Разработка мобильной термогазодинамической установки для решения задач в сфере ЖКХ

В связи с климатическими условиями в весенне-осенней периоды происходят значительные разрушения асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог. Во избежание дорожно - транспортных происшествий и дальнейшего разрушения дорожного полотна эксплуатационные организации независимо от погодных условий систематически проводят ямочный ремонт. Одним из важнейших факторов качественного проведения ямочного ремонта является отсутствие на поверхностях ремонтируемых участков наличие песка, снега и воды. Для выполнения этого регламента работ необходимо выдуть, высушить и нагреть основание и кромки ям и выбоин. Это может обеспечить разрабатываемая термогазодинамическая установка.

Цель: Разработка горелочного устройства, обеспечивающего короткий факел пламени для применения его в составе мобильной термогазодинамической установки. Таких горелочных устройств в настоящее время не выпускает ни одна компания. Это является ноу-хау.
Задачи проекта:
1. Разработать физическую модель горелочного устройства.
2. Теоретически исследовать течение в горелочном устройстве.
3. Проанализировать горелочные устройства, используемые в сфере ЖКХ.
4. Расчетное исследование течения в горелочном устройстве.
5. Экспериментально исследовать характеристики газового потока в камере сгорания горелочного устройства.
6. Анализ расчетного и экспериментального исследований.
7. Разработка практических рекомендаций по созданию горелочных устройства.

Одним из важнейших факторов качественного проведения ямочного ремонта является отсутствие на дефектных участках  наличие грязи, песка, снега и воды. Для выполнения этого регламента работ необходимо выдуть, высушить и нагреть основание и кромки ям и выбоин. Этого  можно добиться,  например,  использованием  так называемой  термогазодинамической  установки. Отличительной особенностью предлагаемой установки является ее автономность - для работы установки не требуется электричества. Высоконапорная газовая струя формируется  не электровентилятором,  а мотовентилятором, приводимым  в движение мини - ДВС. Для получения нагретых газов к мотовентилятору монтируется специально разработанное для этих целей горелочное устройство.

Представленная работа связана с  разработкой горелочного устройства, обеспечивающего короткий факел пламени. Таких горелочных устройств в настоящее время не выпускает ни одна компания.   Это является  ноу-хау. Учитывая сложность физико-химических процессов, происходящих при горении топлива в горелочных устройствах,  преобладающим методом исследований является экспериментально-теоретический метод.  Теоретические исследования проводились с использованием программного комплекса ANSYS-Fluent.

 

Все экспериментальные исследования проводились на испытательном стенде. Испытательный стенд предназначен для экспериментального определения параметров факела пламени (геометрических размеров, светимости пламени и газового состава) в зависимости от различных факторов, таких как   дальнобойность струи горючего газа, подаваемого в камеру смешения хордально,  частота упорядоченных пульсаций газового потока. Испытательный стенд работает следующим образом.  Электровентилятором в камеру смешения подается воздух. Расход воздуха регулируется изменением частоты вращения вала двигателя. Горючий газ в газовый коллектор подается из баллона. Необходимый расход горючего газа, подводимого в камеру смешения,  устанавливается редуктором.  Поджиг газовоздушной смеси осуществляется электросвечой. Воспламенившаяся газовая смесь в форкамере двигается в сторону камеру сгорания. При этом благодаря кольцам газовый поток сильно турбулизурется. Продукты термического разложения углеводородного топлива, истекающие из форкамеры  направляются в камеру сгорания. Через кольцевой зазор в камеру сгорания подводится воздух для горения. В камере сгорания происходят окислительно - восстановительные процессы, интенсивность протекания которых также зависит от степени турбулизации потока.

Из теории и практики сжигания топлив известно, что для его эффективного сжигания необходимо выполнить три главных условия:

1.Обеспечить стехиометрическое соотношение горючего газа и окислителя воздуха.

2.Интенсивно перемешивать газовоздушную смесь.

3.Грамотно охладить продукты сгорания.

В предлагаемом горелочном устройстве эти условия обеспечиваются организацией упорядоченных турбулентных пульсаций в реагирующей топливовоздушной смеси в жаровой трубе горелки. Технически упорядоченные вихри генерируются оребрением внутренней стенки  жаровой трубы. Кроме того, упорядоченные турбулентные пульсации обеспечивают короткий факел, являющийся важным фактором в обеспечении необходимой температуры газовой струи у поверхности асфальтного покрытия.

Для сокращения длины факела в горелочной камере были установлены турбулизирующие кольца. Исследовались кольца с различными диаметрами проходных сечений. Установка трех колец с диаметром в два раза меньшим диаметра горелочной камеры позволила сократить длину факела в 4 раза. 

На основе наукоемкой технологии сжигания углеводородного топлива и двигателестроения мини - ДВС разработан опытно-промышленный образец термогазодинамической установки (ТГДУ).

Благодаря высокой мобильности,  автономности, простоте в эксплуатации и обслуживании ТГДУ  может найти широкое применение в городском хозяйстве: при выполнении  дорожно-строительных работ;  ямочном ремонте;  ремонте мягкой кровли; удаления в зимнее время наледи на перекрестках  и на других участках дорог; очистки грязи с дорожных ограждений и т д.

1. «Моделирование течения газового потока в вихревом горелочном устройстве»: Вестник Рыбинского Государственного авиационного технического университета имени П.А. Соловьева, 2014.
2. «О перспективах использования озона для снижения выбросов вредных веществ отработавших газов двигателей внутреннего сгорания», «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики, материалы VII международной научно-технической конференции, 19-21 ноября 2013 г., Изд-во КГТУ-КАИ, 2013.
3. «Разработка испытательного стенда для исследования вопросов смесеобразования горючих газов в воздушном потоке», Международная научно-практическая конференция «Поиск эффективных решений в процессе создания и реализации научных разработок в российской авиационной и ракетно-космической промышленности», 5 – 8 августа 2014 г., Изд-во КГТУ-КАИ, 2014.

Due to the climatic conditions in spring and autumn periods are significant destruction of asphalt concrete pavement of roads. To avoid road - traffic accidents and further destruction of the roadway maintenance organizations, regardless of the weather conditions are systematically carried out patching. One of the most important factors of quality of patching is the lack of repair areas on the surfaces of the presence of sand, snow and water. To accomplish this you need to blow out the rules work, dry and heat the base and edges of pits and potholes. This can provide a developed termogazodinamic installation.