity of the temperature field of the gas mixture at the outlet in a wide range of temperatures and pressures due to the intensification of the evaporation of the ballasting component.

Claims

The steam and gas generator comprises a chamber and a mixing head, including a fuel component supply unit and a ballast component supply unit, consisting of a housing on which a collector is mounted, sections installed coaxially in the housing and consisting of two bushings concentrically connected to each other, on the outer surface of one of which grooves are made, while the sections connected to each other and the housing with the help of rings form annular channels, moreover, holes are made in the rings connecting the fuel cavity with the ring the main channels, and in the holes with an annular gap installed hollow tips connecting the cavity of the oxidizer with the annular channels, while the cavity of the collector is connected to the cavities of the sections using radial channels made in the rings.