Теплогенератор универсальный, мобильный с телескопической дымовой трубой

Название	Теплогенератор универсальный, мобильный с телескопической дымовой трубой
Разработчик (Авторы)	Арсибеков Дмитрий Витальевич, Ахмадуллин Ильдар Булатович, Болтовский Андрей Витальевич, Карманчиков Александр Иванович, Кузнецов Николай Павлович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2792511
Дата регистрации	22.03.2023
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет"
Область применения (класс МПК)	F24H 3/02 (2006.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к теплообменным устройствам для подогрева жидких или газообразных сред и может быть использовано в нефтегазовой и других отраслях промышленности, а так же может быть использовано в качестве армейских мобильных теплогенераторов для подразделений МЧС и войск РХБ защиты.

Известны различные конструктивно-компоновочные схемы теплогенераторов для нагрева теплоносителей [1-4], в том числе за счет использования попутного нефтяного газа. В частности, теплогенератор универсальный по патенту РФ на изобретение № 2615301 [4] содержит металлический корпус с установленным в нем с открытым радиальным зазором устройство горелочное с хотя бы одним каналом подачи топлива и трубопровод для подачи и отвода теплоносителя (жидкого или газообразного). При этом устройство горелочное является устройством диффузионно-инжекционного типа. Над устройством горелочным закреплено съемное теплообменное устройство, при этом корпус теплогенератора является составным и содержит установленный вокруг устройства горелочного кожух и основание. В основании установлен трубопровод для непосредственной передачи тепла дымовых газов от трубопровода теплоносителю. Изобретение должно обеспечить нагрев хотя бы одного вида теплоносителя, простоту и удобство при изготовлении, обслуживании и ремонте, обеспечивать эффективную утилизацию ПНГ любого состава.

Сложность обеспечения мобильности теплогенератора является основным его недостатком. Другим недостатком теплогенератора по патенту № 2615301 [4] является отсутствие в устройстве элементов тепловой защиты корпуса теплогенератора от высокотемпературных дымовых газов.

Эти недостатки могут быть устранены путем уменьшения количества сборно-разборных элементов теплогенератора до двух узлов (двух секций), соединенных друг с другом шарниром, а именно, топка-основание и дымовая труба, как это предлагается в патентном документе GB1276655, опубликованном 07.06.1972, который взят за прототип [5]. В прототипе предложен мобильный теплогенератор, состоящий из двух секций, соединенных друг с другом посредством шарнирного узла, установленный на транспортной базе с силовой платформой, причем первая секция состоит из топочного узла, в котором установлено горелочное устройство, и теплообменного агрегата, а вторая секция состоит из дымовой трубы с возможностью ее поворота в вертикальное или горизонтальное положение, и ложемента для фиксации трубы в горизонтальном положении.

Как следует из описания прототипа, размещение топки-основания и дымовой трубы на транспортной базе, позволяет придать теплогенератору мобильность. При этом при транспортировке теплогенератора дымовая труба с теплообменником должна быть зафиксирована в горизонтальном положении (походном положении) в ложементах. Для перевода теплогенератора из походного режима в рабочее состояние необходимо использование внешнего грузо-подъемного оборудования, позволяющего вертикалировать и горизонтировать дымовую трубу.

По сравнению с аналогами, теплогенератор - прототип [5] является более мобильным устройством, но, тем не менее, имеет ряд недостатков.

1. Предложенная в [5] конструктивно – компоновочная схема теплогенератора обуславливает высокое значение относительно дорожного полотна положения приведенного центра масс системы, состоящей из транспортной базы и элементов (узлов) теплогенератора, что существенно осложняет транспортировку теплогенератора, снижает устойчивость его движения, повышает риски опрокидывания, особенно при поворотах, что требует резкого снижения скорости движения.

2. Конструктивно – компоновочная теплогенератора – прототипа является одной из причин увеличения положения координаты центра масс (центра тяжести) транспортируемой системы по высоте относительно дорожного полотна.

3. Ограниченные габариты транспортной системы, перевозящей теплогенератор, значительно ограничивают длину дымовой трубы, что повышает экологически вредное воздействие работающего теплогенератора на окружающую среду.

4. Универсальность мобильного теплогенератора подразумевает не только возможность использования в качестве топлива газовые, жидкие или твердые углеводороды той или иной калорийности, но и гарантировать его устойчивую и эффективную работу в широком диапазоне варьирования расходных характеристик топлива и выходных характеристик по теплоносителю, в зависимости от задач, решаемых используемым теплогенератором, однако теплогенератор – прототип не в полной мере соответствует этим требованиям.

Отмеченные выше недостатки мобильного универсального теплогенератора могут быть устранены теми или иными техническими решениями.

Так для устранения первых двух недостатков теплообменный узел теплогенератора, который далее будем называть теплообменным агрегатом, необходимо объединить с основанием – топкой теплогенератора, которую в дальнейшем будем называть топочным узлом, что в совокупности сформирует одну из двух основных секций теплогенератора: второй секцией будет сама дымовая труба. Подбирая оптимальную длину трактов горелок для топочного узла теплогенератора можно уменьшить его длину (снизить его высоту). Уменьшить длину горелки можно за счет уменьшения диаметра проходного канала горелки и увеличивая их количество в горелочном устройстве. Для этого горелочное устройство теплогенератора целесообразно выполнить в виде горелочной головки, представляющей собой несколько торообразных (кольцевых) коллекторов, концентрично установленных в одной плоскости, на которых непосредственно установлены горелки. Каждый из коллекторов горелочной головки имеет свой топливоподвод, что позволяет обеспечивать тот или иной расход топлива в зависимости от того, сколько и какие коллекторы будут вовлечены в работу при гарантированном (необходимом) теплоподводе к теплообменному агрегату, обеспечивающем необходимое производство теплоносителя с заданными параметрами. Некоторые конструктивно-компоновочные схемы кольцевых горелочных узлов и результаты их практического применения приведены в монографии [6].

Положение центра масс (центра тяжести) массы первой секции теплогенератора, состоящей из топочного узла и теплообменного агрегата, относительно плоскости силовой рамы транспортной базы теплогенератора можно еще больше понизить, если корпус топочного узла частично утопить (опустить) ниже плоскости силовой рамы. Более того, поскольку понижение координаты центра масс (центра тяжести) транспортируемой системы относительно плоскости горизонта (дорожного полотна) особо критично для движущейся системы, поскольку это влияет на устойчивость движения, необходимо понизить его положение. Этого можно добиться, если секцию теплогенератора, состоящую из топочного узла и теплообменного агрегата, транспортировать в горизонтальном положении, как в горизонтальном положении транспортируется вторая секция теплогенератора – дымовая труба. По этой причине постоянное шарнирное соединение двух основных секций теплогенератора является невозможным, поскольку секция, состоящая из топочного узла и теплообменного агрегата, должна иметь возможность занимать горизонтальное (транспортируемое) положение и вертикальное (рабочее) положение. Для обеспечения возможности позиционирования секции теплогенератора, состоящей из топочного узла и теплообменного агрегата, на корпусе теплообменного агрегата выполнены диаметрально противоположно две цапфы – полуоси, центральная ось симметрии которых проходит через приведенный центр масс (центр тяжести) секции. А сами цапфы – полуоси закреплены в подшипниковых узлах, установленных в кронштейнах, закрепленных на силовой раме транспортной базы, причем в силовой раме выполнен проем, позволяющий осуществлять поворот секции в подшипниковых узлах с возможностью позиционирования секции в вертикальной и горизонтальной плоскостях, соответствующих рабочему или транспортному положению секции. Для фиксации положения рассматриваемой секции в конструкции теплогенератора на силовой платформе (на силовой раме) должны быть узлы фиксации секции в том или ином характерном для нее положении.

Такая трансформация положения секции с топочным узлом и теплообменным агрегатом исключает постоянство ее шарнирной связи с дымовой трубой – второй секцией теплогенератора. Поэтому и механизм подъема дымовой трубы в вертикальное положение не может являться постоянной механической связью между секциями теплогенератора.

Для снижения экологически вредного воздействия работающего теплогенератора на окружающую среду, предлагается увеличить длину дымовой трубы. Вычисление оптимальной длины дымовой трубы не входит в цели настоящего изобретения, но она может быть определена по той или иной известной методике, например, изложенной в работе [7]. Однако увеличение длины дымовой трубы мобильного теплогенератора ограничено габаритами транспортной базы. Но если использовать принцип телескопического сопряжения обечаек, то можно будет значительно увеличить длину дымовой трубы: две-три обечайки корпуса дымовой трубы, вложенные друг в друга, при выдвижении обечаек друг относительно друга позволят сформировать дымовую трубу (дымовой тракт) необходимой длины. При обеспечении необходимой (расчетной) длины дымовой трубы производится фиксация положения каждой обечайки дымовой трубы. Формирование необходимой длины дымовой трубы проводится перед подъемом ее в вертикальное положение. Для снижения газодинамических потерь при движении дымовых газов по дымовой трубе, входной участок каждой из обечаек дымовой трубы необходимо спрофилировать, а для теплоизоляции корпуса каждой обечайки дымовой трубы на внутреннюю поверхность каждой обечайки необходимо нанести теплозащитное покрытие.

Сказанное выше поясняется схемами, приведенными на фиг. 1 – фиг. 5. Так на фиг.1 приведена конструктивно – компоновочная схема мобильного теплогенератора с телескопической дымовой трубой в транспортном положении, где позициями обозначено: 1 – силовая платформа; 2 – транспортная база; 3 – кронштейн; 4 – подшипниковые узлы; 5 – цапфы – полуоси; 6 – топочный узел; 7 – теплообменный агрегат; 8 – стойки; 9 – ложементы; 10 – дымовая труба; 11 – упругий элемент для вертикализации дымовой трубы; 14,15 – кронштейны.

На фиг. 2 приведена схема дымовой телескопической трубы, где соответствующими позициями обозначено: 16 – внешняя силовая оболочка; 17 – теплозащитное покрытие; 18 – промежуточная обечайка; 19 – теплозащитное покрытие; 20 – внутренняя обечайка; 21 – теплозащитное покрытие; 22, 23 – фиксирующие винты.

На фиг. 3 приведена схема мобильного теплогенератора с телескопической дымовой трубой, подготовленного к ее вертикализации (к подъему), где позициями обозначено: 1 – силовая платформа; 2 - транспортная база; 25 – кронштейны; 6 – топочный узел; 7 – теплообменный агрегат; 13 – кольцевая обечайка; 27, 29 - шиберные окна; 28,30 - экраны-пластины; 14,15 – кронштейны; 10 – дымовая труба; 31 – ось; 11 – узел вертикализации дымовой трубы; 9 – ложементы; 8 – стойки; 32 – каретка; 33 - лифт типа винт-гайка; 34,35 - обечайки дымовой трубы; 36 - стопорные элементы типа винт-гайка.

На фиг. 4 показана схема узла тангенциальной подачи воздуха в рабочие полости теплогенератора, через шиберные окна, где позициями обозначено: 37 - проем отдельного шиберного окна; 38 – верхняя втулка; 39 – нижняя втулка; 40,41 – вилки; 42 – пластина – экран.

На фиг. 5 приведена схема горелочной головки (горелочного узла), где, соответственно обозначено: 43 – внешний коллектор, 44 – промежуточный коллектор, 45 – внутренний коллектор; 46 – горелки внешнего коллектора (горелки внешнего контура), 47 – горелки промежуточного коллектора (горелки промежуточного контура), 48 – горелки внутреннего коллектора (горелки внутреннего контура); 49, 50, 51 – патрубки подвода горючего.

Каждый из элементов, входящих в конструктивно – компоновочную схему теплогенератора и его отдельных узлов имеет вполне определенную функциональную нагрузку.

В частности, мобильный теплогенератор состоит из силовой платформы 1, установленной на транспортной базе 2. На силовой платформе 1 установлены два кронштейна 3 с отверстиями, в которые вмонтированы подшипниковые узлы 4, на которых вывешена посредством цапф – полуосей 5, закрепленных на корпусе секции теплогенератора, состоящей из топочного узла 6 и теплообменного агрегата 7, секция теплогенератора. При этом ось, проходящая через цапфы – полуоси 5, проходит через приведенный центр масс (центр тяжести) секции, которая имеет возможность вращения в подшипниковых узлах 4, так, что может быть обеспечено горизонтальное и вертикальное положение секции. Для фиксации положения секции в горизонтальном и вертикальном положении в устройстве имеются фиксирующие элементы, непоказанные на фиг.1. Для обеспечения поворота секции в подшипниковых узлах 4, в плоскости силовой платформы 1 выполнен паз. Высота h (фиг.1) установки подшипниковых узлов 4 выбирается из условия , где - длина (высота) топочного узла теплогенератора, - расстояние от торца теплообменного агрегата до приведенного центра тяжести секции. При этом можно предполагать, что продольная ось симметрии секции проходит через ее приведенный центр тяжести (приведенный центр масс).

На силовой платформе на стойках 8 в ложементах 9 крепится с помощью специальных фиксаторов, непоказанных на фиг.1, для транспортировки уложена вторая секция мобильного теплогенератора – дымовая труба 10. На корпусе дымовой трубы 10 закреплен узел 11 ее вертикализации. Узел 11 имеет элементы его крепления к корпусу теплообменного агрегата 7, непоказанные на фиг.1, при вертикальном его положении. На опорном фланце 12 и на обечайке теплообменного агрегата 13, попарно симметрично плоскости рисунка на фиг.1 приварены кронштейны 14 и 15, в которых выполнены отверстия. Кронштейны 14,15 и отверстия в них выполнены таким образом, что после вертикализации секции, состоящей топочного узла 6 и теплообменного агрегата 7, кронштейны 14 располагаются внутри (между) кронштейнами15, а центры отверстий в кронштейнах при этом будут лежать на одной оси.

Дымовая труба 10 состоит из нескольких вложенных друг в друга обечаек, как показано на фиг.2, где обозначены следующие позиции для трех обечаек; 16 – внешняя силовая обечайка; 17 – теплозащитное покрытие; 18 – промежуточная обечайка с теплозащитным покрытием 19; 20 – внутренняя обечайка с нанесенным теплозащитным покрытием 21.

Выполнение рассчитанной длины дымовой трубы обеспечивается соответствующим позиционированием обечаек 16, 18, 20 друг относительно друга, определяемых величинами для схемы, изображенной на фиг.2. Фиксация положения обечаек друг относительно друга осуществляется винтами 22 и 23. При этом, входные торцы внутренних обечаек дымовой трубы спрофилированы для снижения газодинамических потерь (позиции I и II на фиг.2).

Для перевода мобильного теплогенератора из транспортного положения, после прибытия транспортной базы на место развертывания, с первой его секции, состоящей из топки 6 и теплообменного агрегата 7, снимаются фиксаторы ее транспортного положения и вручную секция переводится в вертикальное положение, поворачивая ее в подшипниковых узлах 4,5: усилия на поворот минимальны, поскольку ось вращения проходит через центр масс (центр тяжести) секции. В вертикальном положении, когда теплообменный агрегат находится вверху, а топочный узел - внизу, производится фиксация вертикального положения секции с помощью фиксаторов, непоказанных на фиг.1. Далее с силовой платформы выдвигаются консоли, непоказанные на фиг.1, с опорными базами (тарелями), на которых вывешивается и горизонтируется силовая платформа. После горизонтирования теплогенератора с дымовой трубы 10 снимаются фиксаторы ее транспортного положения, которые не показаны на фиг. 1, и, перемещая ее в горизонтальном направлении, добиваются соосности всех отверстий в кронштейнах 14,15 в которые устанавливается и фиксируется ось, что в итоге позволяет сформировать шарнирный узел. Далее узел подъема 11 прикрепляется к посадочным местам корпуса теплообменного агрегата 7, не отмеченных на фиг.1.

В зависимости от характеристик используемого в теплогенераторе топлива, его расхода, параметров получаемой в результате нагрева жидкости (теплоносителя), в соответствии с термодинамическими расчетами, которые не входят в цели настоящего изобретения, определяется оптимальная длина дымовой трубы, которая обеспечивается перемещением внутренних обечаек 18 и 20 относительно наружной обечайки 16 и фиксацией их в этих положениях элементами 22 и 23.

Для повышения эффективности процесса горения топлива, для повышения полноты его сгорания, и повышения тепловой защиты дымовой трубы от горячих дымовых газов, подача воздуха в рабочую полость теплогенератора осуществляется через два контура шиберных окон. Один из контуров шиберных окон выполнен в основании топочного узла, а второй контур на обечайке теплообменного агрегата, которая посредством фланца стыкуется с фланцем дымовой трубы. Для интенсификации тепло-массообменных процессов в рабочей полости теплогнератора осуществляется тангенциальный подвод воздуха в рабочую полость теплогенератора, для чего в каждое шиберное окно установлены пластины-экраны, угол установки плоскости которых относительно образующей внешней оболочки определяется по результатам термодинамических и газодинамических расчетов или опытно - экспериментальным путем.

На фиг. 3 приведена схема мобильного теплогенератора с телескопической дымовой трубой, подготовленного к ее вертикализации (к подъему). На фиг. 3 позициями обозначено: 1 – силовая платформа транспортной базы 2; на силовой платформе 1 в подшипниковых узлах (неуказанных на фиг. 3), установленных в кронштейнах 25, с помощью цапф-полуосей, необозначенных на фиг. 3, вывешена первая секция мобильного теплогенератора, при этом цапфы-полуоси установлены соосно и их оси проходят через центр тяжести секции. А сама первая секция состоит из топочного узла 6 с горелочной головкой, непоказанной на фиг. 3, теплообменного агрегата 7 с кольцевой обечайкой 13 на свободном торце которой приварен фланец 26. В обечайке 13 выполнены шиберные окна 27, в которых на осях вертикально установлены экраны-пластины 28, которые могут быть профилированными, позволяющие регулировать характеристики системы подачи воздуха в рабочую полость теплогенератора – в топку топочного узла и дымовую трубу. Аналогичные шиберные окна с регулирующими экранами – пластинами выполнены в основании топочного узла и обозначены на фиг. 3 позициями, соответственно 29,30.

Первая секция теплогенератора стыкуется со второй секцией теплогенератора, представляющей собой дымовую телескопическую трубу, посредством шарнирного соединения, состоящего из двух кронштейнов 15, установленных на обечайке 13, симметрично плоскости рисунка на фиг. 3, и кронштейнов 14, установленных на дымовой трубе 10, также симметрично плоскости рисунка на фиг. 3 таким образом, что при соединении обеих секций кронштейны 15 входят между кронштейнами 14, а проходящая через выполненные в кронштейнах 14,15 отверстия ось 31 завершает формирование шарнирного узла, посредством которого соединяются обе секции теплогенератора.

При соединении обеих секций теплогенератора посредством шарнира, узел вертикализации 11 дымовой трубы 10, закрепленный на ней, своим свободным концом закрепляется на корпусе теплообменного агрегата 7. Дымовая труба 10 расположена в ложементах 9, которые установлены на стойках 8, а последние закреплены на каретке 32, имеющей возможность перемещаться по направляющим, непоказанным на фиг. 3. При этом, для фиксации положения каретки 32 на направляющих в устройстве предусмотрены стопорящие элементы, непоказанные на фиг. 3. Для более точного позиционирования стыковочных узлов соединяемых секций теплогенератора, дымовая труба 10 с помощью каретки 32 может перемещаться вдоль силовой платформы, а лифт типа винт-гайка, выполненный для одной из стоек, и обозначенный на фиг. 3 позицией 33, позволяет обеспечить оптимальное позиционирование стыковочных узлов секций по вертикали.

Дымовая труба, как показано на фиг. 2, состоит из нескольких вложенных друг в друга силовых обечаек, которые выдвигаются на расчетные длины, в частности , как показано на фиг. 2, перед ее вертикализацией. На фиг. 3 эти выдвинутые обечайки дымовой трубы обозначены позициями 34 и 35. Фиксация положения обечаек 34 и 35 относительно друг друга и наружной обечайки 10 дымовой трубы осуществляется стопорными элементами типа винт-гайка 36.

Исходя из габаритно-массовых параметров дымовой трубы 10 с выдвинутыми внутренними обечайками 34 и 35 определяется относительно шарнирного узла, соединяющего две секции теплогенератора, координаты приведенного центра тяжести дымовой трубы и расстояние от него до оси шарнирного узла, что определяет величину максимального силового опрокидывающего момента для дымовой трубы, который будет изменяться в процессе подъема (вертикализации) трубы по закону косинуса от максимального, до нулевого значения при ее вертикальном положении. В соответствии с этими механическими параметрами производится настройка узла вертикализации 11 дымовой трубы 10, причем детальная проработка узла вертикализации 11 и методика его настройки не входит в цели настоящего изобретения.

Перед подъемом дымовой трубы 10 к четырем кронштейнам, установленным на срезе внутренней обечайки 35 и непоказанным на фиг. 3, которые расположены попарно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, крепятся концы ветровых тросов растяжек, также непоказанных на фиг. 3.

После выполнения указанных выше процедур производится подъем (вертикализация) дымовой трубы 10 до полного контакта фланца в ее основании и необозначенного отдельной позицией, с фланцем 26 теплообменного агрегата, производится фиксация положения фланцев с помощью крепежных элементов, непоказанных на фиг. 3. Далее свободные концы ветровых тросов-растяжек закрепляются в натяг в проушинах винтовых опор-якорей, ввернутых на необходимую глубину в грунт, каждая из которых расположена в вершинах квадрата, через центр которого (пересечение диагоналей квадрата) проходит продольная ось вертикальной дымовой трубы. Указанные элементы против ветрового опрокидывания на фиг. 3 не показаны. Позиционирование вершин квадрата с винтовыми опорами – якорями определяется, исходя из розы ветров для района, где производится разворачивание теплогенератора, и значений максимально возможного ветрового напора, по аналогии, как это делается для мобильных буровых установок. Исходя из этих условий, ориентируется транспортная база мобильного теплогенератора при ее базировании на месте разворачивания.

После фиксации дымовой трубы 10 в вертикальном положении и установки тросов – растяжек, мобильный теплогенератор готов к подключению основных трубопроводов и настройки его основных систем, в том числе системы подачи воздуха в рабочую полость теплогенератора, которая состоит из двух поясов шиберных окон 27 и 29 фиг. 3.

Тангенциальный подвод в рабочую полость теплогенератора воздуха может быть осуществлен с помощью тангенциально установленных на шиберных окнах патрубков, или путем установки в шиберных окнах (27 и 29 фиг. 3) пластин 28, 30 с возможностью регулирования углового положения каждой пластины относительно касательной плоскости, как показано на фиг. 4. На фиг. 4 позицией 37 обозначен проем отдельного шиберного окна. Соосно с вертикальной осью шиберного окна на корпусе топочного узла 6 или обечайки 13 теплообменного агрегата 7 (фиг. 3) установлены, соответственно, верхняя 38 и нижняя втулки 39, в которые вставлены оси вилок соответственно 40 и 41, в пазах которых размещена пластина-экран 42, часть которой выведена за пределы корпуса теплогенератора, а часть расположена в полости топочного узла или, соответственно, в полости обечайки 13 (фиг. 3). При этом, положение пластины-экрана относительно вилок фиксируется, например, винтовой парой, непоказанной на фиг. 4. Поворачивая пластину – экран 42 относительно оси, проходящей через втулки 38 и 39, можно обеспечить необходимый угол α установки пластины – экрана относительно касательной плоскости к образующей наружную поверхность внешней оболочки дымовой трубы и проходящей через ось вращения осей втулок 38 и 39 (фиг. 4). Выбранное положение, угловое положение α, пластины – экрана фиксируется парой винт – гайка для каждой из втулок, которые на фиг. 4 не показаны. При этом, плоскость пластины – экрана может быть спрофилирована так, чтобы интенсифицировать его пристеночное восходящее кольцевое движение. Как следует из схемы, приведенной на фиг. 4, поступление воздуха в рабочие полости теплогенератора через шиберные окна происходит по двум каналам - с наветренной стороны пластины – экрана 42, и с подветренной стороны. Для того, чтобы поджать этот второй поток к внутренней поверхности дымовой трубы, для шиберных окон обечайки 13 теплообменного агрегата (фиг. 3) и выполняется профилирование пластины – экрана.

После настройки пластин – экранов шиберных окон на расчетные углы их установки, к подводящим трубопроводным сетям подключается горелочная головка, а также подводящие и отводящие трубопроводы теплообменного агрегата, которые не показаны на фиг. 1 и фиг. 3. При этом, горелочная головка представляет собой несколько замкнутых (кольцевых) коллекторов, расположенных в одной плоскости, на которых установлены горелки, причем каждый из коллекторов имеет свой патрубок подвода топливной (горючей) компоненты, а количество горелок, установленных на коллекторах может быть различным для каждого из коллекторов. Различными могут быть характеристики горелок, установленных на различных коллекторах. Типичная возможная схема горелочного устройства (горелочной головки) приведена на фиг. 5.

В соответствии с фиг. 5, горелочная головка (горелочный узел) состоит из трех кольцевых коллекторов, обозначенных соответственно позициями: 43 – внешний коллектор, 44 – промежуточный коллектор, 45 – внутренний коллектор. На каждом из коллекторов установлены горелки, обозначенные для каждого из коллекторов своими позициями: 46 – горелки внешнего коллектора (горелки внешнего контура), 47 – горелки промежуточного коллектора (горелки промежуточного контура), 48 – горелки внутреннего коллектора (горелки внутреннего контура).

Подвод горючего (природного газа, попутного нефтяного газа, мазута и т.д.) в каждый из коллекторов производится по отдельному патрубку, выведенному за пределы корпуса топочного узла: внешний коллектор 43 запитывается через патрубок 49, промежуточный коллектор 44 через патрубок 50, внутренний коллектор 45 через патрубок 51.

После вертикализации дымовой трубы теплогенератора, исходя из требуемой величины теплоподвода к теплообменному агрегату и характеристик коллекторов (контуров) горелочной головки и соответствующим им горелок, рабочего давления подаваемого в горелочную головку топлива, определяется необходимое количество задействованных в процессе работы теплогенератора коллекторов горелочной головки, к патрубкам которых подсоединяются трубопроводы подачи топлива – углеводороды в газообразном, жидком или порошкообразном виде. Патрубки незадействованных коллекторов могут быть заглушены или могут быть задействованы для подвода воздуха через каналы незадействованных горелок в факельную зону работающих горелок.

Таким образом, предлагается конструктивно-компоновочная схема мобильного теплогенератора, устанавливаемого на силовой платформе транспортной базы, состоящего из двух основных секций, соединенных друг с другом посредством шарнира, для поворота секций друг относительно друга в плоскости для совпадения продольных осей секций теплогенератора друг с другом. Одна из секций теплогенератора состоит из топочного узла с горелочной головкой (с горелочным устройством) и теплообменного агрегата, а вторая секция является телескопической трубой, представляющей собой вложенные друг в друга силовые обечайки с нанесенными на внутренние их поверхности теплозащитными покрытиями. Перемещая обечайки друг относительно друга (выдвигая обечайки) и фиксируя эти положения с помощью стопорных элементов можно добиться значительного увеличения длины дымовой трубы, чем позволяет это сделать транспортная база мобильного теплогенератора, исходя из правил дорожного движения к перевозке длинномерных грузов. Увеличение длины дымовой трубы теплогенератора позволяет снизить экологически вредное воздействие работающего теплогенератора на окружающую среду. Снижение (уменьшение) высоты расположения приведенного центра тяжести мобильного теплогенератора относительно полотна дороги повысит устойчивость движения транспортной системы при его транспортировке. С этой целью предлагается перевозить обе секции мобильной теплогенератора в горизонтальном положении. Для этого положение дымовой трубы фиксируется в горизонтальном положении в специальных ложементах. С этой же целью первая секция мобильного теплогенератора вывешена с помощью цапф в подшипниковых узлах, установленных на силовой платформе таким образом, что ось, проходящая через подшипниковые узлы проходит через приведенный центр тяжести секции. Для обеспечения возможности вращения секции в подшипниковых узлах в силовой платформе выполнен паз, в котором располагается секция при ее транспортировке.

Для подъема второй секции мобильного теплогенератора он имеет механизм подъема дымовой трубы путем поворота ее в шарнире, связывающим обе секции. В предлагаемым мобильном теплогенераторе предлагается использовать двухконтурную систему подачи воздуха в рабочую зону теплогенератора – в полости его секций, через два пояса шиберных окон. Один пояс выполнен в основании топочного узла и подаваемый через него воздух служит для осуществления процесса горения топлива в факелах горелок. Второй пояс шиберных окон, расположенный в начале дымовой трубы предназначен для подачи воздуха, эжектируемого из окружающей среды дымовыми газами, в пристеночные ее зоны с целью дополнительной ее тепловой защиты, для чего организуется винтовое поступательное его движение вдоль тракта дымовой трубы. Организация винтового поступательного движения эжектируемого воздуха обеспечивается за счет его тангенциальной подачи в канал (в пристеночную зону) дымовой трубы.

Тем самым, заявляемый мобильный теплогенератор, состоящий из двух соединенных друг с другом посредством шарнира секций, одна из которых является телескопической дымовой трубой, а в состав другой секции входит топочный узел и теплообменный агрегат, причем в режиме транспортировки мобильного тплогенератора, для снижения высоты положения центра приведенной массы транспортной системы с теплогенератором, обе секции находятся в горизонтальном положении. Для этого дымовая труба фиксируется в горизонтальном положении в ложементах, а первая секция вывешивается на цапфах в подшипниковых узлах, установленных в кронштейнах силовой платформы, в которой имеется паз для горизонтального ее расположения, которое фиксируется стопорными элементами, при этом геометрическая ось, проходящая через подшипниковые узлы, проходит через центр приведенной массы (приведенный центр тяжести) секции. Организация подачи воздуха в рабочие полости теплогенератора за счет эжектирующих свойств дымовых газов осуществляется через два пояса (контура) шиберных окон, один из которых выполнен вблизи днища топочного узла, а второй пояс выполнен на входе в дымовую трубу на обечайке теплообменного агрегата. Первый пояс шиберных окон предназначен для подачи воздуха в факельную зону, а второй пояс – для тангенциального подвода воздуха в пристеночную зону телескопической дымовой трубы с целью ее охлаждения, причем сама труба представляет собой вложенные друг в друга силовые обечайки на внутреннюю поверхность которых нанесено теплозащитное покрытие, а при работе теплогенератора обечайки выдвигаются друг относительно друга, формируя расчетную длину дымовой трубы.

В совокупности, перечисленные выше признаки мобильного теплогенератора с телескопической трубой являются новыми.

Список использованных источников

1. Патент РФ № 2454611, 27.06.2012, ОАО «Татнефть».

2. Патент на полезную модель № 118400. 20.07.2012.

3. Патент РФ на изобретение № 2591759. Теплогенератор / Д.В. Арсибеков, В.В. Короткий. МПК F 24 Н 1/00. Опубл. 20.07.2016. Бюл. № 20.

4. Патент РФ на изобретение № 2615301. Теплогенератор универсальный / В.В. Короткий. МПК F 24 H 1/06; F 24

Изобретение "Теплогенератор универсальный, мобильный с телескопической дымовой трубой" (Арсибеков Дмитрий Витальевич, Ахмадуллин Ильдар Булатович, Болтовский Андрей Витальевич, Карманчиков Александр Иванович, Кузнецов Николай Павлович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога