NO152310B - Hvirvelbrenner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en hvirvelbrenner av den type som omfatter en brennerblokk og en gjennomgående kanal for tilførsel av brennstoff og forbrenningsluft, hvor det i brennerblokken er anordnet en brennerpotte ved den indre enden av kanalen, en hylse som er anbragt i kanalen og som er forsynt med en åpning for gjennomstrømmende forbrenningsluft, et ledningssystem gjennom kanalen, for fremføring av brennstoff til en sone i hylsen, idet hylseveggen bibringer brennstoff-strømmen en stort sett hvirvlende bevegelse i hylsen, hvorved brennstoffet og-forbrenningsluften blandes til en hvirvlende brennstoff-luftblanding, og hvor hylsen er åpen mot brennerpotten, slik at den hvirvlende brennstoff-luftblanding kan strømme fra hylsen til brennerpotten.

En brenner av kjent type omfatter et sylinderformet rør som er innført i en ovnsvegg, slik at den ene ende er avsluttet praktisk talt i bunnen av en skålformet forsenkning i ovns-veggflaten. Brenngass utstrømmer i tangensial retning i røret i en sone nær bunnen av den skålformede forsenkning. Luft for forbrenning innsuges gjennom røret for å blandes med en gass som deretter forbrenner langs innerveggen av den skålformede forsenkning. Denne brenner innbefatter en brennerhylse som strekker seg stort sett fra ende til ende i forhold til kanalen som er anordnet i ovnsveggen og i brennerblokken, og spalten mellom kanalen og hylsen danner et ringkammer som strekker seg praktisk talt langs hele lengden av hylsen og kanalen.

Selv om denne kjente brenner har hatt en meget betydelig, kom-mersiell suksess og i høy grad er anerkjent på grunn av sine tallrike, fordelaktige egenskaper vil det, ved visse typer av ovnsblokker og brennerblokker og særlig i de tilfeller hvor det i ovnen og mantelen oppstår sprekker og åpninger som ikke blir tilstrekkelig avtettet ved montering av ovnen og mantelen, foreligge mulighet for at varme forbrenningsprodukter kan transporteres gjennom sprekkene til ovnsveggen, med derav følgende tendens til overheting.

Det er derfor et formål ved foreliggende oppfinnelse å frembringe en hvirvelbrenner som medfører at denne ulempe unngås. Det er et særlig formål ved oppfinnelsen å frembringe en brenner som reduserer tendensen til ovnsoverheting i tilfelle av sprekkdannelse i ovnsveggen eller brennerblokken eller fra-skilling av mantelen.

Dette oppnås med en hvirvelbrenner som er angitt i det etter-følgende patentkrav 1.

Oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse i forbindelse med de vedføyde tegninger. Fig. 1 viser et lengdesnitt av et parti av en ovnsvegg og en brennerblokk med en innmontert brenner av kjent type, hvor visse deler er gjengitt i overdreven størrelse for tydelighetens skyld, og Fig. 2 viser et tilsvarende lengdesnitt av en brenner ifølge foreliggende oppfinnelse, som er installert i en ovnsvegg. Fig. 1 viser et parti 10 av en onvsvegg hvori det er installert en brennerblokk 11. Det er anordnet en stort sett sent-ral forløpende kanal som strekker seg gjennom veggen og brennerblokken og muliggjør at forbrenningsluft kan ledes inn i brennerpotten 13. Brenneren som er vist i fig. 1 og som er av kjent type, innbefatter en hylse 14 og et par gassledninger 15 som er utstyrt med krumme, rørformede armer 16 og 17. Endene av rørene 16 og 17 er utformet som dyser, men de kan om ønske-lig i stedet være forsynt med små endestykker av den type som anvendes på inspiratorbrennere. Hylsen 14 er utstyrt med en innvendig krage 20 som understøtter rørarmene 16 og 17, og en endeforlengelse 21 på hylsen 14 danner en avgrenset sone som bevirker at den utgående gass-strøm fra armene 16 og 17 gjen-nomfører en hvirvelbevegelse idet den forlater brennerspissene og ledes inn i brennerpotten 13.

Grunnet fremstillingstoleranser vil det være klaring mellom hylsen 14 og ovnsveggen 10 og brennerblokken 11, hvorved det oppstår et ringformet spillerom 22 som for tydelighetens skyld er vist i meget overdreven målestokk. Det er åpenbart at det i pilretningen (a) i fig. 1 strømmer forbrenningsluft i langsgående retning gjennom hylsen 1, og når forbrenningsluften blandes med brennstoff som strømmer ut fra rørene 16 og 17, dannes en luft-brennstoffblanding som er egnet for å forbrenne i potten 13 og i ovnen.

I tilfelle av utilfredsstillende gjentetting av sprekker eller åpninger ved montering eller reparasjon av ovnen eller mantelen vil det kunne oppstå sprekker i brennerpotten og i ovnsveggen, som vist ved en sprekkdannelse 23 i fig. 1. Selv om den viste sprekk 23 (gjengitt større enn normal) strekker seg gjennom brennerpotten, vil det innses at sprekken, eller flere innbyrdes forbundne sprekker, kan strekke seg fullstendig gjennom brennerpotten og ovnsveggen og helt til ovnens utside. Det er konstatert at strømmen av forbrenningsprodukter i brennerpotten 13, som er av innadkrummet skålform og frem-bringer en generelt innadrettet, tulipanformet strøm som vist ved piler (b) i fig. 1, forårsaker et overtrykk i potten, hvilket tvinger varme forbrenningsgasser til å strømme gjennom sprekken 23 i pilretningen (c), som vist i fig. 1. Under innvirkning av det økte trykk i brennerpotten vil varme forbrenningsgasser på lignende måte strømme i retning som vist ved piler (d) i fig. 1, tilbake mot ovnsmantelen.

I fig. 2, som viser en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, er det vist et ovnsveggparti 101 som på vanlig måte er oppført av ildfast sten og avstøttet av en metallplate 102. En brennerblokk 103 er innmontert i veggen. Denne blokk innbefatter en skålformet brennerpotte 104 som vender mot det indre av ovnen, med en konvekst krummet flate 105 som like-ledes vender innover i ovnen. Den konvekse flate 105 har følgelig en kurvatur som strømmen av forbrenningsprodukter fra brenneren tvinges til å følge. En aksial kanal 106 rager fra bunnen av den skålformede potten 104 i det indre av ovnen og gjennom ovnsveggen 101, til yttersiden av metallplaten 102.

Brenneren ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter en kort sylindrisk hylse 107 som er innført i kanalen 106. Som det fremgår av tegningen, er det på den aksialt indre ende av hylsen 107 anordnet en skråflate 109 på enden av en ringformet vegg 108. På grunn av denne skråflate 109 får hylsen en for-høyet innerkant i tilgrensning til den indre endekant av den konvekse flate. Skråflaten 109 vender utover og forløper for-trinnsvis i en vinkel på ca. 45°.

Som det fremgår er kanalen 106 i brennerblokken beliggende, uten mellomliggende deler, i direkte tilgrensning til innerkanten av den konvekse flate 105.

Hylsen 107 er som vist fastholdt av bolter 110 som er forank-ret i ovnsveggen 101.

Kanalen 106 inneholder en gassledning 112 for tilføring av brennstoff til brenneren. Ledningen 12 som er fremført fra utsiden av ovnen, er via et gassfordelerelement 113 forbundet med to krumme, rørformede armer 114 og 115 som ender ved innerveggen av hylsen 107 i sonen som avgrenses av veggen 108, hvorved rørendene forløper i tangensial retning, stort sett i rett vinkel med aksen for gassledningen 112. Gass strømmer inn i brenneren gjennom ledningen 112 og gjennom armene 114 og 115. Endene av armene 114 og 115 er enten utformet som dyser, eller de er forsynt med små endestykker av den type som anvendes på inspiratorbrennere.

Ytterdiameteren av veggen 108 er mindre enn innerdiameteren av kanalen 106, hvorved det dannes en gjennomgående spalt 111 for en flammestabiliserende luftstrøm som ledes i en retning som angitt ved piler (e).

Forbrenningsluft innføres i ovnen for å blandes med brenngass i midtpartiet av hylsen 107. Luftmengden reguleres av en lukker 116 som er forbundet med et slisset rør 117 som omslut-ter gassledningen 112 og er justerbart bevegelig langs denne.

Røret 117 er utstyrt med slisser 120 som opptar gjennomgående styreskruer 121 som tjener til styring og innretting. Endene 122 av de slisseforsynte partier er gjenget, for å kunne for-bindes med en mutter 123. Endepartiet av røret 117 kan, på grunn av slissene som splitter rørpartiet helt til endekanten, utvides og sammentrekkes i forhold til diameteren av gassledningen 112, og det kan derfor oppnås en fast og permanent effektiv stillingsjustering i langsgående retning ved tiltrek-king av den koniske skrueforbindelse 122, 123. En slik justering i langsgående retning kan lettvint gjennomføres ved å løsne den koniske skrueforbindelse 122, 123, flytte lukkeren 116 og atter stramme skrueforbindelsen 122, 123.

Elementet 125 er en støydemper. Etter å være plassert i stilling, kan lukkeren skyves mot eller fra baksiden av ovnsveggen for justering av størrelsen av den åpning som luft-strømmen ledes gjennom. Lukkeren 116 er på vanlig måte frem-stilt av metall, men er foret med fibermateriale, f.eks. glassfibermatte, som virker som støydemper når brenneren er i funksjon. Samme glassfibermateriale inngår i støydemperele-mentet 125.

Når brenneren er i drift, tilføres gass under trykk gjennom ledningen 112. Gasstrykket varierer med brennerens drifts-kapasitet. Hurtigstrømmende hvirvelstråler av brenngass fra armene 114 og 115 oppretter en midtre lavtrykksone, til hvil-ken det gjennom åpningen 106 innsuges luft som tvinges til å strømme gjennom hylsen 107 og inn i brennerpotten 104. På grunn av brennerpottens konvekse form i flaten 105 vil også strømmen av forbrenningsprodukter anta konveks form, som vist ved piler (f). Det oppstår derved et lavt trykk med meget gunstige følger i brennerpotten 104. Et av de meget fordelaktige resultater av det lave trykk i brennerpotten 104 består i innsuging av kjøleluft gjennom spalten 111 mellom brenner-hylsen og brennerpotten, som vist ved piler (e). I tilfelle av en sprekkdannelse, f.eks. den viste sprekk 130, vil luften som strømmer inn fra ovnens bakside eller fra en eller flere sprekker som forløper mellom ovnens bakside og brennerblokken, suges inn gjennom sprekken, som angitt ved en pil (g). Luften som strømmer i retning av denne pil (g) er skarpt adskilt fra den motsatt rettede strøm av varme forbrenningsgasser fra den bakre del av brennerpotten.

Da hylsen 107 er meget kort i forhold til kanalen 106 vil det, selv om det momentant oppstår et overtrykk i brennerpotten 104, opprettes en resirkulasjonsbane som vist ved en pil (h), hvorigjennom de varme forbrenningsgasser hurtig og uten skade-virkning tilbakeføres til brennerpotten under samtidig blok-kering av tilbakestrømmende, varme forbrenningsgasser mot ovnsveggen 101. Det er vesentlig ifølge oppfinnelsen å anord-ne en hylse 107 som er meget kortere enn lengden av kanalen 106. Foruten å avskjære en mulig returbane for varme forbrenningsgasser til ovnsveggen, har dette vist seg å resultere i en avkjøling som er meget mer effektivt enn ved noen av de kjente brennertyper. Selv om det kunne antas at en kortere og mindre hylse 107 ville kreve mer kjøling for å beskyttes mot skade, har det overraskende vist seg at kombinasjonen av den korte hylse 107 og spalten 111 ikke bare forhindrer overheting av hylsen 107, men dessuten medfører en vesentlig økning av hylsens levetid. Denne konstruksjon gjør det i realiteten mulig å fremstille hylsen 107 av lett tilgjengelige, relativt billige metaller. Selv om en rekke faktorer er medvirkende, er det av vesentlig betydning at det, grunnet rørhylsens korte lengde, er dannet en tilsvarende.kort spalt, hvorved trykk-fallet gjennom spalten reduseres i vesentlig grad, slik at luftsirkulasjonen forbedres. Forbrenningsluften kan strømme på begge sider av hylsen 107, og hylsens temperatur vil derved begrenses vesentlig.

Som tidligere nevnt vil anvendelsen av en kort hylse 107 av den beskrevne type normalt antas å være ufordelaktig, idet en slik hylse kan bli utsatt for overoppheting. For tiden blir noen av verdens mest kostbare legeringsstøpninger anvendt for fremstilling av brennerhyiser til bruk i brennere av andre typer. Det vil normalt antas at en slik kort hylse helt enkelt vil utsettes for en enda mer intens oppheting, slik at metallet i hylsen blir ødelagt for tidlig. Det motsatte har overraskende vist seg å være tilfellet. Selv om gasser skulle strømme bakover gjennom den ringformede spalt 111 mellom hylsen 107 og kanalen 106 vil disse gasser, grunnet konstruksjonen og arrangementet ifølge oppfinnelsen, øyeblikkelig suges tilbake inn i hylsen 107 og derfra strømme fremover inn i brennerpotten 104. Det understrekes imidlertid at en slik hendelse ikke vil forekomme under normalt drift av brenneren, fordi det i brennerpotten 104 råder et lavt trykk som tvinger gassene til å strømme inn i ovnen fra brennerpotten. Det er overraskende konstatert at ved anvendelse av den korte hylse 107 vil hylsen få en driftstemperatur som er meget lavere enn det som er vanlig i forbindelse med andre brennere, og hylsen kan tilvirkes av et billigere og vanligere metall enn de spesiallegeringer som hittil har vært brukt.

Den anordnede skråflate 109 er meget fordelaktig i forhold til en eventuell, plan flate på hylsen 107 i tilgrensning til brennerpotten, da en slik plan flate vil forårsake en hvirvelbevegelse av forbrenningsproduktene som derved vil vise tendens til å strømme bakover gjennom spalten 111 mellom hylsen og innerveggen i kanalen 106. Under innvirkning av en skråflate som vist i fig. 2, vil forbrenningsproduktene strømme over skråflaten og i radialt utadgående retning langs den konvekse flaten 105, hvorved det opprettes en meget fordelaktig lavtrykksone i brennerpotten, som bevirker at kjøleluft vil strømme fra ovnsmantelen i retning mot og inn i brennerpotten .

En annen fordel ved den korte lengde av hylsen 107 er at strømningsmotstanden til luftstrømmen gjennom spalten 111 reduseres, slik at kjøleluften lettere kan strømme gjennom spalten.

I samvirke med lukkeren 116 vil slissene 120 bidra til oppret-

telse av en selektivt regulerbar lufttilførsel som medvirker til jevn drift av brenneren.

Claims (5)

1. Hvirvelbrenner av den type som omfatter en brennerblokk

(103) og en gjennomgående kanal (106) for tilførsel av brennstoff og forbrenningsluft, hvor det i brennerblokken er anordnet en brennerpotte (104) ved den indre enden av kanalen (106), en hylse (107) som er anbragt i kanalen (106) og som er forsynt med en åpning for gjennomstrømmende forbrenningsluft, et ledningssystem (112,113,114,115) gjennom kanalen (106), for fremføring av brennstoff til en sone i hylsen (107), idet hylseveggen (108) bibringer brennstoffstrømmen en stort sett hvirvlende bevegelse i hyslen, hvorved brennstoffet og for-brenningsluf ten blandes til en hvirvlende brennstoff-luftblanding, og hvor hylsen (107) er åpen mot brennerpotten, slik at den hvirvlende brennstoff-luftblanding kan strømme fra hylsen til brennerpotten (104), karakterisert ved at brennerpotten (104) avgrenses av en konveks flate (105) som følges av de forbistrøm-mende forbrenningsprodukter, og at hylsens (107) ytterdimensjon er mindre enn innerdimensjonen av kanalen (106) gjennom brennerblokken, slik at det dannes en mellomliggende spalt (111), mens hylsen (107) er kortere enn brennerblokk-kanalen (106), slik at spalten (111) er kortere enn brennerblokk-kanalen.

2. Brenner i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den aksialt indre endekant i hylseveggen (108) rager aksialt forbi den radialt indre endekant av flaten (105) som avgrenser potten (104).

3. Brenner i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den aksialt indre endekant av hylseveggen (108) innbefatter en skråflate (109) som er avfaset på utsiden av hylsen.

4. Brenner i samsvar med krav 3, karakterisert ved at skråflaten (109) danner en vinkel på ca. 45°.

5. Brenner i samsvar med krav 1, karakterisert ved at brenner-kanalen (106), uten noe overgangsparti, munner ut i umiddelbar tilgrensning til innerkanten av flaten (105) som avgrenser brennerpotten (104).