Пальник, зокрема пальник для попередньо підготовленої газової суміші

Реферат: Винахід належить до газових пальників. Пальник для попередньо підготовленої газової суміші має корпус пальника (2), розміщений у камері згоряння (4) нагрівального пристрою. Корпус пальника (2) має головку пальника (3), на якій згоряє суміш повітря і газу, що подається в камеру згоряння (4). Головка пальника (3) має профіль поверхні (3а) у формі куполоподібного сферичного сегмента. При цьому висота (Н) купола менша за половину діаметра (D) сфери, частиною якої є купол, і менша за половину діаметра (D1) основи зазначеного купола. На противагу пальникам з напівсферичною головкою полум′я несуттєво відхиляється від осьового напрямку, розмір головки зменшено. Конструкція пальника запобігає перегріванню витків теплообмінників і сприяє зменшенню його габаритів. UA 102531 C2 (12) UA 102531 C2 UA 102531 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки, до якої належить винахід Цей винахід стосується пальника, зокрема пальника для попередньо підготовленої газової суміші, який має властивості, описані в констатуючій частині пункта 1 формули винаходу, який є основним пунктом. Опис відомого рівня техніки Пальник, що має вищеописані ознаки, відомий з DE 4219443 А1. В цій конкретній галузі техніки відомий спосіб виготовлення пальника для попередньо підготовленої газової суміші, головка якого призначена для розміщення в камері згоряння і повернута у бік теплообмінника, який при контакті з продуктами згоряння пальника нагріває рідину, що проходить через нього. Як правило, пальник з'єднаний із заслінкою або подібним елементом для герметизації камери згоряння. У першому відомому різновиді пальника зазначеного вище типу головка пальника виконана циліндричної форми і заходить у камеру згоряння, яка також має циліндричну форму, причому циліндри розташовані переважно співвісно один одному. При такій компоновці циліндричний корпус головки пальника повернутий до витків теплообмінника, що знаходяться в кільцевому просторі камери, яка в основному обмежена зовнішніми розмірами циліндричного пальника. Однією з основних проблем, що виникають при виробництві пальників вищезазначеного типу, є та, що під час експлуатації нагрівального пристрою пальник знаходиться в напруженому стані внаслідок теплової деформації, викликаної тепловим розширенням матеріалу, з якого він виготовлений. Цей напружений стан справляє негативний вплив на міцність матеріалу, а в деяких, більш важких випадках, може навіть призводити до розтріскування матеріалу. У зв'язку з цим область головки пальника є однією з найбільш критичних зон пальника. Конструкція заслінки, як правило, така, що її діаметр більший за діаметр камери згоряння. При цьому виникає ще одна задача - зменшення теплових втрат через кільцевий простір заслінки, який не зайнятий з'єднувальною деталлю з пальником; ця задача в основному розв'язується шляхом перекривання цієї зони ізолюючим матеріалом, який зменшує корозію в заслінці, а також забезпечує теплову ізоляцію. З метою оптимального використання наявної поверхні в заслінці були запропоновані також пальники з плоскими кільцевими головками. Така конструкція хоч і не дозволяє повернути полум'я до витків теплообмінника, проте забезпечує можливість зменшення або навіть повного виключення використання ущільнення на заслінці; при цьому, однак, мають місце деякі обмеження. Перше обмеження полягає в тому, що головка пальника не має переважного напрямку розширення. Друге обмеження полягає в тому, що наявний поперечний розріз головки пальника обмежений у розмірах поперечним розрізом циліндричної камери згоряння. В іншому відомому типі пальника головка пальника виконана напівсферичною, зокрема так, що її діаметр дорівнює діаметру циліндричної камери згоряння. При такій конструкції полум'я біля основи напівсферичної головки знаходиться дуже близько від витків теплообмінника, що може призвести до пошкодження або передчасного зносу внаслідок близькості фронту полум'я, якщо не зменшити розміри пальника (а саме, зменшити діаметр основи напівсфери відносно діаметра циліндричної камери згоряння). Крім того, головка такої форми займає значний об'єм камери згоряння, який більший, ніж об'єм еквівалентної головки циліндричної форми. Що стосується кріплення пальника, то головка пальника, як правило, кріпиться до заслінки з'єднувальним фланцем. Система кріплення головки пальника до фланця може включати, наприклад, зварне з'єднання. В інших відомих системах головка пальника кріпиться до фланця пальника загинальними шпильками або скріплюється гвинтами. Зазначені вище системи мають обмеження - протидія розширенню головки пальника в результаті скріплення, що призводить, таким чином, до виникнення напруженого стану теплового походження, який справляє негативний вплив на саму головку пальника. Опис винаходу Головна задача, що розв'язується винаходом - створення пальника, зокрема пальника для попередньо приготовленої газової суміші, конструктивні і функціональні характеристики якого дозволили б подолати обмеження, що мали місце у зазначених вище аналогах. Ця задача розв'язується винаходом шляхом створення пальника, виконаного відповідно до викладених нижче пунктів формули. Стислий опис креслень Інші характерні особливості та переваги винаходу пояснюються подальшим детальним описом деяких переважних прикладів здійснення винаходу, наведених з метою кращого розуміння винаходу, які не обмежують об'єму винаходу, з посиланням на прикладені креслення, де: - на фігурі 1 зображений перспективний вигляд пальника, виконаного згідно з винаходом; 1 UA 102531 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - на фігурі 2 зображений поздовжній розріз пальника на фігурі 1, розміщеного в камері згоряння, яка показана лише частково; - на фігурі 3 зображений частковий схематичний вигляд у розрізі деталі пальника, зображеної на попередніх фігурах; - на фігурі 4 зображений перспективний вигляд у частковому розрізі ще однієї деталі, зображеної на попередніх фігурах; - на фігурі 5 зображений вигляд у частковому розрізі деталі на фігурі 4; - на фігурах 6-8 зображені схематичні вигляди в частковому розрізі різних варіантів здійснення винаходу. Переважні варіанти втілення винаходу На фігурах 1-3 цифрою 1 позначений пальник у цілому, зокрема пальник для попередньо підготовленого горючого газу, виконаний відповідно до цього винаходу. Пальник включає корпус пальника 2 з головкою пальника 3, де згоряє суміш повітря та газу, що подається в пальник, наприклад за допомогою вентиляторного пристрою (не показаний). Пальник призначений для розміщення у камері згоряння 4, показаній лише схематично, нагрівального пристрою (не показаний), в якій також розміщений теплообмінник 5, причому теплообмінник обладнаний пучком труб 6, в яких циркулює робоча рідина і нагрівається пальником. Корпус пальника 2 кріпиться до заслінки 7, яка передбачена для герметизації камери згоряння і яка знімно з'єднана з нерухомим корпусом камери. Цифрою 8 позначений з'єднувальний фланець для кріплення корпусу пальника до заслінки, як детально описано нижче. Відповідно до основної ознаки винаходу, головка пальника 3 має профіль поверхні 3а у вигляді куполоподібного сегмента сфери, як чітко показано на фігурах 2 і 3. Зокрема, приймаючи до уваги, що Н - висота сферичного сегмента, D - діаметр сфери, частиною якої є купол, a D1 - діаметр основи купола, як показано на фігурі 3, точно установлюється, що висота Н має вибиратися меншою, ніж половина діаметра О, і що Н переважно менша, ніж половина діаметра основи D1 купола. Слід розуміти, що форма купола може бути також отримана з подібних суцільних фігур з криволінійними контурами, наприклад, може мати місце еліпсоїдний купол замість сферичного. На куполі встановлюється також вершина 9, що знаходиться на перетині головної осі аксіальної симетрії X і кільцеподібного краю 10 основи купола. Треба зазначити, що при розміщенні пальника в камері згоряння діаметр основи D1 купола вибирається таким, що його величина відповідно менша, ніж діаметр камери згоряння, позначений D2 на фігурі 2. Головка 3 у формі сферичного купола може бути виконана з металевого матеріалу, наприклад перфорованого листа металу, або у вигляді металевої решітки або сітки. Як ще один варіант, частина 3 може бути виконана з волокна, зокрема з металевого волокна. Завдяки тому, що головка пальника 3 має форму купола, полум'я повернуте лише у бік витків пучка труб 6, крім того, утворюється потрібна поверхня 3а головки, і об'єм, який займає камера 4, є помітно меншим, ніж об'єм, який би займала напівсферична головка з діаметром D. Під головкою пальника 3, всередині купола, передбачений також розподільний елемент 11, причому цей елемент зручно виконувати у формі пластини, обладнаної деякою кількістю наскрізних отворів, через які до головки пальника подається горюча суміш. Розподільний елемент 11 переважно виконаний з перфорованого металевого листа потрібної форми, який розташований співвісно з головкою відносно головної осі X, і який має опуклу конфігурацію (наприклад, у формі сферичного або еліптичного купола), опуклість якого повернута до увігнутої частини купола, як схематично показано на фігурі 5. Цифрою 12 позначена додаткова напрямна стінка, розташована під головкою 3 і розподільником 11, причому ця стінка переважно співвісна з головкою і має опуклий профіль, повернутий у бік головки. Стінка 12, виконана у формі листа, що має потрібну конфігурацію (наприклад, у формі сферичного або еліптичного купола), має нижній край 12а, який розташований на певній радіальній відстані від головки і від фланця 8, обмежуючи таким чином кільцеву секцію 12Ь для проходження суміші, що подається до пальника. Розподільний елемент 11 також розташований відносно стінки 12 так, що утворює, як показано на поздовжньому розрізі на фігурі 6, напрямний прохід 13, поперечний переріз якого зменшується у напрямку осі X. Така конфігурація забезпечує можливість спрямування суміші при практично постійному тиску по всьому профілю поверхні головки пальника 3. В одному з варіантів здійснення винаходу, показаному на фігурі 6, передбачений, як альтернатива розподільному елементу 11, відхилювальний елемент 14, розташований в усті 2 UA 102531 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кільцевої секції 12b під головкою 3, в області проходу 13 з найбільшим поперечним перерізом. Зокрема, відхилювач 14 може бути виконаний з профільованого листа металу, який може бути перфорований або ні і який проходить у кільцевому каналі, неперервно або перервно, від фланця 8, співвісно з віссю X, як показано на фігурі 7. Крім того, частину фланця 8b зручно виконувати за одне ціле з відхилювачем 14. Основне призначення відхилювального елемента 14 полягає у відхиленні потоку горючої суміші, що подається вентилятором, і спрямуванні його в прохід 13, утворений між головкою 3 і стінкою 12. Крім того, шляхом надання розподільнику 11 або відхилювачу 14 потрібної форми або шляхом точного розташування перфораційних отворів, що проходять крізь ці деталі, на головці пальника 3 створюється низькошвидкісна область 15, яка є особливо стійкою. На фігурах 5 і 6 видно, що область 15 в основному розташована у кільцевому просторі, утвореному нижньою частиною відхилювана або розподільника, в якій кривизна профілю відповідної деталі зазнає значної зміни. Ці спеціальні умови дозволяють запалити полум'я і зробити його видимим на головці пальника. Це відбувається тому, що завдяки згаданим вище властивостям, які стосуються форми і перфорації, передбаченим у розподільнику або відхилювачі, в області 15 створюється падіння тиску в результаті втрат тиску, які більші, ніж у решті головки. Область 15 пальника, де швидкість невисока і стійкість горіння полум'я більша, займає обмежену частину головки пальника 3 і може, наприклад, бути розташована в кільцеподібному зовнішньому просторі головки з відповідною радіальною шириною. Конструкції, показані на фігурах 5 і 6, в яких передбачена напрямна стінка 12, можуть особливо успішно застосовуватися у тих випадках, коли для забезпечення компактності необхідно зменшити загальний простір і коли, отже, доцільно вибрати ефективні конструкції, де об'єми, призначені для рідини, зменшені з метою досягнення оптимального розподілення суміші на головці пальника. Таким чином, у цих випадках застосування стінка 12 може бути використана для того, щоб визначити межі напрямного проходу 13. Однак, у випадках, коли немає необхідності зменшувати об'єми для рідини, або коли передбачені великі об'єми, необхідності в напрямному проході немає, оскільки об'єм сам по собі достатній для створення низькошвидкісної камери. Таким чином, як показано на фігурі 7, в цьому випадку застосування напрямна стінка не передбачена. Для кріплення головки пальника 3 до фланця 8 передбачені кріпильні елементи та елементи приймання кріплення. Ці взаємодіючі елементи включають гніздо у формі кишені 16 у фланці 8, яке може знаходитися в зачепленні з краєм 10 купола, що утворює головку пальника. Гніздо у формі кишені 16 призначене для зчеплення з кільцеподібним краєм купола з можливістю обмеженого відносного ковзання, щоб забезпечити скріплення головки з фланцем, забезпечуючи при цьому можливість вільного розширення головки внаслідок теплових деформацій, що виникають під час роботи, і запобігаючи, таким чином, створенню напруженого стану між головкою і фланцем. Конкретніше, гніздо у формі кишені 16 іде по окружності на осьовому кінці фланця, протилежному кінцю, на якому фланець кріпиться до заслінки. Гніздо проходить суцільно, без розривів, співвісно з головкою пальника 3. Зазначене гніздо переважно утворюється спільно парою відповідних ділянок 8а і 8b фланця, які є окремими і розділеними, і які можуть кріпитися одна до одної і до заслінки гвинтами. Як показано на фігурі 5, ділянку 8b зручно виконувати за одне ціле з розподільним елементом 11. Ділянки 8а і 8b розташовані співвісно одна з одною і на певній відстані одна від одної так, що відповідні поверхні зазначених ділянок, які повернуті одна до одної, з'єднуються, обмежуючи кільцевий простір гнізда 16, в якому може розміщуватися край 10 купола. Як показано на фігурі 5, (діаметральний) поперечний переріз гнізда у формі кишені 16 має свій головний напрямок поздовжнього розширення, який перетинає головну вісь X так, що край 10 купола продовжує знаходитися в зачепленні, будучи вставленим в кишеню. Глибина кишені 16 у згаданому вище напрямку її головного поздовжнього розширення вибирається такою, щоб забезпечити краю купола, який знаходиться в зачепленні з гніздом, можливість вільно, без суттєвої взаємодії, ковзати відносно гнізда, забезпечуючи, таким чином, вільне подовження головки і зберігаючи при цьому також фіксуючу дію фланця. Ясно, що гніздо у вигляді кишені може бути різної форми, за умови що воно відповідатиме вимогам скріплення головки, дозволяючи їй проходити вільно, принаймні до певної міри. На фігурі 8 схематично показаний один такий варіант втілення винаходу, в якому фланець 8 нахилений вздовж одного з осьових країв, утворюючи зазначену вище форму кишені 16. Таким чином, застосування винаходу дозволяє розв'язати поставлену задачу і досягти заявлених переваг у порівнянні з відомими рішеннями. 3 UA 102531 C2 Ще одна перевага полягає в загальному зменшенні виробничих затрат, що досягається винаходом, у порівнянні з відомими рішеннями, а також більшою простотою збирання пальника і більшою компактністю, яка забезпечується згідно з заявленими ознаками. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Пальник, зокрема для попередньо підготовлених газоподібних палив, який включає корпус пальника (2), призначений для розміщення у камері згоряння (4) нагрівального пристрою, причому зазначений корпус пальника (2) обладнаний головкою (3) пальника, на якій згоряє суміш повітря і газу, що подається у камеру згоряння (4), причому зазначений корпус пальника (2) прикріплений до заслінки (7), що герметизує камеру згоряння (4), який відрізняється тим, що: - зазначена головка (3) пальника має профіль поверхні (3а) у формі куполоподібного сферичного сегмента, - висота (Н) зазначеного купола менша за половину діаметра (D) сфери, частиною якої є зазначений сегмент, - висота (Н) зазначеного куполоподібного сферичного сегмента менша за половину діаметра (D1) основи зазначеного куполу, та тим, що - діаметр отвору у заслінці (7) та у сполученні з головкою пальника по суті відповідає діаметру (D1) основи зазначеного купола. 2. Пальник за п. 1, в якому зазначена головка пальника (3) виконана з металевого матеріалу. 3. Пальник за п. 2, в якому зазначена головка пальника (3) виконана з перфорованого листа металу. 4. Пальник за п. 1, в якому зазначена головка пальника (3) виконана у формі металевої решітки або сітки. 5. Пальник за п. 1, в якому зазначена головка пальника (3) виконана з волокна. 6. Пальник за будь-яким з попередніх пунктів, який включає кріпильні елементи та елементи приймання кріплення для прикріплення головки пальника (3) до опорного фланця (8) зазначеної головки, причому ці взаємодіючі елементи кріплення включають принаймні одне гніздо (16) на зазначеному фланці (8), виконане у формі кишені, і принаймні одну ділянку периметричного нижнього краю (10) купола, причому зазначене гніздо (16) виконане з можливістю зачеплення із зазначеною ділянкою купола з можливістю обмеженого відносного ковзання, прикріплюючи таким чином головку (3) до фланця (8) з одночасним забезпеченням можливості вільного розширення головки (3), зокрема її теплового розширення відносно гнізда (16). 7. Пальник за п. 6, в якому зазначене гніздо у формі кишені (16) проходить по окружності вздовж фланця (8) безперервним чином. 8. Пальник за п. 6 або 7, в якому зазначене гніздо (16) утворене спільно двома відповідними окремими і розділеними ділянками (8а, 8b) зазначеного фланця (8), які виконані з можливістю скріплення разом при збереженні певної відстані між ними таким чином, що в результаті їх скріплення утворюється кишеня зазначеного гнізда (16). 9. Пальник за будь-яким із пп. 6-8, в якому зазначене гніздо (16) має у діаметральному поперечному перерізі переважне поздовжнє розширення у напрямку, що перетинає основну вісь купола. 10. Пальник за п. 9, в якому глибину зазначеного гнізда у формі кишені (16) вибрано із забезпеченням можливості вільного ковзаннякраю (10) головки (3), який знаходиться в зачепленні з зазначеним гніздом (16), принаймні вздовж зазначеного напрямку поздовжнього розширення. 11. Пальник за будь-яким із попередніх пунктів, в якому передбачений пристрій для спрямування суміші повітря і газу до головки пальника (3), причому зазначений пристрій містить стінку (12), розташовану всередині купола й віддалену від внутрішньої поверхні зазначеного купола, причому потік зазначеної суміші повітря й газу спрямовується між зазначеною поверхнею головки (3) і зазначеною стінкою (12) до головки пальника, причому зазначена стінка розташована співвісно з головкою (3) та має вигнутий профіль, опуклість якого повернута у бік головки пальника (3). 12. Пальник за п. 11, в якому зазначена стінка (12) утворена профільованим листом металу. 13. Пальник за п. 11 або 12, в якому між зазначеною стінкою (12) і головкою (3) передбачений відхилювальний елемент (14) для відхилення потоку горючої суміші. 14. Пальник за п. 13, в якому зазначений відхилювальний елемент (14) проходить співвісно з головкою (3) і розташований на відстані від зазначеної стінки (12). 4 UA 102531 C2 5 10 15. Пальник за п. 13, в якому зазначений відхилювальний елемент (14) проходить радіально від зазначеного фланця (8) по периметру всередині купола головки пальника (3). 16. Пальник за будь-яким із пп. 1-12, в якому між зазначеною стінкою (12) і головкою (3) передбачений розподільний елемент (11) для підведення потоку пальної суміші до головки (3). 17. Пальник за п. 16, в якому зазначений розподільний елемент (11) проходить співвісно з головкою (3) і розташований на відстані від неї. 18. Пальник за п. 16 або 17, в якому зазначений розподільний елемент (11) виконаний у формі пластини з вигнутим профілем, опуклість якої повернута у бік головки пальника (3). 19. Пальник за п. 18, в якому зазначений розподільний елемент (11) включає множину наскрізних отворів для розподілення суміші по поверхні головки пальника (3). 20. Пальник за п. 19, в якому зазначений розподільний елемент (11) і зазначена стінка (12) утворюють напрямний прохід, кільцевий переріз якого у напрямку потоку зменшується у напрямку до основної осі купола. 5 UA 102531 C2 6 UA 102531 C2 7 UA 102531 C2 8 UA 102531 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9