IT8219975A1 - Struttura comprendente un tubo di alimentazione ed un tubo a lancia per un soffiatore di fuliggine, dotata di un sistema generatore di turbolenza - Google Patents

Description

D O C U M EN TA Z IO N E

R ILE G A TA

STRUTTURA COMPRENDENTE UN TUB? DI ALIMENTAZIONE ? ED UN TUBO A LANCIA PER UN SOFFIATORE DI FULIGGINE, DOTATA DI UN SISTEMA GENERATORE DI TURBOLENZA ""

RIASSUNTO

Il tubo di alimentazione di un soffiatore di fuliggine, di tipo retrattile e di notevole lunghezza, e' dotato di un tubo a lancia accoppiato a scorrimento, sul tubo di alimentazione, tale tubo a lancia presentando un diametro interno alquanto superiore al diametro esterno del tubo di alimentazione in modo tale da formare, fra gli stessi, uno spazio anulare relativamente stretto. L'estremit? aperta del tubo di alimentazione e* dotata di un dispositivo generatore di turbolenza montato nella stessa e configurato in modo tale da conferire una componente eli coidaie al fluido di insufflamento circolante nel tubo a lancia dal tubo di alimentazione. In una po_ sizione distanziata a m?nte del generatore di turbolenza, la parete del tubo di alimentazione risulta dotata1 di una pluralit? di fori ugualmente distanziati attorno alla periferia della stessa. I fori formano getti di centratura che si oppongono alle vi_ br azioni del tubo di alimentazione ed impediscono l'impatto dello stesso contro la parte interna del tubo a lancia. -

DESCRIZIONE GENERALIT?' DELL'INVENZIONE

I tubi a lancia dei soffiatori di fuliggine, di notevole lunghezza e di tipo retrattile i quali, durante il funzionamento, vengono inseriti in zone ad alta temperatura degli scambiatori di calore in caldaie industriali ed in caldaie pubbliche di notevoli dimensioni, o simili, vengono protetti, nei confronti dei danni provocabili dal calore mentre gli stessi sono disposti nello scambiatore termico,per mezzo dell'effetto di raffreddamento del mezzo di insufflamento costituito, tipicamente da vapore acqueo o da aria circolante attraverso gli stessi. Deve essere sottolineato il fatto che il riferimento alle urriv^iv oiM-ik-?.?

3~ Ing.C.GREGORJ "caldaie" intende pure tutelare altri tipi di scarna biatoiv.di calore. Per migliorare l'efficienza di questo effetto di raffreddamento, vengono comunemente impiegati,opportuni dispositivi generatori di turbolenza,? disposti in.corrispondenza della parte

? terminale aperta del tubo di alimentazione,.in modo tale da impartire un movimento elicoidale al mezzo di insufflamento quando lo stesso entra nel tubo a lancia, ed in modo tale da ottenere un grado desiderato di turbolenza ed aumentare il contatto effet_ tivo tra il mezzo di insufflamento e la parete del tubo a lancia?

Quando vengono richieste elevate po*rtate di flussa del mezzo di insufflamento, l'impiego dei generatori di turbolenza si e* dimostrato impossi_ bile in passato, al?di sopra di certi valori delle portate a causa del fatto che si verificano delle vibrazioni"del tubo di alimentazione, mentre in determinate condizioni queste vibrazioni risultavano cos? severe per cui il risultante impatto del tubo di alimentazione contro il tubo a lancia provocava una rapida messa fuori servizio di quest'ultimo a causa di fenomeni di fatica?

Lo scopo generale dell'invenzione e* quello di fornire un sistema a tubo di alimentazione ed

-4- UFFICI ? ?,'???

???.C.2 .GORJ a tubo a lancia per soffiatori di fuliggine, dotato di un generatore di turbolenza, di tipo perfeziona_ to, in grado <U.impedire che si verifichino tali vibrazioni dannose che possono comportare la messa fuori servizio per fatica, in corrispondenza di por_ tate i cui valori risultano notevolmente superiori a quelle che potevano venire impiegate in accordo con la tecnologia anteriore?

Altri scopi e vantaggi specifici dell'in_ venzione risulteranno pi? evidenti, agli esperti della tecnologia specifica, dall*analisi della seguente descrizione dettagliata, la quelle deve essere considerata in unione ai disegni allegati.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE DEI DISEGNI ALLEGATI

La figura 1 rappresenta una vista latera_ le in elevazione, con la parte centrale in spaccato, di un soffiatore di fuliggine, di notevole lunghezza, appartenente al ben noto tipo IK, dotato di un complesso a tubo di alimentazione munito di un genera^ tore di turbolenza ed incorporante i principi carat_ teristici della presente invenzione;

la figura 2 rappresenta una vista laterale frammentaria in elevazione, parzialmente in sezione diametrale, della porzione terminale del tubo di alimentazione ;

UFFICIO BREVETTI

-5- |^.C.GREGORJ la figura 3 rappresenta una vista terminale in elevazione, considerata presa in accordo con quan to indicato dalla linea e dalle frecce III-III della figura 2;

la figura 4 rappresenta una sezione del generatore di turbolenza, considerata presa sostan_ zialmente lungo la linea IV-IV della figura 3, guardando nella direzione indicata dalle frecce;

la figura 5 rappresenta una vista prospettica delle porzioni terminali esterne del tubo a lancia e del tubo di alimentazione, considerate dell lato, nelle posizioni relative occupate dalle stes_ se quando il tubo a lancia risulta retratto, mentre il tubo a lancia in questione e* stato rappresentato in spaccato allo scopo di evidenziare le porzioni terminali del tubo di alimentazione includenti il generatore di turbolenza e gli orifici a getto di reazione;

la figura 6 costituisce un grafico illu_ strante le prestazioni relative di soffiatori di fuliggine dotati di generatori di turbolenza e senza l'impiego degli orifici a getto di reazione, impie_ ti nella concretizzazione pratica dell'invenzione in oggetto.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA FORMA PREFERITA

_ DELL'INTENZIONE

UFFICIO BREVen I

?6? Ina*<X GREGORJ Il n?mero di riferimento 10 designa, in gene_

rale, un soffiatore di fuliggine del ben noto tipo "IK", la cui costruzione generale pu?1 conformarsi a quanto descritto nel brevetto statunitense ???2?68.978 a nome DeMart, rilasciato il 16 Febbraio 1954? Varie caratteristiche modificate, pure note nel settore specifico, sono state incorporate, durante vari anni a partire dal rilascio del brevetto di DeMart ih questi soffiatori di fuliggine a lungo percorso ma, tuttavia, deve essere rilevato che questi dettagli non entrano in gioco nell?invenzione in oggetto e, pertanto, il soffiatore appartenente alla costruzione proposta da DeMart, verr? riconosciuto come tipico dell?ambiente strutturale in cui l?invenzione in oggetto pu?' venire vantaggiosamente impiegata?

Il tubo a lancia 12 di questi soffiatori di fuliggine viene proiettato, durante il funzionamento

/

in una caldaia, o simili, presupposta posizionata alla destra, considerando la figura 1, allo scopo di pulire le superiici di scambio termico, per mezzo dello scarico di vapore e/o di aria da opportuni mezzi ad ugello 14 posizionati in prossimit? della parte terminale della lancia. Il tubo a lancia e* collegato a, pu?* sporgere e pu?? venire retratto per mezzo di un carrello 15 comandato da un motore il quale, tipica

UFFICIO BREVETTI

-7- l?B.C.QREGORJ mente, conferisce pure, alla lancia, un movimento rotatorio od oscillatorio attorno al proprio asse longitudinale? Il tubo a lancia risulta accpppiato, con possibilit??di scorrimento, su di un complesso a tubo di alimentazione, di tipo stazionario,il quale include un elemento a tubo di alimentazione 16. Il tubo di alimentazione presenta.una parte terminale di scarico 19 la quelle si apre nel tubo a lancia ed attraverso la quale il mezzo di insufflamento, di tipo pressurizzato, viene alimentato nel tubo a lancia, per lo scarico del mezzo stesso,in conformit? a quanto descritto. Nella tipica costruzione rappresentata nella figura 1, il fluido di insuff lamento viene alimentato al tubo di alimentazione a partire da una sorgente, non rappresentata, con una determinata pressione, tale fluido essendo derivato, ad esempio, dal tamburo della caldaia e/o da un alimentatore di aria pressurizzata, sotto il controlla i una valvola 17 di controllo del flus_ so?

A causa delle elevate temperature e delle notevoli variazioni di temperatura alle quali risulta tipicamente soggetto il tubo a lancia e per varie altre considerazioni, il diametro interno del tubo a.lancia risulta sostanzialmente maggiore del dia

UFFICIO ?*???? 11

-8- In&Q.GREGORJ metro esterno del tubo di alimentazione in modo ta_ le da ottenere uno spazio libero 18 presentante una sezione genericamente anulare, fra i due tubi considerati ?

Per impedire che si verifichino danni al tubo a lancia, da parte delle temperature di valore elevato che prevalgono all'interno della caldaia o di qualsiasi altro scambiatore di calore, il tubo a lancia viene retratto sino all'assunzione di una posizione al di fuori della caldaia, quando detto tubo non viene impiegato? Quando il tubo a lancia si trova nella caldaia, e? necessario garantire un flusso volumetrico sufficiente,deLmezzo di insufflamentoyper mantenere la temperatura del tubo a lancia ad un livello di sicurezza, indipendentemente dal flusso richiesto per una effettiva pulitura in corrispondenza di una data locazione.

Quando il tubo a lancia viene esteso e quando viene fatto circolare il mezzo di insufflamento, le caratteristiche di flusso del mezzo all'interno del tubo a lancia altereranno l'efficienza:di raf_ freddamento dello stesso. Ad esempio, se il flusso del mezzo di insufflamento attraverso la lancia risultasse essenzialmente laminare, il raffreddamento della lancia in una direzione rivolta verso

:? io*.C.GREGORJ r- -9-l'esterno dall'ug?llo, diminuirebbe rapidamente a causa i . .?. * . ...

1 del fatto che le stesse componenti del mezzo di insuff j ? .. ... ?. >, ? ? - ?' j flamento rimarrebbero nelle vicinanze della parete in_ terna del tubo a lancia e verrebbero fortemente riscaldar-' *?". ' ? i. ?.? t te, mentre verrebbe impedito alle porzioni interne pi? fredde del fluido di insufflamento, pi? vicine all'as-! se, di venire effettivamente a contatto con la parete i

t del tubo a lancia? Deve essere sottolineato il fatto che questi fattori sono relativi nel senso che un

( reale flusso laminare probabilmente non si verifica mai in queste condizioni specifiche. per aumentare la I turbolenza del?mezzo di insufflamento nel tubo a lancia, sino al raggiungimento di un grado desiderato e per promuovere un contatto efficiente fra il mezzo di insuf_ flamento e la parete del tubo a lancia, sono stati impiegati opportuni dispositivi generatori di turbolenza1,in corrispondenza dell'estremit? anteriore aperta del tubo di alimentazione in conformit? a quanto precedentemente indicato.

Nelle figure 2 e 5 e' stato illustrato un impianto generatori;di turbolenza di tipo noto? L'unit? generatrice di turbolenza.20 risulta saldata alla parte terminale anteriore aperta di un elemento a tubo di alimentazione 16 in modo tale da costituire una bre ve continuazione di questo elemento a tubo di alimentar

-10. UFFICIO BREVETlI

Ine.C.GREGORY zione, tale unit? contenendo una pluralit? di alette di deflessione 22 angolate elicoidalmente,ie quali formano .opportuni passaggi 24f analogamente angolati, fra gli stessit attraverso i quali il mezzo di insufflamento circola nel tubo a lancia, mentre queste alet_ te consentono 1'ottenimento di una componente late_ rale, vale a dire consentono di impartire, al mezzo circolante j una determinata velocit? angolare? Questa deflessione laterale crea un grado desiderato di turbolenza e l'ottenimento di un flusso non laminare con un grado limitato di contropressione?tQuesti generatori di turbolenza costruiti ed installati in accordo con quanto rappresentato nei disegni, sono stati impiegati per molti anni ma?utilizzando elementi a tubo di alimentazione non dotati di aperture mentre e' stato riscontrato che queste unit? consentono di migliorare il trasferimento-termico fra il tubo a lancia ed il mezzo di insufflamento per una distanza di parecchi metri, a partire dall'unit? generatrice di turbolenza, verso la caldaia.

Quando e' necessario l'impiego di pres sioni di valore elevato e di notevoli portate di flusso per ottenere una pulitura appropriata, e* stata riscontrata l'impossibilit? di impiego di questi gene_ ratori di turbolenza, a causa dell'insorgere delle

' UFFICIO BREVETTI

-li- Ing.C.GREGORJ vibrazioni ed a causa dei risultanti danni impartiti al tubo a lancia,in conformit? a quanto indicato. Ad esempio, con un tubo di alimentazione da 60,32 mm, (2-3/8 di pollice), l'impieg? di un generatore di turbolenza di questo tipo, e' stato ,1imitato a por_ tate di flusso del vapore acqueo non superiori a 90,6 kg/minuto (200 libbre/minuto) ed a portate di ?lus_ so dell'aria non superiori a 99?1 m /minuto-standard (3500 piedi al minuto-standard)? Sono stati ef_ fettnati vari tentativi per la risoluzione di questo problema, per mezzo della creazione di fori radiali nella parete esterna del generatore di turbolenza ma, tuttavia, deve essere rilevato che, sinora, non sono stati ottenuti risultati soddisfacenti?.

Nelle ricerche e nelle sperimentazioni che hanno comportato lo sviluppo dell'invenzione in oggetto, e' stato riscontrato che i fattori legati alla pressione, inclusa la caduta di pressione provocata?dal generatore di turbolenza e l'effetto del_ lo spazio libero 18 sono tali per cui se vengono formati fori radiali attraverso la parete dello stesso tubo di?alimentazione, in un'area a pressione superiore a monte del generatore di turbolenza, le vibrazioni possono venire efficacemente smorzate ad un grado tale per cui non si verifica pi? alcun

wrr?uiu tiKtvfcln -12- . . Iner.C.GREGORJ y ?.:?\?

indesiderabile contatto per,vibrazione fra il.tubo di alimentazione ed il tubo a lancia,

Con un tubo a lancia presentante un diame__ tro esterno di.60,32 mm (2-3/8 di.pollice),,quattro fori presentanti un diametro di 11,l? mm (7/16 di pollice) praticati attraverso il tubo a lancia, a 152,4 mm (6 pollici) a monte del generatore di turbolenza ed ugualmente distanziati perifericamente attorno al tubo di alimentazione, secondo quanto in_ dicato in 25 nella figura 5, consentono di ottenere uno smorzamento effettivo e, inoltre, e1 stato ri__ scontrato che si verifica un incremento reale nel trasferimento termico e dell'effetto di raffredda__ mento per una distanza, verso la parte anteriore, a partire dal generatore di turbolenza, equivalente a circa 140 volte il diametro interno del tubo a lancia, Oltre questa distanza,il trasferimento di calo_ re e l'effetto di raffreddamento scendono a valori inferiori a quelli che si verificano quando viene impiegato un generatore di turbolenza privo degli orifici,a getto 25 di smorzamento delle vibrazioni, a causa del maggior trasferimento di calore verso il mezzo di insuffiamento, in pi? stretta prossimit? del generatore di turbolenza, quantunque debba essere sottolineato il fatto che l'invenzione risulta

UFFICIO BREVE! 11*

?13- ? lne.C.GREGORJ vantaggi?sa, anche in questo caso,'dipendentemente dalle condizioni operative.

,Nella figura 6, sull'asse delle ordinate, e''stat? indicato l'incremento del.trasferimento di calore in termini di rapporto fra il coeffi_ ciente di scambio termico con il generatore di turbolenza ed il coefficiente associato alla mancanza di impiego di un generatore di turbolenza. Sull'asse delle ascisse e' stata indicata la lunghezza del tubo a lancia, a valle, partendo dall'estremit? del tubo di alimentazione , tali valori essendo stati riportati sot_ to forma di multipli del diametro interno del tubo a lancia. La fcurva riportata con linea continua nella figura 6 e contraddistinta dal riferimento "generatore di turbolenza di tipo standard", illustra? ,graficamente , l'incremento del trasferimento di calore ottenu_ to in condizioni tipiche, nel funzionamento di un soffiatore di fuliggine, del tipo IK, a lungo sposta^ mento, presentante un tubo di alimentazione con un dia_ metro di 60,32 mm (2-3/8 di pollice) e presentante un tubo a lancia da 101,6 mm (4 pollici), dotato di un generatore di turbolenza del tipo indicato, posizionato in conformit? a quanto illustrato ma privo di fori nel tubo di alimentazione. La curva tratteggiata, corttraddistinta dal riferimento "generatore di turbolenza,

- "SVC I,

?14? ?ng.C.GREGO/?J

di tiporstandard, con fori a monte", indica il miglioramento del trasferimento termico con lo stesso apparato e nelle stesse coedizioni ma impiegando getti di reazione^oTfori smorzatori/del tipo indicato in 25 nella figura 5* in accordo con la forma pratica realizzativa dell?invenzione precedentemente descritta? Deve essere rilevato che 1?introduzione di questa caratteristica specifica consente, virtualmente, uh incremento dell?efficienza di raffred_ damento sino ad un valore dell'ordine di 140 diametri oltre a consentire di superare i problemi as- , sociati alle vibrazioni ed alla fatica.

In una ulteriore forma pratica realizzativa dell 'invenzione, una scanalatura, o svasatura pu?' a

essere formata nel tubo di alimentazione, circondante gli orifici, in modo tale da incavare alquanto le estremit? esterne degli orifici a getto, al di sotto della superficie del tubo di alimentazione? Questo viene realizzato allo scopo di aumentare il rapporto fra la forza di reazione ed il diametro dei fori e minimizzare il "by-pass" del fluido di insuf_ fiamento?

In accordo con un'altra modifica, gli orifici a getto di reazione vengono praticati in posizioni non radiali,in una direzione angolare analoga all'in

Claims (5)

RIVENDICAZIONI

1. In una costruzione a soffiatore di fuliggine, di tipo retrattile, includente un tubo di alimentazione adatto al collegamento con una sorgente di fluido di insufflamento pressurizzato, un tubo a lancia presentante un diametro interno superiore al diametro esterno del tubo di alimentazione, tale tubo a lancia essendo montato al di sopra del tube di ali_ mentazione, con possibilit? di scorrimento ed essen do adatto a venire alimentato dal fluido di insufflai mento proveniente dal tubo di alimentazione, in modo tale che detto fluido possa venire proiettato, dal tubo a lancia, contro le superfici che devono venire pulite.e mezzi generatori di turbolenza, supportati da una porzione terminale aperta del tubo di alimentazione, all'interno del tubo a lanciai il perfezionamento comprendente una pluralit? di aperture estendentisi attraverso la parete del tubo di ali_ mentazione, in corrispondenza di posizioni radiai^ mente distanziate, dette aperture essendo distan__ ziate longitudinalmente da detto generatore di turbolenza e da detta estremit? aperta?

2. Complesso a tubo di alimentazione per il tubo a lancia di un soffiatore di fuliggine a lungo percorso, includente un elemento a tubo di alimentarzione presentante una estremit? di scarico attraverso la quale pu?' venire scaricato il fluido di insufflamento in un tubo a lancia il quale risulta monta_ to al di sopra, e con possibilit? di scorrimento, sul tubo di alimentazione e radialmente distanziato da detto tubo di alimentazione e mezzi generatori di turbolenza disposti in prossimit? della parte terminale di detto elemento a tubo di alimentazione,per conferire una deflessione laterale al fluido di in UFFICIO BREVETTI*

Ing.C.GREGORJ

-17-

sufflamento circolante anteriormente, dal tubo di alimentazione , nel tubo a lancia, durante il ?un_ zionamento del soffiatore di fuliggine, detto gene_ ratore di turbolenza provocando una caduta di pressione fra l'intern? dell'elemento a tubo di alimentazione ed il tubo a l?ncia, durante il fuiizionamento, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralit? di orifici estendentisi attraverso la parete dell'elemento a tubo a lancia e distanziate posteriormente dai mezzi generatori di turbolenza, in posizioni nelle quali esiste, nel tubo di alimentazione, una pressione di valore superiore alla pressione esistente nel tubo a lancia anteriormente rispetto ai mezzi generatori di turbolenza?

3 Complesso a tubo di alimentazione secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti orifici risultano uniformemente distanziati periiericamente attorno al tubo di alimentazione?

4. Complesso a tubo di alimentazione secondo la rivendicazione 2, includente porzioni incavate nella parete es'terna di detto elemento a tubo di alimentazione ed in cui detti orifizi sono disposti in dette porzioni incavate?

5 Complesso a tubo di alimentazione secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che

detti;-.mezzi generatori di turbolenza introducono una componente elicoidc?.e nel fluido di insufflamento ed in cui gli assi di.detti orifici risultano incli__ nati come direzione, allo,scopo di scaricare il fluido .di.insufflamento in?corrispondenza ,di angoli non radiali, allo scopo di conferire una rotazione ? al fluido di insufflamento,in accordo con la stessa direzione angolare generale dei mezzi generatori di turbolenza