ПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР ГАЗОВЫХ ГОРЕЛОК БЫТОВЫХ КУХОННЫХ ПЛИТ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»



SCIENCE TIME

■

патентный обзор газовых горелок

БЫТОВЫХ КУХОННЫХ ПЛИТ

Лиманский Сергей Сергеевич, Темников Александр Александрович, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, г. Белгород

E-mail: 79087830367@yandex.ru

Аннотация. В данной статье подлежали рассмотрению авторские свидетельства, связанные с газогорелочными устройствами. Перечислены полезные модели в области конструктивного улучшения газовых горелок для бытовых плит. Изложены перспективные продвижения газогорелочных устройств.

Ключевые слова: газогорелочные устройства, КПД горелки, газовоздушная смесь.

История появления бытовых газовых плит началась в 1907 г., в Москве. Коксовый газ, который применялся для освещения улиц и общественных зданий, стали использовать и для приготовления пищи в домашних условиях. За прошедшее столетие газовая плита как техническая система значительно изменилась. В настоящее время в России эксплуатируется свыше 38 млн газовых плит, газом в быту пользуется свыше 100 млн человек. Поэтому дальнейшее повышение экономичности и экологичности плит — важная хозяйственная задача. Газовые горелки в плитах бытового назначения постоянно усовершенствуются в направлениях: повышения температуры горения газа, повышения коэффициента отдачи тепла, качественного смешивания газовоздушной смеси, повышения устойчивости горения, улучшения условий догорания газа и снижению концентрации оксида углерода (СО) и КОх в продуктах сгорания, повышения противопожарной безопасности.

Во всех современных газовых горелках бытовых плит осуществляется промежуточный (смешанный) способ сжигания газа: первичный воздух предварительно смешивается с газом, а вторичный воздух поступает непосредственно к микрофакелам головки горелки. В соответствии с ГОСТ

| SCIENCE TIME Щ

21204-97 по способу подачи воздуха (окислителя) и коэффициенту избытка первичного воздуха а1 различают горелки: диффузионные с а1 =0, инжекционные с а1 > 1 и а1 < 1 , и принудительной подачей воздуха (дутьевые).

Несмотря на сходство конструкций газовых горелок, их устройство типично, отличие составляет только преимущественный конструктивный фактор, влияющий, так или иначе, на работу и на КПД газогорелочного устройства. Например, работу горелки можно описать так: струя газа, истекающая из сопла, инжектирует в смеситель первичный воздух. Вторичный воздух подводится к огневым каналам головки из атмосферы. Крышка имеет по окружности отбортовку (буртик), благодаря которой при горении создается верхнее стабилизирующее пламя и обеспечивается беглость огня, т.е. передача горения от одного огневого канала другому.

Для плит, работающих на природном газе, установлено номинальное давление — 1300,а на сжиженном— 3000 Па. Согласно ГОСТ Р 50696-94 у газовых горелок стола нормальной мощности КПД должен быть не менее 58%, а содержание в продуктах сгорания оксида углерода СО и оксидов азота NOx не должно превышать 0,01% объема, или 125 и 200 мг/м соответственно. Патентный поиск по газогорелочным устройствам бытовых плит показал, что основной целью изобретений является повышение КПД и санитарно-гигиенических показателей горелок.

Один из способов повышения КПД горелки это повысить температуру газо -воздушной смеси до ее воспламенения. Известно, что, подогрев газовоздушной смеси повышает устойчивость и полноту сгорания газа, и повышенную температуру пламени. С этой целью горелки по авторским свидетельствам (а.с. 404996, 560107 и 937892) содержат теплопроводные элементы, часть которых расположена в пламени. Из-за чего смесь подогревается. Интенсивный подогрев смеси происходит при размещении в полости головки горелки вставки с центральным каналом и кольцевой полостью (а.с. 602744), радиальных ребер (а.с. 1267110), конусной обечайки (а.с. 787794, 976220, 1062472 (рис. 2) и 1645760), каналов и камер (а.с.1270506) или металлических трубок (а.с. 1573304.

В результате обеспечивается более полное сгорание газа и снижается эмиссия СО. В устройстве горелки по а.с. 1216566 газо-воздушная смесь, проходя по огневым каналам, инжектирует через зазор, проточку и кольцевой канал из окружающего пространства воздух и продукты неполного сгорания стабилизирующего пламени. Т.Л. Басаргин и его соавторы разработали горелку (а.с. 1333964), у которой крышка имеет больший диаметр, чем наружный диаметр корпуса, и на ее внутренней поверхности выполнена кольцевая проточка, образующая с насадком смесительную полость. В полость инжектируется из окружающего пространства дополнительный воздух.

Есть информация об экспериментальном испытании плит с

| SCIENCE TIME Щ

инфракрасными горелками. Известны авторские свидетельства движущиеся в этом направлении (патенты РФ №2094703, 2331019). У радиационной горелки по патенту 2094703 РФ горелочный насадок выполнен из пористого металлического тела, изготовленного из жаропрочного и жаростойкого сплава (например, хромоникелевого сплава). В результате горения газо-воздушной смеси в каналах верхней части металловойлочного пористого тела насадка происходит, нагрев дискретных волокон до температуры 950-1050°С.

Большой интерес представляют радиационные горелки, разработанные в Институте химической физики РАН В.М.Шмелевым и А.Д.Марголиным (патенты РФ 2151956 и 2151957). В горелке по первому патенту предложено радиационный экран выполнить в виде протяженных геометрических элементов (пластин, цилиндров), изготовленных из таких материалов как кварц или керамика.

Во второй горелке— керамическая перфорированная излучающая насадка выполнена с возможностью исполнения дополнительных функций экрана и рефлектора, для чего она изготавливается в объемной конфигурации в виде полостей в различных вариантах исполнения. КПД горелок плит зависит от величины расстояния от головки горелки до теплоприемника, поэтому предложены конструкции горелок с подвижной головкой.

Значительный интерес представляют инфракрасные горелки (патенты РФ 2066023, 2094703, 2151956, 2151957), реализующие эффект поверхностного горения на огнеупорных материалах. Следует отметить, что огнеупорные поверхности оказывают и каталитическое воздействие (химическое поле) на процесс горения. В конструкциях газовой плиты по а.с. 1168778 (см. рис. 12) можно усмотреть частичный переход в надсистему, т.к. часть функций горелки, а именно смесеобразование, происходит в рабочем столе плиты, в котором выполнены камеры-смесители.

Из тризовских полей в горелках плит используются главным образом механическое и тепловое, а также их сочетание. Только в некоторых изобретениях нашли применение акустическое и химическое поля. В горелках плит, по-видимому, из-за их небольших размеров, не нашло применение электрическое поле. Хотя известно, что в промышленных горелках электрическое поле (ионизация, озонирование, прохождение тока через пламя) применяется достаточно широко.

Анализ результатов патентных исследований позволяет сделать прогноз направлений дальнейшего развития и совершенствования конструкций газовых горелок бытовых плит плит:

- повышение КПД горелок. Наиболее перспективными представляются инфракрасные горелки, т.к. они имеют высокий КПД при низком уровне эмиссии оксидов азота;

I

SCIENCE TIME

I

- снижение содержания токсичных веществ в продуктах сгорания;

- изготовление горелок из керамических материалов. Но это не нашло применение), так как в результате снизятся потери теплоты в горелку и детали плит;

- использование «топлива будущего» водорода в отдаленной перспективе. Литература:

1. В.А. Жила, М.А. Ушаков, О.Н. Брюханов. Газовые сети и установки. Москва, Издательский центр «Академия» , 2003. - 272с.

2. А.И. Плужников, В.А. Жила, М.А. Ушаков. Газоснабжение. Москва, Издательский центр «Академия» , 2008. - 448с.

3. Ионин А.А., Жила В.А., Архитихович В.В., Пшоник М.Г. Газоснабжение: учебник. Изд-во АСВ, 2012. - 472 с.

4. ГОСТ 21204-97 «Горелки газовые промышленные. Общие технические требования» (с Изменениями №1, 2)