УСТРОЙСТВО ГАЗОВОЗДУШНОГО СМЕСИТЕЛЯ ДЛЯ ГОРЮЧЕГО ГАЗА С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ СМЕШИВАНИЕМ Российский патент 2016 года по МПК F23D14/64 F23D14/46 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройству смесителя для газовых горелок с предварительным смешиванием, имеющему характеристики, описанные во вводной части к п.1 формулы изобретения, который является главным пунктом.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится, в частности, но не исключительно, к технической области техники паровых котлов для домашнего использования, спроектированных для отопления помещений и/или нагрева воды.

В этой области техники паровые котлы для домашнего использования должны удовлетворять различным требованиям, включая некоторые, относящиеся к комфорту пользователей и безопасности. Требования безопасности предусматривают меры в ответ на любые помехи, которые могут возникнуть в выпускном дымоходе.

Паровой котел обычно может рассматриваться как система, в которой на вход подаются газ и холодная вода, а на выходе получаются горячая вода и продукты горения, созданные горением газа и воздуха. Продукты горения удаляются через канал или дымоход, который переносит их наружу относительно здания, в котором установлено оборудование, и вытесняет их во внешнюю среду.

Дымоход, как правило, представляет собой цилиндрическую трубу с одним концом, соединенным с камерой сгорания, и другим концом, соединенным с внешним терминалом. Поскольку терминал представляет собой внешнюю среду, он может засориться или заблокироваться внешними факторами, такими как птицы, строящие гнезда, или объекты, переносимые ветром и приземляющиеся на терминал. В таких условиях, другими словами, если терминал заблокирован, паровой котел должен быть выключен или должен работать с сокращенным ниже границ, установленных нормами, выходом оксида углерода.

Процесс горения в паровом котле происходит в комбинации воздуха и горючего газа, при этом воздух подается во внутреннюю часть оборудования с помощью вентилятора. Перед тем как достичь вентилятора, всасываемый воздух поступает в смеситель и создает вакуум, тем самым засасывая горючий газ. В компактных системах смеситель выполнен в форме сходящегося канала, и вакуум создается в части с наименьшим поперечным сечением. Газ вводится в поток воздуха через канал, соосный со сходящимся каналом.

В других системах, где компактность не требуется, расходящийся канал, чья длина по меньшей мере равна длине сходящегося канала, установлен ниже по потоку от секции с минимальным поперечным сечением.

Количество газа, всасываемого вакуумом, регулируется газовым клапаном, который сохраняет отношение газа к воздуху постоянным, если скорость вращения вентилятора меняется.

Если выпускной дымоход засорен, поток воздуха, подаваемого вентилятором, уменьшается, даже если скорость вентилятора остается той же самой, и, следовательно, поток газа также уменьшается.

В идеальной системе отношение газа к воздуху должно оставаться постоянным, когда скорость потока воздуха падает ниже минимально требуемой скорости потока. Таким образом, процесс горения продолжается, при этом выход оксида углерода сохраняется в пределах, а ниже определенного уровня тепловой энергии паровой котел выключается. Паровой котел выключается либо потому, что пламя больше не может оставаться стабильным, либо потому, что система безопасности парового котла, которая обнаруживает наличие пламени посредством электрода, измеряет ток ионизации в пламени, который оказывается ниже, чем контрольный предел, заданный в электронной печатной плате парового котла, и, следовательно, срабатывает на закрытие газового клапана.

Системы смесителей, имеющие только сходящийся канал, такой как описанный выше, обычно работают неудовлетворительно, когда дымоход засорен. По мере того как канал становится засоренным, отношение газа к воздуху имеет тенденцию увеличиваться, приводя к сильному превышению пределов выхода оксида углерода, установленных нормами.

В известных системах, описанных выше, отношение газа к воздуху увеличивается, когда дымоход засорен. Увеличение отношения происходит вследствие увеличения вакуума и, следовательно, количества вводимого газа. Это явление возникает из-за различных гидродинамических условий, которые создаются в области отверстия (впускной секции) крыльчатки. В этих условиях создаются завихрения, оси которых соосны с осью вращения крыльчатки, с рециркуляцией между впуском и выпуском межлопастного канала.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проблема, которая должна быть решена настоящим изобретением, заключается в том, чтобы предоставить устройство смесителя вышеупомянутого типа, которое структурно и функционально спроектировано для того, чтобы преодолеть ограничения предшествующего уровня техники, описанного выше.

Эта проблема разрешается с помощью изобретения посредством газовоздушного устройства смесителя, выполненного в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие отличительные особенности и преимущества изобретения станут понятными благодаря последующему подробному описанию некоторых предпочтительных примеров его варианта осуществления, проиллюстрированных в целях руководства и неограничивающим способом со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- фиг.1 представляет собой схематический вид установки, на которой устройство согласно изобретению будет использоваться,

- фиг.2 представляет собой схематический вид устройства смесителя согласно предшествующему уровню техники,

- фиг.3 представляет собой вид, соответствующий виду фиг.2 устройства согласно изобретению;

- фиг.4 и 5 представляют собой схематические виды в осевом сечении детали фиг.3 в других вариантах осуществления,

- фиг.6 представляет собой схематический вид спереди устройства согласно изобретению, показанного на предшествующих чертежах, и

- фиг.7 представляет собой вид в перспективе детали дополнительного примерного варианта осуществления устройства согласно изобретению.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как показано на фиг.1 изначально, номер 1 обозначает паровой котел с горелкой горючего газа с предварительным смешиванием воздуха и газа, например, паровой котел, используемый для нагрева среды 2, в котором камера сгорания (не показана) через выпускной канал 3 газов горения соединена с выпускным терминалом 4, показанным схематически, расположенным за пределами среды.

Паровой котел 1 содержит горелку, которая снабжается горючей газовоздушной смесью, предварительно смешанной в устройстве 5 смесителя, показанном схематически на фиг.2 в известной конфигурации. Устройство содержит блок 6 вентилятора с крыльчаткой 7, приводимой в движение вокруг оси X вращения, которая снабжена радиальными лопастями 8, тянущимися между осевой впускной секцией 9 и радиально противоположной выпускной секцией 10. Крыльчатка 7 размещена в корпусе 11, в котором формируются секции 9 и 10.

Каждая из лопастей 8 крыльчатки выступает из базовой поверхности 12 крыльчатки, тянется перпендикулярно к оси X и имеет одну кромку 13 во впускной секции 9, при этом пары смежных кромок определяют границы передних кромок или входных отверстий соответствующих межлопастных каналов, тянущихся между парами смежных лопастей вдоль продолжения лопастей между секциями 9 и 10.

В трубопроводе 11, заключающем в себе крыльчатку 7, сформирована передняя поверхность, обращенная к сторонам лопастей, противоположным в осевом направлении базовой поверхности 12, при этом профиль этой поверхности указан номером 14 в осевом сечении фиг.2.

Выше по потоку от впускной секции 9 вентилятора, из которой воздух всасывается вентилятором и отправляется в горелку, устройство смесителя содержит трубчатый канал 15, спроектированный для направления воздуха, при этом этот канал расположен соосно с осью X и имеет терминальную часть 15a, сходящуюся по направлению к впускной секции 9, при этом свободный конец этой части имеет минимальное поперечное сечение. Вакуум создается в этой секции благодаря сходящейся геометрии и всасывает поток газа, который направляется через второй трубчатый канал 16, образованный, по меньшей мере частично, внутри канала 15 и соосно с ним. Альтернативно, канал 16 может также тянуться за пределы канала 15.

Количество газа, всасываемого вакуумом, регулируется традиционным способом - газовым клапаном (не показан), который сохраняет отношение газа к воздуху постоянным, если скорость вращения вентилятора меняется.

Согласно главной особенности изобретения, устройство 1 также содержит по меньшей мере одно дополнительное приспособление в форме элемента 20 лопасти статора, выступающей из бокового профиля канала 15 на внешней части канала от оси X.

Как показано на фиг.3, предполагая, что медианное сечение элемента 20 лопасти представлено в плоскости осевого сечения (плоскости страницы) на чертеже, элемент лопасти тянется в область (показанную прерывистой линией), ограниченную одновременно:

- профилем терминальной части сходящегося канала 15,

- продолжением терминальной части к точке, близкой к поверхности 12, параллельно оси X,

- частью базовой поверхности 12 крыльчатки в непосредственной близости от соответствующих кромок 13 лопастей,

- соответствующей передней кромкой 13 межлопастного канала,

- профилем 14 поверхности, заключающего в себе крыльчатку трубопровода 11, расположенного фронтально по отношению к лопастям 8 в непосредственной близости от соответствующих кромок 13.

В области, ограниченной, как описано выше, указанной прерывистыми линями на фиг.3-5, по меньшей мере один элемент 20 лопасти может тянуться из бокового профиля сходящегося элемента для того, чтобы занять эту область по меньшей мере частично, при этом оставаясь на расстоянии от лопастей крыльчатки, чтобы избежать столкновения с этими лопастями.

Фиг.4 и 5 показывают альтернативные конфигурации области, определяющей границы элемента 20 лопасти, согласно различным фронтальным профилям трубопровода 11.

Более конкретно, элемент 20 лопасти имеет пластинчатую форму с противоположными поверхностями 20a, определяющими границы поперечной толщины 20b.

В примерном варианте осуществления элемент 20 лопасти статора тянется радиально по отношению к оси вращения X, и его противоположные поверхности 20a являются плоскими. Очевидно, что возможны другие формы или расположения. Количество и угловые положения элементов 20 лопасти также могут меняться.

В дополнительном примерном варианте осуществления, показанном на фиг.7, предоставлены четыре элемента 20 лопасти, которые расположены по окружности через одинаковые угловые интервалы. Элементы лопасти тянутся радиально с плоской поверхностью, имеющей прямоугольную геометрию.

Предпочтительно, каждый из элементов 20 лопасти имеет толщину 20b, большую, чем 0,2 мм, и в целях удобства сделанную равной 1 мм, тогда как сходящийся канал 15 имеет стенку с толщиной 21, меньшей, чем 3 мм, у его конца с минимальным поперечным сечением.

Функции элемента лопасти статора, согласно изобретению, подробно описаны ниже.

Когда дымоход, по меньшей мере, частично засорен, отношение газа к воздуху имеет тенденцию увеличиваться. Это увеличение происходит вследствие увеличения вакуума и, следовательно, количества вводимого газа. Это явление возникает из-за различных гидродинамических условий, которые создаются в области отверстия крыльчатки. В этих условиях создаются завихрения, оси которых соосны с осью вращения X, с рециркуляцией между впуском и выпуском межлопастного канала. Предоставление по меньшей мере одного дополнительного приспособления или лопасти 20, расположенной в области, описанной выше, имеет тенденцию препятствовать этим гидродинамическим действиям горючей смеси, приводя к улучшениям в производительности во время засорения дымохода. Таким образом, отношение воздуха к газу имеет тенденцию к уменьшению, когда засорение увеличивается, приводя к тому, что паровой котел безопасно отключается.

Описанное выше решение делает возможным сохранение компактной конфигурации смесителя, и, кроме того, уменьшение отношения газа к воздуху является дополнительным параметром безопасности, поскольку, когда отношение газа к воздуху уменьшается, пламя также имеет тенденцию к гашению из-за нестабильности, не приводя к образованию оксида углерода.

Таким образом, изобретение решает проблему, которая была предложена, и обеспечивает описанные преимущества над известными решениями.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство смесителя для горелок горючего газа содержит блок (6) вентилятора с крыльчаткой (7), имеющей радиальные лопасти (8), приводимой в движение вокруг оси (X) вращения, и с осевой впускной секцией (9) и радиально противоположной выпускной секцией (10), трубопровод (11) для размещения крыльчатки упомянутого вентилятора, первый канал (15) для подачи потока воздуха во впускную секцию, при этом упомянутый первый канал является соосным с осью (X) вращения и имеет концевую часть (15a), сходящуюся вблизи от впускной секции (9), второй трубчатый канал (16) для подачи потока газа на конце концевой части (15a), имеющей наименьшее поперечное сечение, при этом второй трубчатый канал является соосным с первым каналом (15) так, что поток воздуха смешивается с потоком газа по потоку до впускной секции (9) вентилятора, лопасти (8) крыльчатки, выступающие из базовой поверхности (12) крыльчатки, при этом каждая лопасть (8) имеет переднюю кромку (13), расположенную во впускной секции (9), и эти передние кромки образуют входные отверстия соответствующих лопастных каналов между смежными парами лопастей, проходящих между впускной секцией (9) и выпускной секцией (10) вентилятора, трубопровод (11), имеющий профиль (14) передней поверхности, расположенный перед лопастями (8) крыльчатки и отстоящий от них. Согласно изобретению предлагаемое устройство содержит по меньшей мере одно дополнительное приспособление (20), которое выступает из первого канала (15) в направлении от упомянутой оси (X) и которое расположено снаружи первого канала (15), при этом по меньшей мере одно дополнительное приспособление проходит в область, ограниченную одновременно профилем концевой части первого канала (15), продолжением концевой части (15a) к базовой поверхности (12) крыльчатки, стороной базовой поверхности (12) крыльчатки вблизи соответствующих кромок (13) лопастей, передними кромками (13) лопастей, и профилем (14) передней поверхности трубопровода (11), который расположен перед лопастями (8) крыльчатки вблизи от соответствующих передних кромок (13) лопастей. Изобретение позволяет стабилизировать процесс горения, снизить выход оксида углерода. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство смесителя для горелок горючего газа, содержащее:
- блок (6) вентилятора с крыльчаткой (7), имеющей радиальные лопасти (8), приводимой в движение вокруг оси (X) вращения, и с осевой впускной секцией (9) и радиально противоположной выпускной секцией (10),
- трубопровод (11) для размещения крыльчатки упомянутого вентилятора,
- первый канал (15) для подачи потока воздуха во впускную секцию, при этом упомянутый первый канал является соосным с осью (X) вращения и имеет концевую часть (15a), сходящуюся вблизи от впускной секции (9),
- второй трубчатый канал (16) для подачи потока газа на конце концевой части (15a), имеющей наименьшее поперечное сечение, при этом второй трубчатый канал является соосным с первым каналом (15) так, что поток воздуха смешивается с потоком газа по потоку до впускной секции (9) вентилятора,
- лопасти (8) крыльчатки, выступающие из базовой поверхности (12) крыльчатки, при этом каждая лопасть (8) имеет переднюю кромку (13), расположенную во впускной секции (9), и эти передние кромки образуют входные отверстия соответствующих лопастных каналов между смежными парами лопастей, проходящих между впускной секцией (9) и выпускной секцией (10) вентилятора,
- трубопровод (11), имеющий профиль (14) передней поверхности, расположенный перед лопастями (8) крыльчатки и отстоящий от них, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одно дополнительное приспособление (20), которое выступает из первого канала (15) в направлении от упомянутой оси (X) и которое расположено снаружи первого канала (15), при этом по меньшей мере одно дополнительное приспособление проходит в область, ограниченную одновременно профилем концевой части первого канала (15), продолжением концевой части (15a) к базовой поверхности (12) крыльчатки, стороной базовой поверхности (12) крыльчатки вблизи соответствующих кромок (13) лопастей, передними кромками (13) лопастей, и профилем (14) передней поверхности трубопровода (11), который расположен перед лопастями (8) крыльчатки вблизи от соответствующих передних кромок (13) лопастей.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одно дополнительное приспособление (20) имеет ту же форму, что и элемент лопасти статора.

3. Устройство смесителя по п.2, отличающееся тем, что по меньшей мере одно дополнительное приспособление (20) имеет пластинчатую форму.

4. Устройство смесителя по п.3, отличающееся тем, что по меньшей мере одно дополнительное приспособление (20) проходит по радиусу от оси (X) вращения и имеет плоские противоположные поверхности (20a).

5. Устройство смесителя по п.2, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере четыре дополнительных приспособления (20), расположенных по окружности через равные угловые интервалы.

6. Устройство смесителя по п.5, отличающееся тем, что каждое из дополнительных приспособлений (20) имеет прямоугольный плоский профиль.

7. Устройство смесителя по п.6, отличающееся тем, что каждое из дополнительных приспособлений (20) имеет толщину больше 0,2 мм, измеренную между противоположными поверхностями (20a), при этом канал (15) имеет стенку с толщиной меньше 3 мм на ее конце с наименьшим поперечным сечением.