RU2745230C1

RU2745230C1 - Pulsating combustion heat generator

Info

Publication number: RU2745230C1
Application number: RU2020122112A
Authority: RU
Inventors: Рустем Ринатович Усманов; Михаил Владимирович Чучкалов; Ильдар Рашадович Гимранов; Геннадий Александрович Глебов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань"
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-03-22

Abstract

FIELD: heating.SUBSTANCE: invention relates to pulsed combustion heat generator for heat carrier heating in heating or heating systems of process gas. Pulsating combustion heat generator consists of combustion chamber with valve-mixer of fuel-air mixture preparation and its ignition, main resonance tubes and cylindrical chamber of additional resonating device and chimney stack with noise silencer. Pulsating combustion heat generator is equipped with turboexpander installed on housing of pulsed combustion heat generator at outlet of cylindrical chamber of additional resonating device and inlet into chimney with noise silencer and consisting of an active turbine with a nozzle device at the inlet of the active turbine impeller and bearing assemblies of the active turbine rotor, wherein the turbo-expander power generator drive comprises a reduction gear and a hydraulic clutch controlled by the electric generator rpm controller.EFFECT: invention makes it possible to provide self-sustained power supply of own systems of pulsed combustion heat generator and thereby reliable operation thereof.1 cl, 1 dwg

Description

Заявляемый теплогенератор пульсирующего горения служит для подогрева теплоносителя в системах отопления или подогрева технологического газа.The inventive pulsating combustion heat generator serves to heat the coolant in heating systems or process gas heating.

Известна система пульсирующего горения, содержащая камеру сгорания, трубы-резонаторы, дымовую трубу и клапанно-смесительное устройство подготовки топливной смеси с запальным устройством (патент Российской Федерации № RU 2175422, дата приоритета 02.02.2001, опубл. 27.10.2001, бюл. №30).Known is a pulsating combustion system containing a combustion chamber, resonator pipes, a chimney and a valve-mixing device for preparing a fuel mixture with an ignition device (patent of the Russian Federation No. RU 2175422, priority date 02.02.2001, publ. 27.10.2001, bull. No. 30 ).

Недостатком указанного аналога является наличие режимов работы «старт-стоп», когда при достижении заданного уровня температуры нагрева объекта происходит отключение теплогенератора пульсирующего горения с последующим его включением в работу при снижении температуры нагрева объекта.The disadvantage of this analogue is the presence of "start-stop" operating modes, when upon reaching a predetermined level of the object heating temperature, the pulsating combustion heat generator is turned off and then turned on when the object heating temperature decreases.

Кроме того, к недостатку известного аналога относится его энергозависимость от систем снабжения электропитанием.In addition, the disadvantage of the known analogue is its volatility from power supply systems.

Известно также устройство подогрева технологического газа, выбранное заявителем в качестве прототипа, содержащее камеру сгорания с клапанно-смесительным устройством и трубами-резонаторами, причем цилиндрическая камера дополнительного резонирующего устройства выполнена коаксиально относительно теплообменника, размещенного коаксиально относительно камеры сгорания, при этом объем цилиндрической камеры дополнительного резонирующего устройства составляет от 50 до 200% от суммарного объема камеры сгорания с трубами-резонаторами. Такое выполнение теплогенератора пульсирующего горения обеспечивает широкий диапазон устойчивой работы при изменении нагрузки на теплогенератор для исключения режимов работы «старт-стоп» (патент Российской Федерации № RU 2702059, дата приоритета 09.11.2018, опубл. 03.10.2019, бюл. №28).It is also known a device for heating the process gas, selected by the applicant as a prototype, containing a combustion chamber with a valve-mixing device and resonator pipes, and the cylindrical chamber of the additional resonating device is made coaxial with respect to the heat exchanger located coaxially with respect to the combustion chamber, while the volume of the cylindrical chamber of the additional resonating the device is from 50 to 200% of the total volume of the combustion chamber with resonator tubes. Such an implementation of the pulsating combustion heat generator provides a wide range of stable operation when the load on the heat generator changes to exclude start-stop modes of operation (patent of the Russian Federation No. RU 2702059, priority date 09.11.2018, publ. 03.10.2019, bull. No. 28).

Недостатком этого аналога, принятого за прототип, также является его энергозависимость от систем снабжения электропитанием для обеспечения нормального функционирования систем розжига, контроля и регулирования теплогенератора пульсирующего горения.The disadvantage of this analogue, taken as a prototype, is also its energy dependence on power supply systems to ensure the normal functioning of the ignition systems, control and regulation of the pulsating combustion heat generator.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение автономным электропитанием собственных систем теплогенератора пульсирующего горения и, тем самым, обеспечение надежной его эксплуатации.The problem to be solved by the claimed invention is to provide autonomous power supply to the own systems of the pulsating combustion heat generator and, thereby, to ensure its reliable operation.

Поставленная задача достигается тем, что в известном теплогенераторе пульсирующего горения, состоящем из камеры сгорания с клапанно-смесительным устройством подготовки топливно-воздушной смеси и ее розжига, труб-резонаторов основного контура и цилиндрической камеры дополнительного резонирующего устройства и дымовой трубы с шумоглушителем, согласно предложенному техническому решению теплогенератор пульсирующего горения снабжен турбодетандером, установленным на корпусе теплогенератора пульсирующего горения на выходе из цилиндрической камеры дополнительного резонирующего устройства и входе в дымовую трубу с шумоглушителем, и состоящим из активной турбины с сопловым аппаратом на входе в рабочее колесо активной турбины и подшипниковыми опорами ротора активной турбины, причем привод электрогенератора турбодетандера содержит редуктор и гидромуфту, управляемую регулятором частоты вращения электрогенератора.The task is achieved by the fact that in the well-known pulsating combustion heat generator, consisting of a combustion chamber with a valve-mixing device for preparing the fuel-air mixture and its ignition, resonator pipes of the main circuit and a cylindrical chamber of an additional resonating device and a chimney with a silencer, according to the proposed technical the solution, the pulsating combustion heat generator is equipped with a turbo expander installed on the pulsating combustion heat generator housing at the exit from the cylindrical chamber of the additional resonating device and the entrance to the chimney with a silencer, and consisting of an active turbine with a nozzle device at the entrance to the active turbine impeller and bearing supports of the active turbine rotor , and the drive of the turbine expander generator contains a reducer and a fluid coupling controlled by the generator rotation speed regulator.

Теплогенератор пульсирующего горения изображен на фиг.A pulsating combustion heat generator is shown in FIG.

Теплогенератор пульсирующего горения состоит из камеры сгорания 1 с клапанно-смесительным устройством 2 в составе обратных клапанов подачи воздуха 3 и газа 4 с узлом 5 розжига топливно-воздушной смеси, труб-резонаторов 6 основного контура и цилиндрической камеры 7 дополнительного резонирующего устройства, и дымовой трубы 8 с шумоглушителем 9. Подвод топлива в клапанно-смесительное устройство 2 организован по каналу 10, а забор воздуха - через полость 11 теплогенератора и воздушную трубу 12. В узле 5 производится розжиг топливно-воздушной смеси, которая попадает в камеру сгорания 1. Вход и выход теплоносителя в теплогенератор обозначен стрелками 13 и 14 соответственно.The pulsating combustion heat generator consists of a combustion chamber 1 with a valve-mixing device 2 as part of check valves for supplying air 3 and gas 4 with a unit 5 for igniting the fuel-air mixture, resonator pipes 6 of the main circuit and a cylindrical chamber 7 of an additional resonating device, and a chimney 8 with a silencer 9. The fuel supply to the valve-mixing device 2 is organized through channel 10, and the air intake is through the cavity 11 of the heat generator and the air pipe 12. Unit 5 ignites the fuel-air mixture, which enters the combustion chamber 1. Inlet and the outlet of the coolant to the heat generator is indicated by arrows 13 and 14, respectively.

На выходе из камеры сгорания 1 установлены трубы-резонаторы 6 основного контура резонирования и цилиндрическая камера 7 дополнительного резонирующего устройства. На выходе 15 цилиндрической камеры 7 к корпусу 16 теплогенератора крепится турбодетандер 17, выход 18 из которого соединен со входом в дымовую трубу 8.At the exit from the combustion chamber 1, resonator tubes 6 of the main resonance circuit and a cylindrical chamber 7 of an additional resonating device are installed. At the outlet 15 of the cylindrical chamber 7, a turbo expander 17 is attached to the housing 16 of the heat generator, the outlet 18 of which is connected to the inlet to the chimney 8.

Турбодетандер 17 состоит из активной турбины 19 с сопловым аппаратом 20 на входе в рабочее колесо 21 и подшипниковых опор 22. Ротор 23 активной турбины 19 через редуктор 24 и гидромуфту 25 соединен с электрогенератором 26. Регулятор 27 частоты вращения электрогенератора 26 обеспечивает заданную частоту вращения путем изменения скольжения гидромуфты 25.The turboexpander 17 consists of an active turbine 19 with a nozzle 20 at the inlet to the impeller 21 and bearing supports 22. The rotor 23 of the active turbine 19 is connected to an electric generator 26 through a reducer 24 and a fluid coupling 25. A regulator 27 of the rotational speed of an electric generator 26 provides a given rotational speed by changing fluid coupling slides 25.

Теплогенератор пульсирующего горения работает следующим образом. При подаче топлива и воздуха через обратные клапаны 4 и 3 в клапанно-смесительном устройстве 2 происходит розжиг топливно-воздушной смеси в узле 5 и последующее ее горение в камере сгорания 1. Процесс горения в камере сгорания 1 и движение продуктов сгорания по трубам-резонаторам 6 основного контура и цилиндрической камере 7 дополнительного резонирующего устройства имеет пульсирующий характер (эффект резонатора Гельмгольца) с частотами 100…120 Гц. При этом за счет цилиндрической камеры 7 дополнительного резонирующего устройства процесс горения происходит непрерывно без режимов «старт-стоп». В цикле горения в камере сгорания 1 продукты сгорания через сопловый аппарат 20 направляются на рабочее колесо 21 активной турбины 19 турбодетандера 17, производя на ней работу. Вращение рабочего колеса 21 и соответственно ротора 23 через редуктор 24 и гидромуфту 25 передается на электрогенератор 26. В цикле всасывания в камеру сгорания 1 за счет разрежения в ней идет ее наполнение через обратные клапаны 3 и 4 и дымовую трубу 8. При этом поток воздуха из дымовой трубы 8, проходя через рабочее колесо 21, также совершает определенную добавочную работу на активной турбине 19.The pulsating combustion heat generator works as follows. When fuel and air are supplied through check valves 4 and 3 in the valve-mixing device 2, the fuel-air mixture is ignited in unit 5 and then burned in the combustion chamber 1. The combustion process in the combustion chamber 1 and the movement of combustion products through the pipes-resonators 6 the main circuit and the cylindrical chamber 7 of the additional resonating device has a pulsating character (Helmholtz resonator effect) with frequencies of 100 ... 120 Hz. In this case, due to the cylindrical chamber 7 of the additional resonating device, the combustion process occurs continuously without start-stop modes. In the combustion cycle in the combustion chamber 1, the combustion products through the nozzle 20 are directed to the impeller 21 of the active turbine 19 of the turboexpander 17, performing work on it. The rotation of the impeller 21 and, accordingly, the rotor 23 through the reducer 24 and the fluid coupling 25 is transmitted to the electric generator 26. In the suction cycle, the combustion chamber 1 is filled with vacuum through the check valves 3 and 4 and the chimney 8. chimney 8, passing through the impeller 21, also performs some additional work on the active turbine 19.

Для обеспечения заданной частоты вращения электрогенератора 26 регулятор частоты вращения 27 воздействует на гидромуфту 25 путем изменения ее скольжения за счет изменения расхода рабочей жидкости через нее.To ensure a given rotational speed of the generator 26, the rotational speed regulator 27 acts on the fluid coupling 25 by changing its sliding by changing the flow rate of the working fluid through it.

Claims

A pulsating combustion heat generator, consisting of a combustion chamber with a valve-mixing device for preparing the fuel-air mixture and its ignition, resonator pipes of the main circuit and a cylindrical chamber of an additional resonating device and a chimney with a noise damper, characterized in that the pulsating combustion heat generator is equipped with a turbo-expander installed on the body of the pulsating combustion heat generator at the exit from the cylindrical chamber of the additional resonating device and the entrance to the chimney with a silencer and consisting of an active turbine with a nozzle at the entrance to the active turbine impeller and bearing supports of the active turbine rotor, and the drive of the turboexpander electric generator contains a reducer and a fluid coupling controlled by the generator speed regulator.