ГОРЕЛКА, В ЧАСТНОСТИ ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ СМЕШИВАНИЕМ Российский патент 2012 года по МПК F23D14/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к горелке, в частности к газовой горелке с предварительным смешиванием, имеющей признаки, описанные в преамбуле п.1 формулы изобретения, который является основным пунктом формулы изобретения.

Предшествующий уровень техники

В данной области техники известен способ изготовления газовой горелки с предварительным смешиванием, головка которой предназначена для размещения в камере сгорания в положении, обращенном к теплообменнику, который, контактируя с продуктами сгорания горелки, нагревает жидкую среду, проходящую через него. Обычно горелка соединена с заслонкой или подобным элементом для герметизации камеры сгорания. В первом известном виде горелки вышеупомянутого типа головка горелки изготовлена цилиндрической формы, которая может проходить в камеру сгорания, которая также имеет цилиндрическую форму, причем цилиндры предпочтительно являются коаксиальными относительно друг друга. В этой конфигурации цилиндрический корпус головки горелки обращен к змеевику теплообменника в кольцевом пространстве камеры, которое по существу ограничено полными габаритами цилиндрической горелки.

Одна из основных проблем, встречающихся при изготовлении горелок вышеупомянутого типа, исходит из того факта, что во время работы нагревательного устройства горелка подвержена состоянию напряжения, обусловленного термической деформацией, появляющейся за счет теплового расширения материла, из которого она изготовлена. Эти состояния напряжения могут неблагоприятно влиять на прочность материала и в некоторых самых тяжелых случаях могут вызвать разрушение материала. В этом контексте область головки горелки является одной из наиболее критических областей горелки. Заслонка также обычно разработана с диаметром больше, чем диаметр камеры сгорания. В этом случае дополнительной проблемой является проблема уменьшения тепловых потерь через кольцевое пространство заслонки, которое не занято соединением с горелкой, причем обычно пытаются найти решение этой проблемы путем выполнения этой области с покрытием из изоляционного материала, который уменьшает наслоение коррозии в заслонке, так же как и путем выполнения теплоизоляции.

В попытке наилучшим образом использовать имеющуюся поверхность в заслонке, в предшествующем уровне техники были предложены горелки с плоскими круглыми головками горелки. Хотя это не позволяет языкам пламени быть обращенными к змеевику теплообменника, эта конфигурация позволяет снизить использование изоляции на заслонке или даже устранить ее использование, но это имеет некоторые ограничения. Первое ограничение заключается в том, что головка горелки не имеет предпочтительного направления расширения. Второе ограничение заключается в том, что доступное поперечное сечение головки горелки ограничено в размере поперечным сечением цилиндрической камеры сгорания.

В другом известном типе горелки головка горелки является полусферической, в частности ее диаметр равен диаметру цилиндрической камеры сгорания. В этой конфигурации пламя у основания полусферической головки находится очень близко к змеевику теплообменника, вызывая возможное повреждение или преждевременный износ, обусловленный близостью фронта пламени, несмотря на то, что размеры горелки уменьшены (то есть путем уменьшения диаметра основной окружности полусферы относительно диаметра цилиндрической камеры сгорания). Кроме того, эта форма занимает значительный объем в камере сгорания, который больше, чем объем эквивалентной цилиндрической формы.

Что касается крепления горелки, головка горелки обычно выполнена с возможностью прикрепления с помощью соединительного фланца к конструкции заслонки. Система для крепления головки горелки к фланцу может включать, например, сварное соединение. В других известных системах головка горелки прикреплена к фланцу горелки путем загибания штифтов или путем крепления с помощью винтового средства. Вышеупомянутые системы имеют ограничение, заключающееся в противодействии расширению головки горелки в результате фиксирующего действия, вызывая тем самым появление состояний напряжения теплового происхождения, которые могут неблагоприятно влиять на саму головку горелки.

Описание изобретения

Основная задача, решаемая изобретением, заключается в создании горелки, в частности газовой горелки с предварительным смешиванием, конструкционная и функциональная компоновка которой является такой, что ограничения по вышеупомянутому предшествующему уровню техники могут быть преодолены.

Эта задача решается изобретением посредством горелки, изготовленной в соответствии со следующей формулой изобретения.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества изобретения станут ясными из следующего подробного описания некоторых предпочтительных примеров вариантов осуществления изобретения, проиллюстрированных для целей пояснения и неограничивающим образом со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 представляет собой вид в перспективе горелки, выполненной согласно изобретению;

фиг.2 представляет собой вид сбоку горелки по фиг.1, размещенной в камере сгорания, которая проиллюстрирована только частично;

фиг.3 представляет собой схематичный частичный вид детализации горелки по предыдущим чертежам;

фиг.4 представляет собой вид в перспективе частичного разреза дополнительной детализации по предыдущим чертежам;

фиг.5 представляет собой частичный разрез детализации по фиг.4;

фиг.6-8 представляют собой схематичные виды, в частичном разрезе, различных вариантов осуществления изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Со ссылкой на фиг.1-3, позицией 1 изначально обозначается в целом горелка, в частности горелка для горючего газа с предварительным смешиванием, выполненная согласно настоящему изобретению.

Горелка содержит корпус 2 горелки с головкой 3 горелки, где сгорает воздушно-газовая смесь, подаваемая в горелку с помощью, например, воздухонагнетательного устройства (не показано).

Горелка выполнена с возможностью размещения в камере 4 сгорания, которая показана только схематично, нагревательного устройства (не показано), в которой размещен также теплообменник 5, снабженный пучком 6 труб, в котором циркулирует рабочая жидкая среда и нагревается с помощью горелки.

Корпус 2 горелки прикреплен к элементу заслонки 7, которая выполнена с возможностью герметизировать камеру сгорания, и которая соединена с возможностью снятия со статической конструкцией камеры. Позицией 8 обозначен соединительный фланец для крепления корпуса горелки к заслонке, как будет ясно описано ниже.

Согласно основному признаку изобретения головка 3 горелки имеет поверхностный профиль 3а, выполненный в виде куполообразного сегмента сферы, как также ясно показано на фиг.2 и 3. Более конкретно, при условии, что H обозначает высоту сферического сегмента, D обозначает диаметр сферы, к которой принадлежит купол, и D1 обозначает диаметр основной окружности купола, как показано на фиг.3, предусмотрено, что высота H выбирается, простым образом, меньше половины диаметра D, и что H является предпочтительно меньше половины диаметра D1 основной окружности купола.

Необходимо понимать, что форма купола также может быть получена из похожих цельных форм с изогнутыми профилями, например в виде эллипсовидного купола вместо сферического купола.

Купол также имеет вершину 9, на пересечении с основной осью осевой симметрии Х, и периферический край 10 в основании купола.

Необходимо отметить, что при размещении горелки в камеру сгорания диаметр D1 основной окружности купола выбирают таким образом, чтобы он имел значение соответствующим образом меньше диаметра камеры сгорания, обозначенного D2 на фиг.2.

Сферическая куполообразная головка 3 может быть выполнена из металлического материала, из перфорированного металлического листа, например, или в виде металлической решетки или сетки. В дополнительном альтернативном варианте головка 3 может быть выполнена из волокна, в частности из металлического волокна. Из-за куполообразной формы головки 3 горелки пламя обращено только к змеевику из пучка 6 трубок, в то время как обеспечена соответствующая поверхность 3а головки, и объем, занимаемый камерой 4, значительно меньше, чем объем, который был бы занят полусферической головкой, имеющей диаметр D.

Кроме того, под головкой 3 горелки, внутри купола, выполнен распределительный элемент 11, выполненный соответствующим образом в виде пластинчатого элемента, снабженного множеством сквозных отверстий, через которые горючая смесь подается к головке горелки. Распределительный элемент 11 предпочтительно выполнен из соответствующим образом профилированного перфорированного металлического листа, который размещен коаксиально с головкой относительно основной оси Х и который имеет выпуклый профиль (в форме сферического или эллиптического купола, например), выпуклость которых обращена к вогнутой части купола, как схематично показано на фиг.5.

Позицией 12 обозначена дополнительная направляющая стенка, расположенная под головкой 3 и распределительным элементом 11, причем эта стенка предпочтительно является коаксиальной с головкой и имеет выпуклый профиль, обращенный к головке. Стенка 12, выполненная соответствующим образом в виде листа, имеющего подходящий профиль (например, в виде сферического или эллиптического купола), имеет основную кромку 12а, которая расположена на радиальном расстоянии от головки и фланца 8, таким образом, разграничивая кольцевую секцию 12b для прохода смеси, подаваемой к горелке.

Распределительный элемент 11 расположен также относительно стенки 12 с образованием, как показано на виде осевого разреза на фиг.6, типа направляющего канала 13, поперечное сечение которого уменьшается по направлению к оси Х. Эта конфигурация делает возможным направлять смесь при, по существу, постоянном давлении по всему профилю поверхности головки 3 горелки.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.6, можно выполнить, в качестве альтернативы распределительному элементу 11, отклоняющий элемент 14, расположенный у входа кольцевой секции 12b, под головкой 3, в области канала 13, имеющей самое большее поперченное сечение. Более конкретно, отклоняющий элемент 14 может быть выполнен из профилированного металлического листа, который может быть или может не быть перфорирован и который проходит кольцеобразно, либо непрерывно, либо прерывисто, от фланца 8, коаксиально оси Х, как показано на фиг.7. Дополнительно часть 8b фланца может быть соответствующим образом выполнена как одно целое с отклоняющим элементом 14.

Основная функция отклоняющего элемента 14 заключается в отклонении потока горючей смеси, подаваемой нагнетательным устройством, и направлении ее в канал 13, образованный между головкой 3 и стенкой 12.

Дополнительно, за счет подходящего профилирования распределительного 11 или отклоняющего 14 элементов или за счет определенного расположения перфораций, выполненных в этих элементах, на головке 3 горелки создается область 15 низкой скорости, которая является особенно стабильной. На фиг.5 и 6 область 15 главным образом размещена в кольцевом пространстве, образованном участком основания отклоняющего элемента или распределительного элемента, в котором существует значительное изменение кривизны профиля элемента, о котором идет речь.

Эти конкретные условия обеспечивают воспламенение пламени и его видимость на головке горелки. Это происходит потому, что, как следствие ранее упомянутых свойств, в отношении формы и перфорации, выполненной в распределительном элементе и отклоняющем элементе, в области 15 создается падение давления в результате потерь давления, которые больше, чем в остальной части горелки. Область 15 горелки, где скорость низкая, а стабильность пламени больше, может покрывать ограниченный участок головки 3 горелки и может, например, быть размещенной в наружном круглом кольце головки с соответствующей радиальной шириной.

Конфигурации по фиг.5 и 6, в которых выполнена направляющая стенка 12, в частности, применимы в случаях, в которых для того, чтобы достичь компактности, необходимо уменьшить общее пространство и в которых поэтому полезно принять рациональные конфигурации, в которых объемы, имеющиеся для жидкой среды, уменьшены, для того чтобы получить хорошее распределение смеси на головке горелки. Таким образом, в этих применениях может быть использована стенка 12, чтобы разграничивать направляющий канал 13.

Однако в случаях, когда необходимо уменьшить объемы, имеющиеся для жидкой среды, или где выполнены большие объемы, нет необходимости в направляющем канале, поскольку объем является достаточным сам по себе, чтобы создать камеру с низкой скоростью. В этом применении, следовательно, не выполняют направляющей стенки, как в случае, показанном на фиг.7.

Крепежное средство и ответное средство выполнены для того, чтобы прикрепить головку 3 горелки к фланцу 8. Это средство включает в себя посадочное место 16 в виде кармана во фланце 8, которое может входить в зацепление с краем 10 купола, который образует головка горелки. Карманообразное посадочное место 16 выполнено с возможностью вхождения в зацепление с периферийным краем купола, одновременно позволяя ограниченное относительное скольжение, чтобы обеспечить фиксирование головки на фланце, одновременно позволяя свободное расширение головки, обусловленное тепловой деформацией, происходящей во время работы, предотвращая тем самым создание состояний напряжения между головкой и фланцем.

Более конкретно, карманообразное посадочное место 16 проходит по периметру на аксиальном конце фланца, противоположном концу, на котором фланец прикреплен к заслонке. Посадочное место проходит непрерывно в конфигурации, коаксиальной с головкой 3 горелки. Упомянутое посадочное место также предпочтительно образовано совместно парой соответствующих участков 8а и 8b фланца, которые являются отдельными и отличными и которые могут быть прикреплены друг к другу и к заслонке с помощью винтового средства. Как показано на фиг.5, участок 8b соответствующим образом выполнен как одно целое с распределительным элементом 11.

Участки 8а и 8b расположены коаксиально друг с другом и на расстоянии друг от друга таким образом, что соответствующие поверхности упомянутых участков, которые обращены друг к другу, сочетаются, чтобы разграничивать кольцевое пространство посадочного места 16, которое может принимать край 10 купола.

Ссылаясь на фиг.5, поперечное (диаметральное) сечение посадочного места 16 в виде кармана имеет свое основное направление продольного расширения, пересекающее основную ось Х таким образом, что край 10 купола может оставаться в зацеплении путем вставки в карман. Глубину кармана 16, в ранее упомянутом направлении его основного продольного расширения, выбирают таким образом, чтобы позволить краю купола войти в зацепление в гнездо, чтобы свободно скользить относительно гнезда, без существенной площади контакта, облегчая, таким образом, свободное расширение головки, также одновременно обеспечивая действие фиксирования на фланце.

Ясно, что возможны альтернативные формы посадочного места в виде кармана при условии, что оно отвечает требованию крепления головки, одновременно позволяя ей свободно расширяться, по меньшей мере, до ограниченного размера. На фиг.8 схематично показан один подобный вариант осуществления изобретения, в котором фланец 8 загнут вдоль одного из его аксиальных краев для того, чтобы образовать ранее упомянутую форму кармана 16.

Таким образом, изобретение решает исходную задачу и дает перечисленные преимущества по сравнению с известными решениями.

Дополнительное преимущество заключается в полном снижении стоимости изготовления, которое может быть получено с помощью изобретения, по сравнению с известными решениями, вместе с большей простотой сборки горелки и ее большей компактностью, которая может быть получена согласно признакам, заявленным в формуле изобретения.

Также преимущественно является возможным изменить устройство с заданной номинальной мощностью до конфигурации с сокращенной номинальной мощностью (даже до соотношения 1 к 4 между номинальными мощностями, о которых идет речь), просто путем замещения головки горелки, одновременно оставляя остальную часть конструкции горелки неизменной.

Горелка, в частности, для газового топлива с предварительным смешиванием содержит корпус (2) горелки, выполненный с возможностью размещения в камере (4) сгорания нагревательного устройства, причем корпус (2) горелки снабжен головкой (3) горелки, на которой сжигается воздушно-газовая смесь, подаваемая в камеру (4) сгорания, головка (3) горелки имеет поверхностный профиль (3а) в виде куполообразного сферического сегмента, причем высота (Н) купола меньше половины диаметра (D) сферы, к которой принадлежит сегмент. Высота (Н) куполообразного сферического сегмента меньше половины диаметра (D1) основной окружности купола. Головка (3) горелки выполнена или из металлического материала, или из перфорированного листа металла, или в виде металлической решетки или сетки, или из волокна. Горелка содержит средство и ответное средство для крепления головки (3) горелки к опорному фланцу (8) головки, причем средство и ответное средство содержат, по меньшей мере, одно посадочное место (16) на фланце (8), выполненное в виде кармана, и, по меньшей мере, один участок периметрического края (10) основания купола, причем посадочное место (16) выполнено с возможностью вхождения в зацепление с упомянутым участком купола с возможностью ограниченного относительного скольжения, тем самым прикрепляя головку (3) к фланцу (8) с одновременным обеспечением возможности свободного расширения головки (3), в частности ее теплового расширения относительно посадочного места (16). Горелка содержит устройство для направления воздушно-газовой смеси к головке (3) горелки, которое содержит стенку (12), расположенную внутри купола на расстоянии от внутренней поверхности купола, при этом поток воздушно-газовой смеси направляется между поверхностью головки (3) и стенкой (12) по направлению к головке горелки, причем стенка расположена коаксиально с головкой (3) и имеет изогнутый профиль, выпуклость которого обращена к головке (3) горелки. Между стенкой (12) и головкой (3) выполнен распределительный элемент (11) для подачи потока горючей смеси к головке (3). Изобретение позволяет расширять головку горелки, что обеспечивает эксплуатационную надежность горелки. 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Горелка, в частности, для газового топлива с предварительным смешиванием, содержащая корпус (2) горелки, выполненный с возможностью размещения в камере (4) сгорания нагревательного устройства, причем корпус (2) горелки снабжен головкой (3) горелки, на которой сжигается воздушно-газовая смесь, подаваемая в камеру (4) сгорания, отличающаяся тем, что головка (3) горелки имеет поверхностный профиль (3а) в виде куполообразного сферического сегмента, причем высота (Н) купола меньше половины диаметра (D) сферы, к которой принадлежит сегмент.

2. Горелка по п.1, в которой высота (Н) куполообразного сферического сегмента меньше половины диаметра (D1) основной окружности купола.

3. Горелка по п.1 или 2, в которой головка (3) горелки выполнена из металлического материала.

4. Горелка по п.3, в которой головка (3) горелки выполнена из перфорированного листа металла.

5. Горелка по п.1 или 2, в которой головка (3) горелки выполнена в виде металлической решетки или сетки.

6. Горелка по п.1 или 2, в которой головка (3) горелки выполнена из волокна.

7. Горелка по п.1, содержащая средство и ответное средство для крепления головки (3) горелки к опорному фланцу (8) головки, причем средство и ответное средство содержат, по меньшей мере, одно посадочное место (16) на фланце (8), выполненное в виде кармана, и, по меньшей мере, один участок периметрического края (10) основания купола, причем посадочное место (16) выполнено с возможностью вхождения в зацепление с упомянутым участком купола с возможностью ограниченного относительного скольжения, тем самым, прикрепляя головку (3) к фланцу (8) с одновременным обеспечением возможности свободного расширения головки (3), в частности ее теплового расширения относительно посадочного места (16).

8. Горелка по п.7, в которой карманообразное посадочное место (16) проходит по периферии вдоль фланца (8) непрерывным образом.

9. Горелка по п.7 или 8, в которой посадочное место (16) образовано совместно двумя соответствующими различными и отдельными участками (8а, 8b) фланца (8), которые выполнены с возможностью скрепления вместе с одновременным обеспечением расстояния между ними таким образом, что в результате их фиксирования вместе образуется карман посадочного места (16).

10. Горелка по п.7 или 8, в которой посадочное место (16) имеет в поперечном диаметральном сечении преобладающее продольное расширение в направлении, пересекающем основную ось купола.

11. Горелка по п.10, в которой глубина карманообразного посадочного места (16) выбрана с обеспечением возможности свободного скольжения края (10) головки (3), находящегося в зацеплении с посадочным местом (16), по меньшей мере, вдоль упомянутого направления продольного расширения.

12. Горелка по п.1, в которой выполнено устройство для направления воздушно-газовой смеси к головке (3) горелки, которое содержит стенку (12), расположенную внутри купола на расстоянии от внутренней поверхности купола, при этом поток воздушно-газовой смеси направляется между поверхностью головки (3) и стенкой (12) по направлению к головке горелки, причем стенка расположена коаксиально с головкой (3) и имеет изогнутый профиль, выпуклость которого обращена к головке (3) горелки.

13. Горелка по п.12, в которой стенка (12) образована профилированным листом металла.

14. Горелка по п.12 или 13, в которой между стенкой (12) и головкой (3) выполнен отклоняющий элемент (14) для отклонения потока горючей смеси.

15. Горелка по п.14, в которой отклоняющий элемент (14) проходит коаксиально с головкой (3) и расположен на расстоянии от стенки (12).

16. Горелка по п.14, в которой отклоняющий элемент (14) проходит радиально от фланца (8) по периметру внутри купола головки (3) горелки.

17. Горелка по п.1, в которой между стенкой (12) и головкой (3) выполнен распределительный элемент (11) для подачи потока горючей смеси к головке (3).

18. Горелка по п.17, в которой распределительный элемент (11) проходит коаксиально с головкой (3) и расположен на расстоянии от нее.

19. Горелка по п.17 или 18, в которой распределительный элемент (11) выполнен в виде пластины с изогнутым профилем, выпуклость которого обращена к головке (3) горелки.

20. Горелка по п.19, в которой распределительный элемент (11) содержит множество сквозных отверстий для распределения смеси по поверхности головки (3) горелки.

21. Горелка по п.20, в которой распределительный элемент (11) и направляющая стенка (12) образуют направляющий канал, кольцевое сечение которого в направлении потока уменьшается по направлению к основной оси купола.