RU221698U1 - MODULAR LINEAR GAS BURNER - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности к газовым горелкам с принудительной подачей воздуха, и может быть использована в воздухонагревателях, зерносушилках, паровых и водогрейных котлах. Техническая задача полезной модели заключается в организации оптимального смесеобразования и повышении энергоэффективности горелки. Модульная линейная газовая горелка, содержащая воздухоподводящий короб, снабженный вентилятором с регулируемой скоростью, камеру сгорания, образованную двумя плоскими боковыми и двумя торцевыми стенками, являющимися продолжением стенок короба, снабженную газовым коллектором с соплами, размещенными вдоль газового коллектора, и наклонными стенками, выполненными с отверстиями и расположенными над газовым коллектором. Согласно полезной модели, газовый коллектор в проходном сечении имеет форму эллипса, большая ось симметрии которого расположена вертикально, а сверху вершина эллипса переходит в канал каплевидного профиля, перевернутого широкой стороной вверх. Предложенное устройство газовой горелки позволяет повысить качество смесеобразования и, как следствие, энергоэффективность горелки за счет применения уникального проходного сечения газового коллектора. 6 ил. The utility model relates to heat power engineering, in particular to gas burners with forced air supply, and can be used in air heaters, grain dryers, steam and hot water boilers. The technical task of the utility model is to organize optimal mixture formation and increase the energy efficiency of the burner. Modular linear gas burner containing an air supply box equipped with a fan with adjustable speed, a combustion chamber formed by two flat side and two end walls, which are a continuation of the walls of the box, equipped with a gas manifold with nozzles placed along the gas manifold, and inclined walls made with holes and located above the gas manifold. According to the useful model, the gas collector in the flow section has the shape of an ellipse, the major axis of symmetry of which is located vertically, and from above the top of the ellipse passes into a channel of a drop-shaped profile, inverted with the wide side up. The proposed gas burner device makes it possible to improve the quality of mixture formation and, as a consequence, the energy efficiency of the burner through the use of a unique flow section of the gas manifold. 6 ill.

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности к газовым горелкам с принудительной подачей воздуха, и может быть использована в воздухонагревателях, зерносушилках, паровых и водогрейных котлах.The utility model relates to heat power engineering, in particular to gas burners with forced air supply, and can be used in air heaters, grain dryers, steam and hot water boilers.

Известна газовая горелка (Патент RU 2213300 С1 МПК F23D 14/22 опубликовано 27.09.2003), содержащая камеру сгорания, образованную прямолинейным цилиндрическим коллектором с газовыми соплами, размещенными вдоль коллектора, двумя плоскими боковыми и двумя наклонными стенками, причем боковые стенки установлены перпендикулярно продольной оси коллектора, а в наклонных стенках выполнены отверстия, размеры которых увеличиваются к выходному сечению камеры сгорания. При этом наклонные стенки выполнены переменного сечения от прямой в месте крепления к газовому коллектору до - образной формы в выходном сечении камеры сгорания.A gas burner is known (Patent RU 2213300 C1 MPK F23D 14/22 published on September 27, 2003), containing a combustion chamber formed by a rectilinear cylindrical manifold with gas nozzles placed along the manifold, two flat side and two inclined walls, and the side walls are installed perpendicular to the longitudinal axis collector, and in the inclined walls there are holes, the dimensions of which increase towards the outlet section of the combustion chamber. In this case, the inclined walls are made of variable cross-section from straight at the point of attachment to the gas manifold to - shaped in the outlet section of the combustion chamber.

Недостатками горелки является низкое качество смесеобразования газа и воздуха и, как следствие, низкая энергоэффективность, а также сложность изготовления наклонных стенок - образной формы. Кроме того, места перегиба наклонных стенок являются концентраторами напряжений и под воздействием перепадов температуры, приводящей к постоянному изменению линейных размеров и деформации, наиболее подвержены разрушению. Затруднительный монтаж горелок, имеющих значительную длину и невозможность изменения конфигурации горелки в зависимости от конструкции оборудования, в которое она встроена.The disadvantages of the burner are the low quality of gas and air mixing and, as a consequence, low energy efficiency, as well as the complexity of manufacturing inclined walls - shaped. In addition, the bend points of the inclined walls are stress concentrators and, under the influence of temperature changes, leading to a constant change in linear dimensions and deformation, they are most susceptible to destruction. Difficult installation of burners that have a significant length and the impossibility of changing the burner configuration depending on the design of the equipment in which it is built.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является модулируемая линейная газовая горелка с принудительной подачей воздуха (Патент RU 202386 U1 МПК F23D 14/22 опубликовано 15.02.2021), содержащая воздухоподводящий короб, камеру сгорания, образованную коллектором с газовыми соплами, размещенными вдоль коллектора, двумя плоскими боковыми и двумя торцевыми стенками, являющимися продолжением стенок короба и наклонными стенками с отверстиями, вентилятором с регулируемой скоростью.The closest in technical essence and achieved effect is a modulated linear gas burner with forced air supply (Patent RU 202386 U1 IPC F23D 14/22 published on 02/15/2021), containing an air supply box, a combustion chamber formed by a manifold with gas nozzles placed along the manifold, two flat side and two end walls, which are a continuation of the walls of the box and inclined walls with holes, a fan with adjustable speed.

Недостатками горелки является низкое качество смесеобразования и энергоэффективность процесса. Линейные горелки имеют длинный коллектор по отношению к размеру поперечного проходного сечения, по которому подается газ от начала горелки до ее конечной точки. Потери газа в коллекторе определяются формулой Дарси-Вейсбаха, согласно которой чем длиннее коллектор горелки, тем больше перепад давления в начале и в конце горелки, что приводит к неравномерному распределению пламени по длине горелки и, как следствие, неравномерности нагрева воздуха по ширине канала, в котором установлена горелка. Максимальные потери давления газа от точки подачи в начале горелки до конечной точки горелки будут происходить, когда скорость потока газа являются самыми высокими. Отсюда следует, что для снижения потерь давления газа в коллекторе горелки, обеспечения равномерности распределения давления газа и пламени по длине горелки необходимо на горелках, имеющих значительную длину, увеличивать диаметр коллектора. С другой стороны, согласно Уравнению Бернулли чем больше диаметр коллектора горелки, тем больше давление и меньше скорость газа в нем и тем меньше диаметр коллектора, тем выше скорость газа и меньше его давление. Таким образом, через сопла в коллекторе с большим диаметром будет выходить газ с большим давлением. Это обстоятельство приведет к плохому смесеобразованию в камере сгорания, возникновению сильного пламени в виде факела и неравномерного его распределения по объему камеры сгорания, т.е. поток газа, выходящий из сопла с большим давлением, не будет успевать смешиваться с воздухом.The disadvantages of the burner are the low quality of mixture formation and the energy efficiency of the process. Linear burners have a long manifold in relation to the cross-sectional area through which gas is supplied from the beginning of the burner to its end point. Gas losses in the manifold are determined by the Darcy-Weisbach formula, according to which the longer the burner manifold, the greater the pressure drop at the beginning and end of the burner, which leads to uneven flame distribution along the length of the burner and, as a consequence, uneven air heating across the width of the channel, in in which the burner is installed. The maximum gas pressure loss from the feed point at the start of the burner to the end point of the burner will occur when gas flow rates are highest. It follows that in order to reduce gas pressure losses in the burner manifold and ensure uniform distribution of gas and flame pressure along the length of the burner, it is necessary to increase the diameter of the manifold on burners of considerable length. On the other hand, according to the Bernoulli Equation, the larger the diameter of the burner manifold, the greater the pressure and the lower the gas velocity in it, and the smaller the diameter of the manifold, the higher the gas velocity and the lower its pressure. Thus, gas with high pressure will exit through the nozzles in the manifold with a large diameter. This circumstance will lead to poor mixture formation in the combustion chamber, the appearance of a strong flame in the form of a torch and its uneven distribution throughout the volume of the combustion chamber, i.e. the gas flow coming out of the nozzle with high pressure will not have time to mix with air.

Решением данной проблемы является выполнение дополнительного канала меньшего диаметра и соединенного непосредственно с центральным коллектором горелки для прохода газа. Это позволит снизить давление в дополнительном канале и соплах, установленных в верхней части дополнительного канала. При этом потери давления газа вдоль коллектора не изменятся по сравнению с использованием только одного центрального коллектора, и тем самым будет обеспечена равномерность распределения газа по длине горелки. Выход же газа с меньшим давлением из сопел дополнительного канала позволит обеспечить более качественное смесеобразование газа с воздухом, подаваемым в камеру сгорания, снизить величину факела над соплами коллектора и распределить его более равномерно по объему камеры сгорания.The solution to this problem is to create an additional channel of smaller diameter and connected directly to the central manifold of the burner for the passage of gas. This will reduce the pressure in the additional channel and the nozzles installed in the upper part of the additional channel. In this case, the gas pressure loss along the manifold will not change compared to using only one central manifold, and thus uniform distribution of gas along the length of the burner will be ensured. The release of gas with lower pressure from the nozzles of the additional channel will ensure better mixing of gas with air supplied to the combustion chamber, reduce the size of the flame above the manifold nozzles and distribute it more evenly throughout the volume of the combustion chamber.

Техническая задача полезной модели заключается в организации оптимального смесеобразования и повышении энергоэффективности горелки.The technical task of the utility model is to organize optimal mixture formation and increase the energy efficiency of the burner.

Поставленная техническая задача полезной модели достигается тем, что в газовой горелке, содержащей воздухоподводящий короб, снабженный вентилятором с регулируемой скоростью, камеру сгорания, образованную двумя плоскими боковыми и двумя торцевыми стенками, являющимися продолжением стенок короба, снабженную газовым коллектором с соплами, размещенными вдоль газового коллектора, и наклонными стенками, выполненными с отверстиями и расположенными над газовым коллектором, новым является то, что газовый коллектор в проходном сечении имеет форму эллипса, большая ось симметрии которого расположена вертикально, а сверху вершина эллипса переходит в канал каплевидного профиля, перевернутого широкой стороной вверх.The stated technical task of the utility model is achieved by the fact that in a gas burner containing an air supply box equipped with a fan with adjustable speed, a combustion chamber formed by two flat side and two end walls, which are a continuation of the walls of the box, equipped with a gas manifold with nozzles placed along the gas manifold , and inclined walls made with holes and located above the gas manifold, what is new is that the gas manifold in the flow section has the shape of an ellipse, the major axis of symmetry of which is located vertically, and from above the top of the ellipse passes into a channel of a drop-shaped profile, inverted with the wide side up.

Технический результат полезной модели заключается в организации оптимального смесеобразования и повышении энергоэффективности горелки.The technical result of the utility model is to organize optimal mixture formation and increase the energy efficiency of the burner.

На фиг.1 изображена модульная линейная газовая горелка, вид спереди; на фиг.2 - вид сбоку; на фиг.3 - вид сверху; на фиг.4 - разрез А-А; на фиг.5 - объемное изображение секции газового коллектора; на фиг.6 - поперечное сечение секции газового коллектора.Figure 1 shows a modular linear gas burner, front view; figure 2 - side view; figure 3 - top view; figure 4 - section A-A; Fig. 5 is a three-dimensional image of a section of a gas manifold; Fig.6 is a cross-section of a section of the gas manifold.

Модульная линейная газовая горелка содержит камеру сгорания 1, расположенную в верхней части воздухоподводящего короба 2, установленного на опорной раме 3. Внутри воздухоподводящего короба установлен вентилятор 6, соединенный с электродвигателем 5. На опорной раме 3 прикреплен пульт управления 7 газовой горелкой. Вдоль центральной части камеры сгорания 3 расположен газовый коллектор 8, состоящий из набора отдельных секций, жестко соединенных между собой, с газовыми соплами 9, соединенный вертикальной газовой трубой с рампой газовых клапанов 4. Верхняя наружная часть газового коллектора выполнена в виде трапеции, на боковой стороне которой выполнены отверстия для крепления стенок 10. В проходном сечении газовый коллектор 8 имеет форму эллипса, большая ось симметрии D (фиг.6) которого расположена вертикально, а сверху вершина эллипса переходит в канал каплевидного профиля, перевернутого широкой стороной вверх.A modular linear gas burner contains a combustion chamber 1 located in the upper part of the air supply box 2 mounted on a support frame 3. Inside the air supply box there is a fan 6 connected to an electric motor 5. A gas burner control panel 7 is attached to the support frame 3. Along the central part of the combustion chamber 3 there is a gas manifold 8, consisting of a set of separate sections, rigidly connected to each other, with gas nozzles 9, connected by a vertical gas pipe to a gas valve ramp 4. The upper outer part of the gas manifold is made in the form of a trapezoid, on the side which has holes for fastening the walls 10. In the flow section, the gas manifold 8 has the shape of an ellipse, the major axis of symmetry D (Fig. 6) of which is located vertically, and from above the top of the ellipse passes into a channel of a drop-shaped profile, inverted with the wide side up.

Стенки 10 снабжены круглыми отверстиями, размеры которых остаются равными либо увеличиваются по мере удаления от коллектора 8. Стенки 10 также состоят из секций, соответствующих секциям газового коллектора и соединены между собой крепежными элементами, с возможностью относительного смещения между собой при монтаже и тепловом расширении материала стенок. Это позволяет упростить их изготовление и монтаж, а также компенсировать тепловое расширение материала при изготовлении линейной горелки, имеющей значительную длину или разнообразную форму.The walls 10 are equipped with round holes, the dimensions of which remain equal or increase with distance from the manifold 8. The walls 10 also consist of sections corresponding to the sections of the gas manifold and are interconnected by fastening elements, with the possibility of relative displacement between themselves during installation and thermal expansion of the wall material . This makes it possible to simplify their manufacture and installation, as well as to compensate for the thermal expansion of the material when manufacturing a linear burner that has a significant length or a varied shape.

Модульная линейная газовая горелка работает следующим образом.A modular linear gas burner works as follows.

Горелка работает по принципу последующего смешения воздуха.The burner operates on the principle of subsequent air mixing.

Топливный газ подводят к рампе газовых клапанов 4, откуда он подается к газовому коллектору 8 и распределяется через сопла 9 в плоскости симметрии между стенками 10 камеры сгорания. Воздух с помощью вентилятора 6, приводимого во вращение электродвигателем 5, нагнетается в камеру сгорания по воздухоподводящему коробу 2 с тыльной стороны стенок 10 через отверстия. Газовый коллектор в проходном сечении, имеющий форму вертикального эллипса, сверху переходящего в канал каплевидного профиля, перевернутого широкой стороной, вверх повышает равномерность распределения давления газа в коллекторе и повышает качество смесеобразования, повышая энергоэффективность горелки.Fuel gas is supplied to the gas valve ramp 4, from where it is supplied to the gas manifold 8 and distributed through nozzles 9 in the plane of symmetry between the walls 10 of the combustion chamber. Air, using a fan 6 driven by an electric motor 5, is forced into the combustion chamber through the air supply box 2 from the back side of the walls 10 through the holes. The gas manifold in the flow section, having the shape of a vertical ellipse, with a teardrop-shaped profile on top, turned upside down, increases the uniformity of gas pressure distribution in the manifold and improves the quality of mixture formation, increasing the energy efficiency of the burner.

Для поддержания заданной температуры нагреваемого воздуха горелка снабжена автоматическим корректором мощности.To maintain the set temperature of the heated air, the burner is equipped with an automatic power corrector.

После запуска горелки и выхода ее на рабочий режим включается автоматическое модулируемое регулирование мощности горелки, которая работает на мощности установленной температуры. Рампа газовых клапанов 4 оснащена дроссельным клапаном, управляемым серводвигателем, который постоянно воздействует на степень открывания дроссельного клапана (и, следовательно, на расход газа) в зависимости от сигнала, получаемого серводвигателем от термореле. Соответствующий сигнал, поступает с пульта управления 7 на электродвигатель 5 привода вентилятора 6. Путем изменения скорости вращения вентилятора обеспечивается оптимальное количество воздуха, подаваемого в камеру сгорания для данной мощности горелки.After starting the burner and reaching its operating mode, automatic modulated control of the burner power is activated, which operates at the power of the set temperature. The gas valve train 4 is equipped with a throttle valve controlled by a servomotor, which constantly affects the degree of opening of the throttle valve (and therefore the gas flow) depending on the signal received by the servomotor from the thermal relay. The corresponding signal is sent from the control panel 7 to the electric motor 5 of the fan 6 drive. By changing the fan rotation speed, the optimal amount of air supplied to the combustion chamber for a given burner power is ensured.

Таким образом, предлагаемая газовая горелка позволяет повысить качество смесеобразования и, как следствие, энергоэффективность горелки за счет применения уникального проходного сечения газового коллектора.Thus, the proposed gas burner makes it possible to improve the quality of mixture formation and, as a consequence, the energy efficiency of the burner through the use of a unique flow section of the gas manifold.

Claims (1)

Газовая горелка, содержащая воздухоподводящий короб, снабженный вентилятором с регулируемой скоростью, камеру сгорания, образованную двумя плоскими боковыми и двумя торцевыми стенками, являющимися продолжением стенок короба, снабженную газовым коллектором с соплами, размещенными вдоль газового коллектора, и наклонными стенками, выполненными с отверстиями и расположенными над газовым коллектором, отличающаяся тем, что газовый коллектор в проходном сечении имеет форму эллипса, большая ось симметрии которого расположена вертикально, а сверху вершина эллипса переходит в канал каплевидного профиля, перевернутого широкой стороной вверх.A gas burner containing an air supply box equipped with a fan with adjustable speed, a combustion chamber formed by two flat side and two end walls that are a continuation of the walls of the box, equipped with a gas manifold with nozzles placed along the gas manifold, and inclined walls made with holes and located above the gas manifold, characterized in that the gas manifold in the flow section has the shape of an ellipse, the major axis of symmetry of which is located vertically, and from above the top of the ellipse passes into a channel of a drop-shaped profile, inverted with the wide side up.