Жаровая труба: Элементы камеры сгорания ГТУ | Жаровые трубы

3.3 Жаровая труба

Жаровая труба состоит из фронтового устройства 6 (рис. 3.1) и двух цилиндрических секций 5 и 2, изготовлен­ных из листовой жаропрочной стали. В зону горения воз­дух подается через завихритель 12 и отверстия в секции 5 Завихритель, состоящий из внутренней 12 и наружной 14 обойм и лопаток 13, образует завихренный поток, входя­щего в зону горения, воздуха. По ходу движения горячих газов в жаровую трубу для перемешивания газов добавляет­ся воздух через отверстия во второй секции. Количество и размеры отверстий в секциях жаровой трубы подобраны таким образом, что они обеспечивают хорошее перемешива­ние газов, высокий коэффициент полноты сгорания и рав­номерность температурного поля потока горячих газов. Эффективное охлаждение боковых стенок секций жаровой трубы осуществляется вторичным воздухом, входящим во внутрь жаровой трубы через два ряда щелей, образованных гофрированными лентами 15.

– Этот воздух омывает стенки жаровой трубы изнутри.

На корпусе наружной обоймы завихрителя 14 выполнены пазы для прохода воздуха на охлаждение фронтового устрой­ства 6 и удаления нагара. Во внутреннюю обойму завихри­теля 12 входит и центрируется внешний корпус топливной форсунки II. В этой обойме выполнено несколько продоль­ных пазов и три ряда отверстий для обдува форсунки и устранения нагара.

Жаровая труба крепится к корпусу камеры сгорания с по­мощью центрального фланца 10, который двумя потайными винтами крепится к жаровой трубе; двумя другими винтами

фланец с жаровой трубой крепится к центральному фланцу 9 корпуса камеры сгорания. При установке форсунки II чётыре болта форсунки связывают вместе центральный фланец жаровой трубы, центральный фланец корпуса камеры сгора­ния и фланец форсунки. Передняя часть жаровой трубы опи­рается на корпус соплового аппарата турбины компрессора 17.

Рис.3.1. Камера сгорания

I- корпус камеры сгорания; 2- жаровая труба; 3- пер­форированная решетка; 4- улитка; 5- секция; 6- фрон­товое устройство; 7,9,10,16,19,20,21- фланцы; 8- пусковой воспламенитель; II- форсунка; 12- Завихритель; 13- лопатка; 14- наружная обойма; 15- гофриро­ванная лента; 17- корпус соплового аппарата; 18- втулка 22- лопатки соплового аппарата; 23- защитный обтека­тель; 24- штуцер.

3.2. Гибкое соединение труб

I- шайба регулировочная; 2- стакан; 3- наружный стакан; 4- сильфоя; 5- воздухоподводящая труба.

Глава 4 Топливная форсунка

4.1 Топливная форсунка

Топливная форсунка двигателя (рис. 4.1, 4.2) – односопловая, двухканальная центробежная. Форсунка состоит из корпуса форсунки I входного штуцера 8 с фильтром 7, распределительного клапана с плунжером 4 и пружиной 2, выходного сопла с основным завихрителем 26 и пусковым завихрителем 24. Наличие в форсунке распределительного клапана и двух каналов с двумя завихрителями позволяет подводить топливо к форсунке при помощи одной трубки и работать на двух режимах – на режиме запуска и на рабочем режиме.

Пусковой завяхритель обеспечивает хороший распыл топли­ва на малых расходах и малом давлении топлива при пусковом режиме. Основной завяхритель обеспечивает хороший распыл топлива на всех рабочих режимах двига­теля.

Топливо в форсунку подводится через штуцер 8, внутри которого установлен мелкий сетчатый фильтр 7. Во избежание смятия сетки внутри её установлена прово­лочная спираль. Пройдя фильтр, топливо поступает в по­лость 6 корпуса форсунки, откуда может идти по двум каналам: по пусковому каналу 10, 16 к пусковому завихрителю или по центральному отверстию 5 в плунжере распределительного клапана к основному завихрителю. Подача топлива по пусковому каналу производится как во время запуска двигателя, так и на всех режимах ра­боты двигателя, подача топлива по основное каналу производится только после повышения давления топлива свыше 8 кг/см2.

К пусковому завихрителю 24 топливо поступает по каналу 10 и затем по внутреннему каналу 16 в разделителе 14. Пройдя концентрически расположенные отверстия 23 в завихрителе, топливо поступает к торцевым тангенциально расположенным канавкам, и по ним в камеру завихрителя топлива 15. Завихренное топливо выбрасывается по центральному отверстию сопла основного завихрителя 26 в распылённом виде в жаровую трубу. Основное топливо поступает в центральное отверстие 5 внутри плунжера 4 распределительного клапана. По мере нарастания давле­ния топлива, плунжер начнет перемещаться в гильзе вверх, сжимая пружину 2. Перемещаясь вверх плунжер открывает треугольную профилированную прорезь 9 в гильзе, вслед­ствие чего находящееся внутри плунжера топливо через прорезь 9 переходит в полость 3, откуда по каналам 17 в пусковом завихрителе 24 и отверстиям 21 в разделитель­ной шайбе 25 поступает в тангенциальные канавки основ­ного завихрителя затем в завихрительную камеру 15 л через центральное отверстие сопла основного завихри­теля 26 в жаровую трубу.

Герметичность форсунки в рабочих условиях обеспечива­ется высокой точностью изготовления и чистотой обработ­ки сопрягаемых торцевых поверхностей распыливающих элементов форсунки, стянутых между собой внешним корпу­сом сопла 12 с тарирбванным усилием. В гайке имеются радиальные воздушные отверстия 13, через которые посту­пает воздух из полости корпуса камеры сгорания. Этот воздух омывает сопло форсунки и препятствует обра­зованию нагара на сопле. Контрится корпус специальным контровочным кольцом II.

Начальное давление топлива, открывающее прорезь плун­жера распределительного клапана, регулируется степенью затяжки пружины регулировочным винтом 18. Регулировоч­ный винт ввернут в заглушку- 20 и контрится гайкой 19. Количество подаваемого топлива, по мере повышения давления определяется профилем прорези 9 в плунжере распределительного клапана.

4.1. Топливная форсунка двигателей 1У III и II серий

I- корпус форсунки; 2 – пружина; 3,6,27,28 – полости; 4 – плунжер; 5 – цен­ тральное отверстие; 7 – фильтр; 8 – входной штуцер; 9 – прорезь; 10,16,17 – каналы; II- контровочное кольцо; 12 – внешний кор­пус сопла; 13 – воздушное отверстие;14 – разделитель; 15 – камера завихрителя топлива; 18 – регулировочный винт; 19 – гай­ка; 20 – пробка; 21,22,23 – отверстия; 24 – пусковой завихритель; 25 – разделитель­ная шайба; 26 – основной Завихритель.

Трубы жаровые и головки для котла и камеры сгорания горелок по низкой цене

 

В процессе сгорания топлива в паровых котлах появляется образование горячих газов.

Именно благодаря их образованию появляется возможность передачи тепловой энергии пару, а следовательно, и повышения производительности парового котла, в целом.

Но как же происходит передача тепла из топки? Для этих целей производится оснащение котла жаровыми трубами. На выходе из топки, горячие газы попадают в трубы жаровые, откуда тепло от них передается пару.

В течение многих лет велись разработки оптимальной конструкции котла. В ходе исследований подтвердилось, что конструкция, где пароперегреватель (нагревательный элемент, имеющий форму U) расположен в специальной трубке. Эти трубки и стали впоследствии называться жаровыми трубами для горелок.

Жаровые трубы камеры сгорания также непосредственно принимают участие в образовании пара.

Тип котлов, где установлены жаровые трубы называется жаротрубным. Их преимущества относительно других очевидно:

• Стабильность. Довольно значительная величина объема воды обеспечивает возможность поддержания температуры в установленных значениях.
• Гидравлическое сопротивление имеет минимальные значения, что позволяет значительно снизить эксплуатационные издержки.
• В котлах такого типа сгорание топлива происходит практически без остатка, что означает максимально эффективную работу и значение КПД более 90%.
• Вне зависимости от условий окружающей среды, теплопотери имеют минимальные значения. Это достигается благодаря высокой величине тепловой мощности.

Если говорить о минусах котлов, оснащенных жаровыми трубами, то необходимо отметить значительную степень риска взрывов. Однако, если устройство будет эксплуатироваться в соответствии со всеми правилами, то степень риска сводится к нулю.

Жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя

Жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит, по меньшей мере, две обечайки, концы которых расположены относительно друг друга коаксиально с образованием сужающегося кольцевого канала. Конец обечайки, ограничивающей канал с наружной стороны, снабжен равномерно расположенными по окружности с образованием окон выштамповками, контактирующими с концом другой обечайки и имеющими каждая наклонную торцевую стенку с отверстием преимущественно овальной формы. Суммарная площадь окон и отверстий не менее чем в 1,2 раза превышает площадь выходного сечения канала. Отношение высоты канала к его длине равно 1/3-1/6. Изобретение интенсифицирует процесс охлаждения обечаек жаровой трубы, исключая их коробление на всех режимах работы камеры сгорания. 3 ил.

 

Предложение относится к машиностроению, в частности к авиационному двигателестроению, и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных двигателей.

Камера сгорания является ответственным элементом газотурбинного двигателя (далее ГТД). Устойчивость ее работы определяет надежность работы двигателя, а эффективность – экономичность ГТД. Конструкция камеры сгорания работает в очень тяжелых условиях высокотемпературной среды химически активных газов. На нее воздействует высокое пульсирующее давление, а материал конструкции подвергается эрозии в результате взаимодействия с газовым потоком.

Работа камеры сгорания обязана удовлетворять ряду требований. Камера сгорания должна устойчиво и эффективно работать в широком диапазоне эксплуатационных режимов ГТД. Она должна быстро, надежно и безопасно выходить на рабочий режим (запускаться) в любых условиях эксплуатации, на земле и в воздухе, в том числе на больших высотах. Поэтому для увеличения срока службы камеры сгорания ряд элементов делают из жаропрочных материалов и принимают меры к охлаждении стенок камеры и ее деталей.

Жаровая труба – это один из основных элементов камеры сгорания газотурбинного авиационного двигателя, в которой происходит горение топлива.

В камерах сгорания стенки жаровых труб, как правило, защищают от нагрева слоем менее нагретого газа или защитной пристеночной пеленой охлаждающего воздуха. Выравнивание температуры стенок жаровой трубы, которые имеют неравномерный нагрев, даже на установившихся режимах работы, не говоря уже о переменных, является актуальной задачей при конструировании камер сгорания, так как неравномерное охлаждение стенки может быть причиной ее коробления, прогара и появления трещин.

Высокие значения температуры воздуха и его скорости на входе в камеру сгорания предъявляют очень жесткие требования к конструкции при разработке новых камер сгорания газотурбинных двигателей и энергетических установок и требуют новых подходов к их проектированию.

Известна жаровая труба кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя (Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1981, стр.394, рис.9.13а).

В данном устройстве стенки жаровой трубы охлаждаются с наружной стороны воздухом, движущимся по кольцевому пространству между жаровой трубой и наружным кожухом. Для лучшего охлаждения жаровой трубы снаружи путем увеличения внешней поверхности охлаждения на внешней поверхности жаровой трубы выполнены ребра.

Недостатком известного устройства является то, что внешнего охлаждения бывает недостаточно, вследствие чего могут возникнуть местные перегревы, что вызовет прогары стенок или резкое возрастание температурных напряжений, приводящих к образованию короблений и трещин.

Известна также жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая соединенные внахлест обечайки (Пчелкин Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1984, стр. 78, рис.306).

В данном устройстве обечайки жаровой трубы охлаждаются омывающим их снаружи воздухом и воздухом, поступающим внутрь жаровой трубы через ряды мелких отверстий и кольцевые щели, расположенные несколькими поясами по длине жаровой трубы.

Сплошные кольцевые щели между обечайками достаточно эффективно защищают заградительной пеленой воздуха их внутреннюю поверхность, однако расход воздуха через них очень большой, что снижает экономичность ГТД.

Известна также жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая соединенные внахлест обечайки, образующие кольцевой канал с возможностью подачи воздуха через радиальные и осевые отверстия в наружной обечайке (Патент GB №1060097, F23R 3/08, F23R 3/04, 1967).

Недостатком такой конструкции является низкая скорость воздуха в выходном сечении канала, при этом энергии воздуха не достаточно для отбрасывания неиспарившегося топлива от обечаек и оно сгорает непосредственно у стенки, вызывая ее перегрев и коробление. Повышение скорости воздуха в выходном сечении, например за счет увеличения количества отверстий, подводящих воздух, или путем уменьшения высоты выходного сечения, влечет увеличение длины козырька, его коробление и перекрытие канала.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая, по меньшей мере, две обечайки, концы которых расположены относительно друг друга коаксиально с образованием сужающего кольцевого канала и соединены между собой с помощью гофрированной проставки (Патент GB №1060096, F23R 3/08, F23R 3/04, 1967).

Недостатком известного устройства является наличие гофрированной проставки, что приводит к образованию в канале застойных зон и снижает эффективность охлаждения обечаек.

Технический результат заявляемого решения заключается в интенсификации охлаждения стенок жаровой трубы за счет создания условий для истечения высокоскоростной пелены охлаждающего воздуха, однородной в окружном направлении.

Для достижения указанного технического результата в жаровой трубе камеры сгорания газотурбинного двигателя, включающей, по меньшей мере, две обечайки, концы которых расположены относительно друг друга коаксиально с образованием сужающегося кольцевого канала, согласно предложению конец обечайки, ограничивающей канал с наружной стороны, снабжен равномерно расположенными по окружности с образованием окон выштамповками, контактирующими с концом другой обечайки и имеющими каждая наклонную торцевую стенку с отверстием преимущественно овальной формы.

Также согласно предложению окна и отверстия имеют суммарную площадь, не менее чем в 1,2 раза превышающую площадь выходного сечения канала, а отношение высоты последнего к его длине равно 1/3-1/6.

Наличие отличительных признаков, а именно выполнение конца обечайки, ограничивающей канал с наружной стороны с равномерно расположенными по окружности с образованием окон выштамповками, контактирующими с концом другой обечайки, выполнение каждой выштамповки с наклонной торцевой стенкой с отверстием преимущественно овальной формы, причем суммарная площадь окон и отверстий составляет величину, не менее чем в 1,2 раза превышающую площадь выходного сечения канала, а отношение высоты последнего к его длине равно 1/3-1/6 свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».

Из патентной и научно-технической литературы известно, что в камерах сгорания для высокотемпературных двигателей, в связи с обогащением топливом топливно-воздушной смеси, ростом температуры воздуха и газа, основной проблемой охлаждения оказалось горение у стенок жаровой трубы.

Из анализа вышеуказанных источников информации видно, что из-за технологических, геометрических, прочностных ограничений не удается достичь максимальную скорость пелены воздуха именно в выходном сечении охлаждающей щели, добиваясь при этом, чтобы выходящая пелена была однородной в окружном направлении. Площадь выходного сечения щели в известных конструкциях в несколько раз больше площади подводящих воздух отверстий, а скорость воздуха в ней в несколько раз меньше максимально возможной, что не позволяет создать высокоскоростную равномерную пелену. Кроме того, выполнение обечаек из тонких листовых материалов, что имеет место в подавляющем большинстве выполняемых конструкций, заставляет увеличить шаг между отверстиями из соображений прочности, что также снижает скорость воздуха в выходном сечении.

Следует отметить, что низкоскоростная, даже равномерная пелена или высокоскоростная, но неравномерная пелена воздуха не может отбросить топливо от щели и исключить его горение у стенок жаровой трубы и за щелью.

Заявляемое предложение позволяет получить эффективную площадь подводящих к щели воздух каналов больше ее выходного сечения, вследствие чего возможно создание в выходном сечении щели равномерной воздушной пелены, имеющей максимальную, для данного перепада давлений на жаровой трубе, скорость.

Также при таком техническом решении достигается минимальные затенение потока и аэродинамическое сопротивление внутри щели, так как при выполнении отверстий в выштамповках их задняя часть может быть почти полностью срезана, без ухудшения прочностных свойств. При этом исключено коробление козырька охлаждающей щели, так как его можно сделать очень коротким без ухудшения равномерности пелены охлаждающего воздуха.

Заявляемое предложение позволяет получить высокую прочность охлаждающей щели, так как силовая связь обечаек проходит через боковые стенки выштамповок в наружной обечайке, которые могут быть сделаны достаточно длинными.

Из вышесказанного следует, что технический результат предложения достигается новой совокупностью существенных признаков, как вновь введенных, так и известных, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена камера сгорания с жаровой трубой; на фиг.2 представлен узел I соединения концов обечаек; на фиг.3 показан вид по стрелке А на фиг.2.

Следует учесть, что на чертежах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа технического решения, а сопутствующие элементы, хорошо известные специалистам в данной области, на чертежах не представлены.

Заявляемое устройство содержит, по меньшей мере, две обечайки 1 и 2, концы которых расположены коаксиально и образуют сужающийся кольцевой канал 3. Конец обечайки 2, ограничивающей канал 3 снаружи, снабжен равномерно расположенными по окружности с образованием окон 4 выштамповками 5, контактирующими с концом обечайки I и имеющими наклонную торцовую стенку с отверстием 6 овальной формы. На конце обечайки 1 могут быть выполнены прорези 7 для компенсации температурных расширений. Суммарная площадь окон 4 и отверстий 6 не менее чем в 1,2 раза превышает площадь выходного сечения канала 3, а отношение высоты h канала 3 к его длине L равно 1/3-1/6.

Устройство работает следующим образом.

При работе камеры сгорания воздух через окна 4 и отверстия 6 поступает в канал 3, в котором происходит повышение скорости воздуха. Выходя из канала 3, воздух образует сплошную равномерную по скорости пелену, охлаждающую обечайку 2 и конец обечайки 1.

Неиспарившиеся частицы топлива, попадая на внутреннюю поверхность обечайки 1, стекают с нее и отбрасываются пеленой воздуха. Выбранные соотношения проходных площадей окон 4, отверстий 6 и канала 3, а также отношение высоты h выходного сечения канала 3 к его длине L обеспечивают высокую скорость истечения охлаждающего воздуха и эффективное охлаждение элементов конструкции.

Предлагаемое изобретение позволит исключить коробление обечаек жаровой трубы на всех режимах работы камеры сгорания.

Устройство было разработано и изготовлено на заводе имени В.Я.Климова и успешно использовано на предприятии заказчика.

Из вышесказанного следует, что изготовление данного устройства промышленным способом не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Жаровая труба камеры сгорания газотурбинного двигателя, включающая, по меньшей мере, две обечайки, концы которых расположены относительно друг друга коаксиально с образованием сужающегося кольцевого канала, отличающаяся тем, что конец обечайки, ограничивающей канал с наружной стороны, снабжен равномерно расположенными по окружности с образованием окон выштамповками, контактирующими с концом другой обечайки и имеющими каждая наклонную торцевую стенку с отверстием преимущественно овальной формы, при этом окна и отверстия имеют суммарную площадь не менее чем 1,2 раза превышающую площадь выходного сечения канала, а отношение высоты последнего к его длине равно 1/3-1/6.

Трубы волнистые жаровые – Энциклопедия по машиностроению XXL

Трубы волнистые жаровые 161. Трубы волнистые циркуляционные 170.  [c.480]

Рис. 13. Волнистая жаровая труба

Выдвижная система котла состоит из волнистой жаровой трубы, дымогарных труб и двух решеток, с днищем котла она соединяется при помощи шпилек. Дымогарные трубы диамет ром 60/54 мм укрепляются в трубных решетках путем их развальцовки с последующей разбортовкой концов со стороны жаровой трубы. Другие концы дымогарных труб выступают из трубной решетки на 40 мм внутрь дымовой камеры, что при ремонте дает возможность повторной постановки этих труб без  [c.70]

Внутренний диаметр и толщина стенки волнистой жаровой трубы, мм.  [c.122]

Длина волнистой жаровой трубы, мм. ………….  [c.122]

Номинальная толщина стенки волнистой жаровой трубы должна быть не менее определенной по формуле  [c.330]

Вследствие большего удлинения жаровой трубы при нагревании, чем корпуса котла, днища выгибаются наружу. Увеличение и уменьшение выпучивания происходит при каждом изменении температуры воды в котле и изменении режима горения в топке и, в конечном счете, влечет за собой трещины в закруглениях отбортовки. Применение волнистых жаровых труб и соединений Адамсона уменьшает прогиб днищ и тем самым обеспечивает их большую сохранность.  [c.82]

Производство волнистых циркуляционных труб в принципе совершенно аналогично описанному выше производству волнистых жаровых труб с той  [c.85]

При волнистой жаровой трубе  [c.233]

Диаметр жаровой волнистой трубы , лл…… 754/800 848/952 948/1050 1 150/1 250 1400/1 500 1500/1 620 754/800 1150/1 250 1400/1 500 948/1050 1150/1 250 750 850 950 1 050  [c. 121]

Dg — внутренний диаметр жаровой трубы (при конической трубе — средний внутренний диаметр, при волнистой трубе — наименьший внутренний диаметр), мм I — длина жаровой трубы или расстояние между соседними креплениями, мм. Остальные обозначения — согласно п. 1.2.  [c.330]

Опасным является, например, случай жаровых труб парового котла, подверженных действию значительного наружного давления. Как показывают простые соображения, деформация жаровой трубы производится главным образом нормальными напряжениями от изгиба. Само собой разумеется, что сечение жаровой трубы стремятся делать по возможности круглым, так как иначе наружное давление сделало бы трубу еще более сплюснутой, чем вначале. Для увеличения жесткости часто применяют усиливающие кольца или цилиндрическую стенку делают не гладкой, а придают ей волнистый профиль, так как волнистая стенка дефор, мируется труднее гладкой цилиндрической стенки.  [c.20]

Жаровые трубы и барабан котла нагреваются неодинаково, поэтому при диаметре их меньше 800 мм и давлении пара не выше 8 ат жаровые трубы выполняются гладкими с вставками между обечайками труб колец жесткости (фиг. И, а). При диаметре более 800 и рабочем давлении пара выше 8 ат жаровые-трубы выполняются волнистыми (фиг. 11, б).  [c.15]

Вода из источников водоснабжения содержит минеральные соли, органические вещества или кислоты. Все эти примеси вызывают коррозию металла или откладываются в виде накипи на внутренних поверхностях паровозного котла. Если применять в качестве питательной воды конденсат, растопленный снег или дождевую воду, то такие явления не наблюдаются. Выпучины, волнистость огневой коробки, неисправности дымогарных и жаровых труб, течь по сварным швам, отложение накипи, коррозия, а также пенообразование чаще всего являются следствием плохого качества питательной воды. Качество воды, применяемой для питания паровозных котлов, зависит от геологической структуры района, в котором расположен источник водоснабжения.  [c.49]

Рис. 25. Двухжаротрубный котел с волнистыми жаровыми трубами.

Рнс. 26. Одножаротрубный котел е волнистой жаровой трубой.  [c.102]

Жаротрубные котлы. Одножаротрубные котлы состоят из цилиндрического корпуса 2 (фиг. 57) диаметром до 2300 мм, закрытого днищами 7 и с размещенной внутри его гладкой или волнистой жаровой трубой 3. Диаметр жаровой трубы доходит до 1300 мм и в ней располагается топка. Волнистые жаровые трубы выполняются цельными по всей длине (фиг. 57, б), гладкие же — из звеньев, соединяемых посредством колец Адамсона (фиг. 57, в). Концы звеньев отбортовываются, между ними помещается кольцо, несколько выступающее за кромки бортов, и звенья склепываются. Такое соединение обладает некоторой упругостью, возможностью подчеканки кромок отбортовки, а заклепочный шов не нагревается топочными газами. Волнистые трубы на 8—11% больше поверхностью, чем гладкие, прочнее и более упруги.  [c. 82]

У локомобильного котла с выдвижной системой труб гладкая или волнистая жаровая труба 3 (фиг. 61) с фронтовым кольцом 4, двумя трубными решетками и завальцован-ными в них дымогарными трубами 2 образуют выдвижную систему, присоединяемую на прокладках шпильками к переднему и заднему днищам корпуса 1. Такое устройство очень удобно для осмотра и очистки котла. Котлы плохо комбинируются с нижними топками,  [c.87]

Еще более целесообразно применение волнистых жаровых труб, имеющих достаточную жесткость и хорошую самокоадпенсацию.  [c.200]

Волнистые жаровые трубы получают или путем вальцования в нагретом состоянии или путем выдавливания волн. Примером  [c.81]

Технические условия на изготовление паровых котлов, пароперегревателей и водяных экономайзеров были разработаны и утверясдены в 1926 г. III Всесоюзным теплотехнич. съездом и в 1928 году IV Всесоюзным теплотехнич. съездом. Силы закона эти т. у. пока не имеют, но ими рекомендуется пользоваться в условиях практич. работы отечественных котельных заводов. Отделы вышеуказанных т. у.таковы а)обработка, б) сборка, в) клепка, г) чеканка, д) отверстия для труб и вставка труб, е) связи и их постановка, ж) чеканка связей, з) изготовление гладких жаровых труб, и) изготовление волнистых жаровых труб, к) изготовление камер для водотрубных котлов, л) гидравлическая проба, м) т. у. на водопроводные трубы, н) т. у. на паропроводные, нефтепроводные, ресиверные и пароотводные трубы, о) т. у. на трубы для пароперегревателей и связные, п) специальные т. у. на изготовление паровых котлов с жаровыми трубами, р) специальные т. у. на изготовление паровых котлов с дымогарными трубами, с) специальные т. у. на постройку горизонтально-водотрубных камерных котлов типа Фицнер и Гам-пер, т) специальные т. у. на постройку паровых котлов системы Бабкока и Вилькокса, у) т. у. на изготовление пароперегревателей, ф) т. у. для котлов высокого давления, х) т. у. на сварку горновую и на водяном газе при котельных работах, ц) т. у. на производство ацетиленовой и электрическ. сварки при ремонте и построении паровых котлов,  [c.87]

Усть-Луга Горизонтальный, оборотный с одной волнистой жаровой трубой 1925 3 – ( Имелась нт-кнпь толщиной до 2—3 мм  [c.31]

Гордый Оборотный, 01 нетрубный с одной волнистой жаровой трубой 1913 ()-9 3 4 л/м  [c.32]

Ланкаширский котел (рис. 10-6) состоит из горизонтального цилиндрического барабана 1 со сферическими днищами, соединенными между собой двумя волнисты- ми жаровыми трубами 2. Внутри жаровых труб раопо- ложены топки с колосниковыми решетками 14. Топочные газы омывают изнутри жаровые трубы и выходят с противоположной стороны в дымовой канал, сделанный в обмуровке котла.  [c.187]

Диаметр жаровых труб от 700 до 1 200 мм длина их в угольных котлах определяется возможностью обслуживания решетки. Жаровые трубы обыкновенно делают сварными, волнистыми. Отношение поверхности нагрева к площади колосниковой решетки П/В при естественной тяге равно 25—35, при дутье Хоудена 38—43. Часовое количество сжигаемого топлива при естественной тяге доходит до 100 кг, а при дутье Хоудена до 130—140 кг на 1 ж колосниковой решетки. Дымогарные трубки ставят простые и связные. Обычно применяют сварные, реже цельнокатаные трубки. Внутренний диам. трубок зависит от величины котла и изменяется в пределах 50- 83 лш,, длина до 2—2,5 м. Простые трубки развальцовываются в трубных досках, связные—ставятся на резьбе. Толщина связных трубок 5—10 мм, простых 2,5—4 мм. Трубки располагаются или в шахматном или в цепном порядке. Последнее удобнее для чистки, но затрудняет парообразование. Огневой ящик обыкновенно делают отдельным для каждой топки, но в редких случаях и общим. Плоские стенки ящиков подкрепляются короткими связями (анкерными болтами), скрепляющими их с днищем  [c.136]

Котёдсостоит из волнистой жаровойтрубы 1, в которой располагается внутренняя топка, цилиндрической части 2, дымогарных труб 3 и дымовой коробки 4. Общая поверхность нагрева котла составляется поверхностями жаровой и дымогарных труб и трубными решётками. Трубная система локомобилей ЛМ — выдвижная.  [c.359]

Часто принимают критич. давление равным че- тырехкратному рабочему, т. е. = и по ур-ию (72) определяют устойчивую толщину стенки. Для волнистой трубы (жаровые трубы Фокса, Мориссона) вместо в ф-лу (72) следует поставить 3 4- I 2, причем /г обозначает  [c.236]

Трубы в решетках укрепляют вальцеванием при помощи роликовых вальцовок. В завальцованной части поверхности труб должны быть ровными, гладкими и иметь блестящий оттенок, без наличия отслоений, плен, волнистости, рисок переходы от вальцованной к невальцованной поверхностям должны быть плавные, без подреза стенок. После о тбортовки концов труб образование борта и плотное прижатие его к поверхности решетки производят при помощи пневматического молотка с постоянным перемещением чеканки по окружности. Высота борта у дымогарных труб должна быть в пределах 3—4 мм, у жаровых — 4—6 мм. Между решеткой и бортом трубы не должно быть пустот, борт по всему периметру должен плотно прилегать к поверхности решетки. При комплектной смене труб герметичность их соединений с решетками проверяют гидравлическим испытанием котловым давлением плюс 5 кГ/сж .  [c.130]

Перед осмотром топку очищают от сажи и изгари и обмывают теплой водой. Мастер по котлу проверяет состояние потолка, задней решетки, стенок, головок связей и анкерных болтов, циркуляционных труб, контрольных пробок, буртов дымогарных и жаровых труб, топочных швов, колосниковой решетки и топочного свода. Для обнаружения трещин и уточнения их характера и размера используется лупа 5—10-кратного увеличения. 1 раз между подъе-мочными ремонтами на промывке при осмотре огневой коробки производят обмер стенок специальной линейкой (рис. 173). Линейка имеет движок 1 с полумиллиметровыми делениями для замера прогиба стенки в сторону огня и воды. При обнаружении выпучины, волнистости и после выплавления контрольных пробок стенки обмеряют незамедлительно.  [c.237]

---

Камера сгорания (жаровая труба)

Жаровая туба с горелкой. В горелке топливо, испаряясь с испарительной прокладки, смешивается с подаваемым воздухом. В камере сгорания сгорает топливно-воздушная смесь, нагревая тем самым теплообменник. Замена горелки и жаровой трубы. Демонтаж. 1. Демонтировать отопитель. 2. Разобрать корпус. 3. Снять блок управления. 4. Снять датчик перегрева. 5. Снять нагнетатель. 6. Снять датчик пламени на бензиновой версии. 7. Снять штифт накала. ВНИМАНИЕ! При проведении следующих работ убедитесь, что топливная трубка не деформирована. 8. Снять тарелку (5) рис. 1). 9. Вытащить жаровую трубу (13) и уплотнение (12) из теплообменника (9). Уплотнение (12) подлежит замене. 10. Провести работы на снятых компонентах. Рис.1 – Замена горелки, штифта накаливания, датчика пламени, жаровой трубы и теплообменника. Монтаж. 1. Установить новое уплотнение (12) в теплообменник (9) и привести жаровую трубу (13) в установочное положение. 2. Установить штифт накала. 3. Датчик пламени (только бензиновое исполнение). ВНИМАНИЕ! При следующих работах обратить внимание на целостность топливной трубки. 4. Горелку (5) установить в теплообменник (9). Кабель датчика пламени должен проходить под топливной трубкой. 5. Горелку (5) и прижимную планку 3 закрепить винтами (2). 6. Винты (2) затянуть с моментом 6±0,6 нМ. 7. Установить нагнетатель. 8. Установить блок управления. 9. Установить датчик перегрева. 10. Установить термоизолирующие проставки (11). 11. Собрать корпус. 12. Установить отопитель.

Камера сгорания (жаровая труба) отзывы

Оставьте отзыв об этом товаре первым!

Жаровая труба – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Жаровая труба

Cтраница 1

Жаровая труба состоит из отдельных секций, выполненных из листового жаропрочного сплава. Секции соединяются между собой роликовой и точечной электросваркой.  [2]

Жаровая труба закреплена ( III) на наружном корпусе с помощью восьми радиалыю расположенных штифтов со сферическими головками, установленных в одной поперечной плоскости.  [4]

Жаровые трубы футеруются с таким расчетом, чтобы огнеупорные поверхности одновременно служили бы вторичными излучателями. Работниками хлебопекарной промышленности УССР при переоборудовании ланкаширского котла предложено в жаровых трубах устанавливать специальные излучатели. Излучатель представляет собой полый кирпичный цилиндр с толщиной стенки 65 мм, в котором имеются отверстия, расположенные в шахматном порядке по всей поверхности цилиндра.  [6]

Жаровые трубы с толщиной стенки более 22 мм не должны применяться.  [8]

Жаровые трубы с стенки более 22 мм не должны применяться.  [10]

Жаровая труба является первым газоходом котла. Дымовые газы, пройдя жаровую трубу, поступают во второй боковой газоход, расположенный с той стороны котла, куда смещена жаровая труба. Не доходя до фронта котла, дымовые газы под ко лом поворачивают в третий газоход, расположенный с противоположной стороны барабана котла.  [11]

Жаровые трубы, переходные детали и другие горячие поверхности эффективно охлаждают воздухом. Воздух, поступающий из осевого компрессора, состоит из: воздуха, отбираемого с десятой ступени; компрессорного воздуха высокого давления для уплотнений; выходного воздуха компрессора. Воздух, отбираемый с десятой ступени, идет на уплотнение от потери смазки в опорных подшипниках. Затем через маслостоки он выходит из подшипников в маслобак. Его же используют на охлаждение, тыловой полости колеса турбины первой ступени, а также передней и тыловой полостей колеса турбины второй ступени.  [12]

Жаровая труба омывается водой. В целях более полного использования тепла нагретых газов путь их движения удлиняют. Продукты горения из жаровой трубы направляются по обеим сторонам корпуса котла и затем выводятся; в атмосферу через дымовую трубу. Эксцентричное расположение жаровой трубы 1 в котле обеспечивает циркуляцию воды. Котлы такого типа изготовлялись с одной или с двумя жаровыми трубами.  [13]

Жаровая труба располагается не центрально в целях большей доступности внутренности котла и лучшей циркуляции воды.  [14]

Жаровые трубы после сварки, клепки и чеканки должны быть испробованы гидравлически на рабочее давление для обнаруживания дефектов в сварке, которые исправляются и только после гидравлической лробы.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Жаровые трубы – это… Что такое Жаровые трубы?

Жаротрубный пароперегреватель Вид на трубчатую решётку. Расположенные в верхней части жаровые трубы заметно больше в диаметре, чем расположенные под ними дымогарные

Жаровые трубы — элементы конструкции парового котла, основной компонент трубчатых пароперегревателей (такие пароперегреватели ещё называют жаротрубные). Как понятно из названия, служат для пропуска горячих газов, которые образовались в результате сгорания топлива в топке, и передаче их теплоты пару, тем самым повышая его температуру и повышая КПД котла в целом.

Ранее жаровыми называли трубы для нагрева и испарения воды. Однако после перехода на многотрубчатые котлы (1820-е), такие трубы стали называть дымогарными.

В 1890—1900 в котлах стали устанавливать первые пароперегреватели, которые поначалу имели ленточную конструкцию (пар нагревался за счёт поверхностей, закреплённых на дымогарных трубах). Впоследствии конструкция пароперегревателей претерпела серьёзные изменения. Их стали размещать в самом котле (Пилота—Слуцкого) или в дымовой коробке (Кленча, Лопушинского), но такие конструкции не получили распространения. Более удачными оказались конструкции, где нагревательные элементы пароперегреватля (U-образно согнутые трубки) размещались в отдельных трубах. Именно эти трубы и стали называться жаровыми. Собственно говоря, жаровые трубы также участвуют и в парообразовании, так как окружены водой, но всё же из основное назначение — передача тепла пару, что проходит по размещённым в жаровых трубах элементам пароперегревателя.

По конструкции жаровые трубы аналогичны дымогарным, но больше в диаметре. Это связано с тем, что в них должны размещаться сразу несколько труб пароперегревателя, и при этом должно оставаться пространство для свободного пропуска горячих газов. Тем не менее, в ряде стран, с целью унификации, выпускались паровозы, у которых жаровые трубы имели малый диаметр, но экономичность таких котлов была заметно ниже, чем у традиционных (на 25% и более).

Литература

• Под ред. С. П. Сыромятникова. Курс паровозов. Устройство и работа паровозов и техника их ремонта. — Центральное управление учебными заведениями. — Москва: Государственное транспортное железнодорожное издательство, 1937. — Т. 1. — С. 115—122, 257—260.

Звуковая трубка пламени – демонстрационный комплект

Подробнее о продукте

Разбудите интерес ваших студентов к звуковым волнам! Звуковая трубка пламени, также называемая трубкой Рубена, представляет собой демонстрацию, которая позволяет учащимся визуализировать волны и резонанс. Природный газ пропускается через алюминиевую трубку длиной 3 фута с предварительно просверленными, равномерно расположенными отверстиями, а затем воспламеняется. Громкоговоритель, прикрепленный к противоположному концу трубки, используется для передачи звуковых волн определенной частоты через трубку, создавая резонанс.Наблюдайте, как газовое пламя над каждым отверстием движется с определенной частотой, создавая красивый волновой узор из-за образования узлов и пучностей в трубке. Аппарат также может быть подключен к электронному инструменту, например, клавиатуре. В комплект входят все материалы, необходимые для создания одной постоянной жаровой трубы, а также полные инструкции, важная информация по технике безопасности и ценные советы по созданию резонансных частот.

Концепции: Звук, сжатие и разрежение, резонанс, стоячая волна.
Требуемое время: 25 минут
Примечание: Требуется динамик, который продается отдельно.

Технические характеристики

Материалы, входящие в комплект:
Алюминиевая трубка с отверстиями
Латексная пленка, 6 “x 6”, 2
Пара деревянных подставок
Резиновые ленты # 64, 2
Стопор, черный каучук, ¼ “

Соответствие научным стандартам нового поколения (NGSS)

^†

Наука и инженерная практика

Разработка и использование моделей
Построение объяснений и разработка решений

Основные дисциплинарные идеи

MS-PS4. A: волновые свойства
HS-PS4.A: волновые свойства

Комплексные концепции

Шаблоны
Системы и модели систем
Стабильность и изменение

Ожидаемые результаты

МС-ПС4-2. Разработайте и используйте модель для описания того, что волны отражаются, поглощаются или передаются через различные материалы.

The Flame Tube | Марка:

Устройства Fiery всегда восхищали меня. От Jam Jar Jets (MAKE Volume 05) до Fire Pistons (Volume 19) до Faux Flames (Volume 25), я создал всевозможные проекты, связанные с пожаром. Поэтому, когда друг рассказал мне об устройстве, которое позволяет визуализировать звуки с помощью огня, я понял, что должен его создать. Я обнаружил, что это описано в нескольких старых демонстрационных руководствах по физике, затем я адаптировал эти указания, чтобы сделать его менее дорогим и простым в сборке.

Когда вы играете тон постоянной частоты в Flame Tube, он отображает идеальную синусоидальную волну огня. Включите музыку, и пламя станет диким зрелищем, вызванным большими, движущимися по воздуху басовыми ударами, стоячими волнами от резонансных частот и другими акустическими явлениями. Это вдохновляет, интересно смотреть и хорошо отапливать гараж или мастерскую в холодный день.

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=c2PmkXkBQ-4?wmode=opaque]

В 1860 году голландский профессор физики Питер Рийке исследовал взаимосвязь между звуками, газами и огнем.Он засунул кусок железной сетки в большую стеклянную трубку, затем подержал ее над газовым пламенем, пока сетка не стала раскаленной докрасна. Внезапно устройство издало устойчивый музыкальный звук, настолько громкий, что работники в нескольких комнатах от него пожаловались.

Заинтригованные коллеги Райке решили выяснить причину «поющего пламени». Некоторые думали, что это периодическое испарение и конденсация воды, но позже ученые показали, что звук был вызван волнами воздуха, которые периодически приводились в движение теплом огня. Горячий воздух, будучи менее плотным, двигался вверх, а прохладный воздух опускался. Этот колеблющийся воздух резонировал на собственной частоте трубки.

Спустя годы после работ Рийке немецкий ученый Генрих Рубенс перевернул эту идею с ног на голову. Он знал, что огонь может производить резонирующие звуковые волны. Можно ли было использовать огонь, чтобы впервые сделать звуковые волны видимыми? В своей лаборатории в Берлинском университете он разработал пламенную трубку со стоячей волной, которую в его честь также назвали трубкой Рубенса.

[youtube http: // www.youtube.com/watch?v=WRWdpam_2to?wmode=opaque]

Жаровая труба (также известная как труба Рубенса) – это визуализатор формы волны. Это работает, потому что звук – это волна давления. Когда звук движется через такой газ, как пропан, волна попеременно сжимает и расширяет газ в разных областях. Когда вы используете генератор частоты для создания постоянного тона, скажем, 440 Гц (музыкальная нота A), динамик проталкивает этот звук через газ, и возникает стационарная волна.

Стационарная волна вызывает появление областей высокого давления в фиксированных точках вдоль трубы, разнесенных на полуволны друг от друга.При высоком давлении пропан сильнее выталкивается из трубы, что приводит к сильному пламени. Между этими точками высокого давления будут точки низкого давления, которые создают более низкое пламя.

Когда музыка воспроизводится вместо выхода генератора частоты, чистые кривые синусоидальной волны заменяются гораздо более хаотичными и, возможно, даже более интригующими узорами. Сильная вибрация барабанов и низкочастотные звуки бас-гитар, туб и струнных басов заставляют пламенную трубку посылать огненные импульсы из отверстий, ближайших к динамику.Наложение синусоид, видимых всякий раз, когда воспроизводимая музыкальная высота звука совпадает с резонансными частотами лампы. Это наслоение резонансных частот и басовых ударов создает великолепное проявление музыкальной пиротехники.

Физика пламенной трубки Рубенса

Жаровая труба, впервые описанная в 1905 году Генрихом Рубенсом и Отто Кригар-Мензелем как новый учебный прибор по акустике, – это завораживающая вещь. Это одновременно ранний аналог осциллографа, иллюстрирующий природу звуковых волн и манящую манипуляцию с огнем, которая нравится пироманьякам во всех нас.

У меня была возможность поиграть с пламенной трубой на каникулах, и я получил огромное удовольствие, взрывая Вагнера по всей длине трубы и наблюдая, как ряды пламени танцуют в унисон. Но это не просто крутой фон для музыки, она также подчеркивает простую физику волн в трубе.


Типичная установка представляет собой длинную металлическую трубу, просверленную по всей ее длине с рядом небольших отверстий. Один конец трубы закрыт, за исключением крепления к баллону с пропаном, а другой конец заполнен динамиком.Вы, наверное, догадались, что будет дальше.

Труба заполнена пропаном, и отверстия горят, образуя ряд отдельных золотых пламен по всей длине трубы. Волшебство случается, когда звук повышается, создаваемый либо из функционального генератора на одной высоте (частоте), либо из песни.

Схема жаровой трубы. Кредит: Изображение любезно предоставлено Клаусом Зайерсеном / Fysikbasen.dk

Сначала я пробовал петь в микрофон, чтобы найти резонансную частоту, но генератор функций оказался намного точнее и проще для ушей.Еще лучше было наблюдать, как пламя прыгает во времени к “Поездке валькирий” Вагнера. Огонь казался подходящим средством для песни.

Этот фильм, созданный Джеффом Райаном из Портлендского университета, показывает пламенную трубку, танцующую под музыку Путешествий, Бетховена и Призрака Оперы. Обратите внимание на резонансные ноты, которые вызывают отчетливые волновые узоры на трубке.

Стоячие волны в трубе

Звук распространяется за счет сжатия воздуха в виде движущейся продольной волны давления.Чтобы продемонстрировать это наглядно, несколько установок более запоминаются, чем пламенная труба Рубенса и Кригара-Мензеля. Бегущие волны давления в трубке объединяются, образуя стоячие волны на определенных резонансных частотах, определяемых длиной трубки.

Пламя, следующее за акустическими стоячими волнами в трубе.

Газ внутри жаровой трубы следует за волной давления и выходит из отверстий в виде волны. Поэтому пламя также выглядит волнообразным, в зависимости от того, через какие отверстия больше всего газа.

Одна и та же трубка может содержать ряд различных стоячих волн, каждая из которых имеет целое число длин волн. Чем больше длин волн помещается внутри трубки (т. Е. Чем короче длина волны), тем выше частота согласно этому уравнению

где c – скорость звука в газе, λ – длина волны, а f – частота (или высота звука) звуковой волны.

Следовательно, скорость звука в пропане можно измерить, просто измерив длину волны пламени линейкой и записав частоту функционального генератора.

Измерение длины волны стоячей волны. Частота функционального генератора: 830 Гц. Длина волны: 40 см.

Для определенного шага на частоте 830 Гц в жаровой трубе я измерил длину волны 40 см и, следовательно, скорость звука 332 метра в секунду. Для сравнения, скорость звука в воздухе составляет около 340 м / с при комнатной температуре, а учебное значение скорости звука в пропане составляет 258 м / с. Так что мои грубые измерения разумны, учитывая базовую настройку и неизвестные переменные, такие как температура воздуха.

Конечно, настоящие экспериментальные установки редко бывают аккуратными, и исследования показали, что жаровые трубы на низких частотах дают очень разные скорости звука, чем на высоких частотах, возможно, из-за ограничений динамика на низких частотах. Смесь газов или изменения температуры внутри трубки также могут привести к тому, что скорость звука будет отличаться от значения в учебнике.

Сегодня жаровая труба Рубенса в основном используется в качестве соблазнительной демонстрации физики в классах и редко в качестве научного инструмента (современное оборудование, такое как осциллограф, более точное и, безусловно, более простое в настройке). Но с точки зрения визуального воздействия его сложно превзойти.

В недавнем музыкальном видео была использована пламенная лампа и другие акустические демонстрации, чтобы создать впечатляющее сочетание искусства и науки.

–
Тамела Масиэль, также известная как «маятник»

Химические эксперименты с трубкой пламени

Трубка пламени, также известная как трубка Рубена, представляет собой классический физический эксперимент, который обеспечивает впечатляющую визуальную демонстрацию звуковых волн. ¹ Чтобы сделать трубку Рубена, просверливают связку крошечных отверстий на расстоянии примерно 1 см друг от друга вдоль одной стороны стальной трубы (рис. 1). Гибкая мембрана натянута на один конец трубы, а другой конец закрыт, за исключением того, что горючий газ (я использую пропан, C ₃ H ₈ ) прокачивается через закрытый конец. Наконец, рядом с гибкой мембраной устанавливается динамик. Когда газ воспламеняется, пламя формируется вдоль крошечных отверстий на боковой стороне трубки. Когда динамик включен, звуковые волны проходят через пропан внутри трубки.Поскольку звук представляет собой волну сжатия, звуковые волны из динамика заставляют молекулы газа в трубке сгущаться в одних областях и уменьшаться в других. Места в трубке, где собираются молекулы газа, создают области высокого давления – и, следовательно, большое желтое пламя! Места в трубке, где молекулы газа истончаются, приводят к областям с низким давлением газа и, следовательно, к небольшому пламени, или к отсутствию пламени вообще.

Рис. 1: Форма волны пламени, испускаемого трубкой Рубена.Обратите внимание, что резиновая перчатка, действующая как гибкая мембрана, натягивается на открытый конец трубки слева. Пропан закачивается в дальний конец трубки справа. Рядом с гибкой мембраной устанавливается динамик. Звуковые волны, излучаемые динамиком, создают волны сжатия в трубке, которые создают наблюдаемую форму волны.

Я использовал трубку Рубена в своих классах, чтобы учить студентов свойствам волн в течение некоторого времени. Кроме того, есть несколько концепций химии, которые можно изучить при использовании трубки Рубена, и я хотел бы поделиться некоторыми из них с вами.На видео ниже вы можете увидеть мою трубку Рубена в действии, а также увидеть несколько способов, которыми химические эксперименты связаны с ее работой и использованием. Ниже видео я более подробно рассмотрю некоторые из этих химических тем.

Видео 1: Эксперименты с пламенной трубкой ²

Химические эксперименты с трубкой Рубена:

Сжигание пропана (C ₃ H ₈ ), безусловно, важно для работы трубки Рубена.Когда пропан выходит из крошечных отверстий в верхней части трубы, он вступает в реакцию с O ₂ в воздухе. Химическая реакция, описывающая эту реакцию:

C ₃ H _{8 (г)} + 5 O _{2 (г)} à 3 CO _{2 (г)} + 4 H ₂ O _(г) Ур. 1

Если вокруг достаточно кислорода, чтобы полностью сжечь весь пропан, выходящий из трубки, возникает красивое голубое пламя. В этом случае происходит полное сгорание .Голубое пламя обычно наблюдается при сжигании углеродсодержащих соединений. Мне особенно интересно – как видно на видео – замечать, что вода собирается вокруг отверстий вскоре после первого воспламенения газа. Как химик, я не должен удивляться тому, что вода образуется в результате сгорания. Тем не менее, мне кажется немного примечательным наблюдать, как вода собирается в такой непосредственной близости от пламени. Моим ученикам тоже нравится, когда я им на это указываю.

По мере того, как трубка заполняется большим количеством пропана, скорость выхода газа из трубки увеличивается.Это увеличивает скорость горения, и пламя горит немного горячее. В результате вода, которая собирается вокруг отверстий, испаряется:

H ₂ O _(л) à H ₂ O _(г) Ур. 2

Кроме того, когда поток газа увеличивается, концентрация кислорода в воздухе недостаточно высока для полного сгорания всего пропана. В этом случае неполное сгорание происходит вместе с полным сгоранием.При неполном сгорании вместо СО ₂ образуется окись углерода и сажа. Два химических уравнения, которые можно использовать для описания неполного сгорания пропана, включают:

2 C ₃ H _{8 (г)} + 7 O _{2 (г)} à 6 CO _(г) + 8 H ₂ O _(г) Ур. 3

C ₃ H _{8 (г)} + 2 O _{2 (г)} à 3 C _(т) + 4 H ₂ O _(г) Ур.4

Переход от пламени синего цвета к пламени желтого цвета указывает на то, что происходит некоторое неполное сгорание. Желтый цвет возникает из-за того, что сажа излучает желтый свет (от накаливания) при нагревании до высоких температур внутри пламени.

Интересно, что трубку Рубена можно использовать для измерения молярной массы пропана. Вот как это работает: скорость звука в газе v можно рассчитать как: ^3,4

Ур.5

Где R = 8,314 Дж моль ^-1 K ^-1 , T – температура Кельвина, г, – коэффициент теплоемкости газа (C _v / C _p ), а M – молярная масса (ед. кг, моль, ^-1 ). Для пропана г = 1,29 при 300 К. ⁵ Преобразование уравнения 5 дает:

Ур. 6

Скорость волны – это просто произведение ее частоты, f , и длины волны, l :

v = f l Ур.7

На видео выше (Видео 1) вы можете видеть, что были выполнены четыре измерения частоты и соответствующей длины волны (Таблица 1). Эти измерения позволили определить как скорость звука в пропане (уравнение 7), так и молярную массу пропана (уравнение 6).

Таблица 1: Скорость звука в пропане и молярная масса пропана, рассчитанная на основе измерений в Видео 1. При расчете молярной массы использовались T = 300 K и г = 1,29.

Пробная	Длина волны / м	Частота / с -1	Скорость / м с -1	Молярная масса / г моль -1
1	0.60	430	258	48
2	1.04	252	262	47
3	0,82	324	266	45
4	0,70	374	262	47

Средняя молярная масса 47 г моль ^-1 , вычисленная в этих испытаниях, довольно хорошо совпадает с известной молярной массой пропана (44 г моль ^-1 ).Разница между измеренным значением и известным значением может быть связана с тем, что пропан не является чистым. ⁶ Также может быть, что газ в трубке Рубена был ниже 300 К. Например, г = 1,27 при 295 К. ⁵ Использование этих значений для г и T в уравнении 7 и измерениях полученное в опытах, в среднем получается 45 г моль ^-1 для пропана.

Вывод:

«Труба Рубена» – это увлекательный эксперимент, который проводится на многих уроках физики, но он также предоставляет возможности для изучения химических тем.Одна вещь, которую мы пробовали (с переменным успехом), – это построить трубку Рубена из меди в надежде вызвать зеленое пламя. Я был бы очень рад услышать, есть ли у кого-нибудь предложения о том, как заставить работать полностью функциональную трубку Рубена с зеленым пламенем!

Благодарности:

ОГРОМНОЕ спасибо Джошуа Фредерику и Джону Бушу, которые построили для меня трубку Рубена в рамках своего небольшого исследовательского проекта в моем классе общей химии II. ⁷

Каталожные номера:

1. Джи, К. Л. Труба Рубена Proc. Mtgs. Акуст. 2009 г., 8 , 025003. https://asa.scitation.org/doi/pdf/10.1121/1.3636076

2. Томми Технеций, эксперименты с пламенем (трубка Рубена)

3. Varberg, T. D .; Pearlman, B.W .; Wyse, I.A .; Gleason, S.P .; Kellett, D.H.P .; Моффетт, К. Л. Определение соотношений скорости звука и теплоемкости газов с помощью акустической интерферометрии, J.Chem. Educ. 2017, 94 (12), 1995-1998. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jchemed.7b00526

4. Molek, K. S .; Reyes, K. A .; Burnette, B.A .; Стеферсон, Дж. Р. Измерение скорости звука в газах с использованием нитроцеллюлозы, J. Chem. Educ. 2015, 92 (4), 762-766. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ed400653t

5. Траслер, Дж. П. М. Уравнение состояния газообразного пропана, определяемое по скорости звука, International Journal of Thermophysics , 1997, 18 (3), 635-654.

6. Паспорт безопасности пропана Blue Rhino https://www.ferrellgas.com/media/66083/sds_propane_12_18.pdf

7. https://www.chemedx.org/blog/small-research-projects-chemistry-classroom

Как сделать трубку Рубена: 11 шагов (с изображениями)

Пожалуйста, оцените это руководство и следуйте за мной, чтобы получить более интересные пошаговые инструкции.

Сделано Манишем Кумаром, Муртаза Тунио и Минаам Аббас

Трубка Рубена – это физический эксперимент, демонстрирующий стоячую волну.Он демонстрирует связь между звуковым давлением и звуковыми волнами.

Отрезок трубы перфорирован по верху и герметизирован с обоих концов – одно уплотнение прикреплено к небольшому динамику или генератору частоты, а другое – к источнику горючего газа (баллон с пропаном). Труба наполняется газом, и газ, вытекающий из перфорационных отверстий, зажигается. Если используется подходящая постоянная частота, внутри трубки может образоваться стоячая волна. Когда динамик включен, стоячая волна будет создавать точки с колеблющимся (более высоким и низким) давлением и точки с постоянным давлением (узлы давления) вдоль трубки.Там, где есть колебательное давление из-за звуковых волн, меньше газа будет выходить из перфорационных отверстий в трубке, и пламя будет ниже в этих точках. В узлах давления пламя выше. В конце трубки скорость молекул газа равна нулю, а колебательное давление максимально, поэтому наблюдается слабое пламя. Длину волны можно определить по минимумам и максимумам пламени, просто измерив их линейкой.

Поскольку среднее по времени давление одинаково во всех точках трубы, непросто объяснить различную высоту пламени.Высота пламени пропорциональна потоку газа, как показано на рисунке. Согласно принципу Бернулли, поток газа пропорционален квадратному корню из разности давлений между внутренней и внешней частью трубы. Это показано на рисунке для трубки без стоячей звуковой волны. Исходя из этого аргумента, высота пламени нелинейно зависит от местного, зависящего от времени давления. Среднее время потока уменьшается в точках с колеблющимся давлением, и, таким образом, пламя меньше.

Труба Рубенса: Звуковые волны в огне! : 14 шагов (с изображениями)

Предполагая, что вы уже ознакомились с указаниями по технике безопасности, первый шаг в использовании трубки Рубенса – это «заправить» трубку.

Первый – Присоедините источник топлива. Опять же, убедитесь, что между пропановым баллоном и самой трубкой есть безопасная длина шланга.

Второй – Нам нужно создать некоторое положительное давление внутри трубки Рубенса. Поскольку поток пропана довольно медленный, а внутри трубки большой объем, нам необходимо временно закрыть ее. Для этого используйте полоску малярного скотча, чтобы закрыть все отверстия в верхней части воздуховода. Затем включите газ.
Подождите около двух минут, к этому времени в трубке должно быть достаточно пропана, чтобы создать приличный перепад давления.В зависимости от размера вашей трубки и давления вашего источника топлива может потребоваться подождать большее или меньшее время.

Третий – Снимите ленту, закрывающую отверстия. Затем, используя длинную спичку или зажигалку для камина, попробуйте зажечь газ через одно из отверстий. Предполагая, что давления достаточно, каждое отверстие должно загореться в трубе. Однако может потребоваться зажечь трубку в нескольких местах.
Если пламя очень маленькое, это может указывать на отсутствие давления внутри трубки, поэтому в следующий раз вам нужно подождать немного дольше, прежде чем снимать ленту.

Трубка готова к прайм-тайму, когда каждое пламя достигает примерно дюйма в высоту.

Четвертый – Поместите источник звука рядом с диафрагмой. У вас должно получиться разжечь пламя легким постукиванием по диафрагме или даже щелчком рядом с ней. Однако для самых веселых и научных занятий вам захочется использовать динамик. См. Шаг 5 для получения информации об источнике звука. См. Указания по технике безопасности для его выключения.

Вы должны буквально видеть длины волн различных источников звука.Вернитесь назад и еще раз взгляните на шаги 2 и 3, чтобы лучше понять, что именно происходит. Каким бы увлекательным ни был танец с огнем, за этим стоит много науки.

Примечания
1 – Я полагаю, что можно было бы завершить этот проект не более чем за полдня, если бы все материалы были под рукой. Я, очевидно, работал методом проб и ошибок, поэтому мне потребовалось дополнительное время.

2 – Мое среднее время работы варьируется от 5 до 10 минут. Я бы предположил, что трубку можно эксплуатировать и дольше, однако я бы ошибся из соображений безопасности и ограничил бы время.

3 – Следите за диафрагмой. Вполне возможно, что со временем на диафрагме могут появиться признаки износа. Хотя для меня это еще не было проблемой, я мог предвидеть, что однажды потребуется техническое обслуживание диафрагмы.

И, наконец, – Будьте осторожны, учитесь и получайте удовольствие.

Как трубка Рубенса превращает музыку в огонь

Труба Рубенса – это горящая газовая струя, прикрепленная через трубку к стереодинамику. Когда динамик включается, изменения давления вдоль трубки заставляют пламя подниматься или затухать волнами во время воспроизведения музыки.Возможно, вы видели такую ​​версию, если бывали на концертах групп, которых не волнует человеческая жизнь. Вот как это работает.

Труба Рубенса названа в честь изобретения Генриха Рубенса, рок-н-ролльного немца, который в начале прошлого века построил что-то похожее на современную трубу. Трубка перфорирована рядом равномерно расположенных отверстий одинакового размера наверху и покрыта гибкой мембраной с обоих концов. В трубку закачивают газ, а на обоих концах ставят динамики.Когда газ зажжен (вдоль отверстий вверху), должен образоваться ровный ряд маленьких струй пламени. Их высота зависит от размера отверстий и давления газа внутри трубки. Когда динамики начнут издавать звук, пламя должно превратиться в стоячие волны.

Это одна из менее музыкальных демонстраций лампы, которая позволяет очень хорошо видеть волны. Тем не менее, я бы порекомендовал выключить динамик вашего компьютера.

Эти волны ведут себя странно.Когда звук тихий, части волны, в которых давление изменяется больше всего, пучности, имеют струи пламени, которые короче, чем струи в узлах, в точках, где давление не меняется. Когда становится громче, пучности поднимаются выше, чем неизменяющиеся узлы. Что происходит?

Существуют уравнения, отражающие поток газа через отверстия вверху. Они говорят, что поток пропорционален квадратному корню из разницы давлений между газом внутри отверстия и воздухом снаружи.Когда наддув от газа низкий, квадратный корень из этой разницы, что давление изменяется в пучностях особым образом. Всплеск скорости, который газ в пучностях получает от моментов высокого давления, меньше, чем внезапная потеря скорости, которую он получает, когда давление падает. В среднем это меньше, чем постоянное давление в узлах. Таким образом, по сравнению с неизменяющимися частями трубы, струи огня в пучностях малы.

G / O Media может получить комиссию

В конце концов, когда звук усиливается, давление в пучностях становится настолько высоким, что весь газ выталкивается из трубки, что приводит к сильному всплеску пламени.Газ не может быть снова всосан при следующем падении давления, потому что он уже хорошо очищен от вакуума к тому моменту, когда возникает недостаток давления. Таким образом, какое-то время трубка просто всасывает кислород и любой неизрасходованный газ, пока не появится следующая волна газа под высоким давлением, и струя огня станет высокой. В конце концов, однако, количество вытесненного топлива не может быть пополнено следующей вспышкой газа изнутри трубок, и пучности пучков разбрызгиваются наружу. Трубка Рубенса – это не просто хорошая демонстрация стоячей волны, но и того, как разные физические условия могут давать очень разные результаты с помощью всего лишь одной переменной.