CZ291093B6 - Plynový hořák - Google Patents

Abstract

Plynov² ho° k s alespo jedn m difuz rem (7 a 20), pro v²stup spalovac sm si, tvo°en²m mno stv m paraleln ch t rbin (21 a 34) vytvo°en²ch v plechov kovov st n ho° kov ho t lesa (5) a rozd len²ch do dvojice m° ek (35, 36) odd len²ch podlouhlou st novou st (37), prob haj c mezi ob ma m° kami (35, 36). Plechov kovov st na p°itom obsahuje alespo prvn podlouhlou t rbinu (52, 61), kter prob h kolmo k podlouhl st nov sti (37) p°es °ku dvojice m° ek (35, 36), kolmou k podlouhl st nov sti (37), a kter je um st n v bl zkosti m° ek (35, 36) pro p°ij m n pom rn²ch rozm rov²ch zm n podlouhl st nov sti (37), vyvolan²ch rozd ln²m oh°evem podlouhl st nov sti (37) a st nov²ch st obklopuj c ch difuz r (7 a 20).\

Description

Vynález se týká plynových hořáků, zejména difuzérů pro takové hořáky, v nichž dochází ke spalování plynové směsi.

Plynové hořáky se skládají v podstatě z trysky, kterou je pod tlakem přiváděn topný plyn, jako methan, propan a podobně, do směšovací trubice, obvykle Venturiho trubice, kam je nasáván odpovídající proud spalovacího či primárního vzduchu, působením sání, vytvářeného prouděním topného plynu.

Primární vzduch, jakmile je ve vhodném poměru smíchán s plynem, vytváří zápalnou směs, která je vedena do směšovací a rozdělovači komory, tvořené skříňovým tělesem z plechu, opatřeným otvory nazývanými difuzéry.

Směs proudí z difuzérů, vhodných rozměrů, přiměřenou rychlostí, která se mění s průtokem a je zapálena vně difuzéru, a to, buď pilotovým hořákem, nebo vhodným zapalovacím zařízením.

Tvar a velikost difuzéru jsou zvláště kritické, pokud jde o účinnost spalování a stabilitu plamene při různých podmínkách provozu, a rovněž z hlediska zabránění zpětného šlehnutí plamene.

Za tímto účelem, vyvinul přihlašovatel hořáky, s vysokým měrným výkonem a nízkými emisemi oxidů dusíku ΝΟχ a oxidu uhelnatého CO, které využívají difuzéry s párem mřížek, umístěných vedle sebe a oddělených napřič clonou, čímž je zápalná směs nucena vytékat ven poměrně vysokou rychlostí, která je při plném výkonu mnohonásobně vyšší než rychlost šíření plamene, když je poměr směsi vzduchu ku plynu ve směsi přibližně stechiometrický nebo vyšší (0,8 < lamda< 1,6).

Dosavadní stav techniky

Difuzéry tohoto typu, které jsou předmětem patentu EP 0373157, uděleného témuž přihlašovateli, umožňující vytvoření laminámích plamenů nebo zejména stabilních čel plamenů, se rozkládají na plochách, které se od sebe rozbíhají z výchozího místa v blízkosti středové clony, a jejich rozloha je nepřímo úměrná výtokové rychlosti.

Poněvadž se plamen vytváří na dvou plochách, které jsou v odstupu od prvku nebo desky, na nichž jsou difuzéry vytvořeny, je materiál, z kterého jsou difuzéry provedeny, tepelně namáhán pouze v zanedbatelném rozsahu, a není tedy ovlivňován stárnutím v důsledku únavy materiálu, a není vystaven opotřebení či změně svých strukturních vlastností.

Proto je životnost hořáku, vybaveného tímto typem difuzéru (navíc k jeho účinnosti a měřenému výkonu), mnohem delší než životnost konvenčních hořáků, u nichž se plamen vytváří proudem směsi vzduchu a paliva o rychlosti nepatrně vyšší než je rychlost šíření plamene v těsné blízkosti difuzéru a působí tak místní přehřívání hořáku.

Difuzéry tohoto typu mohou pracovat při proměnlivých rychlostech toku a proto za regulovaných podmínek.

Avšak při snížených průtocích a v důsledku toho snížené výtokové rychlosti spalovací směsi (nebo při použití plynu s vyšší rychlostí šíření plamene než je předpokládáno), má plamen tendenci, přiblížit se ke stěnám difuzéru a způsobit místní ohřev páru mřížek a clony umístěné mezi nimi, podobně jako u konvenčních hořáků.

-1 CZ 291093 B6

Za těchto podmínek rozdílný ohřev hořáku s teplotním rázem, který může dosáhnout v rozmezí 300 až 350 °C, způsobuje místní vnitřní rozpínání a napětí, která způsobují únavu materiálu a vedou k jeho výslednému poškození.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu je tato nevýhoda odstraněna provedením plynového hořáku s dvojitým mřížkovým difuzérem, kde je s dvojitou mřížkou spojena alespoň jedna štěrbina, uzpůsobená ktomu, že umožňuje vyrovnání různých roztažení podlouhlé stěnové části, umístěné mezi mřížkami, a stejně tak mřížkových prvků, vzhledem k ostatním částem hořáku, přičemž clona je prvkem, u kterého je mnohem větší pravděpodobnost, že bude vystavena místnímu ohřevu, při provozu s plamenem těsně u stěn.

Podle dalšího aspektu vynálezu, je štěrbina spojená s dvojitou mřížkou, opatřena výstupkem vyčnívajícím do štěrbiny pro zabránění deformacím mřížky během operací, které formují profil hořáku.

Přehled obrázků na výkresech

Hlavní znaky a výhody vynálezu budou jasnější z následujícího popisu přednostního provedení vynálezu a z připojených výkresů, na kterých:

obr. 1 znázorňuje řez příkladnou konstrukcí plynového hořáku;

obr. 2 znázorňuje půdorys hořáku z obr. 1;

obr. 3 znázorňuje bokorys dalšího příkladu plynového hořáku;

obr. 4 znázorňuje zvětšený pohled na difuzér hořáků, z obr. 1, 2 a 3 obr. 5 znázorňuje difuzér v řezu I-I z obr. 4 a jím vytvářený plamen při různých průtocích;

obr. 6 schematicky znázorňuje v řezu I-I z obr. 4 deformace vyvolané rozdílnými teplotními roztaženími v difuzéru;

obr. 7 schematicky znázorňuje v řezu II—II z obr. 4 deformace vyvolané rozdílnými teplotními roztaženími v cloně difuzéru;

obr. 8 znázorňuje půdorys přednostního provedení mřížkového difuzéru podle vynálezu;

obr. 9 znázorňuje druhou variantu difuzéru z obr. 8;

obr. 10 znázorňuje třetí variantu difuzéru z obr. 8;

obr. 11 znázorňuje čtvrtou variantu difuzéru podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Podle obr. 1 a 2, plynový hořák v základě obsahuje trysku 1, která přivádí topného plynu, např. methan, butan a podobně, do Venturiho trubice, tvořené sbíhavým komolým kuželem 2, válcovým úsekem 3 o menším průřezu a rozbíhavým komolým kuželem 4, to vše uzavřeno ve skříňovém hořákovém tělese 5, které je například, ale není to nezbytné, válcového tvaru.

-2CZ 291093 B6 i

Sbíhavý komolý kužel 2 je ve spojení s atmosférou a rozbíhavý komolý kužel 4 je otevřen prostřednictvím výstupu 6 do vnitřku skříňového hořákového tělesa 5.

Skříňové hořákové těleso 5 je naopak spojené s vnějškem prostřednictvím otvorů či difuzérů 7 až 20, viz obr. 2.

Sání, vyvíjené proudem topného plynu v hrdle Venturiho trubice způsobuje, že spalovací vzduch je nasáván přes sbíhavý komolý kužel 2.

Vhodnými rozměry a umístěním Venturiho trubice vzhledem k trysce 1, může být nastaven správný poměr přiváděného vzduchu k přítoku plynu.

Víření, vyvolané ve sbíhavém komolém kuželu 4 a výstupu 6 vede ktomu, že se plyn smísí s přiváděným vzduchem a vytvoří spalovací směs, která při celkovém vstupním průtoku proudí ven přes difuzéry 7 až 20 proměnlivou výtokovou rychlostí, obecně vyšší než je rychlost šíření plamene.

Zcela podobná je činnost hořáku, znázorněného na obr. 3, známého jako „pipetový“ typ nebo „malá rampa“, kde místo aby na Venturiho trubici navazovala směšovací rozdělovači komora válcového tvaru, která Venturiho trubici obklopuje, navazuje na Venturiho trubici komora, umístěná nad nebo vedle Venturiho trubice, a je s ní spojená kolenem.

Po zapálení směsi vně hořáku pomocí vhodného prostředku, stává se každý difuzér zdrojem plamene, jehož tvar je funkcí tvaru difuzéru.

Na obr. 4 je znázorněn zvětšený pohled na přednostní provedení jednoho z difuzérů 7 až 20.

Každý difuzér 7 až 20 obsahuje množiny protáhlých otvorů nebo přímých štěrbin 21 až 34, vytvořených ve skříňovém hořákovém tělese 5 a navzájem uspořádaných paralelně ve dvou řadách tak, že tvoří dvojici mřížek 35, 36, které jsou odděleny podlouhlou stěnovou částí 37 skříňového hořákového tělesa 5, která může být vzhledem k svoji funkci označena jako clona.

Štěrbiny 21 až 34 mají vhodnou šířku, řádově stejné velikosti jako tloušťka stěny skříňového hořákového tělesa 5, např. v rozmezí 0,5 až 0,7 mm a jsou od sebe navzájem odděleny mřížkovým prvkem, řádově stejné velikosti.

Délka štěrbin je vyššího řádu velikosti, např. 7 mm.

Podlouhlá stěnová část 37, která odděluje dvě mřížky 35, 36 má šířku řádu 1,5 až 4 krát většího než je šířka štěrbin 21 až 34·

Tento typ difuzéru 2 až 20, jak je znázorněn na obr. 4, je jedinečný v tom, že vyvíjí plamen, který probíhá ve dvou rozevřených čelech, uspořádaných podobně jako křídla motýla.

Spalovací směs proudí ven přes štěrbinové otvory difuzéru 7 až 20 ve směru, znázorněném na obr. 5 šipkami 138, 139.

Po zapálení směsi se oblast 38, překrývající podlouhlou stěnovou část 37, nasytí spalinami, které jsou plynule dodávány spalováním, zatímco v okrajových částech difuzéru 7 až 20 je nasává chladný vzduch, který se přimíchává do směsi, čímž ji ochuzuje a snižuje tak rychlostí šíření plamene.

Vyvíjejí se tedy dvě protilehlé čela 39, 40 plamene, která jsou velmi stabilní a jejichž prostorová poloha závisí na výtokové rychlosti spalovací směsi a tudíž na jejím průtoku.

-3CZ 291093 B6

Je třeba poznamenat, že tentýž typ plamene je rovněž vytvořen pomocí hořáků, kde jsou dvě mřížky 35, 36 oddělené clonou, probíhající ve stejném směru jako prvky mřížky 35, 36. jak je popsáno ve shora zmíněném textu.

Jestliže se průtok snižuje nebo jestliže se zvyšuje rychlost šíření plamene, mají čela 39. 40 plamene, při maximálním průtoku značně vzdálená od hořáku, sklon se pohybovat dolů a přibližovat sek hořáku, a dosahují polohy, označené vztahovými značkami 41, 42 a v extrémním případě 43.44.

Je tedy zřejmé, že typ vyvíjeného plamene, má sklon ohřívat tepelným vyzařováním plamene a vedením., více podlouhlou stěnovou část 37 než stěny hořáku, které obklopují difuzér Ί až 20.

Tyto stěny hořáku jsou ve skutečnosti zevnitř hořáku ovívány proudem směsi o nízké teplotě, představovaným šipkami 45, 46, který je chladí a zvnějšku proudem chladného vzduchu, představovaného šipkami 47, 48, vyvolaného výtokem spalovací směsi.

Naopak ve skříňovém hořákovém tělese 51 se v blízkosti podlouhlé stěnové části 37 vytváří stojaté pásmo 49 spalovací směsi, které podlouhlou stěnovou část 37 tepelně izoluje.

Stejně stojatá situace nastává i vně skříňového hořákového tělesa 5 v blízkosti podlouhlé stěnové části 37.

V důsledku toho dosahuje podlouhlá stěnová část 37 při práci hořáku vyšší teplotu než stěny hořáku, které obklopují difuzér 7 až 20, a mřížky 35, 36, umístěné mezi štěrbinami 21 a 34, jsou v pásmu středních teplot.

Rozdíl v teplotách je při velkém průtoku mírný, ale jestliže se průtok plynu snižuje, nebo když se zvýší rychlost šíření plamene, má tento rozdíl sklo stoupat až na hodnoty řádově 300 °C.

Výsledkem je rozdílní roztažení podlouhlé stěnové části 37 a mřížek 35, 36, které je tím větší,, čímž je menší průtok nebo čím je vyšší rychlost šíření plamene.

Obrázky 6 a 7 znázorňují kvalitativně deformace, způsobené rozdílným roztažením v mřížkových prvcích, viz obr. 6, a v podlouhlé stěnové části 37, viz obr. 7.

Protože povrch skříňového tělesa 5 hořáku je obecně konvexní směrem ven a štěrbiny 21 až 34 jsou uspořádány tak, že leží ve směru zakřivení tělesa, může být poměrné prodloužení mřížkových elementů, vzhledem ke skříňovému hořákovému tělesu, snadno kompenzováno větším zakřivením, představovaným čárkovanou čarou 50. při vnitřním elastickém napětí minimální velikosti. Avšak nemělo by být přehlédnuto, že mřížkové prvky jsou jedním koncem připevněny k podlouhlé stěnové části 37. a proto reagují na deformace podlouhlé stěnové části 37.

Zcela rozdílná je situace, ve které se nachází samotná podlouhlá stěnová část 37. která je vystavena mnohem většímu roztažení.

Podlouhlá stěnová část 37 s konci, připevněnými ke stěnám skříňového hořákového tělesa 5, a mezilehlými body, připevněnými k prvkům dvojic mřížek 35, 36, je vystavena mnohem větší deformaci se značnými vnitřními napětími a zakřiveními a rozvojem do určité míry nepředvídatelných, mnohonásobných vln, znázorněných čárkovanou čarou 51.

V důsledku ovládání průtoku a cyklů opakovaného zapínání vypínání hořáku, dochází k únavovému namáhání, zejména na koncích, a k náchylnosti k úvahovému porušení.

-4CZ 291093 B6

Deformace podlouhlé stěnové části 37 zahrnuje rovněž mřížkové prvky, jejichž jeden konec je připevněn k podlouhlé stěnové části 37 s následným únavovým porušením rovněž těchto částí.

Této nevýhodě se zabrání a dále se prodlouží životnost hořáku, provedením, znázorněným na obr. 8, kde je dvojice mřížek 35, 36 z boku opatřena přídavným párem štěrbin 52, 53, které mají přednostně, ale není to nezbytné, stejnou šířku jako štěrbiny 21 až 34 difuzéru 7 až 20 a délku, která je v podstatě stejná se šířkou difuzéru 7 až 20, ve směru kolmém ke směru podlouhlé stěnové části 37 a na jejím konci.

Tímto způsobem mohou nastat roztažení podlouhlé stěnové části 37, vjejím podélném směru, znázorněná šipka 54, 55, bez průhybu a příslušného únavového namáhání.

Tím, že podlouhlá stěnová část 37 není připojena ke stěnám difuzéru 2 až 20, je zajištěna dodatečná výhoda uvolnění jednoho z konců mřížkových prvků od stěn difuzéru 7 až 20, využitého prostřednictvím podlouhlé stěnové části 37.

Výsledná konstrukce má vedle sebe nosníky o dvojnásobné délce mřížkových prvků, s přidanou šířkou podlouhlé stěnové části 37.

To umožňuje, aby se mřížkové prvky přizpůsobil} prodloužením vzhledem ke stěnám difuzéru 7 až 20 přičemž tím vyvolané ohybové momenty jsou mnohem nižší a minimalizují se i souvisící únavové účinky.

Ačkoliv je pro současné minimalizování únavového namáhání mřížkových prvků dávána přednost dvěma přídavným štěrbinám 52, 53, je zejména, že vzhledem k délce podlouhlé stěnové části 37 může postačovat jednoduchá přídavná štěrbina, která je umístěna na jedné straně nebo ve středu, jestliže je to třeba, páru mřížek 35, 36 difuzéru 7 až 20.

Přídavné štěrbiny přispívají k vytvoření čel 39, 40 plamene, která se otvírají do tvaru vějíře, s čely plamene, vytvořenými dalšími štěrbinami a tvoří stabilní plamen, který se otvírá do tvaru, který se podobá vinné číši a uzavírá poměrně staticky objem spalin pro zabezpečení stability plamene.

Další zlepšení spočívá vtom, že může být výhodně umístěn jeden nebo více kruhových či podlouhlých otvorů 56, 57, 58, 59 naproti podlouhlé stěnové části 37, vzhledem k přídavným štěrbinám 52, 53.

Tyto otvory 56, 57, 58, 59 působí vznik malého plamene, který zlepšuje stabilitu čel 39, 40 plamene, vytvořených štěrbinami 21 až 34 difuzéru 7 až 20.

V případě trubkového hořákového tělesa 5 profilovaného sadou válců, se v průběhu výrobního procesu vyskytují napětí s příčnou složkou ke směru průběhu štěrbiny 21 až 34, která může deformovat prvky difuzéru 7 až 20.

Podle dalšího aspektu vynálezu, jsou pro odstranění tohoto problému přídavné štěrbiny 61, 66 o zvětšené délce opatřeny výstupky 60, 65 směřujícími do jejich vnitřku, které místně snižují šířku štěrbiny 61, 66 na požadované minimum, požadované pro umožnění roztahování podlouhlé stěnové části 37.

Ve skutečnosti je zřejmé, že u štěrbin, které jsou vytvářeny obecně děrováním, nemůže být jejich šířka menší než určitá mezní hodnota ve vztahu k tloušťce materiálu, který je děrován. Jak bylo dříve uvedeno, je tato šířka například v rozmezí 0,5 až 0,7 mm, zatímco poměrné roztažení podlouhlé stěnové části 37 při maximální pracovní teplotě může být mnohem menší.

-5CZ 291093 B6

Jak je znázorněno na obr. 9, jsou tyto výstupky 60, 65 přednostně dosaženy dvěma rozdílnými typy zpracování.

výstupek 60 ve štěrbině 61 je dosažen, například vytvořením otvoru 63 ve tvaru štěrbiny nebo kruhového otvoru ve stěně hořáku v těsné blízkosti štěrbiny 61, a u podlouhlé stěnové části 37.

Otvor 63 je získán děrován následujícím po děrování vytvářejícím štěrbinu 61. takže plastickou deformací materiálu se vytvoří vyboulení nebo výstupek 60 uvnitř štěrbiny 61.

ío Proto, jestliže je, v důsledku následné operace tvarování profilu podlouhlá stěnová část 37 namáhána ve směru šipky 64, opře se o výstupek 60 a zabrání se tak dalším deformacím na mezi plastického přetvoření.

Je zřejmé že v případě plastického přetvoření, je ztráta světlosti roztažením, ztracená a jednom 15 konci podlouhlé stěnové části 37, získána na jejím druhém konci.

Alternativně může být výstupek 65 získán ražením bez perforace, které ho stlačením materiálu plasticky' vytlačí do již vytvořené štěrbiny 66.

Tato plastická deformace může být dosažena buď ve stěně, která obklopuje difuzér 7 až 20, nebo v podlouhlé stěnové části 37 nebo v obou.

Předešlý popis zahrnuje pouze předností provedení vynálezu a některé jeho varianty, ale je zřejmé, že může být provedeno mnoho dalších variant.

Například, jak je znázorněno obr. 10, může být hořák proveden spíše s kontinuálním dvojitým mřížkovým difuzérem 67, který se rozprostírá přes celou délku hořáku než s větším počtem difuzérů 7 až 20.

V tomto případě může být podlouhlá stěnová část 37 mezi mřížkami 35,36 rozdělena do většího počtu úseků pomocí většího počtu podlouhlých štěrbin 52, 53, 61, 66, umístěných napříč podlouhlé stěnové části 37 ve vzájemných předem stanovených vzdálenostech.

Jako další příklad, znázorněný na obr. 11, může být vynálezu, využit na difuzérech 7 až 20, kde jsou mřížkové štěrbiny 21 až 34 umístěny paralelně se směrem průběhu podlouhlé stěnové části 37.

V tomto případě jsou umístěny alespoň dvě přídavné štěrbiny 52, 53, 61, 66 kolmo ke směru průběhu podlouhlé stěnové části 37 a mřížkových štěrbin 21 až 34.

Claims (8)

1. Plynový hořák s alespoň jedním difuzérem (7 až 20), pro výstup spalovací směsi, tvořený množstvím paralelních štěrbin (21 až 34) vytvořených v plechové kovové stěně hořákového tělesa (5) a rozdělených do dvojice mřížek (35, 36) oddělených podlouhlou stěnovou částí (37), 50 probíhající mezi oběma mřížkami (35, 36), vyznačující se tím, že plechová kovová stěna obsahuje alespoň první podlouhlou štěrbinu (52, 61), která probíhá kolmo k podlouhlé stěnové části (37) přes šířku dvojice mřížek (35, 36), kolmou k podlouhlé stěnové části (37), a která je umístěna v blízkosti mřížek (35, 36) pro přijímání poměrných rozměrových změn podlouhlé stěnové části (37), vyvolaných rozdílným ohřevem podlouhlé stěnové části (37) 55 a stěnových částí obklopujících difuzér (7 až 20).

-6CZ 291093 B6

2. Hořák podle nároku 1,vyznačující se tím, že podlouhlá stěnová část (37) probíhá kolmo k paralelním štěrbinám (21 až 34) a první podlouhlá štěrbina (52, 61) probíhá rovnoběžně s paralelními štěrbinami (21 až 34) na jednom konci podlouhlé stěnové části (37).

3. Hořák podle nároku 1,vyznačující se tím, že podlouhlá stěnová část (37) probíhá rovnoběžně s paralelními štěrbinami (21 až 34), a první podlouhlá štěrbina (52, 61) probíhá kolmo k podlouhlé stěnové části (37) a paralelním štěrbinám (21 až 34).

4. Hořák podle nároků 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že obsahuje druhou podlouhlou štěrbinu (53, 66), probíhající kolmo k podlouhlé stěnové části (37) na jejím druhém konci.

5. Hořák podle nároku 4, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jednu další podlouhlou štěrbinu rovnoběžnou s první a druhou podlouhlou štěrbinou (52, 53, 61, 66) umístěnou mezi nimi, přičemž alespoň jedna další podlouhlá štěrbina dělí podlouhlou stěnovou část (37), alespoň na dva podlouhlé stěnové díly.

6. Hořák podle nároku 5, vy značu j í cí se tí m , že první podlouhlá štěrbina (52, 61), druhá podlouhlá štěrbina (53, 66) a alespoň jedna další podlouhlá štěrbina mají tutéž šířku jako paralelní štěrbiny (21 až 34) a mají od nich stejné vzdálenosti.

7. Hořák podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že obsahuje výstupek (60, 65) vyčnívající alespoň do jedné z podlouhlých štěrbin (52, 61, 53, 66) difuzéru (7 až 20).

8. Hořák podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jeden otvor (56, 58, 63), vytvořený ve stěně hořákového tělesa (5) poblíž difuzéru (7 až 20) proti podlouhlé stěnové části (37), vzhledem k první podlouhlé štěrbině (52, 61), pro zvýšení stability plamene výtokem spalovací směsi otvorem (56, 58, 63).