CN115479275A - 用于改变不同腔之间的过渡流动效应的挡板组件 - Google Patents

用于改变不同腔之间的过渡流动效应的挡板组件 Download PDF

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Abstract

一种挡板组件以及包括该挡板组件的燃烧器。挡板组件包括具有中心轴线和内圆周表面的套环。多个叶片固定到套环的内圆周表面。每个叶片包括相对于中心轴线以第一角度从套环延伸的腿部。该腿部的第一角度构造成对通过挡板组件的流体流赋予旋转。冲击板相对于中心轴线以第二角度从腿部延伸。第二角度大于第一角度。

Description

用于改变不同腔之间的过渡流动效应的挡板组件
本申请是中国发明专利申请(申请号：201880041336.9，申请日：2018年6月19日，发明名称：用于改变不同腔之间的过渡流动效应的挡板组件)的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年6月19日提交的题为“用于改善火焰均匀性的燃烧器挡板(BURNER BAFFLE FOR IMPROVING FLAME UNIFORMITY)”的美国临时专利申请序列号62/521861的权益，其全部公开内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开总体上涉及一种挡板组件，更具体地说，涉及一种在不同腔之间过渡时改变对流体流的效应的挡板组件，其可以用于包括气体燃烧器在内的各种行业。
背景技术
各种工具、系统和组件需要供应流体或气体混合物。例如，利用气体燃烧器产生火焰以使用除其他燃料源外的气态燃料比如乙炔、天然气和/或丙烷来加热产品。例如，空气-气体混合物可用作气体动力燃烧器的燃料。在气体燃烧器和其他应用中，流体可能会通过限制器或入口等在不同腔之间(例如在不同尺寸的导管或管道之间、在存储罐或区域与导管或管道之间)过渡。根据流体动力学原理，通常已知的是，不同腔例如不同尺寸的腔之间的过渡可以影响流体流的压力、速度和其他特性，在本文中将其称为进入效应或过渡效应。此外，流体流可能会沿着过渡附近的“进入长度”经历进入效应，其中流体流会稳定在远离过渡的某个距离处。再回到气体燃烧器(尤其是布置成沿着燃烧器的长度产生火焰的带式燃烧器)，由从燃料入口到燃烧器腔的过渡引入的进入效应会产生问题，其中所产生的靠近燃料入口的火焰的特性与远离燃料入口的火焰的特性不同。
因此，在本领域中需要一种用于以减小的距离改变流体流的进入和/或过渡效应的组件，比如用于改善气体燃烧器和其他系统的操作。
发明内容
本公开涉及一种用于改变流体流的进入和/或过渡效应的挡板组件，比如用于改善气体燃烧器和其他系统的操作。
本文所述的挡板组件的实施例的优点在于，其长度紧凑并且易于更换。另一个优点是它易于组装。又一个优点是，当与燃烧器比如带式燃烧器一起使用时，它改善了火焰均匀性。
通常，在一方面，提供了一种挡板组件。挡板组件包括具有中心轴线和内圆周表面的套环；和固定到套环的内圆周表面的多个叶片，每个叶片包括：腿部，其相对于中心轴线以第一角度从套环延伸，该腿部的第一角度构造成对通过挡板组件的流体流赋予旋转；以及冲击板，其相对于中心轴线以第二角度从腿部延伸，其中第二角度大于第一角度。
在一实施例中，第二角度被定义为从在腿部和冲击板之间测量的第三角度减去第一角度。在一实施例中，第一角度在5°至30°之间。在一实施例中，第二角度在60°至120°之间。在一实施例中，冲击板的宽度和长度足以阻挡通过套环的流动面积的至少80％。
在一实施例中，腿部的长度约等于套环的直径。在一实施例中，每个冲击板的第一长度等于腿部的第二长度的约25％至50％。在一实施例中，挡板组件包括围绕套环的内表面等距间隔开的四个叶片。在一实施例中，套环具有圆形横截面形状。
通常，在一方面，燃烧器组件包括入口和安装在该入口中、该入口处或其附近的根据权利要求1的挡板组件。在一实施例中，燃烧器组件是带式燃烧器。在一实施例中，入口包括位于燃烧器主体的相对侧的第一入口和第二入口。
应当理解，前述概念和下面更详细讨论的附加概念的所有组合(假设这样的概念不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开的结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。
通过以下描述的实施例，本发明的这些及其他方面将显而易见。
附图说明
通过以下对如在附图中示出的本公开的示例实施例的更具体描述，前述内容将显而易见，在整个不同的视图中，相似的附图标记指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在图示本公开的实施例上。
图1是根据本公开的示例实施例的挡板组件的透视图。
图2A是根据本公开的示例实施例的图1的挡板组件的组件的前视图。
图2B是根据本公开的示例实施例的图1的挡板组件的组件的侧视图。
图3是根据本公开的示例实施例的安装在带式燃烧器的每个端部上的图1的挡板组件的示意性侧视图。
具体实施方式
以下是本发明的示例实施例的描述。
根据实施例的挡板组件的透视图在图1中示出。图2A和2B分别是图1的挡板组件的组件的前视图和侧视图。应基于图1-2B来观察以下内容。
挡板组件100通常包括毂或套环102，其上固定有多个叶片104。如下面更详细地讨论，挡板组件100的叶片104布置成随着流体的流动在不同尺寸、形状、结构和/或定向的流动腔之间过渡时减小对流体流的进入效应和/或过渡效应。例如，挡板组件100可以定位在具有相对较大的横截面流动面积的管或腔到具有相对较小的横截面流动面积的管或腔的过渡处、之中或附近。即，挡板组件100可用于产生流体流的更均匀的横截面分布。另外，挡板组件100可用于减小流体流的速度，从而对应于流体压力的相对增加，这在许多应用中可能是有利的。根据本文公开的实施例，本领域普通技术人员将认识到其他流体流动腔之间的过渡，其可能导致可被挡板组件100减轻的不期望的进入和/或过渡效应。
套环102可以是或包括短管接头，例如具有用于在一个或多个管道、导管、衬套、腔等中或与之或之间的螺纹接合的螺纹105(仅示意性地用虚线示出以指示近似的螺纹尺寸)。这样，如本文所述，挡板组件100可定位在两个不同流体流动腔之间的界面或过渡处或附近。例如，如图2B所示，螺纹105可以根据任何期望的规范或标准，比如国家管道螺纹锥度(NPT)标准。
在所示的实施例中，示出的套环102具有基本圆形的横截面形状，但是应当理解，取决于安装挡板组件100的特定系统，还可以采用其他形状。例如，如果使用压配合、粘合剂、紧固件或某种其他紧固装置或机构代替螺纹105，则可以使用其他形状，比如矩形、三角形、多边形等。
在所示的实施例中，每个叶片104包括冲击板106和腿部108。如图所示，虽然挡板组件100包括四个围绕套环102的内表面112等距间隔开并固定在区域110上的叶片104，但是还可以使用其他数量的叶片。区域110处的叶片104和套环102之间的连接可以包括焊接(例如点焊)或任何其他方式或通过其来限定。例如，可以将刚小于腿部108的厚度t的凹槽切入内表面112，并且将腿部108压配合到凹槽中。本领域普通技术人员将理解其他固定方式，例如粘合剂、夹子、紧固件等。
腿部108从套环102相对于中心轴线A以角度α延伸，而冲击板106相对于腿部108以角度β弯曲。因此，应当理解，冲击板106相对于中心轴线A以等于(β-α)的角度布置。通过使用多个周向间隔开的叶片104，每个叶片具有以角度α的腿部108之一，随着流体流穿过挡板组件100时，腿部108可以引起或促进流体流的螺旋、旋转或急旋。因此，到达挡板组件100的流体流(例如通常平行于轴线A通过管道或其他腔流动)将首先穿过套环102，然后遇到腿部108。由于腿部108的成角度的定向，推动流体流与中心轴线A不对齐。也就是说，流过挡板组件100的流体的每个相应部分以远离中心轴线A的角度α指向。
应当注意，每个腿部108布置成沿相对于中心轴线A的不同方向推动流体流(尽管每个方向至少部分地径向向外指向)。这促进了流体流的上述螺旋或旋转。在一实施例中，角度α在约5°至30°之间，或更特别地在约10°至20°之间。有利地，这些角度范围促进流体流的旋转或螺旋，同时基本上保持与中心轴线A轴向对齐。
随着流体流继续，接下来它会遇到冲击板106，该冲击板基本上垂直于和/或横向于中心轴线A。例如，角度β可以约等于90°，和/或β–α的值(即冲击板106相对于中心轴线A的角度)可以约等于90°，例如在约120°至60°之间。这样，在基本径向方向上(即垂直于中心轴线A)，更强烈地推动遇到冲击板106的流体流。另外，由于冲击板106基本垂直于和/或横向于中心轴线A，所以随着流体流从轴向方向重新指向径向方向，遇到冲击板106的流体流的速度显著减小。
有利地，在许多应用中，速度的降低伴随着压力的增加和较短的进入长度(沿着该进入长度，流体流在稳定之前经受进入或过渡效应)。与上述腿部108所赋予的螺旋或旋转一起，在降低速度、增加压力和/或减小进入长度的同时，保持了流体流分布的均匀性(例如流体流的混合)。
叶片104可以由任何合适的材料制成，例如低碳钢或弹性塑料。叶片104的尺寸可被设定为有助于上述功能或其他功能。例如，腿部108可以具有长度L1，该长度L1适于给流体流赋予足够的螺旋。长度L1可能受到套环102的尺寸、挡板组件100的相对侧上的流动腔的尺寸或结构的改变、流体流的粘度、速度、压力或其他特性等的影响。在一实施例中，腿部108的长度L1约等于套环102的直径，在一实施例中为2”。
冲击板106同样具有长度L2，该长度L2可被设定为便于将流体流从基本轴向方向(即平行于轴线A)重新指向到基本垂直方向(即垂直于轴线)。在一实施例中，长度L2是长度L1和/或套环102的直径的约25-50％。例如，在一实施例中，长度L2可以是3/4”，长度L1和/或套环102的直径可以是2”。
另外，冲击板106可具有宽度W以辅助前述功能。宽度W可以设定为使得其有助于适当地阻挡或阻止流体流至期望的水平。例如，与将较大的值用于宽度W相比，较小值的宽度W可以用于阻止流体流至较小的程度，从而降低速度和/或增加压力至较小的程度。在一实施例中，长度L2和宽度W设定为阻挡至少大部分通过套环102的流动面积。如图2A所示，除了在中心轴线A附近的一小部分和每相邻组的冲击板106之间的小部分之外，冲击板106基本上阻挡了通过套环102的所有流动面积。在一实施例中，冲击板106的尺寸设计为阻挡套环102的至少约75％的流动面积。
图3示出了挡板组件100的一种用途。更具体地，图3示出了具有挡板组件100的带式燃烧器10。带式燃烧器10可以采用可从Selas Heat Technology Company购得的ERBQuadCool带式燃烧器的形式。带式燃烧器10包括燃烧器主体12，例如燃烧器主体12限定了用于在一个或多个入口14处接收流体流(例如气体/空气混合物或其他气态燃料)的腔，例如入口14可以位于燃烧器主体12的一个或两个相对的轴向端部处。可以包括带式包装15，以通过使用经由入口14喷射到燃烧器主体12中的燃料混合物来基本上沿其整个长度产生火焰(例如“片状火焰”)。
挡板组件100可以固定在气体/空气混合物源与入口14和/或燃烧器主体12的内部之间的燃料供应导管(例如管道)中或者沿着其固定。例如，图3中示出了燃料供应管线的衬套16，挡板组件100可插入其中。例如，衬套16可包括与螺纹105相对应的螺纹(例如凹螺纹)和/或以其他方式布置成将挡板组件100的套环102容纳在其中。
如上所述，在入口14的相对侧(例如相对于燃料供应管线的燃烧器主体12的内部)上的流动腔可以是不同的，使得随着流体流过渡通过入口14时其受到进入和/或过渡效应。例如，入口14可以是或者包括相对于通过供应管线(例如衬套16)的流动面积而言相对受限的流通面积。这样，在没有挡板组件100的情况下，当流体进入燃烧器主体12时，流体的速度将趋于增加并且压力降低。由于压力降低和/或其他进入效应，由带式燃烧器10产生的靠近入口14的火焰可能没有燃烧器10在入口远侧例如朝向燃烧器10的中心的位置处产生的火焰发展充分。有利地，如上所述，将挡板组件100定位在入口14处、附近或之中可以随着流体进入燃烧器主体而减少进入和/或过渡效应的进入长度、降低速度和/或增加流体压力，从而在整个长度上从燃烧器10产生更加一致均匀的火焰。本领域普通技术人员将认识到，带式燃烧器10仅是一个示例，并且挡板组件100可用于其他实施例中。
尽管这里已经描述和示出了多个发明实施例，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行功能和/或获得结果的多种其他手段和/或结构和/或本文描述的一个或多个优点，并且每个这样的变化和/或修改被认为在本文描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易地理解，本文描述的所有参数、尺寸、材料和构造均是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或构造将取决于使用本发明的教导的一个或多个特定应用。仅通过常规实验，本领域技术人员将认识到或能够确定本文所述的具体发明实施例的许多等同方案。因此，应当理解，前述实施例仅通过示例给出，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以以不同于具体描述和要求保护的方式来实践本发明的实施例。本公开的发明实施例涉及本文所述的每个单独的特征、系统、物品、材料和/或方法。另外，如果这样的特征、系统、物品、材料和/或方法不是相互矛盾的，则两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料和/或方法的任何组合都包括在本公开的发明范围内。

Claims (10)

1.一种挡板组件，包括：
套环，具有中心轴线；和
多个叶片，其固定到套环，每个叶片包括：
腿部，相对于中心轴线以第一角度从套环延伸，所述腿部的第一角度构造成对通过挡板组件的流体流赋予旋转，其中，流体流动的方向是从套环到多个叶片；和
冲击板，相对于中心轴线以第二角度从腿部延伸，其中，所述第二角度大于所述第一角度。
2.根据权利要求1所述的挡板组件，其中，所述第二角度被定义为从在所述腿部和冲击板之间测量的第三角度减去第一角度。
3.根据权利要求1所述的挡板组件，其中，所述第一角度在5°和30°之间。
4.根据权利要求1所述的挡板组件，其中，所述第二角度在60°和120°之间。
5.根据权利要求1所述的挡板组件，其中，所述冲击板的宽度和长度足以阻挡通过所述套环的流动面积的至少80％。
6.根据权利要求1所述的挡板组件，其中，所述腿部的长度约等于所述套环的直径。
7.根据权利要求1所述的挡板组件，其中，所述冲击板的长度等于所述腿部的长度的约25％至50％。
8.根据权利要求1所述的挡板组件，其中，所述多个叶片包括围绕所述套环的内表面等距间隔开的四个叶片。
9.根据权利要求1所述的挡板组件，其中，所述套环具有圆形横截面形状。
10.一种挡板组件，包括：
套环，具有中心轴线和内表面；和
多个叶片，其固定到套环的内表面，每个叶片包括：
腿部，相对于中心轴线以第一角度从套环延伸，所述腿部的第一角度构造成对通过挡板组件的流体流赋予旋转，其中，流体流动的方向是从套环到多个叶片；和
冲击板，相对于中心轴线以第二角度从腿部延伸，其中，所述第二角度大于所述第一角度。
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