PT896191E - FUEL GAS INTRODUCTION DEVICE FOR A PRE-MIXED GAS BURNER - Google Patents
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Abstract
Description
Descrição “Dispositivo de introdução de gás combustível para um queimador de gás com mistura prévia” A invenção refere-se a um dispositivo para a introdução de gás combustível numa corrente de ar, em especial para um queimador dc gás com mistura prévia, com uma câmara de admissão para o ar, com uma abertura de admissão que conduz à câmara de admissão, para o gás combustível, e com um (primeiro) dispositivo de geração de impulsão angular, por meio do qual, ao ar que se escoa através da câmara de admissão é aplicada uma impulsão angular, estando a abertura de admissão disposta no eixo do (primeiro) dispositivo de geração de impulsão angular. É conhecido um dispositivo deste género da patente DE 33 45 611 AI.The invention relates to a device for the introduction of combustible gas into a stream of air, in particular for a pre-mixed gas burner, with a chamber , with an inlet opening leading to the inlet chamber for the fuel gas, and with a (first) angular impulse generation device, by means of which, the air flowing through the combustion chamber The inlet is provided with an angular thrust, the intake port being disposed on the axis of the (first) angular thrust generating device. Such a device is known from DE 33 45 611 AI.
No caso do designado “queimador atmosférico”, o ar que se escoa através de uma câmara de admissão, de acordo com o princípio da bomba de jacto, arrasta consigo uma quantidade correspondente de gás combustível. Em função da velocidade de escoamento do ar ou, respectivamente, da pressão de ar que reina na câmara de admissão, doseia-se mais ou menos gás combustível, podendo no entanto surgir imprecisões notáveis. São ainda conhecidos dispositivos de admissão, nos quais o doseamento do gás combustível depende da perda de pressão num ponto de estrangulamento. Na denominada “composição gás-ar mecânica”, variam-se, para modificar a potência, as secções de escoamento do ar e do gás combustível, de maneira igual. Porém, isso exige uma grande complicação técnica. Para fazer variar a potência, na chamada “composição pneumática”, faz-se variar a pressão de um dos fluidos de acordo com a perda dc pressão nos pontos de estrangulamento, a fim de obter a mesma relação de mistura. Também aqui se toma necessária uma técnica muito dispendiosa, mantendo-se a gama de potências utilizável relativamente pequena. No caso denominado “regulação pela pressão nula”, escolhe-se a perda de pressão do ponto de estrangulamento, numa das correntes de fluido, mais ou menos igual à perda de pressão do ponto de estrangulamento na outra corrente de fluido, sendo a relação de mistura independente do caudal. Também aqui é pequena a gama de potências utilizável, visto que é muito difícil a regulação precisa da pressão no caso de pequenas diferenças da pressão.In the case of the so-called "atmospheric burner", air flowing through an inlet chamber in accordance with the principle of the jet pump carries with it a corresponding quantity of combustible gas. Depending on the air flow velocity or the air pressure reigning in the inlet chamber, more or less combustible gas is dosed, but there may be notable inaccuracies. Inlet devices are further known in which the dosing of the fuel gas depends on the loss of pressure at a throttling point. In the so-called "mechanical gas-air composition", the air and fuel gas flow sections are varied equally to modify the power. However, this requires a major technical complication. In order to vary the power, in the so-called "pneumatic composition" the pressure of one of the fluids is varied according to the loss of pressure at the throttling points in order to obtain the same mixing ratio. Also, a very expensive technique is required here, the usable power range being relatively small. In the case referred to as "zero pressure regulation", the pressure loss of the throttling point in one of the fluid streams is selected, more or less equal to the pressure loss of the throttling point in the other fluid stream, the ratio of flow independent mixing. Here too, the usable power range is small, since precise pressure regulation is very difficult in the case of small pressure differences.
Da publicação “Flame Special ISH Edition” da firma Honeywell, Nr. 2, 1997, é ainda conhecido um dispositivo de admissão, no qual o gás combustível é introduzido num tubo de Venturi, no qual reina uma pressão de ar negativa. A introdução do gás combustível na corrente de ar faz-se, nesse caso, mais ou menos na zona da secção transversal mais apertada do tubo de Venturi, através de uma abertura de introdução anular, disposta coaxialmente com o eixo do tubo de Venturi. O gás combustível, que sai dessa abertura de entrada anular em forma de manto, em tomo da corrente de ar, escoa-se substancialmente sem se misturar com a corrente de ar ao longo da parede difusora do tubo de Venturi. A mistura propriamente dita entre o gás combustível e o ar faz-se só num ventilador disposto a jusante da abertura de entrada ou, respectivamente, do tubo de Venturi. O doseamento do gás combustível depende da depressão do ar no tubo de Venturi, mas a depressão no tubo de Venturi é ainda demasiado pequena, para poder-se abranger uma grande gama de potências.From the publication "Flame Special ISH Edition" by Honeywell, No. 2, 1997, there is further known an inlet device in which the combustible gas is introduced into a Venturi tube in which a negative air pressure reigns. The introduction of the fuel gas into the air stream in this case is more or less in the region of the narrowest cross section of the Venturi tube through an annular introduction aperture disposed coaxially with the axis of the Venturi tube. The fuel gas, which exits from said annular, mantle-shaped aperture around the air stream, flows substantially without mixing with the air stream along the diffuser wall of the Venturi tube. The actual mixture between the fuel gas and the air is done only in a fan arranged downstream of the inlet aperture or, respectively, of the Venturi tube. The dosing of the fuel gas depends on the air depression in the Venturi tube, but the depression in the Venturi tube is still too small to be able to cover a wide range of powers.
No caso do dispositivo de admissão conhecido da patente mencionada na introdução DE 33 45 611 Al, o gás combustível é introduzido, através de uma tubeira do combustível, axialmente no eixo de rotação de uma impulsão angular gerada com pás, isto é, no “olho” do turbilhão de ar. Neste olho do turbilhão de ar reina uma grande depressão, de modo que se toma fácil a regulação da pressão do gás combustível a introduzir e, portanto, é aumentada a precisão do doseamento. A presente invenção tem por objectivo, pelo contrário, aperfeiçoar o dispositivo de introdução do tipo mencionado na introdução, de modo que possa obter-se uma maior precisão do doseamento.In the case of the known admission device of the patent mentioned in the introduction DE 33 45 611 A1, the fuel gas is introduced through a fuel nozzle axially into the axis of rotation of an angular impulse generated with blades, that is, in the "eye "Of the air whirlwind. In this eye of the air whirlpool a great depression reigns, so that it is easy to regulate the pressure of the combustible gas to be introduced and, therefore, the precision of the dosing is increased. The object of the present invention is rather to improve the introduction device of the type mentioned in the introduction, so that a greater precision of the dosing can be obtained.
De acordo com a invenção, o problema é resolvido por meio de um outro (segundo) dispositivo de geração de impulsão angular, que se aplica já ao gás combustível que se escoa através da abertura de admissão ou, respectivamente, a uma mistura de ar e gás combustível que se escoa através da abertura de admissão.According to the invention, the problem is solved by means of a second (second) angular impulse generation device, which already applies to the combustible gas flowing through the inlet port or, respectively, a mixture of air and fuel gas flowing through the inlet port.
Por meio do outro dispositivo de geração de impulsão angular, que aplica ao gás combustível que se escoa através da abertura de admissão ou, respectivamente, à mistura de ar e gás combustível que se escoa através da abertura de admissão, uma impulsão angular, pode aplicar-se já a montante da abertura de admissão, ao gás combustível ou, respectivamente à mistura de ar com gás combustível, sendo a impulsão angular, a jusante, reforçada pela impulsão angular aplicada ao ar. De preferência, este outro dispositivo de geração da impulsão angular está colocado a montante da abertura de admissão para gerar uma impulsão angular apenas no ar da mistura que se escoa através da abertura de admissão.By means of the other angular impulse generation device, which applies to the combustible gas flowing through the inlet port or respectively to the mixture of air and fuel gas flowing through the inlet port, an angular thrust can apply upstream of the intake opening, to the fuel gas or, respectively, to the mixture of air with fuel gas, the angular thrust downstream being reinforced by the angular thrust applied to the air. Preferably, this other angular thrust generation device is positioned upstream of the intake port to generate an angular thrust only in the air of the mixture flowing through the intake port.
Além disso, pode ser vantajoso que a abertura de admissão seja formada como uma tubeira de Venturi. A fim de impedir uma separação da corrente que passa da parede do difusor da tubeira de Venturi ou pelo menos retardar o mais possível essa separação, pode aplicar-se à corrente que se escoa uma impulsão angular. Quando o gás combustível e o ar se escoam conjuntamente através da tubeira de Venturi, isso conduz, já a montante da câmara de admissão, a uma melhor mistura.Further, it may be advantageous if the inlet port is formed as a venturi nozzle. In order to prevent a separation of the stream passing from the wall of the venturi nozzle diffuser or at least to delay such separation as much as possible, an angular thrust can be applied to the stream. When the fuel gas and air flow together through the Venturi nozzle, this leads, upstream of the intake chamber, to a better mixing.
Devido à impulsão angular da corrente de ar em rotação, gera-se na abertura de admissão colocada no centro da impulsão angular uma grande depressão para o gás combustível, que facilita decisivamente a regulação da pressão do gás combustível a admitir, aumentando portanto a precisão do doseamento. Deste modo, já para uma queda de pressão reduzida de gás, pode obter-se uma relação de mistura precisa e ajustável, com o gás combustível numa ampla gama de pressões. A geração da impulsão angular no ar tem, além disso, a vantagem de o escoamento não apresentar fenómenos de separação, no caso de mudanças de direcção, podendo desse modo obter-se uma economia de espaço de montagem.Due to the angular thrust of the rotating air stream, a large depression for the fuel gas is generated in the intake opening placed in the center of the angular impulse, which decisively facilitates the adjustment of the pressure of the combustible gas to be admitted, thus increasing the accuracy of the dosing. Thus, even for a reduced gas pressure drop, an accurate and adjustable mixing ratio can be obtained with the fuel gas over a wide range of pressures. The generation of angular momentum in the air also has the advantage that the flow does not exhibit separation phenomena in the case of changes of direction, thus being able to obtain an economy of assembly space.
De preferência, o dispositivo de geração da impulsão angular apresenta pelo menos uma e, em especial, várias pás directrizes, distribuídas uniformemente na sua periferia, as quais geram a impulsão angular. Por meio de pás directrizes ajustáveis, pode além disso influenciar-se o doseamento ou, respectivamente, a relação de mistura entre o ar e o gás de combustão, de uma maneira particularmente simples.Preferably, the angular impulse generation device has at least one and, in particular, several guide blades, evenly distributed at its periphery, which generate the angular impulsion. By means of adjustable guide blades, the dosing or, respectively, the mixing ratio between the air and the flue gas can be influenced in a particularly simple manner.
Em formas de realização preferidas da invenção, o dispositivo de geração da impulsão angular é formado como ciclone. Mostrou-se ser vantajoso permitir o escoamento de uma maior quantidade de gás de combustão no centro do ciclone, a fim de reduzir as perdas no escoamento.In preferred embodiments of the invention, the angular impulse generation device is formed as a cyclone. It has been found advantageous to allow the flow of a larger amount of flue gas into the center of the cyclone in order to reduce flow losses.
Resulta particularmente vantajoso colocar a montante da câmara de admissão um ventilador radial. A impulsão angular de mistura que se escoa para fora da câmara de admissão pode ser usada vantajosamente para insuflar no ventilador radial. No caso da insuflação contra a impulsão angular, pode obter-se uma potência 5 J- particularmente elevada do ventilador, enquanto que, no caso da insuflação no sentido da impulsão angular é possível uma entrada, particularmente sem perdas, da mistura no ventilador radial.It is particularly advantageous to place a radial fan upstream of the inlet chamber. The mixing angular thrust flowing out of the inlet chamber can advantageously be used to inflate the radial fan. In the case of insufflation against angular thrust, a particularly high power of the fan can be obtained, while in the case of inflation in the direction of angular thrust a particularly lossless entry of the mixture into the radial fan is possible.
Para aumentar ainda mais a depressão e também a misturação do gás de combustão e o ar, podem montar-se em cascata vários de tais dispositivos de admissão, como os descritos atrás. Se, por exemplo, se pretenda" misturar quantidades relativamente pequenas de gás combustível, pode ser vantajoso, mais uma vez, ligar em série (em cascata) uma tubeira de Venturi ou um ciclone com o ar.To further increase the depression and also the blending of the flue gas and the air, several of such intake devices, such as those described above, may be cascaded. If, for example, you want " mixing relatively small amounts of combustible gas, it may again be advantageous to serially (cascade) connect a Venturi nozzle or a cyclone with air.
Outras vantagens da invenção resultam da descrição e dos desenhos. As formas de realização representadas e descritas não devem estender-se como especificação definitiva, tendo sim um carácter exemplificativo para ilustração da invenção. As figuras dos desenhos representam: A fíg. 1, uma representação esquemática de um exemplo de realização de um dispositivo de admissão de acordo com a invenção; e A fig. 2, um corte transversal do dispositivo de admissão da fig. 1, representado em corte em três segmentos correspondentes a (A, B, C) na fig. 1.Other advantages of the invention result from the description and drawings. The embodiments shown and described should not be extended as a definitive specification, but rather an exemplary character for illustration of the invention. The figures of the drawings represent: Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of an inlet device according to the invention; and Fig. 2 shows a cross-section of the intake device of FIG. 1, shown in section in three segments corresponding to (A, B, C) in Fig. 1.
As figuras dos desenhos mostram o objecto de acordo com a invenção em parte fortemente esquematizado, não devendo ser considerado necessariamente à escala.The figures of the drawings show the object according to the invention partly heavily diagrammed and should not necessarily be considered to scale.
Na fíg. 1, está indicado com (10’) um dispositivo de introdução para um queimador de gás com mistura prévia (não representada), no qual se misturam entre si ar (11, 1Γ) e gás combustível (12), sendo depois conduzidos ao queimador de gás com mistura prévia, na forma da mistura (13). Para isso, através de um ventilador radial (14), que é accionado em rotação no sentido (16), pelo motor (15), o ar (11) é aspirado através de uma abertura periférica (17), numa câmara de admissão (18). Na câmara de admissão (18) estão colocadas pás directrizes fixas (19) (fig. 2), que formam um ciclone e que imprimem, por meio do ar (11) que se escoa através da câmara de admissão (18), uma impulsão angular, como está indicado pelas setas de escoamento (21) na fig. 2.In Fig. 1, an introduction device for a pre-mixed gas burner (not shown) is indicated with (10 '), in which air (11, 1Γ) and fuel gas (12) are mixed together and then fed to the burner of pre-mixed gas in the form of the mixture (13). To this end, by means of a radial fan 14, which is driven in rotation in the direction 16, by the motor 15, the air 11 is sucked through a peripheral opening 17, into an inlet chamber 18). In the intake chamber 18 are fixed guide blades 19 (Figure 2), which form a cyclone and which, by means of air (11) flowing through the inlet chamber (18), impart a thrust as indicated by the flow arrows 21 in Fig. 2.
No centro da impulsão angular (20), isto é, na zona do seu eixo de rotação (22), previu-se uma abertura de admissão (23 ’), na forma de uma tubeira de Venturi (29), através da qual o gás combustível (12), e mais ar (1Γ), são introduzidos conjuntamente, no sentido do eixo de rotação (22), na câmara de admissão (18). Por meio do ventilador radial (14), o ar (1Γ) é aspirado através de um canal do ar (31), para o interior da tubeira de Venturi (29), de modo que o ar (IP) arrasta o gás combustível (12), através de uma abertura de entrada em forma de tubeira (32), colocada na zona do eixo de rotação (22). Já no canal de ar (31) se imprime ao ar (IP), a montante da abertura de admissão (23’), através de placas directrizes (33) (fig. 2), uma impulsão angular (34), que se prolonga, como impulsão angular (34’), na tubeira de Venturi (19) e reforça ainda a impulsão angular (20) do ar (11), como se indica com uma seta (35). Por meio da impulsão angular (35), gera-se na abertura de admissão (23) uma depressão acentuada, que facilita a regulação da pressão do gás combustível (12) a introduzir, de maneira decisiva e, portanto aumenta a precisão do doseamento.In the center of the angular thrust 20, ie in the region of its axis of rotation 22, an inlet 23 'is provided in the form of a Venturi nozzle 29, through which the fuel gas 12 and more air 1 are introduced together in the direction of the axis of rotation 22 into the inlet chamber 18. By means of the radial fan 14, the air 1 é is sucked through an air channel 31 into the Venturi nozzle 29, so that the air (IP) entrains the combustible gas ( 12) through a nozzle-shaped inlet opening (32), placed in the region of the axis of rotation (22). In the air channel 31, an angular thrust 34 is advanced upstream of the inlet opening 23 'through guide plates 33 (Figure 2) as angular momentum 34 'in the Venturi nozzle 19 and further reinforces the angular thrust 20 of the air 11, as indicated by an arrow 35. By means of the angular thrust 35, a large depression is generated in the inlet opening 23, which facilitates the regulation of the pressure of the combustible gas 12 to be introduced decisively and therefore increases the accuracy of the dosing.
Como mostra o segmento em corte (C) na fig. 2, a mistura (25) de ar (11, IP) e gás combustível (12) escoa-se, no ventilador radial (14), radialmente para fora, num canal exterior de escoamento (24) e depois, pela abertura de saída (26), no sentido do queimador de gás com mistura prévia.As shown in cross section C in Fig. 2, the mixture of air (11, IP) and fuel gas (12) flows radially outwardly into the radial fan (14) in an outer flow channel (24) and then through the outlet opening (26) in the direction of the pre-mixed gas burner.
No exemplo de realização representado, a impulsão angular (35) e o sentido da rotação (16) do ventilador radial (14) têm o mesmo sentido, de modo que é possível uma entrada da mistura no ventilador radial (14) particularmente sem perda, quando a roda (27) do ventilador (14) está equipada com pás directrizes (28) apropriadas. A relação de mistura de ar (11) e gás combustível (12) é calculada -- teoricamente - da seguinte maneira, quando o caudal volumétrico (V) através de uma tubeira: V = A*a*p* [2Δρ/σ]1/2 para simplificação, com a=l e p=l. Para o caudal Vi do ar (12) segue-se que V) = Ai * [2*( Pi-pGy σχ]1/2 com Al· secção transversal da tubeira para o ar (11), que é dada, aproximadamente, pela secção transversal na câmara de admissão (18) e, no caso de existir, pela secção transversal de saída da tubeira de Venturi (19), menos a secção transversal da tubeira para o gás combustível (12), multiplicado pela relação de áreas da tubeira de Venturi (19), com σι: densidade do ar com pi: pressão do ar (11) na entrada, e com pG: pressão de saída comum de ar (11) e gás combustível (12), antes do ventilador radial (14). O caudal V2 do gás combustível (12) é dado por: 8 V2 = Α2 * [2*( p2 - po + (v-1) * (pi - pG)/ σ2]1/2 com A2: secção transversal da tubeira do gás combustível (12) com Pj: pressão do gás na entrada, normalmente igual a pi e com v : constante do aparelho, por exemplo 4, isto é, uma queda de pressão determinada na secção transversal da tubeira do ar gera 4 vezes a queda de pressão na secção da tubeira para o gás combustível (12). Por diminuição da pressão p2, mistura-se uma menor proporção de gás combustível (12). Deste modo, pode obter-se uma variação da relação de mistura independente da potência Para uma variação constante da pressão, por exemplo pela introdução de um outro ajustamento no regulador de pressão do gás combustível (12), pode variar-se fortemente a relação de mistura, nas pequenas potências de caudal, e no caso de estrangulamento a relação de mistura é fortemente alterada no caso de potências elevadas.In the illustrated embodiment, the angular thrust 35 and the direction of rotation 16 of the radial fan 14 have the same direction, so that an entrance of the mixture into the radial fan 14 is particularly possible without loss, when the wheel (27) of the fan (14) is equipped with suitable guide blades (28). The mixing ratio of air (11) and fuel gas (12) is theoretically calculated as follows when the volumetric flow rate (V) through a nozzle: V = A * a * p * [2Δρ / σ] 1/2 for simplification, with a = lep = l. For the flow Vi of air (12) it follows that V) = Ai * [2 * (Pi-pGy σχ] 1/2 with Al cross section of the nozzle for air (11), which is given approximately, by the cross-section in the inlet chamber 18 and, if any, by the outlet cross-section of the Venturi nozzle 19, minus the cross-section of the nozzle for the fuel gas 12, multiplied by the area ratio of the (19), with σι: density of air with pi: air pressure (11) at the inlet, and with pG: common air outlet pressure (11) and fuel gas (12), before the radial fan The gas flow rate V2 is given by: V2 = Α2 * [2 * (p2 - po + (v - 1) * (pi - pG) / σ2] 1/2 with A2: section (12) with Pj: gas pressure at the inlet, usually equal to pi and with v: constant of the apparatus, for example 4, i.e. a determined pressure drop in the cross-section of the generating air nozzle 4 times the fall of pre are in the nozzle section for the fuel gas (12). By decreasing the pressure p2, a lower proportion of fuel gas (12) is mixed. Thus, a variation of the mixing ratio independent of the power can be obtained. For constant pressure variation, for example by the introduction of another adjustment in the fuel gas pressure regulator (12), the ratio of mixture, at small flow rates, and in case of throttling the mixing ratio is greatly altered in case of high potencies.
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