Лабораторная горелка Мекера
устройство и характеристики

• Главная
• Статья
• Об авторе

Что такое горелка Мекера

Прежде всего установим, что такое горелка Мекера. Предлагается следующие определение:

Горелка Мекера это устройство имеющее инжектор, установленный в металлической трубке с отверстиями для подачи воздуха, которая с одной стороны имеет ввод для подачи газа, а с другой стороны насаду с перфорацией.

Справка: МЕКЕР ДЖОРЖ (Maker Georges) (ум. 1914), французский химик. В 1905 г. опубликовал статью с описанием горелки, получившей впоследствии название «Горелка Мекера».

Устройство горелки Мекера

На рис.1 показано внутреннее устройство горелки Мекера

Рис.1 Устройство горелки Мекера

1 - подставка (основание)
2 - штуцер подачи газа
3 - инжектор
4 - сопло инжектора
5 - отверстия для воздуха
6 - трубка металлическая (головная часть)
7 - насадка решетчатая
8 - вид насадки сверху

Горелка имеет подставку (1). Через штуцер (2) газ поступает в инжектор (3). Выходя из сопла (4) инжектора газ создает разряжение в горелке над соплом и через отверстия (5) атмосферный воздух засасывается в горелку. Образовавшаяся газовоздушная смесь поступает в головную часть (6) трубки горелки. Далее газовоздушная сеть проходит через насадку с каналами (7) и выходя из отверстий (8) этой насадки при поджигании образует пламя состоящее из множества отдельных факелов, равных по числу количеству отверстий в насадке.

Насадка может быть выполнена из металла или фарфора. Длина внутренних каналов в насадке может достигать 8 мм.

На рис.2 изображена современная конструкция горелки Мекера мод.59 (60),поставляемой на отечественный рынок компанией ООО «ФИРМА БСТ-3» (Москва).

Увеличить

Рис.2 Горелка Мекера 59 (60)

Об отсутствии проскока пламени

Для каждого газа существует критическая величина отверстий, через которое пламя данного газа не распространяется. Для натурального газа (метана) эта величина равна Ø2,9 мм, для пропана Ø2,2 мм.

В горелке Мекера выходные отверстия каналов насадки выполняются обычно такими, чтобы не превысить вышеуказанные критические значения и если это соблюдается, то проскока пламени в горелку не будет.

Обычно размеры выходных отверстий выполняют равными не более Ø2 мм, что исключает проскок пламени в горелку как для метана, так и для пропана.

Необходимо отметить, что предотвращение проскока пламени в горелку в основном зависит от выходных размеров каналов насадки и гораздо меньше от их длины. Вот почему нашли широкое применение в горелке Мекера перфорированные насадки из тонкого металлического листа. Возможно и использование металлической сетки. Однако вследствие малой механической прочности использование сеток не получило широкого распространения в современных конструкциях этой горелки.

Рис.3 Керамическая вставка горелки Мекера

В последних моделях вместо перфорированной металлической насадки устанавливается огнеупорная керамическая насадка, вид которой показан на рис.3.

Применение керамики обусловлено тем, что она имеет более лучшее теплофизические свойства в сравнении с металлом. Так теплопроводность керамики на два порядка меньше, чем у металла. В результате при длительной работе тепло от вставки не передается на корпус горелки.

Таким образом применение перфорированных насадок приводит к полному отсутствию проскока пламени в горелку Мекера, что является одним из важнейших достоинств.

Однако на этом ее достоинства не заканчиваются и поэтому мы пойдем дальше и подробно рассмотрим другие преимущества этой уникальной горелки.

Подробно о преимуществах горелки Мекера

Для того чтобы понять в чем преимущества горелки Мекера перед горелкой Бунзена или Теклю примем во внимание, что максимальная температура пламени в этих горелках имеет место только в малой по площади верхней зоне на узком конце пламени. Для того чтобы увеличить площадь пламени с максимальной температурой понятно, что необходимо увеличить размеры факела. Но встает вопрос, как это сделать. Размер факела зависит от выходного отверстия горелки. Если нам надо увеличить площадь пламени в 10 раз то и внутренний размер трубки горелки надо увеличить в 10 раз. А если в 50 раз. Понятно, что таким способом увеличить площадь пламени с высокой температурой нереально.

Другой способ увеличить площадь пламени это группировать несколько горелок Бунзена (например, 4 штуки) в единый блок. При этом располагают трубки горелок как можно ближе друг к другу. Такие конструкции имеются на рынке. Однако, такая конструкция выглядит громоздкой и стоимость такого блока горелок пропорциональна количеству горелок, объединенных в такой блок.

Изящно решена эта задача в горелке Мекера. В этой горелке создаются несколько десятков небольших по размеру факелов. Так как максимальная температура в головной части факела не зависит от его размера, то образуется большая по площади зона максимальной температуры, состоящая из множества небольших отдельных факелов.

Этим и объясняется, почему в горелке Мекера нагрев изделий производят практически рядом с выходным отверстием горелки. Все дело в том что отдельные факелы имеют размеры небольшие по высоте, но в совокупности образуют большую площадь интенсивного нагрева.

По существу в горелке Мекера горят столько отдельных горелок сколько каналов имеется насадке.

На рис.4 показано пламя горелки Мекера.

Рис.4 Пламя горелки Мекера

Если сравнить пламя горелок Бунзена и Мекера, то горелка Бунзена образует большой синий конус. В горелке Мекера такого конуса нет, а имеется большее количество отдельных небольших факелов ярко синего цвета, при этом каждый факел соответствует одной из множества ячеек насадки горелки. Каждый отдельный факел имеет высоту около 2-5 мм. в зависимости от диаметра каналов в насадке.

Так как отдельные факелы горелки Мекера имеют небольшие размеры, то проводить какую-либо регулировку этих отдельных языков пламени практически невозможно. Поэтому в горелке Мекера отсутствуют как устройства регулировки подачи воздуха, так и вентиль плавной регулировки подачи газа. Правда у некоторых горелок Мекера, предлагаемом на отечественном рынке, имеются установленные на горелке вентили подачи газа, но эти вентили скорее предназначены для перекрытия потока газа в горелку, а не для проведения каких-либо регулировочных операций.

И последнее по этой теме. Горелка Мекера является много факельной горелкой, а в много факельных горелках, как известно, стабильность горения повышается за счет взаимного влияния пламени от отдельных факелов. Под стабильностью горения понимается и наличие условий, предотвращающих отрыв пламени.

Таким образом в горелке Мекера исключается и проскок пламени и предотвращается его отрыв. А это очень важно для практики.

О температуре пламени в горелке Мекера

Теперь о том почему пламя горелки Мекера имеет более высокую температуру, чем пламя горелки Бунзена.

В горелке Бунзена имеется одиночное пламя большего размера, через боковые поверхности которого отводится до 40% тепла, выделяемого при сгорании газа. Тепло отводится в окружающую атмосферу.

В пламени горелки Мекера через боковую поверхность каждого отдельного факела нет такой значительной потери тепла, так как, во первых, площадь каждого факела значительно меньше и, во вторых, к поверхности каждого факела поступает тепло от соседних факелов, расположенных в непосредственной близости. Это позволяет уменьшить тепловые потери при горении в горелке Мекера примерно на 25% в сравнении с пламенем горелки Бунзена.

Кроме того, после начала работы горелки, насадка нагревается и газовоздушная смесь, проходя по каналам насадки, увеличивает свою температуру. По существу осуществляется подогрев газовой смеси, что ведет к повышению энтальпии горящего газа, а с ней и повышение температуры горения газа, и как следствие повышение скорости горения.

Практически это означает, что с увеличением температуры газовоздушной среды скорость химической реакции горения возрастает и количество выделяемого тепла, образующегося в единицу времени, также увеличивается. При этом понятно, что чем длиннее канал в насадке, тем больше тепла передастся газовоздушной среде.

В результате (меньшие потери тепла и увеличение скорости горения) температура пламени в горелке Мекера выше, чем в горелке Бунзена.

Конечно общее количество тепла, которое выделяется от сгорания газа, что в горелке Бунзена, что в горелке Мекера не зависит от конструкции горелки, а определяется только расходом газа в единицу времени и теплотой его сгорания, но эффективность использования получаемого тепла от сгорания газа в горелке Мекера выше.

Или говоря техническим языком кпд горелки Мекера выше, чем у горелки Бунзена.

А какая же фактическая температура в пламени горелки Мекера. Картинки распределения температуры, которые приводятся в публикациях , весьма условны. Практически всегда приводятся данные об адиабатической температуре пламени т.е. при отсутствии потерь тепловой энергии в окружающую среду или внешние объекты. Такая температура аналитически вычисляется на основе термодинамических законов.

Что касается практических методов измерения температуры а именно измерение термопарой, то полученные данные не могут быть точными, так как введение в пламя термопары может привести к нарушению структуры пламени. Кроме того термопара выдает температуру на 100-200 град. Цельсия меньше. Это происходит от того, что при измерении термопарами неизбежны погрешности за счет теплоотвода в холодные концы термопар, потерь тепла, идущего на разогрев самой термопары и др. тепловые потери.

В конце концов пользователя горелки интересует не температура в различных частях пламени, а какую температуру он может получить при использовании горелки для конкретных технологических операций. Так прямые измерения термопарой максимальной температуры пламени горелки Мекера 1180 град. Цельсия. Прибавьте 100-200 град. (см. выше) и вы получите реальную температуру пламени.

Практические рекомендации

На основании изложенного ясно, что наиболее предпочтительной горелкой в лабораториях и испытательных и технических центрах является горелка Мекера. Эта горелка, как указано выше, по своим техническим характеристикам превосходит и горелку Бунзена и горелку Теклю. Но тут можно задаться вопросом, а почему же эти горелки пока широко не используются в лабораторной практике. Ответ прост. Слишком мало моделей этих горелок в продаже. В последние несколько лет правда на отечественном рынке начали появляться горелки Мекера и поэтому надо знать на что следует обращать внимание при их приобретении.

Ниже сформулированы некоторые практические рекомендации, которыми следует руководствоваться при приобретении горелок Мекера.

1. Обращайте внимание на толщину вставки. Чем толще, тем лучше.
2. Размеры отверстий вставки не должны превышать 2 мм в диаметре.
3. Предпочтительным материалом для вставки является керамика.
4. Наличие в горелке вентилей для регулировки расхода газа и устройств регулировки подачи воздуха не является обязательным.
5. И конечно, горелка обязательно должна иметь технический паспорт.