Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_10919
.pdf
конденсируется и собирается в резервуаре 58 вместе с сопутствующими частицами грязи и песка. Вода
откачивается через скважину 75 описанным выше способом, а грязь удаляется в виде осадка через
быстросбросное отверстие 60 на дне водосборного бассейна 58.
Если взрывоопасная смесь горючего материала и воздуха, находящаяся в пламегасителе, содержит мало
горючего материала или является обедненной им, то любое пламя, распространяющееся при воспламенении
смеси, распространяется с очень высокой скоростью и сопровождается ударной волной высокого давления.
Если взрывчатая смесь богата горючим веществом, распространение пламени будет значительно медленнее,
температура пламени, в таком случае, будет намного выше, и ударная волна будет незначительной или вовсе
отсутствовать. Устройство, описанное в настоящем изобретении, предназначено для эффективного
подавления распространения пламени как в обедненной, так и в обогащенной смеси, поскольку в устройстве
может присутствовать либо один, либо оба типа смесей.
Ранее было принято конструировать пламегасители, имеющие мембрану или элементы, снабженные
множеством мельчайших отверстий или каналов, через которые могли проходить газы, но которые были
настолько малы, что распространение пламени через них предотвращалось охлаждающим действием
элементов пламегасителя, а также механическим препятствующим действием. Однако выяснилось, что для
эффективной работы проходы должны были иметь настолько малый диаметр, что легко забивались
скоплениями пыли и песка, а также жидкостями, замерзающими в них в периоды холодной погоды.
Сконструировав каналы спиральной формы с как минимум одним резким изменением направления и
обеспечив дополнительное охлаждение, я обнаружил возможность создания эффективного разрядника,
имеющего каналы с гораздо большим поперечным сечением, чем каналы, встречающиеся в обычных типах
разрядников; таким образом, практически исключается возможность засорения каналов.
Для достижения удовлетворительного результата каналы в данном устройстве выполнены в двух частях: одна
предназначена для остановки распространения пламени в обедненной или слабовоспламеняющейся
взрывчатой смеси, а другая — для остановки распространения пламени в обогащенной взрывчатой смеси.
Распространение пламени в обедненной взрывчатой смеси останавливается в спиральных каналах 54 и 55, и
пламя не может проникнуть в камеру осаждения 61.
419,116 При нагревании разрядника 4 плавится плавкая вставка 65, в результате чего крышка 62
освобождается и поворачивается в полностью открытое положение. Большое количество холодного воздуха
хлынет в трубки 50, 51 и вымоет любой горючий материал, который может находиться в трубках, а также
охладит колбы 89, 90, так что содержащаяся в них жидкость сожмется и позволит механизму закрытия
клапана вернуться в нормальное положение под действием силы тяжести, действующей на противовес 86,
тем самым обеспечивая нормальную работу выпускного клапана 9.
Опускание крышки 62 служит видимым сигналом для информирования оператора о том, что в аппарате
произошел обратный разряд пламени, так что, если автоматический гаситель пламени не установлен,
закрывающее устройство выходного клапана 9 может быть приведено в действие вручную с помощью
управляющего провода 87 для закрытия клапана гасителя пламени 9.
После того как пламя погаснет, вентиляционный клапан продолжит работать как и прежде.
Если обратное воспламенение происходит в момент, когда взрывчатая смесь бедна горючими материалами,
распространение пламени сопровождается волной высокого давления. Это давление сбрасывается путем
открытия крышки 62 против силы пружины 71, так что такое давление не причинит повреждений конструкции
гасителя или механизму вентиляционного клапана. В тех случаях, когда вспышка происходит в момент, когда
взрывчатая смесь богата горючим материалом, разрушительное давление не создается, поэтому пружина 71
сделана достаточно прочной, чтобы только очень высокое давление могло открыть крышку 62. Если в
скважине 75 не должно быть никакой жидкости при возникновении пламени в пламегасителе 4 и отводе газа
через скважину 75, распространение пламени в скважине 75 будет сдерживаться спиральными каналами в
дренажной трубе 74, работающими аналогично работе спиральных каналов 54, 55 в трубках пламегасителя
50, 51.
Модифицированная форма пламегасителя 4а (показана на рис. 10–12), хотя и несколько отличается по
конструкции и принципу работы от первой формы, взаимодействует с вентиляционным клапаном так же, как и
первая форма, поэтому необходимо описать только эту форму (пламегаситель). Здесь разрядник перевернут,
и наружные трубки 51a свисают с верхней трубчатой пластины 47a, над которой шарнирно закреплена крышка
58a, взаимодействующая с режущей кромкой 683 на верхней трубчатой пластине 47a и соединенная через
штифт 64a, плавкую вставку 65a' и шарнирный стержень 638 с быстросъемной защелкой 68a, свисающей с
нижней трубчатой пластины 68M. Предусмотрен противовес 96 для открывания крышки 58a при расплавлении
плавкой вставки 65a; поскольку выпускные концы внутренних трубок 50a направлены вниз, защитный кожух не
требуется, и проволочная сетка 70 57at расположена над всем комплектом концов трубок.
В этом типе разрядника водяная ванна не используется. Когда в разряднике возникает пламя, плавкий
предохранитель плавится, позволяя 75-му весу открыть крышку 58а. В этом случае холодный воздух
затягивается через внутренние трубки 50ai, вытесняя горючий материал. Газы, выходящие из бака, проходят
через внешние 80 трубок непосредственно в атмосферу, поэтому во внутренних трубках нет материала,
который мог бы поддерживать горение.
Однако пламя может продолжать гореть в верхней части пламегасителя. 85 Это пламя гасится действием
гасителя в ответ на нагрев колбы 89а. Здесь достаточно всего одной лампочки, поскольку независимо от того,
где в разряднике возникает пламя, лампочка 90 будет достаточно нагрета для работы гасителя пламени.
Если устройство не оснащено автоматическим гасителем пламени, то открытие крышки 58а и наличие
пламени могут быть видны обслуживающему персоналу, который может вручную включить гаситель пламени.
В данной конструкции устройства не требуется водяная баня, поэтому устройство для предотвращения
перелива не предусмотрено. Водосточная труба 74a 100 и колодец 75a предусмотрены так же, как и в первом
варианте.
В той части кольцевого пространства между внутренней и внешней трубами 50a, 105, 51a, которая примыкает
к верхней головке 47a, может быть расположен гофрированный воротник, благодаря которому тепло может
передаваться от труб 50a, 51a к верхнему коллектору 47a и, таким образом, излучаться верхним коллектором
47a, верхняя поверхность которого открыта для атмосферы, когда крышка 58a находится в открытом
положении.
Этот тип дымохода работает, в целом, так же, как и первый, главное отличие заключается в отсутствии
необходимости в водяной ванне, поскольку большая часть сгорания происходит над верхним коллектором,
при этом не происходит выраженного нагрева дымохода. Здесь горючий газ и пары K2O, содержащиеся в
камере 61a и трубках 50a, 51a, поднимаются вверх от разрядника потоком воздуха, проходящим через трубки,
что происходит при открытии крышки 58a. Таким образом, охлаждение трубок, как в первом варианте, не
требуется. На рис. 13 показана модифицированная форма трубчатой конструкции. Внутренняя трубка 50b
расположена во внешней трубке 51b под давлением 130 419,116 атмосферы и в направлении
вентиляционных клапанов; эти два комплекта трубок сообщаются друг с другом через общую камеру, а
кольцевые каналы трубок, идущих от указанной камеры к вентиляционным клапанам для предотвращения
обратного воспламенения в зоне высокой взрывчатой активности, значительно более ограничены, чем каналы
спирально соединенных трубок для предотвращения обратного воспламенения в зоне низкой взрывчатой
активности, которые в последних соединяют эту же камеру с атмосферой.
(5) Защитное устройство по п. 3 и 4, в котором продукты, сконденсированные в трубах и/или вокруг труб,
извлекаются и возвращаются в резервуар через переливную трубу, имеющую два проходных участка, также
снабженных спиральными перегородками. 85 (6) Защитное устройство по п. 3 и 4, в котором крышка камеры,
соединяющей два комплекта трубок, сделана подвижной и удерживается в нормально закрытом положении с
помощью плавкого предохранителя, расположенного в указанной камере 90, причем сгорание указанного
предохранителя остановленным пламенем обратного воспламенения приводит к открытию указанной крышки.
(7) Устройство защиты резервуара по п. 4, в котором камера, соединяющая два комплекта труб, снабжена
подвижной крышкой, которая обычно удерживается в закрытом положении с помощью защелки, включающей
спиральную пружину, расположенную снаружи камеры, что позволяет открывать крышку в случае обратного
взрыва и сбрасывать давление взрыва до безопасного минимума, чтобы предотвратить повреждение
вентиляционных клапанов или защитного устройства.
(8) В устройстве защиты резервуара i05 согласно любому из предшествующих пунктов, комбинированное
вентиляционное клапанное устройство, включающее верхний и нижний диски, взаимодействующие с двумя
седлами с острыми краями, которые включают желоба, содержащие герметизирующую жидкость 110, в
которые погружаются уплотнительные фартуки при установке дисков, причем два вентиляционных диска
вращательно установлены на направляющих и телескопических трубках при подъеме со своих седлов, при
этом верхний всасывающий вентиляционный диск ii5 предназначен для подъема со своего седла
атмосферным давлением, когда давление в резервуаре падает ниже атмосферного, а нижний напорный
вентиляционный диск предназначен для подъема со своего седла давлением отходящих газов или паров из
резервуара для хранения, чтобы позволить отходящим газам проходить через пламегаситель в атмосферу,
причем указанный нижний вентиляционный диск также предназначен для выполнения функции гасителя
пламени 125 при нажатии на свое седло либо автоматическим термическим воздействием пламени, либо
ручным тросом гасителя пламени, прикрепленным к рычажному механизму гасителя пламени. 30.
Выступающая внутрь спиральная бусина или гребень 98, образованные на внешней трубке 51b и
прилегающие к внешней стенке внутренней трубки 50b.
Эта бусина 98 служит не только для разделения внутренней камеры, но и для придания проходу между
трубками 50b и 51b спиралевидной формы, благодаря чему газы, проходящие через пространство между
трубками 50b и 51b, следуют по извилистой или спиральной траектории. Эффект от этого спирального
движения газов аналогичен эффекту от спирального движения газов через каналы 54 и 55, описанному выше.
Из вышеизложенного следует, что настоящее изобретение представляет собой устройство для вентиляции
резервуара или емкости, которое работает полностью автоматически и полностью предотвращает
проникновение в резервуар любого пламени, возникающего вблизи клапана, путем остановки
распространения пламени и его полного гашения до того, как оно сможет нагреть устройство настолько, чтобы
повредить его.
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что то, что
я...
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_419117.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=419117&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB419117A
[]
:----=_ i' ''
U 4j-21.
--j- 1 СПЕЦИФИКАЦИЯ ПАТЕНТА
Дата проведения конвенции (Германия): январь. 25, 1933.
419,117 Дата подачи заявки (в Соединенном Королевстве): октябрь. 9, 1933. № 27,810/33.
Завершено: ноябрь. 6, 1934.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в процессах и устройствах, предназначенных для передачи тепла от сжатых газов, в
частности от газов, выходящих из камер взрыва, предпочтительно из камер взрыва турбин, к другим
материалам.
Я, д-р, инж. э.х. Ханс Хольцварт, проживающий по адресу: Гётештрассе 7, Дюссельдорф, Германия,
гражданин Германии, настоящим заявляет о характере данного изобретения и способе его осуществления,
которые будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для передачи тепла от сжатых газов, в частности от
газов, образующихся при взрыве в закрытой камере при постоянном объеме и развитии высокого давления, к
другим материалам путем подачи таких газов в теплообменник, например, парогенератор, перегреватель или
другое устройство.
В последнее время много работы было проделано по отводу и использованию теплоты сгорания
отработавших газов в камерах взрыва, особенно в тех, которые используются в турбинных установках с
постоянным объемом взрыва. Различные выдвинутые предложения основаны на применении
фундаментального принципа, согласно которому очень высокие скорости потока могут быть достигнуты при
высоком давлении газов, что приводит к резкому увеличению коэффициентов теплопередачи и,
следовательно, количества теплоты, передаваемой в теплообменнике.
Согласно новейшей теории, этот результат объясняется тем, что изолирующий или пограничный слой газов
между внутренним ядром потока продуктов сгорания и поверхностями теплопередачи теплообменника
разрушается под воздействием высокоскоростных газов. Ввиду этого были предприняты усилия по
максимально возможному произвольному увеличению скорости потока газов, чтобы обеспечить полное
разрушение этого изолирующего слоя.
Однако такой режим работы следует отвергнуть как непригодный для газов, работающих на твердом топливе,
например, угольной пыли. Эрозия стенок газовых каналов спеченными и, следовательно, очень твердыми
частицами золы порошкообразного топлива возрастает до чрезвычайной степени с увеличением скорости
отскока частиц золы, поскольку энергия, разрушаемая при ударе, приблизительно пропорциональна квадрату
скорости потока.
Из этого становится ясно, что при использовании очень высоких скоростей газа для разрушения
вышеупомянутого изоляционного слоя эрозия достигает недопустимых значений из-за опасности снижения
прочности теплообменника.
Помимо этого недостатка, связанного с использованием порошкообразного топлива, на основании
исследований теплообменников, работающих с высокими скоростями предложенным ранее способом, я
установил удивительный факт: наибольшая теплопередача, вопреки устоявшейся теории и общепринятым
мнениям специалистов в этой области, вообще не происходит в местах наибольшей теплопередачи.
скорость потока. Исходя из этого открытия, настоящее изобретение предполагает новое понимание того, что
помимо высоких скоростей существуют и другие факторы, которые в значительной степени определяют
степень теплопередачи, чем сама скорость. При более тщательном исследовании этих условий в котле,
состоящем из ряда труб, которые питались газами, образующимися в камере взрыва, с помощью точных
измерений было установлено, что наибольшая теплопередача происходит не в местах наибольшей скорости,
как было указано, а в газосборном пространстве, соединенном с последними трубами котла. При более
тщательном изучении выяснилось, что феномен, при котором наибольший перенос энергии происходил
именно в этом собирающем пространстве, объясняется тем, что в этом пространстве создается возможность
для завихрений и вихревых потоков нагревающих газов во всех направлениях. Иными словами, поток газа,
первоначально протекающий через отдельные щели между трубами котла в виде равномерно направленного
потока, после выхода из последней щели между трубами, то есть после попадания в открытое собирающее
пространство, сообщающееся с этой щелью, которое по отношению к щели имеет сравнительно большой
объем, образует нерегулярный, беспорядочный поток.
Из этого следует, что газовый поток распадается в собирающем пространстве из-за вращения всей его массы,
так что теперь даже внутренние части газового потока соприкасаются со стенками канала (собирающего
пространства) и отдают им тепло. В известных конструкциях в узких пространствах между отдельными рядами
труб естественным образом возникает определенное завихрение; однако такое завихрение практически не
имеет значения, поскольку на поверхности газового потока оно проявляется лишь в очень незначительной
степени и по этой причине действует только как так называемые краевые завихрения. Из-за узких
промежутков между трубками газовый поток не имеет возможности обмениваться теплом по всей своей массе
с высокой скоростью вращения, как это происходит в сравнительно большом сборном пространстве на
выходе теплообменника или котла.
Таким образом, настоящее изобретение основано на открытии того, что для полного использования теплоты,
содержащейся в сжатых газах, например, в газах, образующихся при взрыве, важно преднамеренно
закручивать газовый поток вдоль его пути через теплообменник. Однако, как я выяснил, преимущества такого
вихревого движения могут быть использованы только тогда, когда вся масса газов, загружаемых в
теплообменник, вращается, и имеется достаточно места для образования газовых вихрей, тогда как сам
теплообмен может начаться только после вращения газов и происходить с использованием скоростей
вращения. Последнее может произойти, если вихри соприкоснутся с стенками, образующими вихревые
пространства, посредством теплообмена.
Правильность теории, лежащей в основе изобретения, подтверждается при более внимательном
рассмотрении того факта, что до настоящего времени высокие скорости считались необходимыми для
разрушения изолирующих слоев в газовом потоке, которые, как уже упоминалось, являются препятствием для
интенсивного теплообмена, и такие высокие скорости должны были создаваться за счет соответственно
больших перепадов давления. Поскольку в таком известном процессе газовый поток приобретает очень
регулярный и равномерный характер, требуются чрезвычайно высокие скорости, и, следовательно, большие
перепады давления для обеспечения разрушения изолирующей пленки. Настоящее изобретение, с другой
стороны, основано на том соображении, что если используются не равномерные и регулярные потоки газов, а
скорее нерегулярные, неупорядоченные и вихревые потоки, то тот же эффект разрушения изоляционного
слоя может быть достигнут при значительно меньших затратах энергии. Кроме того, изоляционный слой
разрушается более эффективно, чем в случае, когда газы движутся однородным потоком.
В этой связи следует отметить, что более ранние процессы имели еще один важный недостаток: при создании
высоких скоростей не только давление, но и температура газов значительно снижались в соответствии с
процессом адиабатического расширения. Таким образом, теплопередача в теплообменнике ухудшается также
по той причине, что разница температур между нагреваемыми газами и 85 поверхностями теплопередачи
уменьшается. Даже если будет достигнут определенный высокий коэффициент теплопередачи на каждый
квадратный метр (градус Цельсия) в час, общее количество теплообмена будет меньше из-за уменьшения
перепада температур на 90%, чем если бы поддерживалась первоначальная высокая температура.
Настоящее изобретение воплощает описанные выше открытия и устраняет упомянутые выше трудности в
передаче тепла от сжатых газов, и, в частности, от газов, выбрасываемых под давлением из камер взрыва,
таких как камеры взрыва постоянного объема, используемые в газотурбинных установках, к другим
материалам, путем преднамеренного создания сильного вихревого движения газов по мере увеличения их
скорости за счет снижения их давления на пути через теплообменник.
и в процессе такого вращения эти газы вступают в контакт с поверхностями теплообмена. Мой
усовершенствованный способ работы обеспечивает следующие 110 преимуществ:
Во-первых, большая часть энергии потока разрушается за счет завихрения и преобразуется в повышение
температуры, так что температура, существовавшая до расширения, снова приблизительно достигается. С
другой стороны, в газопроводе 120, создающем вихревое движение, развивается совершенно нерегулярный и
неравномерный поток нагревающих газов. Такой поток полностью разрушает нагревающие газы вследствие
высоких скоростей вращения всей массы газа, так что все частицы газа вступают в теплообменный контакт со
стенками канала, и тем самым эффективно предотвращается образование изоляционных слоев, как это
происходит в известных процессах. Кроме того, для производства требуется лишь небольшое количество
энергии. 130 n 419,117 419,1&7ing - вращательные скорости. Благодаря усовершенствованному и
эффективному процессу теплообмена, любая заданная мощность теплообмена, особенно в паровых котлах и
пароперегревателях, может быть реализована при значительно меньшей площади нагревательной
поверхности по сравнению с теплообменниками, работающими в соответствии с известными процессами.
И наоборот, производительность теплообменника любого заданного размера может быть значительно
увеличена с помощью моего нового процесса по сравнению с теплообменником того же размера,
работающим по известным процессам и принципам. Еще одно преимущество изобретения заключается в том,
что отпадает необходимость, как это было до настоящего времени, механически разделять газовый поток на
очень большое количество трубок, которые, как известно, очень подвержены эрозии. Например, в литейных
камерах могут использоваться стены, в которых снижается опасность эрозии.
Новый процесс теплообмена особенно эффективен, когда нагревающие газы проходят через
соответствующим образом сконструированный газопровод с пошаговым снижением давления. Такое
ступенчатое расширение газов дает дополнительное преимущество: благодаря меньшему падению давления
по сравнению с одноступенчатым расширением, при котором, согласно опыту, возникают очень высокие
скорости, эрозия при работе с пылью на поверхностях, подверженных воздействию газового потока,
значительно меньше, чем при одноступенчатом расширении. В ходе практических испытаний с пошаговым
расширением газов действительно наблюдалась неравномерная передача тепла в газопроводе, однако это
можно было устранить соответствующими мерами, которые более подробно описаны ниже.
Для того чтобы воплотить процесс согласно изобретению в практической конструкции, прежде всего
необходимо обеспечить достаточное образование газового вихря. С этой целью в газопроводе с успехом
могут быть размещены элементы, создающие вихревое движение, такие как отклоняющие или отражающие
пластины; сами такие отражающие пластины могут являться частью поверхностей теплопередачи.
Интенсивное завихрение достигается при условии предотвращения разрушения газового потока в камере
газопровода, создающей завихрение, с помощью соответствующих вставок, а при необходимости — путем
отклонения газового потока вдоль его траектории.
На прилагаемых чертежах в качестве примера показаны несколько вариантов осуществления изобретения в
виде парогенератора, нагреваемого газами, выходящим под давлением из камеры взрыва, которая работает
как генератор горячих продуктов сгорания способом, известным в данной области техники, — газовых турбин
с постоянным объемом взрыва.
На указанных чертежах, на фиг. 1 схематически показан, частично в разрезе, весь паровой агрегат 70 вместе
с механизмом управления камерой взрыва; на фиг. 2 показан парогенератор в продольном разрезе по линии
II-II на фиг. 3, причем нагревательная поверхность такого генератора 75 обеспечивается рядом вихревых
камер, сообщающихся друг с другом и последовательно пересекаемых нагревающими газами; фиг. 3
представляет собой поперечное вертикальное сечение 80 по линиям III-MII на фиг. 2; фиг. 4 иллюстрирует
горизонтальное сечение через входной конец котла по линии IV-IV на фиг. 3; фиг. 5 представляет собой
вертикальное сечение котла 85 по линии V-V на фиг. 2; фиг. 6 представляет собой аналогичное сечение по
линии VI-VI на фиг. 2; На фиг. 7 показан продольный разрез второго варианта осуществления изобретения, 90
при этом тепловые газы, поступающие в него, подаются через ряд газопроводов, выполненных в виде трубок,
которые разделены на расположенные на некотором расстоянии друг от друга дросселирующие зоны или
камеры, расположенные последовательно; 95 на фиг. 8 показан частичный разрез котла с фиг. 7 по линии
VIII-VIII; - и на фиг. 9 и 10 показаны два других варианта подачи тепловых газов. i000 тот же вариант показан в
виде частичного продольного разреза.
На рис. 1 А обозначена удлиненная камера взрыва, которая служит газогенератором установки; ее функция
105 аналогична функции в турбинных установках с взрывом постоянного объема. Взрывная камера оснащена
различными гидравлически управляемыми элементами, включая воздушный клапан B, выпускной или
сопловой клапан D и гидравлически управляемый топливный насос P известной конструкции, и периодически
получает топливо через инжекционный элемент C. Все гидравлически управляемые элементы приводятся в
действие через трубопроводы E, E2 и E от распределителя рабочей среды F типа, уже предложенного для
взрывных турбин. Этот распределитель состоит из вращающегося управляющего цилиндра G, который
непрерывно и равномерно вращается посредством зубчатой передачи H двигателем J и в соответствии с
рабочим циклом управляющих элементов попеременно подает давление на отдельные трубопроводы El, E2,
E125 или сбрасывает давление на них через определенные промежутки времени.
В качестве рабочей среды может использоваться масло под давлением или любая другая подходящая среда
под давлением, которая подается из резервуара K с помощью насоса L через трубопровод M и воздушную
камеру N во внутреннее полое пространство 0 вращающегося цилиндра G, при этом внутреннее пространство
постоянно находится под давлением.
Насос L, подающий управляющую среду под давлением, также приводится в движение двигателем J. Рабочие
среды (воздух и топливо), подаваемые в камеру сгорания, воспламеняются в нужный момент после
образования воспламеняемой смеси с помощью устройства зажигания, такого как свеча зажигания Q.
Образовавшиеся в камере A газы высокого давления и высокой температуры затем выводятся через
сопловой клапан D в сопловой канал R и оттуда поступают в паровой котел S, из которого они выходят через
трубу T, отдавая всю или любую заранее определенную часть своего теплосодержащего вещества.
Питательная вода подается в котел в предварительно нагретом состоянии, проходя через охлаждающие
рубашки камеры взрыва А и соплового канала R-, при этом вода под высоким давлением достигает котла S по
трубопроводу U и соединенным с ним ответвлениям, в которых расположены дроссельные элементы Vl, Vz,
Vs. Питательная вода сильно нагревается под давлением в котле газами, подаваемыми из камеры взрыва А,
так что значительная ее часть превращается в пар в пароотделителе В после частичного снижения давления
нагретой воды через редукционный клапан X.
Полученный таким образом пар отводится в точке Y, а остаточная вода подается насосом W к насосу Z. Вода
подается насосом под высоким давлением в трубопровод W, который направляет ее в вышеупомянутые
охлаждающие рубашки камеры взрыва и канала сопла. Второй насос Z2 соединен с трубопроводом W2 и
заменяет свежей водой ту часть циркулирующей воды, которая отводится по трубопроводу Y в виде пара.
Насосы Z и Z2 приводятся в движение электродвигателем Jl; описанное выше устройство известно и не
является частью настоящего изобретения. Изобретение относится к конструкции теплообменника и
экономичному использованию теплосодержания газов высокого давления, образующихся в камере взрыва.
Следует понимать, что изображенная камера взрыва показана лишь в качестве примера одного из типов
газогенераторов; могут быть использованы любые другие типы газогенераторов и любые другие подходящие
процессы для получения газов высокого давления, обладающих теплосодержанием, которое может быть
экономически целесообразно использовано.
Кроме того, тепловые газы могут подаваться в любой подходящий тип теплообменника, кроме котла, при этом
может быть использовано любое необходимое количество газогенераторов. 70 Теплообменник,
представленный в виде парогенератора, более подробно показан на рис. 2–6. Цифра 1 обозначает внешний
барабан котла, в котором расположен меньший барабанообразный корпус 2 таким образом, что между
барабанами 1 и 2 образуется кольцевое пространство 3, концентричное оси котла. В это кольцевое
пространство впадает водопровод 5, причем такой водопровод 80 ответвляется от основного водопровода U
(см. рис. 1). На противоположной стороне барабана котла 1 предусмотрен трубопровод 6 для отвода воды,
нагретой в котле. Корпус 2 85 состоит из ряда линзообразных камер 7, расположенных одна за другой
(двенадцать из них показаны на рис. 2), которые в направлении от одного конца котла к другому попеременно
соединены множеством труб 8, расположенных вблизи реберного перекрытия пространства 7, и
центральными проходами 11, так что для газов в котле обеспечивается очень извилистый и петлеобразный
путь.
Отдельные соединительные трубы 8, из которых те, что расположены в одной плоскости перпендикулярно оси
котла и объединены в группу, имеют максимально возможное общее поперечное сечение, равное соседнему
центральному каналу 11, 000; каждая из них имеет ребро 9, направленное к оси котла, которое усиливает
соединение между двумя противоположными поперечными стенками двух соседних камер 7, причем эти
стенки несут соединительные трубы 8. 105 Центральные каналы 11 образованы глубоким сужением 12 во
внешней стенке вставки 2, которое распространяется по всей окружности последней.
В каждом сужении предусмотрено множество радиальных 110 ребер 13, которые жестко соединяют
прилегающие поперечные стенки 14 сужения друг с другом, так что кольцевое пространство вокруг каждого
сужения подразделяется на секторообразные промежуточные 115 пространства 20 (см. рис. 5). Как лучше
всего видно из рис. 5 и 6, на внутренней стенке наружного барабана 1 в горизонтальной плоскости
расположены два противоположных продольных фланца 21, которые по всей своей длине прилегают к
соответствующим продольным фланцам 15 на наружной стенке полого корпуса 2. Таким образом, кольцевое
пространство 3 между наружным барабаном 1 и корпусом 2 разделено на 125 половин. Таким образом,
питательная вода, протекающая под давлением по трубопроводу 5 в кольцевое пространство 3, вынуждена
течь снизу через секторообразные пространства вдоль радиальных ребер 9 и 13 в верхнюю половину
пространства 3; при этом возникает полностью неупорядоченный и нерегулярный поток питательной воды по
извилистому пути; газы, таким образом, выбрасываются в кольцевое пространство 3. На каждой стадии
расширения возникают сильные вихри.
Первая и последняя камеры, каждая из которых соединена трубой 15 или 16 соответственно, еще
значительно усиливают вращение газовых частиц. Обе трубы окружены оболочкой 17 или 18 соответственно,
которая служит специальным средством создания вихревого потока для охлаждающих камер, причем она
закрыта, например, в виде кулачкового выступа, препятствующего фактическому нагреву или кипению 19 в
газовом канале. Потому что пространство (пространство 3) котла. Охлаждающий слой, который, как известно,
образуется между стенками газов, поступающих в камеру взрыва, и питательной водой, которая подается к
ней через ответвления 5a, 5b, ведущие из основного трубопровода подачи питательной воды U (рис. 1), при
равномерном и регулярном потоке, разрушается и распадается на части, образующиеся в камерах взрыва.
Высокое давление, высокая температура или даже А на рис. 1, протекая через выходной канал газопровода,
предотвращают образование всех частей газов, которые часто и многократно контактируют с поверхностями
газопровода, так что получается дополнительная температура в парогенератор.
Эта процедура повторяется последовательно через ряд каналов в каждой камере 7, которую, учитывая ее
работу, можно лучше всего обозначить как вихревой центральный канал 11. Камера высокого давления.
Поверхности, непосредственно контактирующие с газами, таким образом, понижаются в давлении до
определенного уровня, постепенно передавая и поглощая тепло в камеру подачи воды, и, наконец, в
последней камере достигают определенного противодавления через извилистый поток в кольцевом
пространстве 3, которое также контактирует с генератором тепла через выхлопную трубу 16; поверхность
теплообмена часто и на всех остаточных доступных сторонах, так что, наконец, потоки воды в сильно
нагретых газах могут быть использованы в любом тепловом двигателе или аппарате, например, через
трубопровод 6 к пароотделителю W, как показано на рис. 1. 100 путем преобразования скорости потока в
камерах.
Вследствие высокой разницы давлений нагревающих газов, возникающей при вращательной скорости,
которая существует в соответствии с изобретением, когда нагревающие газы достигают высокого давления, в
частности, в трех камерах 7, возникают драматические эффекты. Во-первых, в каждой камере 7, состоящей из
105 элементов, постоянно происходит значительное изменение условий потока газа, поскольку при
последовательных разрядах нагреваемые газы поступают в парогенератор из одного и того же количества
газов. Нагревающий равномерный поток турбулентно закручивающихся предгазов при их попадании в первую
камеру препятствует образованию или продолжению турбулентного вихревого движения. Сначала газы
ударяются о поперечную стенку изолирующего слоя между 10 ограничивающими металлическими стенками
газового канала и отскакивают под прямым углом во всех направлениях, что обычно сильно затрудняет
теплопередачу.
во-вторых, по окружности камеры, лишь сравнительно небольшое количество энергии требуется в моем
случае 115 через трубы-8 в следующую цепь — усовершенствованный процесс уничтожения таких отходов.
Здесь газы сначала сталкиваются с изолирующим слоем газа, поскольку комманулярная стенка 14 первой
конструкции 12 полностью нерегулярный и беспорядочный поток, который им противостоит (видимый в
направлении, которое представлено вихревым потоком газа, где они отклоняются вправо под углами 120
градусов обратно к центру котла, где они текут через канал 11' в следующую камеру нормального
адиабатического расширения. Наконец, как бер. Этот режим потока газов, как уже указывалось выше,
повторяется во всех участках 60-го участка до тех пор, пока не будет достигнута масса горячих газов (125).
Благодаря непрерывному контакту с теплопередающими стенками газового потока в парогенераторе,
определяющему путь газа, энергия потока, выделяемая в результате сочетания этих трех эффектов,
чрезвычайно большой разницы давлений в каждой камере и чрезвычайно высокой степени теплообмена,
преобразуется в вихри, что обеспечивает герметичность. t30 419,Ll7 6 419,117 Поскольку теплообмен в
первой части котла (первой вихревой камере), в связи с тем, что нагревающие газы в этой точке имеют свою
наивысшую температуру и давление, очень высок, что легко понять (и подтверждено испытаниями в
практическом масштабе), и эти величины уменьшаются в следующих вихревых камерах к противоположному
концу котла, я предлагаю меры для дальнейшего улучшения новых характеристик.
Рабочий процесс согласно изобретению заключается в снижении температурных напряжений на входном
конце котла с целью равномерного распределения напряжений на нагревательных поверхностях по всей
длине газовых каналов и, таким образом, максимально выравнивания теплообмена по всей длине котла. Для
решения этой проблемы самым простым и эффективным способом я принял во внимание тот факт, что
коэффициент теплопередачи зависит главным образом от следующих трех факторов нагреваемых газов:
давление, температура и скорость.
Исходя из того, что давление и температура — это величины, на которые нелегко повлиять, я пришел к
выводу, что из трех вышеупомянутых факторов, влияющих на теплопередачу в газовом канале, с
практической точки зрения можно учитывать только скорость.
Согласно изобретению, этот фактор регулируется таким образом, что он увеличивается по направлению к
выходному концу котла.
Это увеличение скорости достигается за счет соответствующего выбора размеров поперечных сечений
каналов 8, 11 между ступенями расширения в газопроводе. Как показали эксперименты, очень благоприятные
условия возникают, когда поперечное сечение потока уменьшается от ступени к ступени в направлении
газового потока, а затем снова увеличивается на последней или последних ступенях теплообменника; при
этом учитывается изменение объема газов. Однако желаемый эффект может быть достигнут, по крайней
мере приблизительно, если площади поперечного сечения потока изменятся в другом направлении или будут
сделаны приблизительно равными по размеру. При построении рисунка.
2
Размеры зон потока уменьшаются по направлению к выходному концу котла вплоть до последнего
центрального канала 11 и входных труб 8 последней вихревой камеры 7. Однако этот последний центральный
проход и эти последние соединительные трубы имеют большее поперечное сечение по сравнению с
предыдущим проходом 11 и трубами 8. Таким образом, достигается тот факт, что скорость нагреваемых газов
увеличивается по направлению к выходному концу котла, в то время как давление и температура газов,
естественно, снижаются в том же направлении. В результате противоположных изменений регулирующих
величин коэффициента теплопередачи становится возможным поддерживать теплопередачу на всех участках
газового тракта на уровне, при котором исключаются опасные напряжения в котле. 70 При конструировании
вихревого котла для осуществления процесса, описанного в изобретении, необходимо соблюдать
осторожность, чтобы не делать вихревые камеры слишком большими. При разработке газовой турбины
постоянного объема с взрывным механизмом 75 пространство непосредственно за выходным элементом
камеры взрыва сыграло очень важную роль.
Это пространство, которое в камерах взрыва называется каналом сопла 80, должно быть сначала заполнено
взрывными газами, как только будет открыт выходной патрубок камеры взрыва.
Такое первоначальное заполнение сопровождается значительной потерей давления и производительности,
85 которая становится особенно большой, когда газы одновременно выходят из заполняемого пространства в
процессе заполнения. Поэтому, чтобы свести к минимуму неизбежные потери давления и
производительности, связанные с заполнением вихревых камер, целесообразно не делать вихревую камеру 7
теплообменника больше, чем необходимо для обеспечения достаточного вращения. Иными словами,
вращающиеся камеры делают максимально узкими (см. рис. 2). Таким образом, потери, связанные с
заполнением таких камер газами, сводятся к минимуму. 100 На фиг. 7 и 8 показана еще одна конструкция
котла, в которой множество газовых и водяных трубопроводов расположены по большей части параллельно
друг другу. Котел состоит из наружной цилиндрической оболочки 22 диаметром 105 мм, к торцам которой
герметично прикреплен куполообразный коллектор 23, заканчивающийся фланцем 24.
В плоскости обоих концов цилиндрической оболочки 22 предусмотрено кольцо 25 110 U-образного сечения;
каждое кольцо поддерживается концевым элементом 26, наружная стенка которого имеет форму,
аналогичную форме коллектора котла 23, а внутренний конец, расположенный внутри котла, 115 герметично
прикреплен к фланцу кольца 25, обращенному к нему, в то время как наружный конец концевого элемента 26
плотно прилегает к цилиндрической части 24 коллектора котла 23 120 и крепится к ней сваркой или иным
способом. Между куполообразной частью коллектора котла 23 и концевым элементом 26 обоих концов котла
находится ограниченное конусообразное пространство 27. 125 В торцевой части 26 верхней части котла
проходит множество коротких водотрубок 28, соединяющих верхнее пространство 27 с центральной зоной
котла. Два кольца 25 несут номер 130 419,117, при этом контактирующие поверхности стенок пространства
30a приводят к передаче тепла воде, которая очищает внешнюю поверхность трубок 29 и внутреннюю
поверхность трубок 30 в пределах пространства 70 30a.
После этого газы проходят через второе дроссельное отверстие в следующую камеру 306 с приблизительно
той же скоростью, что и раньше, причем эта скорость возникает из-за высокой разницы давлений 75, которая
снова существует между пространствами перед и за этим вторым дроссельным отверстием. Газы снова
закручиваются в вихрь, в результате чего снова происходит высокоинтенсивный теплообмен. Этот процесс
повторяется столько раз, сколько раз газы соприкасаются с зоной дросселирования и поверхностями
теплопередачи. По мере снижения давления и температуры от стадии расширения до стадии расширения 85,
зоны дросселирования изменяются в соответствии с линией 37 с целью увеличения скорости потока газов к
концу котла. В этом случае скорость теплопередачи поддерживается приблизительно равномерной по всей
длине газопровода в котле, что позволяет избежать недопустимо высоких напряжений в стенках котла
вследствие большой разницы температур вдоль газопроводов.
Как показано на рис. 9, вращение газов в отдельных расширительных камерах газового канала может быть
значительно усилено с помощью вставок подходящего типа, например, с помощью колец 38, которые
Соседние файлы в папке патенты