FI58393C - Syre-braenngasmunstycke - Google Patents

Description

ί; ;.*! :· r ! * ? '.· ? n 3 ·ί*τ3 fc >' l: ' ^ V v ϋ u Wt i *· i'g qj f - rl rRl M1. KUULUTUSJULKAISU _ - _ _ ,

JmTä ™ ^ UTLÄGGN I NGSSKRIFT 5 8 3 9 3 C (45) ; '> ^yi:·.:· '. ^." 1~ ’! : ' '· 1 ^ (51) Kv.ik.3/Int.a.3 F 23 D 13/26 SUOMI—FINLAND pi) λ»««ιι^-ν*μ^ι 761028 (22) HftkttntspUvl—Amftknlnpdig lU. OU. 76 (23) Allwpllvt—GlMghtodac lU.OU.76 (41) Tullut JulklMkil — BIMt ofTmtllf 15»10.76 raMnttl- )« »UiurllMintn (<4) N»<MUp«»j.

Patent· ocn ragitterttyralMn ' AmOkti* utl««d och utl.*krlft*n publfcerad 30.09· 80 (32)(33)(31) tyydytty ttuolIwuf—Buflrd prtorltut lU.oU.75

Ruotsi-Sverige(SE) 7504251-5 (71) AGA Aktiebolag, l8l 8l Lidingo 1, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Per-Lennart Lönngren, Oxie, Ruotsi-Sverige(SE) (7U) Oy Borenius & Co Ab (5U) Happi-polttokaasusuutin - Syre-bränngasmunstycke

Keksinnön kohteena on laite poltinsuuttimessa, joka on tarkoitettu lämmitystä, liekkipuhdistusta ja leikkausta varten, jolloin suutin käsittää keskeisen happikaasun tulokanavan, happikaasukanavaa ympäröivän renkaanmuotoisen polttokaasun tulokanavan sekä suuttimen lähtöpäässä tasaisella, keskinäisellä etäisyydellä olevat ulosvirtauskanavat, jolloin kaasut sekoittuvat ulosvirtauskanavissa lähellä suuttimen aukkoa.

Tähän asti tunnetuilla happi-polttokaasusuuttimilla, joissa kaasut sekoittuvat suuttimessa lähellä tämän aukkoa, on ennen kaikkea kaksi -huomattavaa haittaa, nimittäin ensinnäkin kaasujen epätäydellinen sekoittuminen niiden lähtiessä suuttimesta, ja toiseksi useimpia lämmityskäsittelyjä varten aivan liian suuri sekoitussuhde. Esimerkkeinä mainittakoon, että ruotsalaisten patenttien 346 605 ja 352 434 selittä missä rakenteissa vaihtelee happikaasun ja asetyleenikaasun sekoitussuhde rajoissa 2,5...3,0.

Keksinnön tarkoituksena on näiden haittojen poistaminen. Laite tunnetaan pääasiallisesti siitä, että happikaasukanavassa on sarjassa järjestetty ainakin kaksi laajenemisporrasta, jolloin ensimmäisen portaan muodostavat suutinosa ja laajenemisosa, ja viimeisen laajenemisportaan muodostavat suutinelimet, joiden muodostamat kanavat yhdistävät happi-kanavan suuttimen ulosvirtauskanaviin, jotka sijaitsevat lieriömäisellä 2 58393 tai kartiomaisella pinnalla suuttimessa, ja että polttokaasua varten on järjestetty renkaanmuotoinen kammio, joka on yhdistetty polttokaasun tulokanavaan, ja joka on yhdistetty kanaviin, jotka sijaitsevat samalla lieriömäisellä tai kartiomaisella pinnalla kuin ulosvirtauskanavat, jolloin jokainen polttokaasukanava muodostaa määrätyn kulman vastaavan ulosvirtauskanavan kanssa ja leikkaa tämän kohdassa (sekoituskohta), joka sijaitsee mainittujen yhdistävien suutinelinten ja suuttimen aukon välillä, jolloin sekoituskohdassa aikaansaadaan happi- ja polttokaasujen suuri sekoittumispinta, joka määräytyy kanavien syvyydestä, ulosvirtaus-kanavien leveydestä ja polttokaasukanavien leveydestä, sekä niiden välisestä kulmasta, jolloin ulosvirtauskanava leikkaa polttokaasukanavan sellaisella tavalla, että muodostuu resonaattoritila.

Tämän muotoilun ansiosta saadaan suutin, jolla on hyvät sekoitus- ja turvallisuusominaisuudet. Näiden hyvien ominaisuuksien saavuttamisen edellytyksenä on myös suuttimen kaikkien kaasukanavien oikea suunnittelu ja mitoitus, jolloin laskelmien lähtösuureina ovat polttimen haluttu kapasiteetti (polttokaasun kulutus aikayksikössä), haluttu sekoitussuhde tai tämän suhteen rajat, ja sekoittuneen kaasun haluttu ulos-virtausnopeus suuttimen aukossa. Happisuutinelimien, polttokaasukanavan ja ulosvirtauskanavan sopivan mitoituksen avulla voidaan myös "risteys-pisteessä" saada syntymään ejektorivaikutus.

Suutin selitetään seuraavassa lähemmin oheisen piirustuksen perusteella. Kuvio 1 esittää suuttimen erään suoritusmuodon pituusleikkausta ja kuvio 2 esittää tämän suuttimen sisäosaa. Kuvio 3 esittää sekoitus-pinnan riippuvuutta kanavien leveydestä ja syvyydestä.

Kuten kuvioista nähdään, on suuttimessa sisäosa 11 ja tätä ympäröivä ulko-osa 12. Sisäosassa, joka voi olla lieriömäinen tai kartiomainen kappale, on pitkin tämän sisäosan keskiakselia sijaitseva poraus, johon on sovitettu hylsy 16. Tähän hylsyyn liitetään kohdassa 1 syöttökanava happea varten. Hylsyssä on ensimmäinen laajenemisporras, johon sisältyy virtauksen suuruuden määräävä suutinosa 2 ja laajenemisosa 3, jotka yhdessä on muotoiltu ns. "laval"-suuttimeksi. Laajenemisosan jälkeen seuraa ensimmäinen kammio 4 ja tähän liitetty hajotin 5, joka avautuu toiseen kammioon 6.

Happi laajenee osissa 2 ja 3 ja jäähtyy tällöin. Tämä jäähtyminen voidaan saada tapahtumaan useissa portaissa järjestämällä useampia 3 58393 laajenemissuuttimia hapettimen 5 ja kammion 6 väliin, jolloin jäähtyminen sovitetaan siten, että suuttimen lämpötila pysyy selvästi sen lämpötila-alueen alapuolella, jossa esiintyy happi-polttokaasuseoksen itse-syttymisvaaraa tai asetyleeniä polttokaasuna käytettäessä polyasetylee-nien muodostumisvaaraa. Tämä sovitus tehdään sopivasti valitsemalla paineenalenemiset ja virtaukset, jolloin lähtökohtana on se lämpö, joka kaasuseoksen palaessa välittyy suuttimeen, ynnä se lämpö, joka eräissä tapauksissa kehittyy orgaanisen materiaalin palaessa suuttimen edessä. Suuttimen luona vallitsee ylikriittinen painesuhde. Kaasun suuri nopeus pienenee sitten seuraavassa hajottimessa 5, jossa nopeus muuttuu suurentuneeksi paineeksi.

Kammio 6 on suutinelinten 7 kautta yhteydessä uriin eli kanaviin 8, jotka on tehty sisäosan 11 vaippapintaan, jolloin suutinelimet 7 muodostavat viimeisen laajenemisportaan suuttimessa. Kanavat 8 ulottuvat suuttimen aukkoon asti. Suutinelimissä 7 vallitsee myös ylikriittinen painesuhde, jotta tässäkin saataisiin syntymään tietty jäähdytys-vaikutus, jotta voitaisiin pienentää vaaraa liekin iskeytymisestä sisäänpäin, ja jotta saataisiin syntymään stabiili sekoitussuhde.

Ulko-osassa 12 on lieriömäinen lovi 14, joka muodostaa sisäosan ympäri menevän putkimaisen jakelukammion. Polttokaasun syöttökanava liittyy kohdassa 13 tähän loveen eli jakelukammioon 14. Kammion alaosa on yhteydessä uriin eli kanaviin 15, jotka on tehty sisäosaan muodostamaan kanavat polttokaausa varten. Nämä kanavat 15 muodostavat määrätyn kulman a ulosvirtauskanavina toimivien urien eli kanavien 8 kanssa. Kanavat 8 ovat kierukkamaiset tai likimain kierukkamaiset ja ne muodostavat kulman suuttimen keskiakselin kanssa. Tämän rakenteen tarkoituksena on liekin stabiloiminen. Kanavat 8 voivat myös olla suorat ja yhdensuuntaiset suuttimen keskiakselin kanssa. Polttokaasukanavat leikkaavat tällöin ulosvirtauskanavat siten, että muodostuu "risteys"-kohta 9, jossa kaasut sekoittuvat.

Sekoituskohdassa kaasut sekoittuvat tehokkaasti suuren sekoittumis-pinnan A^ alueella, joka määräytyy toisaalta kanavien syvyydestä j, jonka on oltava kaikissa kanavissa sama, ja toisaalta kanavien leveydestä (polttokaasukanavan leveys = a ja ulosvirtauskanavan leveys = b) sekä kanavien välisestä kulmasta <X . Sekoittumispinnan A^ suuruus tulee tällöin olemaan 58393 Α^η = j · /b2 + ^ t2" bl - *** iIK«-7

Kuten yhtälöstä nähdään, suurenee sekoittumispinta kanavan syvyyden suuretessa, kanavien leveyksien suuretessa ja kulman c< pienetessä. ’ .

Ulosvirtauskanavan leveyttä on kuitenkin rajoitettava, jotta pieniä hehkuvia hiukkasia ei pääsisi sinkoutumaan työkappaleesta kanaviin.

Samoin on polttokaasukanavan leveyttä a rajoitettava asetyleenin mahdollisen etenevän hajoamisen vastustamiseksi. Kanavien leikkaus-kohdassa muodostunut risteys myötävaikuttaa myös tässä suhteessa siihen, että mahdollinen paine- ja palamisaalto ei iske suoraan asetyleeni-kanavaan.

Polttokaasukanava 15 leikkaa, kuten mainittiin, lähtökanavan 8. Polttokaasukanavan jäljellä oleva osa 10 muodostaa tällöin suljetun taskun.

Tämä toimii resonaattorikammiona, jossa kaasumassa värähtelee paikallaan, mikä suuressa määrin myötävaikuttaa kaasujen hyvään sekoittumiseen.

Siinä tapauksessa, että suutinta tullaan käyttämään esim. liekkipuhdis-tukseen ja lämmitykseen, on ulosvirtausnopeuden oltava suhteellisen suuren hyvän lämmönsiirron ja hyvän puhallusvaikutuksen saavuttamiseksi, minkä lisäksi liekin tulee palaa määrätyn, vaikkakin pienen etäisyyden päässä suuttimen aukosta, mikä myötävaikuttaa polttimen lämpötilan pysyttämisessä mahdollisimman alhaisena.

Keksinnön mukaisen suuttimen eräänä käytännöllisenä esimerkkinä mainittakoon betonia varten tarkoitettu liekkipuhdistuspoltin, jossa on 24 . suutinta, joiden mitat ovat seuraavat: suuttimien lukumäärä 24 kanavien lukumäärä suutinta kohden 6 polttokaasukanavan leveys a = 0,3 mm happikanavan leveys b = 0,4 mm kanavien syvyys j = 1 ,2 mm kanavien välinen kulma = 22° suuttimen akselin ja ulosvirtaus- kanavan välinen kulma = 7° aukon ja sekoituskohdan välinen etäisyys 1^= 10 mm lämmityskaasun paine Pa=0,5 baaria (ylipaine) 5 58393 happikaasun paine Po = 5 baaria (ylipaine) virtaava lämmityskaasumäärä Va = 12 m3/h virtaava happikaasumäärä VQ = 20 m3/h vo sekoitussuhde —ψ- = 1,67 va

Ulosvirtausnopeus 160 m/s suuttimien välinen etäisyys, esim. = 35 mm

Yhteenvetona mainittakoon, että selitetyn suuttimen hyvät sekoittumisia turvallisuusominaisuudet johtuvat siitä, että sekoittuminen tapahtuu leikkaavien happi- ja polttokaasukanavien muodostamassa risteyskohdassa. Tämä antaa ulokseksi tehokkaan sekoittumisen siinäkin tapauksessa, että sekoittumisväli on lyhyt, ja sen ansiosta voidaan sekoitussuhteen aluetta vaihdella laajoissa rajoissa, koska happi-, polttokaasu- ja kaasuseos-kanavien mitat voidaan laskelmien puitteissa valita toisistaan riippumatta. Hyvien ominaisuuksien toisena syynä mainittakoon suuttimen tehokas jäähtyminen, joka saavutetaan ns. laajenemisjäähtymisen ansiosta, jolloin käytetään hyödyksi hapen laajalti sovitettua laajenemista yhdessä tai useammassa portaassa ennen sen sekoittamista polttokaasuun. Selitetyn suuttimen avulla voidaan saavuttaa niinkin pieniä ja jäähdytysnäkökohdan kannalta edullisia laajenemisportaiden painesuhteita kuin 0,3...0,5. Aikaisemmin tunnetuissa suuttimissa, joissa on sovellettu laajenemis-jäähdytystä, tämä suhde ei ole alittanut arvoa 0,528. Toinen suuttimen hyviin ominaisuuksiin myötävaikuttava tekijä on suuren ulosvirtausnopeu-den käyttäminen niin, että liekki palaa tietyn peinehkön välin päässä suuttimesta. Liekki stabiloituu,kuten edellä jo mainittiin, sen ansiosta että ulosvirtauskanavat tehdään osittain kierukkamaisesti tai melkein kierukkamaisesti kiertäviksi.

Selitetty suutin on tarkoitettu kiinnitettäväksi kierteiden avulla poltinkappaleeseen tai pitimeen. Suutin painautuu tällöin tähän kappaleeseen tai pitimeen siten, että tiivistyspinta 17 muodostuu sisäosaan ja 18 ulko-osaan. Tällöin käytetään ns. laakatiivistystä, sopivasti ilman tiivistettä. Voidaan myös käyttää ns. kartiotiivistystä. Selitetty rakenne ei siis aiheuta sisäpuolisia tiivistysongelmia. Lisäksi voidaan jokainen suutin erikseen vaihtaa yksinkertaisella tavalla.

Suutin ei rajoitu edellä selitettyyn suoritusmuotoon, vaan sitä voidaan vaihdella monella tavoin keksinnön puitteissa.

Claims (6)

6 58393

1. Laite poltinsuuttimessa, joka on tarkoitettu lämmitystä, liekki-puhdistusta ja leikkausta varten, jolloin suutin käsittää keskeisen happikaasun tulokanavan (1), happikaasukanavaa ympäröivän renkaanmuo-toisen polttokaasun tulokanavan (13), sekä suuttimen lähtöpäässä tasaisella keskinäisellä etäisyydellä olevat ulosvirtauskanavat (8), jolloin « kaasut sekoittuvat ulosvirtauskanavissa lähelläSuuttimen aukkoa, tunnettu siitä, että happikaasukanavassa on sarjassa järjestetty ainakin kaksi laajenemisporrasta, jolloin ensimmäisen portaan muodostavat suutinosa (2) ja laajenemisosa (3), ja viimeisen laajenemispor-taan muodostavat suutinelimet (7), joiden muodostamat kanavat yhdistävät happikanavan suuttimen ulosvirtauskanaviin (8), jotka sijaitsevat lieriömäisellä tai kartiomaisella pinnalla suuttimessa, ja että poltto-kaasua varten on järjestetty renkaanmuotoinen kammio (14), joka on yhdistetty polttokaasun tulokanavaan (13), ja joka on yhdistetty kanaviin (15), jotka sijaitsevat samalla lieriömäisellä tai kartiomaisella pinnalla kuin ulosvirtauskanavat (8), jolloin jokainen polttokaasukanava (15) muodostaa määrätyn kulman () vastaavan ulosvirtauskanavan (8) kanssa ja leikkaa tämän kohdassa (9) (sekoituskohta), joka sijaitsee mainittujen yhdistävien suutinelinten (7) ja suuttimen aukon välillä, jolloin sekoituskohdassa aikaansaadaan happi- ja polttokaasujen suuri sekoittumispinta, joka määräytyy kanavien syvyydestä (j), ulosvirtaus-kanavien leveydestä (b) ja polttokaasukanavien leveydestä (a), sekä niiden välisestä kulmasta (°< ), jolloin ulosvirtauskanava leikkaa poltto-kaasukanavan (15) sellaisella tavalla, että muodostuu resonaattoritila (10) .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että ulosvirtauskanavat (8) on sovitettu kierukkamaisesti tai kierukan ta-paisesti kiertyviksi. f

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että ulosvirtauskanavien (8) kulma (fb ) polttokaasu- ja ulosvirtauskanavan leikkauspisteen läpi kulkevan emäviivan kanssa lieriömäisellä tai kartiomaisella pinnalla on arvoltaan 6°^· ^.10°.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että polttokaasukanavan (15) ja vastaavan ulosvirtauskanavan (8) välinen kulma on arvoltaan 1 ° 90°. 7 58393

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että laajeneminen kussakin laajenemisportaassa, paitsi viimeisessä, toisin sanoen laajenemisportaan ulostulopaineen (Px) suhde sisääntulopainee-seen (Po) on arvoltaan 0. 3. I* —0,5.

6. Patenttivaatimusten 1...5 mukainen laite, tunnettu siitä, että happikaasun mainittu ensimmäinen laajenemisporras muodostaa laval-suuttimen tai likimain lavalsuuttimen.