Pierwszenstwo: 20.01.1971 Francja Zgloszenie ogloszono: 30.04.1973 Opis patentowy opublikowano: 23.09.1974 71082 KI. 18..7/16 MKP C21b7/16 CZYTELNIA Urredu Patonto-•¦.*• M 4 hwm Twórcywynalazku: Daniel Borgnat, Henri Della Casa, Noel Jusaeau Uprawniony z patentu tymczasowego: Institut de Recherches de la Sidcrurgic Francaise, Saint Germain-en-Laye (Francja) Sposób podtrzymywania spalania w dyszy naddzwiekowej oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób podtrzymywania spalania w dyszy naddzwiekowej z fala uderzeniowa oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu.Jest znane, ze mozliwosci wtrysku paliwa cieklego, zwlaszcza do wielkiego pieca, sa scisle zwiazane z problemami rozpylania i mieszania paliwa z utleniaczem. Ze wzgledu na wzrost skutecznosci rozpylania i umozliwienie przez to wzrostu wspólczynnika spalania paliwa wtryskiwanego, zastosowano dla wielkiego pieca naddzwiekowe dysze, w których rozpylenie paliwa jest otrzymane fala uderzeniowa wytworzona w zwezce* Dokonane próby wykazuja skutecznosc otrzymanego rozpylania i pozwalaja przewidywac wzrost znaczny wspólczynnika wtryskiwania paliwa bez tworzenia sie sadzy, która jak wiadomo, jest najwieksza przeszkoda powstajaca w znanych urzadzeniach.Jednakze jest oczywiste, ze te dysze nie moga dawac wyników zadowalajacych, poniewaz fala uderzeniowa tworzy sie w zwezce dyszy. Jednakze, jest dobrze znane, ze zwezka zbiezno-rozbiezna jest obliczona w ten sposób zeby doprowadzic powietrze z predkoscia naddzwiekowa w zwezce, to obliczenie jest dokonane dla wydatku przewidzianego dla dyszy. W tych warunkach fala uderzeniowa powstaje w zwezce tylko w doic ograniczonej plaszczyznie przeplywu powietrza, co ogranicza w niektórych przypadkach, mozliwosci regulowa¬ nia przeplywu utleniacza, na przyklad wydatku powietrza, w wielkim piecu. Jesli dla niektórych zastosowan to ograniczenie regulacji wydatku utleniacza jest dopuszczalne, to jest oczywiste, ze uzytkownicy chcieliby rozporzadzac dysza umozliwiajaca zapewnienie jak najszerszego zakresu zmian wydatku utleniacza wprowadzone- go do dyszy.Celem wynalazku jest dostarczenie sposobu i urzadzenia umozliwiajacych w najszerszym zakresie zmiane ilosci utleniacza wprowadzonego do dyszy przez tworzenie fali uderzeniowej niezbedne) dla zapewnienia rozpylenia i wymieszania paliwa.Cel ten osiagnieto stosujac sposób podtrzymywania spalania w dyszy naddzwiekowej przez wtryskiwania paliwa pod cisnieniem na wejsciu dyszy, o wartosci co najmniej równej wartosci minimalnej umozliwiajacej tworzenie fali uderzeniowej mimo szerokich zmian wydatku utleniacza praktycznie spotykanych.Istota wynalazku polega na tym, ze mierzy sie wartosc cisnienia wentylatora, porównuje sie ja z wielkoscia odniesienia i nastepnie zmienia sie ilosc powietrza przeplywajacego przez kolnierz dzwiekowy przemieszczajac1 71082 korpus srodkowy w dyszy w ten sposób, aby otrzymac cisnienie wentylatora zawsze co najmniej równe wartosci minimalnej, która zapewnia tworzenie sie fali uderzeniowej wdyfuzorze podczas zmiennego przeplywu utleniacza w przewidzianych granicach.W korzystnym przykladzie wykonania porównuje sie cisnienie wentylatora zwartoscia oznaczona równa wartosci cisnienia przed dysza co zapewnia tworzenie sie fali uderzeniowej w zwezce, po czym przemieszcza sie korpus srodkowy w dyszy w ten sposób, aby utrzymac cisnienie wentylatora w przyblizeniu równe wielkosci oznaczonej podczas zmiennego przeplywu utleniacza. Wielkosc oznaczona moze byc dostarczona badz przez regulowane cisnienie absolutne, badz cisnienie mierzone za dysza, do którego dodaje sie róznice cisnienia A P, której wartosc zapewnia tworzenie sie fali uderzeniowej w zwezce dyszy, podczas gdy cisnienie panujace za dysza moze ulegac zmianie w czasie eksploatacji.Wynalazek obejmuje równiez urzadzenie dla wykonywania sposobu wedlug wynalazku, zawierajace dysze naddzwiekowa wyposazona w Srodkowy korpus, ruchomy wzdluz osi dyszy, oraz srodki dla przemieszczania tego korpusu w dyszy, w celu zmiany ilosci powietrza w kolnierzu dzwiekowym.Tourzadzenie zawiera ponadto czlony dla wykrywania cisnienia wentylatora, srodki dla dostarczania wielkosci odniesienia i srodki dla porównywania tych dwóch wartosci i opracowania sygnalu przedstawiajacego zakres cisnienia zmierzonego. Ten sygnal wielkosci zakresu jest stosowany do srodków dla przemieszczania korpusu, który powoduje, przemieszcza¬ nie tego ostatniego w funkcji wielkosci tego sygnalu w ten sposób, aby go utrzymac we wstepnie oznaczonych granicach odpowiadajacych zadanym granicom cisnienia wentylatora.Sygnal reprezentatywny zakresu cisnienia mierzonego moze byc korzystnie proporcjonalny do tego zakresu. Wedlug korzystnego sposobu wykonania wynalazku, srodki dla porównania cisnienia wentylatora z wielkoscia oznaczona sa utworzone przez komore zawierajaca dwa przedzialy oddzielone odksztalcalna membrana. Na jedna powierzchnie membrany oddzialuje cisnienie wentylatora a na druga wielkosc oznaczona.Srodki dla przemieszczania korpusu sa wówczas utworzone przez sprzezenie laczace membrane z korpusem. To sprzezenie moze stanowic polaczenie mechaniczne lub inne bardziej zlozone, na przyklad elektromechaniczne lub pneumatyczne.Wedlug innej odmiany wykonania, jako wielkosci oznaczonej uzywa sie cisnienia wykrytego za dysza, do którego dodaje sie róznice cisnien A P, której wartosc zapewnia tworzenie sie fali uderzeniowej w dyszy. W tym wykonaniu, komora o dwóch przedzialach moze zawierac srodki dla stalego odksztalcenia membrany o wielkosc odpowiadajaca tej róznicy cisnien. Przewidziane sa równiez srodki dla ochlodzenia elenentów urzadzenia, na przyklad korpusu narazonego na promieniowanie cieplne powstajace przy spalaniu. Te srodki moze stanowic obwód cieczy chlodzacej znanego typu lub staly przewodnik ciepla, chlodzony najednym koncu, stykajacy sie drugim koncem z elementami, którymi mozna graniczyc podnoszenie sie temperatury.Dla znalezienia rozwiazania problemu regulacji wydatku obliczono dysze przyjmujac cisnienie wentylatora o wartosci okreslonej dla otrzymywania dobrego rozpylania i przystosowania powietrza w kolnierzu dyszy do zmian przeplywu powietrza w celu zachowania tej samej wartosci korzystnego cisnienia wentylatora. Jest znane, ze wydatek masowy dyszy jest oznaczony wzorem: p( m =K • Ac gdzie m oznacza wydatek masowy, Pj - cisnienie wentylatora, Tj - temperature gazu wprowadzonego do dyszy, Ac - cisnienie powietrza przy kolnierzu.Z tego wzoru wynikaja dwa mozliwe sposoby postepowania badz zmienic Pj, badz zmienic Ac. Wielkosc Pj jest suma cisnienia stmosferycznego i odnosnego cisnienia, przy czym osiaga sie cisnienie wentylatorów o wielkosci sprzecznej z wielkoscia panujaca w wiekszosci instalacji przemyslowych.Inna mozliwosc polega na zmianie ilosci powietrza w kolnierzu dzwiekowym, przystosowanej do zmian wydatku. Torozwiazanie umozliwia zmiany wydatku w stosunku 1 do 4, co pozwala na pokrycie zakresu, który zadowala szerokie grono uzytkowników. Ta zmiana ilosci powietrza w kolnierzu dzwiekowym jest otrzymana przez przemieszczenie korpusu w zwezce uwzgledniajac, ze wspólrzedne polozenia kolnierza dzwiekowego w dyszy pozostaja niezmienione.Regulowanie polozenia kolnierza dzwiekowego, w ten sposób, aby otrzymac intensywnosc fali uderzenio¬ wej praktycznie niezmieniona podczas zmiany wydatku, moze byc wykonana dwoma sposobami wedlug warunków cisnienia panujacych za dysza.W pierwszym przypadku cisnienie za dysza pozostaje stale i mozna wówczas utrzymac cisnienie o wartosci oznaczonej wstepnie ustalonej, zmieniajac polozenie korpusu. W drugim przypadku nalezy rozwazyc czy3 71082 cisnienie za dysza zalezy od wydatku, mozna wówczas zachowac stala róznice cisnienia przed dysza 1 za dysza, przez przemieszczenie korpusu, co spowoduje wzrost intensywnosci fali uderzeniowej, a zatem zapewni lepsze rozpylenie.W obydwu przypadkach, cechy geometryczne dyszy sa okreslone poczynajac od zgodnych cishieiT wentylatorów z dobrym rozpyleniem dla wydatku maksymalnego. Jest oczywiste, ze w obydwu przypadkach ksztalt korpusu jest obliczony dla spelnienia warunków wymienionych powyzej, a mianowicie utrzymania polozenia kolnierza dzwiekowego na tej samej odcietej w dyszy.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia dysze naddzwiekowa w przekroju, przeznaczona do wtryskiwania paliwa do wielkiego pieca, fig. 2 - inny przyklad wykonania dyszy dla wielkiego pieca.Wlot 1 powietrza (fig. 1) jest polaczony z naddzwiekowa dysza 2, która zawiera konfuzor 3, dzwiekowy kolnierz 4 oraz dyfuzor 5. Korpus 6 o ksztalcie dobranym tak, aby wspólrzedne polozenia kolnierza dzwiekowego w dyszy pozostaly niezmienione. Ten korpus wykonany z materialu ogniotrwalego na przyklad ze stali ogniotrwalej jest zmontowany na trzpieniu 7 osadzonym przesuwnie wzdluz osi dyszy. Trzpien 7 prowadzony i wyposrodkowany przez odpowiednie urzadzenie 8 umieszczone we wlocie 1 powietrza, przechodzi przez scianke umieszczona we wnetrzu rury 9 zapewniajac szczelnosc calego zespolu i przeniesienie cisnienia panujacego przed dysza. Korpus 6 i trzpien 7 sa wyposazone w srodki do chlodzenia w celu utrzymania ich temperatury na poziomie dopuszczalnym dla materialów, z których sa zrobione. Te srodki moga byc bardzo rózne i sa powszechnie znane i z tego powodu nie zostaly przedstawione. Wsród tych srodków nalezy wymienic chlodzenie klasyczne obiegiem plynu chlodzacego. Inna mozliwoscia jest wykonanie przewodników" ciepla chlodzonych na jednym koncu przez odparowanie cieczy, a na drugim koncu stykajacych sie z elementem chlodzonym. Tym sposobem mozna usunac cieplo strefy goracej za pomoca stalego elementu o bardzo dobrej przewodnosci ciepla. To rozwiazanie posiada te korzysc, ze nie wymaga obiegu cieczy, która moze przeniknac do dyszy w przypadku nieszczelnosci jej obiegu. Urzadzenie do regulacji i kontroli polozenia korpusu jest utworzone przez komore 10 o dwóch przedzialach oddzielonych membrana 11. Z jednej strony membrany 11 panuje cisnienie stale,zalezne od cisnienia panujacego przed konfuzorem, uzyskane za pomoca rury 9. Z drugiej strony membrany 11 panuje cisnienie oznaczone, dokladnie wyregulowane, okreslone przez zawór i doprowadzo¬ ne przewodem 12, Trzpien 7 polaczony z membrana przenosi jej przemieszczenia na korpus 6.Wtryskiwanie paliwa (nie przedstawione) dokonuje sie w znany sposób badz na poziomie kolnierza dzwiekowego, badz za posrednictwem korpusu lub za pomoca tych dwóch sposobów.Ponizej zostanie opisane dzialanie urzadzenia regulacyjnego, które jest tylko jednym z wielu rozwiazan problemu przystosowania dyszy do zmian wydatku w przypadku, w którym cisnienie za dysza moze byc uwazane jako stale. Dla dyszy o okreslonej geometrii, przystosowanej do wydatku maksymalnego i przewidzianej do dzialania przy fali uderzeniowej, znane jest cisnienie wentylatora, które trzeba utrzymac za dysza. Przyjmujac te dane mozna okreslic wielkosc oznaczona odpowiadajaca cisnieniu koniecznemu dla utrzymania tworzenia sie fali uderzeniowej. W celu przystosowania ilosci powietrza w kolnierzu dzwiekowym, do wydatku, zaklada sie wartosc cisnienia, które mozna przyrównac do cisnienia wentylatora przed kolnierzem dzwiekowym i porów¬ nujac ja z wielkoscia oznaczona. Nastepnie rejestruje sie róznice miedzy tymi wartosciami, zmienia sie ilosc powietrza w kolnierzu dzwiekowym badz wciskajac korpus w celu zmniejszenia powierzchni kolnierza jesli mierzone cisnienie jest zmniejszone, badz wycofujac korpus w celu zwiekszenia powierzchni kolnierza jesli cisnienie wzrasta dla otrzymania wyrównania wielkosci oznaczonej i cisnienia mierzonego.W przedstawionym przykladzie, to porównanie dwóch wielkosci jest otrzymane przez przesylanie cisnienia oznaczonego i cisnienia mierzonego z jednej i drugiej strony membrany. Os przenosi na korpus odksztalcenia membrany w celu zmiany polozenia rdzenia i dostosowania ilosci powietrza w kolnierzu, do nowego polozenia. Jest oczywiste, ze amplituda odksztalcenia membrany 11 jest okreslona w ten sposób, aby powodowac dla kazdej zmiany wydatku polozenie korpusu przystosowane do poprawnego dzialania dyszy.Na fig. 2 przedstawiono inny sposób wykonania wynalazku przy cisnieniu za dysza zaleznym od wydatku powietrza. Urzadzenie to jest podobne do przedstawionego na fig. 1 lecz ponadto zawiera otwór 13 usytuowany w dyfuzorze 5 polaczonym przewodem 14, którym wyrównuje sie cisnienie zmierzone w urzadzeniu regulacyj¬ nym na membranie na jej powierzchni, przeciwnej do powierzchni, która otrzymuje cisnienie wentylatora, Zespól do regulowania stanowi sprezyna 15, która pozwala na stosowanie na tylnej powierzchni membrany znanego dodatkowego cisnienia A P. Cisnienie A P moze byc dodane z duza dokladnoscia sciskajac sprezyne 15 za pomoca srodków regulacyjnych 16. Niezaleznie od zmian cisnienia za dysza bedzie istniec przed dysza cisnienie dodatkowe A P, którego wartosc zapewnia dzialanie dyszy i powstawanie fali uderzeniowej.Jest oczywiste, ze opisane przyklady nie ograniczaja wynalazku i mozna wykonac inne odmiany stosujac srodki równowazne nie wychodzac poza ramy wynalazku.4 71082 Istnieja inne liczne srodki do pomiaru cisnienia 1 porównywania go z wielkoscia oznaczona. Znane sa równiez rózne sposoby przekazywania impulsów sterowania na element ruchomy jak na przyklad w opisanym przykladzie wykonania, na korpus. Moga to byc srodki czysto mechaniczne lub elektroniczne, których sygnaly sa przekazywane na serwomechanizmy. Pomimo, ze powyzsze przyklady dotycza stosowania wynalazku do wtryskiwania paliw do wielkiego pieca moze on byc równiez stosowany w innych dziedzinach. PL