Файл: Найденов, Г. Ф. Газогорелочные устройства с регулируемыми характеристиками факела.pdf

отношений горелки. Размер D рассчитывается, исходя из выбранного условного теплового напряжения сечения ци­ линдрического канала горелки qyc, которое принимается в пределах (12—15) 103 кдж/см2 • ч:

При выборе диаметра цилиндрического канала следует учитывать, что с уменьшением диаметра растет сопротивле­ ние горелки по воздушному тракту, а увеличение диаметра, при прочих равных условиях, приводит к росту продольного и поперечного размеров факела. Кроме того, чем больше диа­ метр горелки, тем больше нужно разводить экранные по­ верхности нагрева в топке. Поэтому величину условного теп­ лового напряжения следует выбирать, исходя из распола­

гаемого напора дутьевого воздуха.

Выбор соотношения конструктивных размеров. Соотно­ шения конструктивных размеров a/D, b/D, dTP/D определя­ ют расчетное значение интенсивности крутки. Изменять эти размеры рационально в определенных пределах. Так, с уменьшением отношения a/D растет сопротивление горел­ ки по воздушному тракту, а при увеличении — ухудшается скоростная равномерность воздушного потока по окружнос­ ти цилиндрического канала горелки. При отношениях a/D, близких 0,5, неравномерность становится настолько значи­ тельной, что такие горелки не представляют практическо­ го интереса. Поэтому на практике применяются в основном горелки с соотношением a/D 0,25—0,35. С ростом b/D также ухудшается скоростная равномерность и уменьша­ ется сопротивление. Однако влияние изменения этого отношения слабее, чем a/D. Это объясняется тем, что с уве­ личением продольного размера тангенциального подвода b растет и неравномерность расхода воздуха по нему. Чем дальше находится от устья цилиндрического канала уча­ сток проходного сечения тангенциального патрубка, тем

89

меньше воздуха проходит по этому участку. Оптимальной величиной отношения bjD можно считать 1,0—1,3. В этом случае неравномерность расхода по длине тангенциального патрубка не превышает 10%.

В цилиндрическом канале вихревых горелок по оси за­ крученного воздушного потока возникает зона разрежения, которая является причиной осевого обратного тока. Диаметр осевого обратного тока зависит от закрученности потока. Изменение интенсивности крутки при простом тангенциаль­ ном подводе воздуха от 1 до 3 сопровождается увеличением диаметра зоны обратных токов с 0,2 до 0,4 D [41 ]. Величина

ности цилиндрического канала улучшается. Кроме того, если диаметр осевой трубы ненамного больше диаметра зоны обратных токов, то при этом сопротивление горелки по воз­ душному тракту не только не повышается, а наоборот, не­ сколько снижается (—-8%).

Снижение сопротивления устройства, выдающего за­ крученный поток, при введении по оси потока поверхности тела вращения определенных размеров (в данном случае осевой трубы) может быть объяснено следующим образом.

При вращении струи в канале горелки, в осевой области цилиндра, возникает обратный ток, который берет начало за выходным сечением горелки и простирается вплоть до днища цилиндра. По мере продвижения встречного потока по оси цилиндрического канала периферийная закрученная струя вовлекает его во вращательное движение, расходуя на это часть энергии. Чем больше масса осевого обратного потока, тем больше энергии тратится на его вращение. Поэтому лик­ видация зоны обратных токов приводит к снижению сопро­ тивления устройства.

Сравнительно высокое сопротивление вихревых горелок обусловлено закруткой воздушного потока. Подача части воздуха прямым незакрученным потоком по осевой трубе

90

снижает расход энергии на дутье. Зависимость общего со­ противления горелки с комбинированной подачей воздуха от б имеет экстремальный характер. С ростом б вначале сопро­ тивление уменьшается, достигает минимального значения, а затем начинает возрастать, так как растет скорость воздуха в осевом подводе. Таким образом, чем меньше суммарный коэффициент сопротивления осевого подвода, тем больше может быть экономия энергии при осевой подаче части дутье­ вого воздуха. Проанализировав влияние диаметра осевой трубы на скоростную равномерность, сопротивление горел­ ки по воздушному тракту и влияние осевого потока на вы­ горание топлива, можно сделать вывод, что для данной конструкции горелки (см. рис. 4) оптимальной величиной соотношения dTp/D является 0,5. В том случае, когда по ка­ ким-либо причинам нужно повысить скорость истечения по­ тока из осевой трубы, не изменяя б, осевая труба снабжается

конфузором.

Расчет значения интенсивности крутки для случая тан­ генциальной подачи всего дутьевого воздуха выполняется по формуле [2]

По расчетному значению интенсивности крутки, пользуясь экспериментальными зависимостями, можно определять ори­ ентировочные размеры факела горелки.

Размеры факела. В случае равномерного распределения газа в потоке дутьевого воздуха ориентировочные размеры факела при подаче воздуха только по тангенциальному под­ воду могут быть определены по экспериментальным данным (табл. 5) или приблизительно рассчитаны по эмпирическим формулам, предложенным И. Я- Сигалом и Н. А. Гуревичем [57]. На основании анализа и обработки экспериментально­ го материала в работе [57] установлено, что основное влияние

91

на осевую длину вихревого факела оказывает геометрия движения пристеночного (периферийного) слоя потока газо­ воздушной смеси, которая зависит от интенсивности крутки и конфигурации амбразуры. В то же время длина развертки факела, т. е. длина факела по спирали (с учетом среднего угла подъема воздушного потока в цилиндрическом канале горелки), остается во всех случаях изменения конфигура­ ции амбразуры практически одинаковой. Этот вывод под­ тверждает мнение, что изменение угла раскрытия амбразуры влияет главным образом на геометрию факела, а не на фи­ зико-химическую сущность процесса выгорания топлива.

Осевая длина факела определяется по формуле [57]

которая составляет (по экспериментальным данным) 2—3 D ; Lnp — прямой участок факела.

Прямой участок факела определяется как разность между полной длиной развертки факела S n и длиной развертки

горелки. Длина развертки факела на закрученном участке определяется по формуле:

а) в случае цилиндрической амбразуры

б) в случае конической амбразуры:

SLkp = т Ctg Pep ctg Y/2 [(] + 2 tg ¥/2L3aKp) X

92

где Ч1- — угол раскрытия амбразуры; Ьзшр — относительная рсевая длина закрученного участка факела, выраженная в калибрах горелки; |Зср — среднее для закрученного участка факела значение угла подъема газовоздушного потока, при­ нимается равным 30—35°.

Определив по табличным данным или вычислив по эмпи­ рическим формулам ориентировочную длину факела при тангенциальной подаче всего дутьевого воздуха, определим, пользуясь зависимостью (55), осевой размер факела в случае подачи части воздуха по осевому подводу.

Например, длина факела при п = 1,8; 8 — 0; D = 0,8 м; dTр = 0,4 м равняется 4,8 м. Определим, как изменяется дли­ на факела, если по осевому подводу горелки будет подавать­

'б) относительная длина факела

7Ф= 1,27 • 0,36-0’4^ 1,9;

в) действительная длина факела

/ф = 4,8 • 1 9 ж 9 м.

Следует иметь в виду, что влияния крутки потока и фор­ мы амбразуры на факел не аналогичны. Увеличение интенсив­ ности крутки приводит к уменьшению объема факела, а при изменении угла раскрытия амбразуры объем факела оста­ ется постоянным, а изменяется только его осевая дально­

бойность.

Рекомендации по расчету газовыдающего аппарата горел­ ки основываются на экспериментально полученных данных о распределении скорости сносящего потока и распределении

93

расхода дутьевого воздуха по сечению цилиндрического канала в плоскости истечения газовых струй.

Осевая приведенная скорость воздуха Wn0рс является вспомогательной величиной, необходимой для использова­ ния экспериментального материала при выполнении рас­ четов. Приведенная осевая скорость у одной и той же конструкции горелки зависит от расхода и температуры дутьевого воздуха. Величина осевой приведенной скорос­ ти рассчитывается по формуле (29).

Дальнобойность газовых струй h выбирается, исходя из характера распределения расхода воздуха по сечению ци­ линдрического канала горелки в плоскости ввода газа из периферийной или центральной газовой камеры. Распределе­ ние расхода воздуха по сечению канала зависит от расчетно­ го параметра интенсивности крутки, диаметра осевой трубы

иотносительного осевого расхода. С ростом крутки все боль­ ше воздуха проходит через периферийную область канала,

иповышение доли воздуха, подаваемого по осевому под­ воду, сопровождается перераспределением воздуха с пери­ ферии в осевую область. В случае тангенциальной подачи всего дутьевого воздуха и однокалиберной системы газовых отверстий оптимальная дальнобойность газовых струй соот­ ветствует нормальному расстоянию от плоскости устья газо­

вого отверстия до гмакс (гмакс — значение относительного радиуса, соответствующее относительной максимальной пол­

ной скорости воздушного потока 1^Пмакс) и определяется из выражения

В пределах изменения интенсивности крутки от 1,8 до 4,3 величина гмакс может быть определена по рис. 12 и 16, табл. 2 или рассчитана по эмпирической формуле

94

После выбора дальнобойности газовых струй определя­ ется скорость сносящего потока на участке дальнобойности 'газовой струи. При радиальной подаче газа в осесимметрич­ ный закрученный воздушный поток сносящая скорость на участке дальнобойности значительно зависит от интенсивнос­ ти крутки потока и слабее — от глубины проникновения струи при постоянной крутке. По рис. 21,22 может быть опре­

делена скорость сносящего потока Wh для условий 1,8 ■<

С п •< 4,3, dTр = 0,3 и 0,1 ■< 6 •< 0,35; drp = 0,5 и 0,15 С

<б < 0,5.

Вслучае только тангенциальной подачи дутьевого воз­

духа относительное значение скорости сносящего потока может быть определено по формуле:

где г = 1 — h.

Поскольку ~Wh = Wh/W ^ , то действительная скорость сносящего потока на участке дальнобойности струи

Значение скорости воздушного потока подставляется в формулу для определения характеристик струи, которые обеспечат выбранную дальнобойность последней.

Диаметр газовыпускного отверстия dc, если задана ско­ рость истечения газа Wr, определяется по формуле [20]

(69)

где h — дальнобойность струи, определенная по формуле (66); Wh — скорость сносящего потока на участке дально­ бойности струи; Ks — коэффициент, зависящий от шага газовыпускных отверстий; Wr — скорость истечения газа.

95