В инжекционных горелках газовоздушная смесь образуется за счет энергии струи газа, подсасывающей воздух из окружающей среды внутрь горелки. Само слово «инжекция» подразумевает подачу, впрыскивание, всасывание жидкости или газа внутрь какого-то устройства. Вспомнить хотя бы инжектирование жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания путем принудительного впрыска.
Инжекционные горелки могут работать на газе низкого или среднего давления. Первые сжигают газ диффузионно-кинетическим способом, вторые — кинетическим. Для справки: в газопроводах природного газа и СУГ низкое давление — до 500 даПа (50 мбар), среднее — свыше 500 даПа до 0,3 МПа.
Атмосферные горелки
У инжекционных горелок низкого давления к фронту горения через горелку поступает только часть необходимого воздуха, который именуется первичным (рис. 1). Такие горелки инжектируют не весь необходимый для горения воздух, обычно от 40 % до 60 %. Остальной воздух, называемый вторичным, поступает к пламени из окружающего пространства.
Регулировка воздуха инжекционной газовой горелки
Объем первичного воздуха характеризуется коэффициентом инжекции. Это отношение количества первичного воздуха к количеству воздуха для полного сгорания газа. Как указывалось ранее (S-2184), для полного сгорания 1 м3 природного газа необходимо около 10 м3 воздуха. Если через горелку проходит 5 м3 воздуха, то коэффициент инжекции составит 5/10 = 0,5.
Рис. 1. Принцип работы атмосферной горелки
Конструкция атмосферной горелки
Основные детали атмосферной горелки: сопло, смеситель, коллектор и регулятор первичного воздуха (рис. 2). Истекая из сопла, газ приобретает кинетическую энергию, необходимую для подсасывания первичного воздуха. В результате перед входом в смеситель возникает разрежение, куда устремляется окислитель.
Рис. 2. Инжекционная горелка низкого давления
В смесителе газ и воздух смешиваются, в коллектор поступает частично готовая газовоздушная смесь. Здесь происходит ее распределение по выходным отверстиям. Регулятор первичного воздуха представляет собой вращающийся диск, который может перемещаться по резьбе на сопле «от горелки — к горелке». Он изменяет количество первичного воздуха, поступающего в горелку.
Чем ближе диск к смесителю, тем меньше воздуха в него поступает. И наоборот, отодвигая диск, увеличиваем подачу воздуха. Кстати, у большинства современных горелок такие регуляторы отсутствуют.
Форма коллектора (огневого насадка) и расположение на нем отверстий весьма разнообразные. Существуют горелки: круглые, прямоугольные, со скругленными краями, из отдельных труб (секций). Конструкция определяется формой и размерами топки (огневой камеры) газоиспользующего оборудования, назначением горелки. Например, верхние горелки газовой плиты круглые, так как большая часть посуды имеет круглое днище.
Инжекционные горелки.
Рис. 3. Огневой насадок современной трубчатой горелки
В горелках современных котлов газовоздушная смесь выходит через щели, выполненные вместо круглых отверстий в коллекторе. Насадок (коллектор) горелки изготавливается из нержавеющей стали, щели прорезаются лазером (рис. 3).
Горелки газовой плиты
Самое большое число горелок установлено на газовых плитах, которых только в России более 40 миллионов. На каждой с учетом духового шкафа от 3 до 5 горелок. Итого: почти 200 миллионов устройств, предназначенных для приготовления или разогрева пищи. Мощность каждой горелки не велика — около 2 кВт.
Коэффициент полезного действия тоже мал — около 60 %. Сравните с КПД котла — 91 %. Причин две: нет огневой камеры (топки), в которой происходит горение, а также мала поверхность теплообмена посуды. Конечно, можно сделать кастрюлю с развитой поверхностью теплообмена, но потом замучишься ее мыть. В результате много тепла идет не на нагрев пищи, а уходит в помещение.
Рис. 4. Горелка повышенной мощности (WOK)
В настоящее время часто используются WOK-горелки с двумя (рис. 4) или даже тремя рядами отверстий. Мощность увеличивается до 4 кВт. Интересный факт: в России согласно ГОСТ 33998-2016 «Приборы газовые бытовые для приготовления пищи. Общие технические требования, методы испытаний и рациональное использование энергии» подобные горелки именуются многокольцевыми.
Рис. 5. Горелка газовой плиты
На рисунке 5 изображена горелка стола газовой плиты, которая изготавливается из алюминиевого сплава. Газ после выхода из сопла 1 попадает в смеситель 2, где образуется газовоздушная смесь. Вторичный воздух подводится к огневым каналам 4 головки 3 из атмосферы. На крышке 5 по окружности сформирован буртик. Он создает верхнее стабилизирующее пламя, что обеспечивает передачу горения от одного выходного отверстия к другому.
Горелка не имеет регулятора подачи первичного воздуха. При увеличении давления газа в сети за пределы устойчивой работы горелки возможен частичный отрыв. В этом случае необходимо уменьшать подачу газа на горелку с помощью крана.
Горелки водонагревателей
В газовых водонагревателях, проточных и емкостных, применяются атмосферные горелки мощностью более 7 кВт. Максимальная тепловая производительность ограничена и обычно не превышает 100 кВт. Причина в том, что огневые насадки (коллектора) подвергаются в топке воздействию высоких температур и выходят из строя. Получение большей тепловой мощности возможно, только когда в топке находится факел без каких-либо конструкционных деталей горелки.
На сегодняшний день в водонагревателях применяют различные по конструкции горелки: круглой формы, трубчатые, секционные. Их форма определяется прежде всего конфигурацией топки (огневой камеры).
Рис. 6. Секционная горелка Polidoro
В секционных горелках газ подается в огневые насадки через несколько сопел. Общий поток газа разбивается на несколько струй, что улучшает смешивание газа и воздуха. Конструкция горелок Polidoro (рис. 6) позволяет легко адаптировать их к различным прямоугольным теплообменникам. Для изменения тепловой мощности меняют количество огневых насадков, которых может быть от 5 до 20.
Достоинства атмосферных горелок
Инжекционные горелки низкого давления имеют ряд положительных качеств:
- простая конструкции, не нужны механизмы для подачи воздуха и регулирования горения;
- устойчивая работа при изменении нагрузки.
К достоинствам атмосферных горелок также относится свойство саморегулирования, когда обеспечивается постоянная пропорция между объемом проходящего через горелку газа и количеством инжектируемого воздуха. К недостаткам инжекционных горелок низкого давления можно отнести высокий коэффициент избытка воздуха, который доходит до 1,3, что объясняется сложностью образования газовоздушной смеси в топке.
Источник: propb.ru
Устройство и принцип действия газовых горелок
1 иКЬ: http://files3.vunivere.ru/workbase/00/02/12/18/images/image200.jpg (дата обращения: 31.05.2021).
рают с учетом скорости распространения пламени от одного отверстия к другому. Эти горелки имеют небольшие тепловые мощности, и их применяют в небольших водонагревательных устройствах.
К промышленным горелкам диффузионного типа относятся подовые щелевые горелки (рис. 5.2) — труба диаметром до 50 мм, с просверленными в два ряда отверстиями диаметром до 4 мм. Коллектор горелки размещается над колосниковой решеткой в кирпичном канале. Канал представляет собой щель в поде котла. Из горелки 2 газ выходит в топку, куда из-под колосников 5 поступает воздух.
Рис. 5.2. Подовая диффузионная горелка 1 :
- 1 — регулятор воздуха; 2 — горелка; 3 — смотровое окно;
- 4- центрирующий стакан; 5 — горизонтальный тоннель;
- 6 — выкладка из кирпича; 7 — колосниковая решетка
Инжекционные горелки
В инжекционных горелках (рис. 5.3) воздух для горения поступает полностью (ос2 > 1) или частично (с^ 1 :
- 1 — сопло; 2 — инжектор; 3 — горловина; 4 — диффузор;
- 5 — насадок; 6 — воздушная заслонка
Рассмотрим виды инжекционных горелок.
1. Инжекционные горелки низкого давления (атмосферные горелки, горелки с неполной инжекцией воздуха).
К фронту горения (рис. 5.4) поступает только часть необходимого для сгорания воздуха — первичный воздух (40—60 % воздуха, необходимого для горения), вторичный воздух поступает к пламени из окружающего пространства.
Рис. 5.4. Схема работы инжекционной горелки низкого давления 1 2
Инжекционные горелки низкого давления состоят из следующих элементов (рис. 5.5):
а) регулятор первичного воздуха — вращающийся диск или шайба, регулирует количество первичного воздуха;
иИЬ: https://present5.com/presentation/-15061906_1283639/image-3.jpg (дата обращения: 31.05.2021).
иКЬ: Ьир5://іт0-шЬ-ги.уап(1ех.пеГ/і?іс1=К)797(і1?6е3324сі1298(іе4с1849179?15
- — инжектор — создает разряжение и подсос воздуха;
- — конфузор — самая узкая часть, выравнивает струю газовоздушной смеси;
- — диффузор — в нем происходят окончательное перемешивание газовоздушной смеси и увеличение ее давления за счет снижения скорости;
Рис. 5.5. Устройство инжекционной горелки низкого давления 1 :
а — форма в виде трубы; б — прямоугольная форма; в — внешний вид;
- 1 — форсунка; 2 — инжектор; 3 — конфузор; 4 — диффузор; 5 — коллектор;
- 6 — отверстия; 7 — регулятор первичного воздуха
Данными горелками оборудованы все бытовые плиты и водонагреватели, они широко применяются в коммунально-бытовых установках и небольших отопительных котлах, имеют производительность около 10 м [1] /ч природного газа.
Преимущества инжекционных горелок низкого давления:
- — простота конструкции;
- — устойчивая работа горелок при изменении нагрузок;
- — бесшумность работы;
- — саморегулирование, т. е. поддержание постоянной пропорции между количеством подаваемого в горелку газа и количеством инжектируемого воздуха при постоянном давлении газа.
- 2. Горелки инфракрасного излучения.
Они работают по принципу беспламенного сжигания газа и относятся к горелкам низкого давления полного предварительного смешения газа с воздухом. Газовоздушная смесь поджигается при малой скорости вылета, чтобы избежать отрыва пламени, и сгорает вблизи поверхности горелочного насадка без видимых факелов пламени. В дальнейшем скорость вылета смеси можно увеличить (полностью открыть кран), так как керамические плитки нагреваются до 1000 °С и отдают часть теплоты газовоздушной смеси, что приводит к увеличению скорости распространения пламени и предотвращению его отрыва. Поверхность горелки приобретает оранжево-красный цвет и становится источником инфракрасных лучей, которые поглощаются различными предметами и вызывают их нагрев.
Горелочный насадок выполнен в виде пористой керамической или металлической плитки с мелкими сквозными отверстиями (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Горелки инфракрасного излучения 1 :
1 — рефлектор; 2 — керамический (металлический) насадок; 3 — инжектор-смеситель; 4 — форсунка; 5 — распределительная коробка
Данные горелки имеют дополнительный элемент — рефлектор, служащий для направления потока лучистой энергии и защиты горелочного насадка от попадания влаги и задувания ветром.
Горелки инфракрасного излучения работают на природном и сжиженном газе и используются для подогрева строящихся стен и штукатурки, обогрева людей и т. д.
3. Инжекционные горелки среднего давления.
Весь необходимый для горения воздух поступает в качестве первичного и засасывается струей газа. Применяются в отопительных котлах и для обогрева промышленных печей.
По способу осуществления процесса горения данные горелки подразделяются следующим образом:
- — беспламенные (коротко-факельные) — горение подготовленной газовоздушной смеси происходит в раскаленном огнеупорном керамическом туннеле или в раскаленном топочном объеме. Горение протекает с коротким видимым факелом или без видимого факела. Газовоздушная смесь поступает в туннель или топочный объем через горелочное отверстие, плотно примыкающее к туннелю или топочному объему. Стабилизатором горения служит раскаленный туннель из огнеупорного материала или раскаленная футеровка топки.
- — пламенные (длиннофакельные) — горение происходит в конце насадка. Для предотвращения отрыва пламени в топке оборудуют специальные горки из огнеупорных материалов, которые поддерживают горение при отрыве пламени.
Преимущество инжекционных горелок среднего давления: постоянство коэффициента инжекции.
Недостатки инжекционных горелок среднего давления:
- — возникновение сильного шума и вибрации во время работы;
- — недостаточный диапазон регулирования, что приводит к установке на каждом котле или печи по несколько горелок.
- [1] 2 https://st27.stpulscen.ru/images/product/131/966/391_big.jpg (дата обращения: 3 31.05.2021).
Источник: studme.org
Инжекторные газовые горелки — описание, характеристики, применение
Инжекторные горелки – это горелки, принцип действия которых состоит в том, что воздух инжектируется (засасывается) газовой струей в корпус горелки. Инжекторные газовые горелки с низким давлением и предварительным частичным смешением очень широко применяются в городском хозяйстве. И этому есть вполне логическое объяснение, ведь горелки, принцип действия которых заключается в принудительной подаче воздушного потока, для мелких потребителей являются не совсем целесообразными и затратными. Даже инжекционные горелки с низким давлением будут удобнее и выгоднее, поскольку от них также можно получить неплохое сжигание газа.
Инжекторные газовые горелки -принцип работы
Принцип действия инжекционной горелки заключается в том, что поток воздуха всасывается при воздействии мощной газовой струи в корпус, где происходит их смешение. Некоторые инжекторные газовые горелки устроены обратным образом, то есть это тот случай, когда необходимое количество газа всасывается за счет выделяемой энергии мощного потока воздуха.
Такой принцип действия возможен при условии давления газа, которое равняется атмосферному давлению. Газ во время прохождения сквозь сопло сильно ускоряется, это способствует образованию разрежения за соплом. Горелки, у которых происходит полное смешение газа среднего давления с необходимым количеством воздуха, в процессе работы выпускают небольшое пламя, а сам процесс заканчивается в минимальном объеме. Газовые горелки, у которых воздух с газом смешиваются только частично, в корпус для смешения попадает только от 40 до 60% необходимого воздуха. Остальной необходимый воздух поступает извне непосредственно к самому пламени за счет разрежения в топках смеси газовых и воздушных потоков, которые инжектировались в смеситель.
Горелки с низким давлением газа отличаются от горелок со средним образованием в них однородной газо-воздушной смеси, в которой количество газа несколько превышает необходимое для возгорания. Поэтому они стабильны в работе и отличаются возможностью применения различных тепловых нагрузок.
Виды горелок
Классифицируются инжекторные горелки по нескольким критериям. В зависимости от давления газа различают горелки с низким и средним давлением. В зависимости от того, установлен в горелке распределительный коллектор или нет, они делятся на горелки многофакельные и горелки с одним факелом.
Если в горелке несколько сопел, то такие горелки принято называть многосопловыми, если же только одно сопло, то односопловыми. Сопла могут быть расположены по центру либо вразброс. В зависимости от их расположения горелки делятся на горелки с центральным расположением сопел и периферийным.
Соотношение объемов газа и воздуха инжектируемого горелкой определяют расчетом коэффициентов инжекции и избытка воздуха. При высокой температуре сгорания газа необходимо больший объем воздушного потока и при стабильности коэффициента избытка воздуха коэффициент инжекции должен быть больше.
Если давление газа в горелке находится в пределах от 2000 до 9000 кгс/м2, мощность подсасывания воздуха остается практически без каких-либо изменений даже при условии изменения газового давления и разрежения в топке. Если давление падает ниже, указанного уровня, то коэффициент избыточного воздуха становится больше, а давление падает и увеличивается разжижение в топке.
От стабильности соотношения объемов газа и воздуха зависит качество процесса работы горелки. Изменение плотности газового топлива приводит к изменениям способности горелки засасывать воздух. При изменении температуры сгорания необходимо аналогичное изменение подачи воздуха, необходимого для возгорания. Если все показатели колеблются, то необходимый коэффициент избыточного воздуха можно стабилизировать за счет изменения газового давления в нужном направлении или путем регулирования воздушной заслонки.
Преимущества инжекционной горелки
К основным достоинствам инжекционных горелок относятся инжекция воздуха за счет газовой энергии, отличное смешение воздуха и газа и возможность контроля их объемного соотношения в случае изменения теплового режима горелки.
Недостатки инжекционной горелки
- большая длина, учитывая высокую тепловую мощность
- ось сопла должна строго совпадать с осью горелки
- слишком шумные в работе
- большую длину факела
- влияние топочного разжижения на интенсивность подачи вторичного воздуха
Среди ряда инжекционных горелок очень известна горелка Казанцева (ИГК). Достоинствами этой горелки являются простота и удобство в использовании, простота конструкции, экономичность (особенно это касается горелок со средним газовым давлением), низкое потребление электроэнергии. К недостаткам можно отнести крупные габариты, низкую мощность и высокий уровень шума.
Источник: rumpus.ru
Газовая горелка для сварки: конструкция и разновидности
Газовая горелка – это инструмент, предназначенный для выполнения работ по сварке или пайке различных металлов. Служит для смешивания различных горючих газов с кислородом, для образования высокотемпературного пламени. Может быть различных размеров и форм, для удобства выполнения поставленных задач.
На картинке ниже представлена классическая схема устройства газовой горелки:
Классификация газовых горелок
Все горелки по способу смешивания горючего газа с кислородом делятся на инжекторные и безынжекторные.
Согласно ГОСТ 1077-79 существует 4 типа горелок:
Тип горелки
Толщина свариваемого металла, мм
Способ смешивания
Размеры штуцеров
Г1 — горелка микромощности. Применяется для сварки и пайки тонколистового металла;
Г2 — горелка малой мощности. Идеальное решение для небольшой мастерской. На выбор есть два вида подключаемых штуцеров: М12х1,25 и М16х1,5;
Г3 — горелка средней мощности; Применяется на промышленных объектах, способна сваривать трубопроводы толщиной да 35 мм;
Г4 — горелка большой мощности.
По типу горючего газа горелки делятся на три вида:
1) Ацетилено-кислородные. В качестве горючего газа используется ацетилен. Применяется для сварки и пайки различных металлов небольшой толщины.
3) Газовоздушные пропановые. Работают на пропане. Применяются для нагрева различных материалов. Не применяются для сварки и пайки.
Горелка инжекторная
Такие горелки являются самыми распространёнными. Несмотря на свои недостатки, их широко применяют при пайке и сварке цветных металлов и сплавов.
Работают на малом давлении: давление кислорода 1,5 — 5,0 кгс/см2. Давление ацетилена — 0,02 — 1,3 кгс/см2.
Принцип работы инжекторной горелки
Горючий газ и кислород поступают в инжекторную камеру горелки. В ней происходит смешивание газа и кислорода. После этого горючая смесь поступает в мундштук горелки. На выходе горючая смесь сгорает, образуя сварочное пламя.
Недостаток инжекторных горелок в том, что состав горючей смеси не постоянен. Это связано с неравномерным смешиванием горючего газа с кислородом. Это приводит к нестабильному горению сварочного пламени.
Также, они подвержены к перегреву мундштука. Для долгой непрерывной работы они не подходят.
Горелка безынжекторная
Работают на одинаково-равном давлении ацетилена и кислорода. Давление кислорода 0,1 — 1,3 кгс/см2. Давление ацетилена — 0,1 — 1,3 кгс/см2.
Принцип работы безынжекторной горелки
Горючий газ и кислород поступают в смесительную камеру через дозирующую вставку. После этого смесь горючего газа и кислорода поступает в мундштук горелки. На выходе происходит сгорание. Смесь получается однородной, благодаря такой конструкции узла смешивания.
Недостаток таких горелок в том, что есть вероятность не полного сгорания горючей смеси, а вследствие риск возникновения взрыва.
Источник: svarkatop.com
Инжекционные газовые горелки
В таких горелках образование газовоздушной смеси происходит путем подсасывания внутрь горелки первичного воздуха за счет энергии струи газа. Это явление называется инжекцией. В зависимости от объема инжектируемого первичного воздуха горелки бывают частичного и полного смешения.
В горелках частичного (неполного) смешения инжектируется только часть необходимого для сгорания воздуха, а остальной воздух поступает в зону горения из окружающего пространства. Такие горелки еще называют атмосферными или факельными. Они наиболее распространены и используются для газовых плит, водонагревателей, секционных котлов, мелких отопительных приборов.
Устройство инжекционной атмосферной горелки показано на рис. 2.6. Основными частями инжекционной горелки являются регулятор первичного воздуха 7, газовое сопло, или форсунка 1, смеситель и коллектор 6.
Рис. 2.6. Инжекционные атмосферные газовые горелки: а — низкого давления; б—для чугунного котла; I—форсунка, 2—инжектор;
3—конфузор; 4—диффузор; 5— отверстия; 6— коллектор; 7— регулятор первичного воздуха
Регулятор первичного воздуха представляет собой вращающийся диск или шайбу и служит для регулирования количества первичного воздуха, поступающего в горелку.
Газовое сопло, или форсунка, служит для придания газовой струе скорости, которая обеспечивает инжекцию необходимого воздуха.
Смеситель горелки состоит из трех частей — инжектора 2, конфузора 3 и диффузора 4. Инжектор служит для подсоса воздуха и создания разрежения. Конфузор служит для выравнивания струи газовоздушной смеси. В диффузоре происходит окончательное перемешивание газовоздушной смеси и повышение его давления за счет снижения скорости.
Из диффузора газовоздушная смесь поступает в коллектор 6, который распределяет газовоздушную смесь по отверстиям. Форма коллектора и расположение отверстий зависят от типа горелок и их назначения.
Важными характеристиками инжекционных горелок неполного смешения являются коэффициент инжекции — отношение объемов инжектируемого воздуха и воздуха, необходимого для полного сгорания газа, и кратность инжекции — отношение объема первичного воздуха к расходу газа горелкой.
Достоинством инжекционных горелок является свойство их саморегулирования — поддержание постоянной пропорции между объемами подаваемого в горелку газа и инжектируемого воздуха.
Однако пределы устойчивости инжекционных горелок ограничены возможностями отрыва и проскока пламени. Это значит, что увеличить или уменьшить давление газа в горелке можно только в определенных пределах.
Горелки полного смешения инжектируют весь воздух, необходимый для сжигания газа, что обеспечивается использованием газа повышенных давлений. Наиболее распространенные конструкции горелок полного смешения газа работают в диапазоне давления от 5 кПа до 0,5 МПа.
Горелка типа ИГК (инжекционная горелка конструкции Казанцева) состоит из регулятора первичного воздуха, форсунки, конфузора, смесителя, насадки и пластинчатого стабилизатора.
Регулятор первичного воздуха горелки одновременно выполняет функции глушителя шума, который создается за счет повышенных скоростей движения газовоздушной смеси.
Пластинчатый стабилизатор обеспечивает устойчивую работу горелки без отрыва и проскока пламени в горелку в широком диапазоне нагрузок. Стабилизатор состоит из стальных пластин толщиной 0,5 мм и расстоянием между ними 1,5 мм. Пластины стабилизатора стягиваются между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоздушной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов сгорания и непрерывно поджигают газовоздушную смесь. Такое устройство стабилизатора исключает отрыв пламени.
В других конструкциях горелок отрыв пламени предотвращается за счет снабжения горелок керамическими тоннелями или устройством в топке горок из огнеупорных материалов, которые нагреваются до высоких температур (больше температуры воспламенения газа), обеспечивая непрерывное воспламенение газовоздушной смеси.
Источник: studref.com