BR112019026849A2

BR112019026849A2 - conjunto de defletor, e, conjunto de queimador.

Info

Publication number: BR112019026849A2
Application number: BR112019026849-9A
Authority: BR
Inventors: Steve Mathis; Chris E. Vandegrift; Guoguang Su
Original assignee: Selas Heat Technology Company Llc
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2020-06-30
Also published as: JP6834059B2; KR20230011488A; US11530711B2; CA3066935A1; US20180363686A1; KR20200013732A; WO2018236868A1; JP2020524257A; MX2019014634A; CA3066935C; CN115479275A; EP3642537A4; CN111033123A; EP3642537A1; KR20240006082A; US20200340506A1; JP2021067455A; US10746207B2; CN111033123B

Abstract

Um conjunto de defletor e queimador incluindo o conjunto de defletor. O conjunto de defletor inclui um colar que tem um eixo central e uma superfície circunferencial interna. Uma pluralidade de palhetas é presa à superfície circunferencial interna do colar. Cada palheta inclui uma perna que se estende a partir do colar em um primeiro ângulo em relação ao eixo central. O primeiro ângulo da perna é configurado para conferir rotação a um fluxo de fluido através do conjunto de defletor. Uma placa de impacto estende-se a partir da perna em um segundo ângulo em relação ao eixo central. O segundo ângulo é maior do que o primeiro ângulo.

Description

1 / 11 CONJUNTO DE DEFLETOR, E, CONJUNTO DE QUEIMADOR Referência cruzada a pedidos relacionados

[001] Este pedido reivindica o benefício do pedido de patente provisório norte-americano nº 62/521.861, depositado em 19 de junho de 2017 e intitulado “DEFLETOR DE QUEIMADOR PARA MELHORAR A UNIFORMIDADE DA CHAMA”, cuja descrição é incorporado ao presente documento a título de referência em sua totalidade. Campo da invenção

[002] A presente descrição refere-se no geral a um conjunto de defletor e, mais especificamente, a um conjunto de defletor para modificar os efeitos sobre o fluxo de fluido enquanto transiciona entre diferentes cavidades, que pode ser utilizado em uma variedade de indústrias incluindo queimadores a gás. Fundamentos

[003] Uma variedade de ferramentas, sistemas e conjuntos requer o fornecimento de misturas fluidas ou gasosas. Por exemplo, queimadores a gás são utilizados para gerar uma chama para aquecer um produto que usa um combustível gasoso tal como acetileno, gás natural e/ou propano, entre outras fontes de combustível. por exemplo, misturas de ar-gás podem ser utilizadas como combustível para queimadores alimentados com gás. Em queimadores a gás e outras aplicações, o fluido pode transicionar entre diferentes cavidades, por exemplo, entre condutos ou tubos de diferentes tamanhos, entre um tanque ou área de armazenamento e um conduto ou tubo, através de uma restrição ou abertura de admissão, etc. De acordo com os princípios de dinâmica de fluidos, sabe-se no geral que a transição entre diferentes cavidades, por exemplo, cavidades de tamanhos diferentes, pode afetar a pressão, velocidade e outras características do fluxo de fluido, que são referidos no presente documento como efeitos de entrada ou efeitos transicionais. Adicionalmente, o flux pode experimentar efeitos de entrada ao

2 / 11 longo de um “comprimento de entrada” próximo à transição, com o fluxo estabilizando a uma distância distal da transição. Em referência de novo aos queimadores a gás (particularmente queimadores tipo fita que são arranjados para produzir uma chama ao longo de um comprimento do queimador), os efeitos de entrada introduzidos pela transição da entrada de admissão de combustível para a cavidade de queimador podem criar um problema no qual as propriedades da chama produzida próxima à abertura de admissão de combustível diferem-se das propriedades da chama a distâncias mais longes da abertura de admissão de combustível.

[004] Por conseguinte, há uma necessidade na técnica de um conjunto para modificar os efeitos de entrada e/ou transicionais de fluxos de fluido em uma distância reduzida, tal como para melhorar a operação de queimadores a gás e outros sistemas. Sumário da invenção

[005] A presente descrição é dirigida a um conjunto de defletor para modificar os efeitos de entrada e/ou transicionais de fluxos de fluido, tal como para melhorar a operação de queimadores a gás e outros sistemas.

[006] Uma vantagem de uma modalidade do conjunto de defletor descrito no presente documento é que ele tem um comprimento compacto e é facilmente substituível. Outra vantagem é que ele é facilmente montado. Uma vantagem adicional é que ele melhora a uniformidade da chama quando usado com um queimador, tal como um queimador tipo fita.

[007] No geral, em um aspecto, é provido um conjunto de defletor. O conjunto de defletor inclui um colar que tem um eixo central e uma superfície circunferencial interna; e uma pluralidade de palhetas presas à superfície circunferencial interna do colar, cada palheta compreendendo: uma perna que se estende a partir do colar em um primeiro ângulo em relação ao eixo central, o primeiro ângulo da perna configurado para conferir rotação a um fluxo de fluido através do conjunto de defletor; e uma placa de impacto

3 / 11 que se estende a partir da perna em um segundo ângulo em relação ao eixo central, em que o segundo ângulo é maior do que o primeiro ângulo.

[008] Em uma modalidade, o segundo ângulo é definido como o primeiro ângulo subtraído de um terceiro ângulo medido entre a perna e a placa de impacto. Em uma modalidade, o primeiro ângulo é entre 5º e 30º. Em uma modalidade, o segundo ângulo é entre 60º e 120º. Em uma modalidade, as placas de impacto têm uma largura e um comprimento suficientes para bloquear 80% de uma área de fluxo através do colar.

[009] Em uma modalidade, um comprimento da perna é aproximadamente igual a um diâmetro do colar. Em uma modalidade, um primeiro comprimento de cada placa de impacto é igual a entre cerca de 25% e 50% de um segundo comprimento da perna. Em uma modalidade, o conjunto de defletor inclui quatro das palhetas igualmente espaçadas em torno da superfície interna do colar. Em uma modalidade, o colar tem um formato circular em seção transversal.

[0010] No geral, em um aspecto, um conjunto de queimador inclui uma abertura de admissão e o conjunto de defletor da reivindicação 1 instalado dentro da, na ou próximo à abertura de admissão. Em uma modalidade, o conjunto de queimador é um queimador tipo fita. Em uma modalidade, a abertura de admissão inclui uma primeira abertura de admissão e uma segunda abertura de admissão posicionadas em lados opostos de um corpo de queimador.

[0011] Deve-se reconhecer que todas as combinações dos conceitos precedentes e conceitos adicionais discutidos em mais detalhes abaixo (desde que tais conceitos não sejam mutuamente inconsistentes) são contempladas como sendo parte da matéria inventiva descrita no presente documento. Em particular, todas as combinações da matéria reivindicada aparecendo no final desta descrição são contempladas como sendo parte da matéria inventiva descrita no presente documento.

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[0012] Esses e outros aspectos da invenção ficarão evidentes a partir das modalidades descritas abaixo. Breve descrição dos desenhos

[0013] O precedente ficará evidente a partir da descrição mais particular a seguir das modalidades exemplificativas da presente descrição, como ilustrado nos desenhos anexos nos quais caracteres de referência iguais referem-se às mesmas partes em todas as diferentes vistas. Os desenhos não estão necessariamente em escala, sendo colocada ênfase, em vez disso, nas modalidades ilustrativas da presente descrição.

[0014] A figura 1 é uma vista em perspectiva de um conjunto de defletor, de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente descrição.

[0015] A figura 2A é uma vista frontal do conjunto do conjunto de defletor da figura 1, de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente descrição.

[0016] A figura 2B é uma vista lateral do conjunto do conjunto de defletor da figura 1, de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente descrição.

[0017] A figura 3 é uma vista lateral esquemática do conjunto de defletor da figura 1 instalado em cada extremidade de um queimador tipo fita, de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente descrição. Descrição detalhada das modalidades

[0018] Segue-se uma descrição das modalidades exemplificativas da invenção.

[0019] Uma vista em perspectiva de um conjunto de defletor é mostrada na figura 1, de acordo com uma modalidade. As figuras 2A e 2B são respectivas vistas frontal e lateral do conjunto do conjunto de defletor da figura 1. O que se segue deve ser visto com base nas figuras 1-2B.

[0020] O conjunto de defletor 100 no geral inclui um cubo ou colar

5 / 11 102 que tem uma pluralidade de palhetas 104 presas ao mesmo. Como discutido em mais detalhes abaixo, as palhetas 104 do conjunto de defletor 100 são arranjadas para reduzir os efeitos de entrada e/e/ou os efeitos transicionais sobre o fluxo de fluido conforme o fluxo de um fluido transiciona entre cavidades de diferentes tamanhos, formatos, estruturas e/ou fluxos orientados. Por exemplo, o conjunto de defletor 100 pode ser posicionado na, dentro da ou próximo à transição de um tubo ou cavidade com uma área de fluxo em seção transversal relativamente maior para um tubo ou cavidade com uma área de fluxo em seção transversal relativamente menor. Nomeadamente, o conjunto de defletor 100 pode ser usado para criar uma distribuição em seção transversal mais nivelada do fluxo de fluido. Adicionalmente, o conjunto de defletor 100 pode ser útil para diminuir a velocidade do fluxo de fluido, correspondendo, desse modo, a um aumento relativo da pressão de fluido, o que pode ser vantajoso em inúmeras aplicações. De acordo com as modalidades descritas no presente documento, os técnicos no assunto reconhecerão transições entre outras cavidades de fluxo de fluido que possam resultar em efeitos de entrada e/ou transicionais indesejáveis que podem ser aliviados pelo conjunto de defletor 100.

[0021] O colar 102 pode ser ou compreender um curto niple de tubo, por exemplo, que tem roscas 105 (mostradas esquematicamente somente com linhas tracejadas para indicar as dimensões de rosca aproximadas) para engate rosqueado em, com, ou entre um ou mais tubos, condutos, buchas, cavidades, etc. Dessa forma, como discutido no presente documento, o conjunto de defletor 100 pode ser posicionado na ou próximo à interface ou transição entre duas diferentes cavidades de fluxo de fluido. Por exemplo, como mostrada na figura 2B, as roscas 105 podem ser de acordo com qualquer especificação ou norma desejada, tal como as normas de National Pipe Thread Taper (NPT) (rosca de tubo cônica nacional).

[0022] Na modalidade ilustrada, o colar 102 é mostrado com um

6 / 11 formato em seção transversal substancialmente circular, embora se deva reconhecer que outros formatos podem ser utilizados dependendo do sistema particular no qual o conjunto de defletor 100 for instalado. Por exemplo, se um encaixe por pressão, adesivos, prendedores, ou algum outro meio ou mecanismo de fixação for utilizado em vez das roscas 105, então outros formatos tais como retangular, triangular, poligonal, etc., podem ser usados.

[0023] Na modalidade ilustrada, cada palheta 104 inclui uma placa de impacto 106 e uma perna 108. Como ilustrado, o conjunto de defletor 100 inclui quatro das palhetas 104 igualmente espaçadas em torno de e presas em uma área 110 a uma superfície interna 112 do colar 102, embora inúmeras outras palhetas possam ser usadas. A conexão entre as palhetas 104 e o colar 102 na área 110 pode incluir ou ser definida por soldas, por exemplo, soldas a ponto, ou qualquer outra maneira. Por exemplo, um sulco ligeiramente menor do que uma espessura t das pernas 108 pode ser cortado na superfície interna 112 e as pernas 108 se encaixarem por pressão nos sulcos. Os técnicos no assunto reconhecerão outros meios de afixação, por exemplo, adesivos, clipes, prendedores, etc.

[0024] As pernas 108 estendem-se a partir do colar 102 em um ângulo α em relação a um eixo central A, enquanto a placa de impacto 106 é dobrada em um ângulo β em relação à perna 108. Por conseguinte, deve-se reconhecer que as placas de impacto 106 são arranjadas em relação ao eixo central A em um ângulo igual a (β – α). Pelo uso de múltiplas palhetas 104 espaçadas circunferencialmente, cada uma tendo uma das pernas 108 no ângulo α, as pernas 108 podem induzir ou promover espiralagem, rotação ou giro do fluxo de fluido conforme ele passa através do conjunto de defletor 100. Isto é, o fluxo de fluido que alcança o conjunto de defletor 100 (por exemplo, no geral fluindo paralelo ao eixo A através de um tubo ou outra cavidade) primeiro passa através do colar 102 e então encontra as pernas 108. Devido à orientação angulada das pernas 108, o fluxo de fluido é impelido para fora de

7 / 11 alinhamento com o eixo central A. Isto é, cada respectiva porção do fluido que flui através do conjunto de defletor 100 é direcionada ao ângulo α para longe do eixo central A.

[0025] Observa-se que cada uma das pernas 108 é arranjada para impelir o fluxo de fluido em uma direção diferente em relação ao eixo central A (embora cada direção seja pelo menos parcialmente radialmente para fora). Isso promove a espiralagem ou rotação supracitada do fluxo de fluido. Em uma modalidade, o ângulo α é entre cerca de 5º e 30º ou mais, particularmente entre cerca de 10º e 20º. Vantajosamente, essas faixas de ângulos promovem rotação ou espiralagem no fluxo enquanto se mantêm alinhados de modo substancialmente axial ao eixo central A.

[0026] Conforme o fluxo de fluido continua, ele em seguida encontra as placas de impacto 106, que são substancialmente perpendiculares e/ou transversais ao eixo central A. Por exemplo, o ângulo β pode ser aproximadamente igual a 90º, e/ou o valor de β – α (isto é, o ângulo das placas de impacto 106 em relação ao eixo central A) pode ser aproximadamente igual a 90º, por exemplo, entre cerca de 120º e 60º. Dessa forma, o fluxo de fluido que encontra as placas de impacto 106 é muito mais fortemente impelido em uma direção substancialmente radial (isto é, perpendicular ao eixo central A). Adicionalmente, visto que as placas de impacto 106 são substancialmente perpendiculares e/ou transversais ao eixo central A, a velocidade do fluxo que encontra as placas de impacto 106 é significativamente reduzida, conforme o fluxo é redirecionado da direção axial para a direção radial.

[0027] Vantajosamente em muitas aplicações, uma redução da velocidade é acompanhada por um aumento da pressão e um menor comprimento de entrada (comprimento de entrada esse ao longo do qual o fluxo é submetido a efeitos de entrada ou transicionais antes de se estabilizar). Junto com a espiralagem ou rotação conferidas pelas pernas 108 discutidas

8 / 11 acima, a uniformidade na distribuição do fluxo (por exemplo, mistura do fluxo) é mantida enquanto a velocidade é diminuída, a pressão é aumentada, e/ou o comprimento de entrada é diminuído.

[0028] As palhetas 104 podem ser formadas de qualquer material adequado, por exemplo, aço doce ou plástico resiliente. As dimensões das palhetas 104 podem ser ajustadas para facilitar o descrito acima ou outras funcionalidades. Por exemplo, as pernas 108 podem ter um comprimento L1 que é adequado para conferir uma quantidade suficiente de espiralagem ao fluxo de fluido. O comprimento L1 pode ser influenciado pelo tamanho do colar 102, pela mudança nas dimensões ou estrutura das cavidades de fluxo em lados opostos do conjunto de defletor 100, pela viscosidade, velocidade, pressão, ou outras propriedades do fluxo de fluido, etc. Em uma modalidade, o compartimento L1 das pernas 108 é aproximadamente igual ao diâmetro do colar 102, por exemplo, 5,08 cm (2 pol.) em uma modalidade.

[0029] As placas de impacto 106 têm, da mesma forma, um comprimento L2, que pode ser ajustado para facilitar a redireção do fluxo a partir de uma direção substancialmente axial (isto é, paralela ao eixo A) para uma direção perpendicular (isto é, perpendicular ao eixo A). Em uma modalidade, o comprimento L2 é aproximadamente 25-50% do comprimento L1 e/ou do diâmetro do colar 102. Por exemplo, em uma modalidade, o comprimento L2 pode ser 1,90 cm (0,75 pol.) e o comprimento L1 e/ou o diâmetro do colar 102 pode ser 5,08 cm (2 pol.).

[0030] Adicionalmente, as placas de impacto 106 podem ter uma largura W para auxiliar na funcionalidade supracitada. A largura W pode ser ajustada de modo que auxilie no bloqueio ou impedimento adequados do fluxo de fluido a um nível desejado. Por exemplo, valores menores da largura W podem ser usados para impedir o fluxo de fluido a um grau mais baixo, diminuindo, desse modo, a velocidade e/ou aumentando a pressão a um grau mais baixo do que se um valor maior fosse usado para a largura W. Em uma

9 / 11 modalidade, o comprimento L2 e a largura W são ajustados para bloquear pelo menos a maioria da área de fluxo através do colar 102. Por exemplo, como mostrada na figura 2A, as placas de impacto 106 bloqueiam substancialmente toda a área de fluxo através do colar 102 com a exceção de uma pequena porção próximo ao eixo central A e as pequenas porções entre cada grupo adjacente das placas de impacto 106. Em uma modalidade, as placas de impacto 106 são dimensionadas para bloquear pelo menos cerca de 75% da área de fluxo do colar 102.

[0031] A figura 3 ilustra um uso para o conjunto de defletor 100. Mais particularmente, a figura 3 mostra um queimador tipo fita 10 com o conjunto de defletor 100. O queimador tipo fita 10 pode tomar a forma de um queimador tipo fita ERB QuadCool comercialmente disponível junto à Selas Heat Technology Company. O queimador tipo fita 10 inclui um corpo de queimador 12, por exemplo, que define uma cavidade para receber fluxo de fluido (por exemplo, mistura de gás/ar ou outro combustível gasoso) em uma ou mais aberturas de admissão 14, por exemplo, que podem ser posicionadas em uma ou ambas as extremidades axiais opostas do corpo de queimador 12. Um pacote de fita 15 pode ser incluído para produzir uma chama substancialmente ao longo de todo o seu comprimento (por exemplo, uma “chama de folha”) pelo uso da mistura de combustível que é injetada no corpo de queimador 12 por meio da(s) abertura(s) de admissão 14.

[0032] O conjunto de defletor 100 pode ser preso em ou ao longo de um conduto de fornecimento de combustível, por exemplo, um tubo, entre a fonte de mistura de gás/ar e a abertura de admissão 14 e/ou o interior do corpo de queimador 12. Por exemplo, é ilustrada na figura 3 uma bucha 16 de uma linha de fornecimento de combustível, na qual qual o conjunto de defletor 100 pode ser inserido. Por exemplo, a bucha 16 pode incluir rosqueamento (por exemplo, rosqueamento fêmea) correspondente às roscas 105 e/ou ser de outro modo arranjada para receber o colar 102 do conjunto de defletor 100 na

10 / 11 mesma.

[0033] Como discutido acima, as cavidades de fluxo em lados opostos da abertura de admissão 14 (por exemplo, o interior do corpo de queimador 12 em relação à linha de fornecimento de combustível) podem ser dessemelhantes de modo que o fluxo de fluido seja submetido a efeitos de entrada e/ou transicionais conforme ele transiciona através da abertura de admissão 14. Por exemplo, a abertura de admissão 14 pode ser ou incluir uma área de fluxo relativamente restrita em relação à área de fluxo através da linha de fornecimento, por exemplo, a bucha 16. Dessa forma, com o conjunto de defletor 100 ausente, a velocidade do fluido tenderia a aumentar e a pressão a diminuir conforme o fluido entra no corpo de queimador 12. Como resultado da pressão diminuída e/ou de outros efeitos de entrada, a chama produzida pelo queimador tipo fita 10 próximo à abertura de admissão 14 pode ser menos desenvolvida do que a chama produzida pelo queimador 10 em locais distais à abertura de admissão, por exemplo, em direção ao centro do queimador 10. Vantajosamente, como discutido acima, posicionar o conjunto de defletor 100 na, próximo à ou dentro da abertura de admissão 14 pode reduzir o comprimento de entrada dos efeitos de entrada e/ou transicionais, diminuir a velocidade e/ou aumentar a pressão do fluido conforme ele entra no corpo de queimador, produzindo, desse modo, uma chama mais nivelada e uniforme do queimador 10 por todo o seu comprimento. Os técnicos no assunto reconhecerão que o queimador tipo fita 10 é apenas um exemplo e que o conjunto de defletor 100 pode ser usado em outras modalidades.

[0034] Embora várias modalidades inventivas tenham sido descritas e ilustradas no presente documento, os técnicos no assunto conceberão prontamente uma variedade de outros meios e/ou estruturas para realizar a função e/ou obter os resultados e/ou uma ou mais das vantagens descritas no presente documento, e cada uma de tais variações e/ou modificações é considerada como estando dentro do escopo das modalidades inventivas

11 / 11 descritas no presente documento.

De modo mais geral, os versados na técnica reconhecerão prontamente que se pretende que todos os parâmetros, dimensões, materiais e configurações descritos no presente documento sejam exemplificativos e que os parâmetros, dimensões, materiais e/ou configurações reais dependerão da aplicação ou aplicações específicas para as quais os ensinamentos inventivos são usados.

Os versados na técnica reconhecerão, ou serão capazes de verificar sem usar mais do que experimentação de rotina, muitos equivalentes das modalidades inventivas específicas descritas no presente documento.

Deve-se, portanto, entender que as modalidades precedentes são apresentadas somente a título de exemplo e que, dentro do escopo das reivindicações anexas e equivalentes das mesmas, as modalidades inventivas podem ser praticadas de outro modo que não como especificamente descrito e reivindicado.

As modalidades inventivas da presente descrição são dirigidas a cada recurso, sistema, artigo, material e/ou método descrito no presente documento.

Além disso, qualquer combinação de dois ou mais recursos, sistemas, artigos, materiais e/ou métodos, se tais recursos, sistemas, artigos, materiais e/ou métodos não forem mutuamente inconsistentes, está incluída dentro do escopo inventivo da presente descrição.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Conjunto de defletor, caracterizado pelo fato de que compreende: um colar que tem um eixo central e uma superfície circunferencial interna; e uma pluralidade de palhetas presas à superfície circunferencial interna do colar, cada palheta compreendendo: uma perna que se estende a partir do colar em um primeiro ângulo em relação ao eixo central, o primeiro ângulo da perna configurado para conferir rotação a um fluxo de fluido através do conjunto de defletor; e uma placa de impacto que se estende a partir da perna em um segundo ângulo em relação ao eixo central, em que o segundo ângulo é maior do que o primeiro ângulo.

2. Conjunto de defletor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo ângulo é definido como o primeiro ângulo subtraído de um terceiro ângulo medido entre a perna e a placa de impacto.

3. Conjunto de defletor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro ângulo é entre 5º e 30º.

4. Conjunto de defletor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo ângulo é entre 60º e 120º.

5. Conjunto de defletor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as placas de impacto têm uma largura e um comprimento suficientes para bloquear 80% de uma área de fluxo através do colar.

6. Conjunto de defletor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um comprimento da perna é aproximadamente igual a um diâmetro do colar.

7. Conjunto de defletor de acordo com a reivindicação 1,

caracterizado pelo fato de que um primeiro comprimento de cada placa de impacto é igual a entre cerca de 25% e 50% de um segundo comprimento da perna.

8. Conjunto de defletor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende quatro das palhetas igualmente espaçadas em torno da superfície interna do colar.

9. Conjunto de defletor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o colar tem um formato circular em seção transversal.

10. Conjunto de queimador, caracterizado pelo fato de que tem uma abertura de admissão e o conjunto de defletor como definido na reivindicação 1 instalado dentro da, na ou próximo à abertura de admissão.

11. Conjunto de queimador como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de queimador é um queimador tipo fita.

12. Conjunto de queimador como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura de admissão inclui uma primeira abertura de admissão e uma segunda abertura de admissão posicionadas em lados opostos de um corpo de queimador.