Publication text
(PDF):
Read
Download
Введение. В Российской Федерации ведётся активная работа по газификации населённых пунктов сетевым природным газом. В результате реализации Программы газификации регионов РФ с 2005 по 2016 гг. средний уровень газификации в России вырос с 53,3 % до 67,2 % в том числе в городах – с 60 % до 70,9 %, в сельской местности – с 34,8 % до 57,1 %.
В Белгородской области утверждена пятилетняя программа развития газоснабжения и газификации. Согласно программе, планируется строительство 500 км внутрипоселковых сетей и газификация до 10 тыс. квартир и домовладений. Суммарный объем инвестиций в рамках реализации программы оценивается в 3,4 млрд руб. Уровень газификации Белгородской области к началу 2016 года достиг 99,8 % (в среднем по России – 66,2 %) [1].
В Белгородской области динамично развивается индивидуальное жилищное строительство (ИЖС). Строительство коттеджных посёлков включает работы по проектированию и монтажу современных инженерных систем жизнеобеспечения. При этом большое внимание уделяется разработке и строительству надёжных и безопасных систем газоснабжения, с применением высокоэффективного газогорелочного оборудования. [2–6]. В качестве газового оборудования, устанавливаемого в жилых домах и хозяйственно-бытовых помещениях, применяются бытовые газовые плиты для приготовления пищи, а также газовые водогрейные котлы для отопления и горячего водоснабжения.
Методология. Значения физических параметров, учитываемых в экспериментальном исследовании: объём, температура и время закипания жидкости, получены непосредственно путём совокупности прямых измерений физических величин, с применением соответствующих измерительных приборов: (мерный стакан, градуированный, вместимостью: 1 л, термометр жидкостный ТТЖ-М исп.1, хронометр).
В ходе проведения эксперимента значения израсходованного объёма природного газа определяли методом косвенных измерений, произведением начального значения среднечасового расхода природного газа на значение среднего времени затраченного на закипание жидкости.
Основная часть. Наиболее значимым элементом устройства бытовых газовых плит является газовая горелка. Горелки бытовых газовых плит относятся к типу инжекционных горелок низкого давления [7–9]. В отечественных и зарубежных газовых плитах современного производства применяются газовые горелки, в которых осуществляется диффузионно-кинетический способ сжигания газа, при котором первичный воздух предварительно смешивается с газом, а вторичный воздух поступает непосредственно к микрофакелам головки горелки.
Целью работы является разработка кон-струкции высокоэффективной горелки и проведение экспериментальных исследований влияния рассекателя конической формы на работу газовой горелки.
В настоящее время используется широкая номенклатура горелок отечественного и зару-бежного производства. [10, 11] (см. рис.1).
Рис. 1. Компоновочная схема стандартной горелки:
1 – сопло, 2 – камера смешения, 3 – корпус грелки,
4 – крышка, 5 – ряд огневых отверстий
На рис. 1 изображена стандартная типовая газовая горелка. В состав представленного газогорелочного устройства входит: сопло, камера смешения, корпус горелки, крышка, ряд огневых отверстий.
Принцип работы большинства горелок бытовых газовых плит состоит в следующем: струя газа, истекающая из сопла 1 под давлением эжектирует первичный воздух в камеру смешения 2, где происходит первичное образование газовоздушной смеси. Затем газовоздушная смесь поступает к ряду огневых отверстий 5 ограниченных крышкой 4 головки корпуса 3. На выходе газовоздушной смеси из огневых отверстий происходит естественный подвод вторичного атмосферного воздуха и последующее вос-пламенение [12–14].
Основными целями исследования в разра-ботке конструкций и устройств горелок стола бытовых газовых плит являются повышение их коэффициента полезного действия и соответствие санитарно-гигиеническим требованиям. Достигается это работами в следующих направлениях:
– использование современных материалов при изготовлении горелок, имеющих более гладкую поверхность, что способствует уменьшению трения при движении газовоздушной смеси, а также снижению металлоёмкости.
– применение в конструкции горелок устройств, обеспечивающих улучшенное смесеобразование: турбулизаторы, дополнительные каналы завихрители, волнообразные выступы и т. д.
– применение в конструкции горелок устройств, обеспечивающих предварительный подогрев газовоздушеой смеси перед сжиганием, а также организацией рециркуляции продуктов сгорания.
Известно, что подогрев газовоздушной смеси повышает устойчивость и полноту сгорания газа, что следовательно ведёт к уменьшению количества образующихся вредных веществ. С этой целью горелки различных конструкций преобразуются и оснащаются дополнительными элементами, такими как: тепловые элементы, часть которых расположена в пламени, в результате чего газовоздушная смесь подогревается; размещением в полости головки горелки радиальных рёбер, каналов и камер.
Нами предложена конструкция газовой горелки бытовой газовой плиты, оснащённая рассекателем конической формы (рис. 2).
Основными конструктивными элементами предлагаемой газовой горелки являются: сопло, камера смешения, конический рассекатель, являющийся неотъемлемой частью крышки и отверстия выхода газовоздушной смеси.
Применение рассекателя способствует стабилизации течения потоков движущейся внутри газовой горелки газовоздушной смеси, приводит к снижению величины местного сопротивления. Также обеспечивает предварительный подогрев газовоздушной смеси за счёт процесса теплопередачи от пламени через крышку с рассекателем к газовоздушной смеси.
Для проведения экспериментальных исследований разработан и изготовлен экспериментальный образец горелки оснащённой рассекателем конической формы (рис. 3).
Суть эксперимента заключается в опреде-лении времени (Т, сек) затрачиваемого на до-стижения температуры кипения (до t2 = 100 °С) водопроводной воды начальной температурой
t1 = 14 °С и объёмом V = 1 л, и температуре окружающего воздуха tокр.возд.= 20 °С, для двух случаев:
1. Работа газовой плиты с горелкой типо-вой конструкции;
2. Работа газовой плиты с горелкой осна-щённой рассекателем.
Исследования проводились на бытовой газовой плите фирмы Gefest 3100-07. В качестве объекта исследования использовались:
– горелка быстрого действия (номинальной тепловой мощностью Nном = 3,05 кВт, максимальным расходом газа Lмах = 1028 л/ч) стола бытовой газовой плиты GEFEST 3100-07 [15].
– модифицированная горелка с рассекате-лем.
Для достоверности полученных результатов эксперимента количество повторных опытов составило – 5.
Результаты натурного эксперимента представлены в табл. 1 и рис. 4.
а) б)
Рис. 2. Газовая горелка с коническим рассекателем
1 – сопло, 2 – корпус горелки, 3 – камера смешения,
4 – конический рассекатель,
5 – крышка, 6 – огневые отверстия
Рис. 3. Экспериментальный образец газовой
горелки с коническим рассекателем
Таблица 1
Среднее время, затраченное в ходе эксперимента на подогрев воды до определённой
температуры при работе исследуемых горелок
Горелка не оснащённая рассекателем
Температура,
°С 14 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Время, сек 0,00 64,94 132,30 201,75 271,67 344,04 419,88 499,89 603,62 762,97
Горелка оснащённая рассекателем
Температура,
°С 14 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Время, сек 0,00 69,57 135,56 196,98 265,68 332,32 403,61 477,69 571,54 706,19
Рис. 4. График зависимости времени закипания от конструкций горелок
Выводы. Анализируя результаты экспериментальных данных можно сделать вывод, что при использовании горелки с рассекателем закипание воды происходит на 56,78 секунд раньше, чем горелки не оснащённой рассекателем.
При этом учитывая среднечасовой расход газа равный 0,558 м3/ч [16] в случае применения горелки не оснащённой рассекателем закипание 1 литра воды происходит за время равное 762,97 секундам, при этом израсходовано 0,118 м3 природного газа.
Для горелки оснащённой рассекателем закипание 1 литра воды происходит за время равное 706,19 секунд и при этом израсходовано 0,109 м3 природного газа, то есть применение газовой горелки разработанной конструкции позволяет сэкономить около 7,4 % природного газа.
Таким образом применение предлагаемого газогорелочного устройства бытового назначения, оснащённого рассекателем конической формы, позволяет повысить тепловую мощность, достичь высокой экономичности горелки и газового прибора в целом. В итоге результаты данного исследования вносят ощутимый вклад в усовершенствование и повышение экономичности бытового газового оборудования систем газоснабжения.
