Pierwszenstwo: 10.V.1963 Stany Zjedno¬ czone Ameryki Opublikowano: 15.XI.1966 51942 KI. 24 b, 1/02 MKP F 23 d UKD 2b\ 31 BUC 'Urzedu Vq\ Wspóltwórcy wynalazku: Gerald T. Mitchell, Richard Cunningham jrii£::!a5 R' Wlasciciel patentu: Vapor Corporation, Chicago (Stany Zjednoczone Ameryki Pólnocnej) Palnik kotlowy Wynalazek dotyczy palnika do kotla lub gene¬ ratora pary, w których palnik jest zródlem ciepla, wytwarzajacym gorace gazy, potrzebne do uzyska¬ nia odpowiedniej wydajnosci kotla lub generatora pary.Jedna z istotnych wad znanych palników o du¬ zych wydajnosciach i zwartej budowie jest prze¬ grzewanie sie scian komory spalania, prowadzace do szybkiego ich zuzycia. W szczególnosci najbar¬ dziej sa narazone wewnetrzne sciany korpusu ko¬ mory spalania.Celem wynalazku jest palnik duzej wydajnosci, w którym sciany korpusu komory spalania sa chro¬ nione przed nadmiernym wzrostem temperatury mimo, ze palnik ma male wymiary.Celem wynalazku jest wiec udostepnienie nowe¬ go i udoskonalonego palnika do kotlów lub gene¬ ratorów parowych, odznaczajacego sie zwarta kon¬ strukcja, duzo mniejszego niz inne palniki o po¬ dobnej wydajnosci ciepla, a ponadto zdolnego do calkowitego spalania ciezkich olejów opalowych bez widocznego dymienia.Istota wynalazku jest stosowanie powietrznego chlodzenia scian korpusu komory oraz jej pokry¬ wy sprezonym powietrzem, doprowadzanym do palnika. W tym celu w przedniej scianie korpusu komory, równolegle do osi komory, na zewnetrz¬ nym jej obwodzie przy scianach bocznych, znajdu¬ ja sie kanaly doprowadzajace powietrze wzdluz scian. Strugi powietrza tworza przeslone. 10 u 25 30 Dodatkowy otwór w pokrywie, stanowiacej tyl¬ na sciane komory, jest usytuowany w jej srodku.Strumien powietrza wtlaczany przez ten otwór wzmaga cyrkulacje powietrza wokól pokrywy, chlo¬ dzac ja.Dysze sa odchylone o okolo 30° od promienia kola przekroju.Sposób doprowadzenia powietrza i ustawienia dysz — poza chlodzeniem — wywoluje szczególnie korzystne warunki spalania w malej objetosci ograniczonej zaslona doprowadzonego powietrza, poruszajacego sie ruchem obrotowym. Powstaje wirujacy pierscien, w którym przebiega proces spalania.Palnik wedlug wynalazku ma komore ogniowa zlozona z pojemnika, wylozonego ogniotrwalym metalem lub z korpusu, majacego wieksza liczbe gardzieli spaleniowych, rozmieszczonych na obwo¬ dzie. W kazdej gardzieli znajduje sie dysza palni¬ ka usytuowana w ten sposób, ze kieruje stozek wytrysku w poprzek stozka wytrysku przyleglej dyszy palnika. Kazda gardziel spalania jest skon¬ struowana w sposób, dajacy mozliwie najwiekszy spadek cisnienia przy wlasciwym doplywie po¬ wietrza do spalania.Komore ogniowa otacza zbiornik sprezonego po¬ wietrza, dostarczanego do procesu spalania do gar¬ dzieli spaleniowych. Konstrukcja komory ogniowej, dysze i ich usytuowanie oraz zbiornik sprezonego powietrza sa zbudowane w ten sposób, ze osiaga 5194251942 3 4 sie nieomal spalanie stechiometryczne. Palnik taki jest szczególnie przydatny do spalania ciezkich olejów opalowych z taka dokladnoscia, ze nie wi¬ dac zadnego dymienia.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na których fig. 1 przedstawia palnik wraz z dolaczonymi elementa¬ mi w widoku z przodu, fig. 2 — urzadzenie w przekroju pionowym wzdluz linii 2 — 2 na fig. 1, fig. 3 — komore ogniowa w przekroju po¬ przecznym wzdluz linii 3—3 na fig. 2, fig. 4 — komore ogniowa w przekroju poprzecznym z uwi¬ docznieniem uksztaltowania wytrysków dysz pal¬ nikowych, fig. 5 — dysze paliwowa w widoku z góry oraz fig. 6 — dysze paliwowa w przekroju poprzecznym wzdluz linii 6—6 na fig. 5.Palnik ma ogniowa komore 10 otoczona obudo¬ wa 11, która lacznie z komora ogniowa tworzy cisnieniowa komore 12 sprezonego powietrza, oraz wieksza liczbe palnikowych dysz 13.Ogniowa komora 10 sklada sie z ogniotrwalego pojemnika, wylanego metalem, i zawiera cylin¬ drycznie uksztaltowany korpus 14, zamkniety na jednym koncu kopulasto uksztaltowana pokry¬ wa 15, a na drugim koncu — gardziel 16, przez która gorace gazy wychodza z komory ogniowej do wezownic kotla lub generatora parowego. Po¬ krywa 15 jest zamontowana na korpusie 10 za po¬ moca wiekszej liczby srób 17, przyspawanych lub w inny sposób odpowiednio zamocowanych na kor¬ pusie 10, oraz — za pomoca wspornika 18 przy- spawanego lub w inny sposób zamocowanego na pokrywie 15, zaopatrzonego w otwory do wprowa¬ dzenia srub 17. Nakretki 19 sa nakrecone na sru¬ by 17 w celu docisniecia kazdego wspornika i utrzymania pokrywy W odpowiednim polozeniu.Ceramiczna lub innego rodzaju uszczelka 20 na wysoka temperature jest umieszczona miedzy po¬ krywa 15 i korpusem 10.Wieksza liczba spaleniowych gardzieli 21 jest rozmieszczona równomiernie na obwodzie korpusu 14 ogniowej komory 10. Kazda z tych gardzieli 21 zawiera osadzona w niej palnikowa dysze 13. Os 22 kazdej gardzieli spaleniowej (fig. 3) przebiega wspólosiowo do osi odpowiedniej palnikowej dy¬ szy 13 i jest odchylona pod katem okolo 30° od promienia 23 przekroju kolowego komory ognio¬ wej, przecinajac os gardzieli na wewnetrznej scianie 24a komory ogniowej.Kazda gardziel spaleniowa ma ksztalt zwezki Venturiego ceiem wywolania mozliwie najwiek¬ szego spadku cisnienia przy przeplywie powietrza podczas spalania. "Wewnetrzny i zewnetrzny ko¬ niec kazdej gardzieli spaleniowej jest rozszerzony.Wyloty gardzieli 21 sa na koncach rozszerzone po stronie wewnetrznej komory spalania tworzac kat ok. 50°, przy czym kat ten mierzony jest od na¬ sady dyszy, jak to szczególowo pokazano na ry¬ sunku (fig. 3).Srednica gardzieli jest zalezna przede wszystkim od cisnienia statycznego powietrza, przeznaczone¬ go do spalania. Podczas gdy w przykladzie wyko¬ nania pokazano szesc gardzieli spaleniowych wraz z dolaczonymi dyszami, mozna z powodzeniem za¬ stosowac wieksza lub mniejsza liczbe gardzieli z dyszami, w zaleznosci od wymaganej wydajnosci palnika.Jak widac na rysunku (fig. 4) gardziele spale- niowe i dysze sa usytuowane w ten sposób, ze 5 stozek wytryskowy jednej dyszy krzyzuje sie ze stozkiem wytryskowym sasiedniej dyszy i skiero¬ wany jest na druga sasiednia dzysze.Ogniowa komora 10 stanowi spalenidwa komo¬ re 24, w której ulega spalaniu mieszanina po¬ wietrza i paliwa. Nastepnie powstajace gazy sa wypychane przez gardziel 16. Dlugosc gardzieli 16 wynosi w przyblizeniu 40% ogólnej dlugosci komo¬ ry spaleniowej. Srednica gardzieli jest uzalezniona od srednicy wewnetrznej wezownic kotla. W przed¬ stawionym przykladzie wykonania na kazde dwie dysze 13 mozna jedna wykrecic, np. do czyszcze¬ nia, bez istotnego wplywu na zmiane charaktery¬ styki spaleniowej palnika i bez koniecznosci wy¬ laczenia kotla przy obslugiwaniu palnika.Z boku obudowy 11 zamontowano dmuchawe 25 (fig. 1), polaczona z komora 12 sprezonego po¬ wietrza1 za pomoca kanalu 26 dla doprowadzenia powietrza spalania do komory 12 sprezonego po¬ wietrza i do ogniowej komory 10. Powietrze do- prowadzotic z dmuchawy 25 dmucha na zewnetrz¬ ne sciany ogniowej komory 10 i ulega podgrzaniu przed wejsciem do spaleniowych gardzieli 21.Palnikowe dysze 13, zarówno przy doprowadze¬ niu olejów lekkich, jak i olejów paliwowych ciez¬ kich, rozpylaja olej za pomoca cisnienia pary, po¬ wietrza lub paliwa.Powietrze do spalania jest kierowane w komorze spalania w taki sposób, ze paliwo nie uderza o wewnetrzne sciany komory spalania. Stosunek paliwa do powietrza jest w komorze spalania od¬ powiednio staly. Spaleniowe gardziele 2i Umiesz¬ czone sa calkiem blisko przy zamknietym koncu komory spalania, jak pokazano szczególowo na rysunku (fig. 2).Powietrze spaleniowe, doprowadzone do sfery dyszy oraz przez spaleniowe gardziele 21, miesza sie z rozpylonym paiiwem podczas wytrysku z dysz palnikowych.Wlasciwy kierunek dysz powoduje w komorze spalania proces mieszania w sposób wirujacy i burzliwy, co istotnie pomaga zupelnemu spa¬ laniu.W srodku kopulasto ukszaltdwanej pokrywy 15, w górze komory spalania, jest usytuowany otwór 27 w celu stworzenia cyrkulacji powietrza naokolo pokrywy i chlodzenia kopuly komory sprezonego powietrza.Wzdluz wnetrza ogniotrwalych scian kótfióry spalania tworzy sie warstwa powietrza przez za¬ stosowanie wiekszej liczby kanalów 28, zakonczo¬ nych otworami rozmieszczonymi ha' obwodzie i prowadzacych od wewnetrznej koncowej sciany 29 do zewnetrznej powierzchni sciany 30 (fig. 2 i 3).Kanaly 28 sa usytuowane równolegle do osi ko¬ mory ogniowej tak, by tworzyly warstwe powie¬ trza wzdluz wewnetrznej ogniotrwalej sciany 24a.Kanaly 28 sa poza tym tak usytuowane, ze ich wyloty mieszcza sie bezposrednio wzdluz wew¬ netrznej sciany 24a. Warstwa powietrza powoduje 15 20 23 30 35 40 45 50 55 605 51942 6 znaczne obnizenie temperatury bocznych scian ogniotrwalych.Olej ciezki, stosowany normalnie jako paliwo do dysz palnikowych, jest podgrzewany do tempe¬ ratury w zakresie od 49 do 138°C, zaleznie od lepkosci spalanego oleju. Dla rozpylania olejów o wyzszej lepkosci wymagana jest wyzsza tem¬ peratura. Powietrze spalania, przechodzace przez komore 12 sprezonego powietrza, ulega podgrze¬ waniu w czasie przechodzenia od komory sprezo¬ nego powietrza do komory 24 spalania.Wzglednie srednice komory ogniowej sa istotne dla uzyskania spalania stechiometrycznego. Przy¬ kladowo, wymiary palnika sa nastepujace: Sredni¬ ca wewnetrzna komory spalania wynosi 673 mm, ogólna glebokosc komory spalania, mierzona od koncowej sciany 29 do najglebiej polozonego pun¬ ktu wzdluz wewnetrznej powierzchni kopulasto uksztaltowanej pokrywy 15, wynosi 559 mm, wkle¬ sla kopula ma równiez srednice wewnetrzna 673 mm oraz 102 mm glebokosci w srodku, srednica dlawicy (gardzieli) 16 wynosi 356 mm, a jej glebokosc 279 mm. Otwór 27 w pokrywie 15 ma srednice 25,4 mm, podczas gdy otwory 28 maja srednice 9,53 mm. Przewidziano osiemnascie ot¬ worów 28, rozmieszczonych równomiernie na obwo¬ dzie komory spalania. Dlugosc gardzieli (dlawicy) 16 wynosi w przyblizeniu 40% ogólnej dlugosci komory spalania, mierzac od krawedzi powierzchni dlawicy do szczytu wewnatrz kopulastej pokrywy 15.Przeprowadzone próby palnika o powyzej opisa¬ nych wymiarach wykazaly dobre spalanie, zbli¬ zone do stechiometrycznego. Analiza spalin: CO2=14%,O2 = l,6%,CO = 0,0%, odczyt dymu = 1 Cisnienie dmuchawy powietrza = 208 mm slupa wody.Stosowano palnikowa dysze 31 o szesciu otwo¬ rach do rozpylania oleju doprowadzanego przez gardziel spaleniowa (fig. 5 i 6). Dysza 31 zawiera szesc mieszalnych otworów 32, nachylonych wzgle¬ dem siebie pod katem 50°. Wyloty ich koncza sie na powierzchni 33 nachylonej pod katem 25° od poziomej lub od poprzecznej osi omawianej dyszy.Wlot 34 powietrza przewidziano przy koncu wlo¬ tu 35, który laczy sie z mieszalnymi dyszami 32 poprzez otwory 36 powietrza rozpylajacego. Pier¬ scieniowy rowek 37 wlotowy oleju usytuowany jest przy koncu wlotu 35 dyszy i laczy sie z mie¬ szalnymi dyszami 32 za pomoca otworów oleju pa¬ liwowego, których wlotowy koniec 38 jest zwezony ku koncowi 39 wylotu. Os otworów olejowych jest odchylona pod katem 20° od pionowej i 45° od osi mieszalnych dysz 32. Mieszalne dysze 32 oraz za¬ konczenia 38 wlotów otworów olejowych maja 5 srednice 1,6 mm, podczas gdy otwory 36 rozpylania powietrza oraz zwezona czesc olejowych otwo¬ rów 39 maja owiercenie nr 70. Jak widac na fig 3, w korpusie 14 komory znajduje sie sterujacy otwór 40. 10 Komora ogniowa wedlug niniejszego wynalazku, wraz z urzadzeniem dysz, eliminuje tworzenie sie nagarów na ogniotrwalych bocznych scianach oraz na gardzielach spalinowych. 15 PL