Усовершенствованное устройство смесителя для воздуха и газа - RU2262041C2

Чертежи

Описание

Область изобретения

Изобретение относится к усовершенствованному устройству смесителя для воздуха и газа в соответствии с преамбулой основного пункта формулы изобретения.

Предпосылки к созданию изобретения

Как хорошо известно, устройства этого типа используются в котлах и подобных аппаратах в основном для домашнего применения, содержащих газовые горелки, в частности, с принудительной вентиляцией.

Известно устройство смесителя для воздуха и газа, в частности для газовых горелок с принудительной вентиляцией, содержащее смесительную камеру для воздуха и газа для производства горючей смеси, подаваемой в горелку, в которой в камеру подается первый поток смеси первичного воздуха и газа и второй поток вторичного воздуха через первый и второй каналы соответственно (ЕР №0896191).

В известном устройстве дозирование горючей смеси, подаваемой путем введения газа в поток воздуха, регулируется в зависимости от потери давления, определяемой в месте сужения канала, через который впускаются потоки воздуха и газа в смеси. Более того, однородность смеси воздуха и газа в основном улучшается посредством вентилятора, расположенного ниже по потоку после указанного канала.

Основные ограничения, которые могут встречаться в известных устройствах, связаны с неточностью дозирования поступающего газа, а также с относительно узким эффективным диапазоном модуляции подаваемого расхода.

Другое ограничение, которое может встречаться в известных устройствах, связано с явлением резонанса, которое инициируется фронтом пламени в горелке. Производимый в результате шум в связи с распространением звуковых волн из аппарата, в котором установлено устройство, может быть крайне раздражающим для пользователя.

Описание изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить усовершенствованное устройство смесителя для воздуха и газа, которое спроектировано конструктивно и функционально для того, чтобы предотвратить все проблемы, которые обозначены выше со ссылкой на известный уровень техники.

Эта задача решается посредством устройства смесителя для воздуха и газа, в частности, для газовых горелок с принудительной вентиляцией, содержащего смесительную камеру для воздуха и газа для производства горючей смеси, подаваемой в горелку, причем в камеру подается первый поток смеси первичного воздуха и газа и второй поток вторичного воздуха, через первый канал и второй канал, соответственно, которое согласно изобретению содержит средства для дросселирования первого канала и/или второго канала для того, чтобы избирательно дросселировать количество смеси первичного воздуха и газа и/или вторичного воздуха, подаваемое в смесительную камеру, и содержащего трубчатый корпус, при этом первый канал имеет поперечное сечение, которое уменьшается по направлению потока смеси воздуха и газа, и является соосным со вторым каналом, причем первый канал размещен внутри трубчатого корпуса, а второй канал образован трубчатым корпусом и первым каналом.

Второй канал содержит, по меньшей мере, одно сквозное отверстие для впуска потока вторичного воздуха, причем отверстие приспособлено для дросселирования первым дросселирующим средством. Кроме того, второй канал содержит первое множество сквозных отверстий, которые могут дросселироваться избирательно.

В устройстве смесителя согласно изобретению дросселирование является регулируемым.

В трубчатом корпусе предусмотрено первое множество отверстий. Эти отверстия первого множества расположены на одной линии по окружности и разделены равными промежутками в трубчатом корпусе.

Первое дросселирующее средство содержит первое закрывающее средство, которое может передвигаться между первым рабочим положением, в котором первое множество отверстий полностью закрыто, и вторым рабочим положением, в котором оно полностью открыто. Первое закрывающее средство также содержит первую втулку, пригнанную соосно на трубчатый корпус и воздействующую на отверстия.

Причем первая втулка имеет второе множество отверстий, расположенных на одной линии по периферии в положениях, соответствующих положениям первого множества отверстий, когда первое закрывающее средство пригнано на трубчатый корпус так, что первое множество отверстий может дросселироваться частями первой втулки, образованными между соответствующими близлежащими отверстиями второго множества.

Первое закрывающее средство выполнено с возможностью поворота вокруг оси, общей для трубчатого корпуса и первого закрывающего средства, так что второе множество отверстий может постоянно передвигаться между первым полностью закрытым рабочим положением и вторым полностью открытым рабочим положением, в котором первое множество и второе множество отверстий накладываются друг на друга.

Закрывающее средство содержит приводной электродвигатель и средство для привода, размещенное между двигателем и закрывающим средством, причем первое закрывающее средство поворачивается электродвигателем при помощи средства для привода. Электродвигатель может представлять собой шаговый двигатель. Электродвигатель оперативно управляется электронной перфокартой управления и приводится в действие в зависимости от сигналов, коррелирующих параметры, определенные датчиками и посылаемые на электронную перфокарту управления.

Устройство смесителя также содержит вентилятор, расположенный ниже по потоку после первого канала и второго канала по отношению к направлению потоков первичного и вторичного воздуха. Вентилятор огражден корпусом типа коробки, и смесительная камера образована внутри корпуса типа коробки. Корпус типа коробки содержит крышку, выполненную как единое целое с первым каналом и вторым каналом. Крышка может быть изготовлена путем литья под давлением.

Устройство смесителя согласно изобретению содержит набор лопастей статора внутри первого канала для передачи вращательной составляющей потоку первичного воздуха и газовой смеси, входящему в первый канал. Устройство содержит набор лопастей статора внутри второго канала для передачи вращательной составляющей потоку вторичного воздуха, входящему во второй канал.

Устройство смесителя содержит третий канал для впуска газа в смесительную камеру. Третий канал образован соосно с первым каналом и внутри него.

Устройство смесителя также содержит второе дросселирующее средство для дросселирования третьего канала, чтобы выборочно и регулируемым способом дросселировать количество газа, подаваемого в смесительную камеру. Третий канал содержит основание затвора на свободном конце, при этом, по меньшей мере, одно сквозное отверстие предусмотрено на участке конца. Третий канал содержит третье множество отверстий, которые могут дросселироваться избирательно.

Второе дросселирующее средство содержит второе закрывающее средство, которое может передвигаться между первым рабочим положением, в котором третье множество отверстий полностью закрыто, и вторым рабочим положением, в котором оно полностью открыто. Второе закрывающее средство оперативно соединено с первым закрывающим средством так, что дросселирование первого множества отверстий коррелируется с дросселированием третьего множества отверстий в результате углового движения первого закрывающего средства между первым и вторым рабочими положениями. Второе закрывающее средство содержит вторую втулку, пригнанную на третий канал, причем вторая втулка жестко соединена с первой втулкой.

Устройство смесителя содержит, по меньшей мере, один соединительный рычаг, проходящий радиально между первой и второй втулками для того, чтобы закрепить второе закрывающее средство для поворота вместе с первым закрывающим средством.

В устройстве смесителя предусмотрено четвертое множество отверстий во второй втулке, причем отверстия расположены на одной линии по периферии в положениях, соответствующих положениям третьего множества отверстий, когда вторая втулка пригнана на третий канал так, что третье множество отверстий может быть закрыто частями второй втулки, образованными между соответствующими близлежащими отверстиями четвертого множества.

Краткое описание чертежей

Признаки и преимущества изобретения станут более ясными из подробного описания трех его предпочтительных конструктивных исполнений, описанных ниже посредством не ограничивающего примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет собой в частичном разрезе схематический вид сбоку вертикальной проекции аппарата, оборудованного устройством смесителя для воздуха и газа, образованным в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 представляет собой перспективный вид, на котором подробно показана деталь устройства смесителя для воздуха и газа в соответствии с изобретением в увеличенном масштабе.

Фиг.3 представляет собой перспективный вид варианта детали устройства смесителя для воздуха и газа по фиг.2.

Фиг.4 представляет собой в частичном разрезе схематический вид сбоку вертикальной проекции аппарата, оборудованного вторым вариантом устройства смесителя для воздуха и газа по фиг.1.

Фиг.5 представляет собой перспективный вид, на котором показана деталь устройства смесителя для воздуха и газа по фиг.4 в увеличенном масштабе.

Фиг.6 представляет собой в частичном разрезе перспективный вид дополнительной детали устройства смесителя для воздуха и газа по фиг.5.

Наилучший пример воплощения изобретения

Сначала дается ссылка на фиг.1, на которой устройство смесителя для воздуха и газа, образованного в соответствии с изобретением, в частности для подачи в горелку 2 с принудительной вентиляцией, в целом обозначено 1.

Устройство 1 содержит трубчатый цилиндрический корпус 3 с осью X, имеющий цилиндрическую стенку 4 и противоположные концы 3а и 3b по направлению оси. Внутри трубчатого элемента 3 и соосно ему имеется первый сходящийся канал 5, который проходит от конца 3а корпуса 3 до противоположного конца 3b и посредством которого трубчатый корпус 3 разделен на первый сходящийся канал 5 и второй канал 6, причем последний ограничен цилиндрической стенкой 4 и наружной боковой поверхностью 7 первого сходящегося канала 5.

Третий канал 13 для впуска газа в сходящийся канал 5 образован соосно со сходящимся каналом 5 и внутри него. Канал 13 смонтирован в канале 5 посредством множества радиальных соединительных элементов 14 перемычек (фиг.2).

Газ подается в третий канал 13 посредством блока 17 клапана, соединенного с наружными магистральными трубопроводами для подачи газа при постоянном давлении, равном атмосферному давлению. Направление поступающего потока газа, подаваемого блоком 17 клапана, показано стрелкой G на фиг.1.

Сходящийся канал 5 представляет собой вход для потока первичного воздуха, направленного по оси через канал 5 в направлении, показанном стрелкой F на фиг.1, от конца За по направлению к противоположному концу 3b трубчатого корпуса 3. Этот поток первичного воздуха смешивается на участке выхода первого канала 5 с потоком газа, выходящим из третьего канала 13.

Радиальный вентилятор, обозначенный 8, приводимый в движение средством 8b для привода, предусмотрен ниже по потоку после трубчатого корпуса 3 по направлению потока воздуха и/или газа, и расположен так, что его входное отверстие обращено к концу 3b для выпуска воздуха и газовой смеси.

Вентилятор 8, посредством которого всасывается поток первичного воздуха и газа, закрыт корпусом 9 типа коробки, крышка 10 которого выполнена как единое целое с трубчатым корпусом 3. Предпочтительно, крышка 10 выполнена как единое целое с трубчатым корпусом 3, сходящимся каналом 5 и третьим каналом 13 и изготовлена путем литья под давлением.

В смесительную камеру 12, образованную внутри корпуса 9 типа коробки, между вентилятором 8 и трубчатым корпусом 3, осуществляется подача по первому сходящемуся каналу 5 и по второму каналу 6, как описано более подробно ниже.

В соответствии с принципиальным отличительным признаком изобретения в цилиндрической стенке 4 трубчатого корпуса 3 имеется первое множество сквозных отверстий 18, которые размещены на заранее заданном угловом расстоянии друг от друга, и через которые поток вторичного воздуха, всасываемого вентилятором 8 в направлении стрелки F₂ на фиг.1, впускается во второй канал 6. В смесительную камеру 12 таким образом осуществляется подача потока вторичного воздуха так же, как вышеупомянутого потока смеси газа и первичного воздуха.

Отверстия 18, число которых в описанном конструктивном исполнении равно трем, предпочтительно расположены в одну линию по периферии и разделены промежутками с правильными интервалами.

Устройство 1 смесителя также содержит первое средство для дросселирования отверстий 18, которое включает первое закрывающее средство 19. Дросселирование, осуществляемое таким образом, является регулируемым, как подробно описано ниже.

Первое закрывающее средство 19 содержит первую втулку 20, пригнанную соосно на трубчатый корпус 3 и имеющую противоположные концы 20а, 20b по направлению оси. Первый выступ 21, посредством которого первое закрывающее средство 19 примыкает ко второму выступу 23, образованному на цилиндрической стенке 4 трубчатого корпуса 3, отходит от конца 20b. Кольцевой вход 28 также образован в выступе 23, в частности в его поверхности, которая находится в контакте с выступом 21 первого закрывающего средства 19 и уплотнением 29, например, типа O-образного кольца, помещается в нем.

Первая втулка 20 имеет второе множество сквозных отверстий 22, предпочтительно аналогичной формы и размера с отверстиями 18 в цилиндрической стенке 4, которые заходят в положения, соответствующие положениям отверстий 18, когда закрывающее средство 19 пригнано на трубчатый корпус 3.

Первое дросселирующее средство приводится в действие электродвигателем 25, предпочтительно шаговым двигателем, посредством которого закрывающее средство 19 поворачивается вокруг оси Х посредством первого средства 26 для передачи движения, например храпового колеса и соединения типа шестерни. Этот поворот облегчается смазочными материалами, размещенными между контактирующими поверхностями цилиндрической стенки 4 трубчатого корпуса 3 и первой втулки 20.

Относительные угловые расстояния между отверстиями 18, и следовательно, между соответствующими отверстиями 22, являются такими, что отверстия 22 для потока вторичного воздуха в смесительную камеру могут непрерывно перемещаться посредством поворота закрывающего средства 19 между первым, полностью закрытым рабочим положением, в котором отверстия 18 закрыты частями первой втулки 20, расположенными по периферии между отверстиями 22, и вторым, полностью открытым рабочим положением, то есть положением, в котором отверстия 18 и 22 накладываются друг на друга. Расход вторичного воздуха, проходящего через второй канал 6, и, следовательно, в смесительную камеру 12, может таким образом быть модулирован между минимальным значением, по существу равным нулю, и максимальным значением.

Вариантом изобретения, который не показан, также предусмотрено, что вышеупомянутое дросселирование устанавливается заранее, что означает, что первое закрывающее средство 19 должно быть закреплено относительно трубчатого корпуса 3 в заранее выбранном угловом положении, при этом не предусматривается никакого оперативного привода. В этом случае отверстия 18 дросселируются таким образом, который определен заранее на стадии калибрования, для обеспечения заранее выбранного расхода потока вторичного воздуха в канале 6 в зависимости от типа горелки 2, к которой он подходит.

В дополнительном варианте, который не показан, дросселирование также устанавливается заранее, и закрывающее средство закреплено в заранее выбранном угловом положении относительно трубчатого корпуса 3, предусмотрен набор закрывающих средств 19, причем каждое закрывающее средство 19 содержит соответствующие калиброванные отверстия 22 заранее определенного поперечного сечения, предпочтительно меньшего, чем поперечное сечение отверстий 18. Соответствующее закрывающее средство 19 из набора может таким образом быть смонтировано в трубчатом корпусе 3 альтернативно, в зависимости от расхода вторичного воздуха, который должен быть подан в смесительную камеру.

Электродвигатель 25 электрически соединен с электронной перфокартой 27 управления горелки 2, и тем самым оперативно управляется.

Сигналы, коррелированные с параметрами, определенными множеством датчиков, например датчиком 30 горения или датчиком 31 температуры, посылаются на перфокарту 27 управления. Также осуществляется электронное управление двигателя 8b вентилятора 8 посредством перфокарты 27.

Во втором предпочтительном конструктивном исполнении, показанном на фиг.3, в котором детали, аналогичные деталям предыдущего конструктивного исполнения, обозначены теми же номерами ссылок, набор лопастей 15 статора предусмотрен в кольцевом пространстве между третьим каналом 13 и первым каналом 5. Набор лопастей 15 содержит множество лопастей 16 с заранее выбранным закручиванием, проходящих радиально от канала 13 и прикрепленных на их противоположных концах к стенке 7 первого канала 5. Лопасти 16 также выполняют функцию конструктивного соединения канала 5 с каналом 13.

Лопасти 16 являются стационарными и имеют такую кривизну профилей их закручивания, чтобы передать вращательную составляющую потоку первичного воздуха, входящему в первый сходящийся канал 5.

В варианте, который не показан, с другой стороны, имеется набор лопастей статора, аналогичный набору лопастей 15, исключительно во втором канале 6, и в этом случае лопасти прикреплены к стенке 7 сходящегося канала 5 на одном их конце и к цилиндрической стенке 4 трубчатого корпуса 3 на другом конце.

В дополнительном варианте, также не показанном, наборы лопастей статора предусмотрены как в первом канале 5, так и во втором канале 6.

В описанном втором конструктивном исполнении и в его вариантах вентилятор размещен так, что он имеет то же направление вращения, что и вращение, передаваемое набором лопастей 15 статора. В этом случае, учитывая тот факт, что направление вращения вентилятора является тем же, что и вращательная составляющая, передаваемая потоку смеси газа и воздуха и/или потоку вторичного воздуха, вышеупомянутая смесь и/или вторичный воздух впускаются в вентилятор 8 при очень низких потерях давления.

В третьем предпочтительном конструктивном исполнении, показанном на фиг. от 4 до 6, в котором детали, аналогичные деталям предыдущего конструктивного исполнения, обозначены теми же номерами ссылок, устройство смесителя воздуха и газа по изобретению в целом обозначено как 100. В этом устройстве третий канал 13 для впуска газа в смесительную камеру 12 содержит на одном конце 13b основание 13а затвора и цилиндрическую стенку 13d, в которой выполнено третье множество сквозных отверстий 32 на конце 13b. Эти отверстия 32, число которых в конструктивном исполнении, показанном на фиг.6, равно двум, расположены на одной линии по периферии и размещены с равными промежутками в цилиндрической стенке 13d.

Устройство 100 также содержит второе дросселирующее средство, включающее второе закрывающее средство 33 той же конструкции, что и первое закрывающее средство 19, описанное выше, для дросселирования третьего множества отверстий 32 регулируемым способом.

Второе закрывающее средство 33 содержит вторую втулку 34, пригнанную соосно на третий канал 13. Четвертое множество радиальных сквозных отверстий 35 также выполнено во второй втулке 34 и расположено так, чтобы дросселировать третье множество отверстий 32 посредством углового поворота таким же образом, которым первое множество отверстий 18 дросселируется посредством втулки 20.

Газ впускается в смесительную камеру 12 через отверстия 35 по существу в радиальном направлении относительно оси X.

Соединительный рычаг 36 проходит от второго закрывающего средства 33 и соединен на одном из своих концов 36а с первой втулкой 20 для того, чтобы закрепить второе закрывающее средство 33 для поворота вместе с первым закрывающим средством 19. Совместное закрепление двух закрывающих средств создает отношение дросселирования между отверстиями 18 и отверстиями 32, посредством чего фиксируется отношение между расходом вторичного воздуха и расходом газа, впускаемого в смесительную камеру 12. Устройство по изобретению работает следующим образом. При работе вентилятор 8 всасывает первичный воздух и вторичный воздух в первый сходящийся канал 5 и во второй канал 6, соответственно.

Поток первичного воздуха проходит через сходящийся канал 5 и смешивается с газом, который выходит из третьего канала 13 и дозирование которого зависит от сигнала давления, которое имеется в суженной части первого канала 5, и от любого вращения, переданного потоку первичного воздуха. Образованная смесь затем впускается в смесительную камеру 12.

Дросселирование отверстий 18 может быть дополнительно модифицировано, если требуется, в соответствии с мощностью, требуемой от горелки 2, или в зависимости от сигналов, посылаемых датчиками 30, 31 горения и/или температуры на электронную перфокарту управления. В этом случае сигнал запуска электродвигателя 25 вырабатывается перфокартой 27. Закрывающее средство 19, таким образом, поворачивается посредством средства 26 для привода в угловое положение, соответствующее заранее выбранному дросселированию отверстий 18 и, следовательно, требуемой величине расхода вторичного воздуха в канале 6.

В смесительной камере 12 вторичный воздух смешивается со смесью газа и воздуха, и полученная в результате горючая смесь затем подается в горелку 2.

Если закрывающее средство 19 закреплено относительно трубчатого корпуса 3 в соответствии с вышеупомянутым вариантом, дросселирование отверстий 18 задается заранее на стадиях установки и калибрования в зависимости от типа установленного котла и характеристик вентилятора для того, чтобы расход вторичного воздуха был оптимальным. Альтернативно, в дополнительном варианте, оптимальное дросселирование отверстий достигается путем установки закрывающего средства, в котором поперечное сечение отверстий является подходящим для достижения заранее выбранного расхода вторичного воздуха.

В третьем конструктивном исполнении поворот первого закрывающего средства 19 на заранее определенный угол, выполненный посредством электродвигателя 25, вызывает соответствующий поворот второго закрывающего средства 33 на тот же угол посредством соединительного рычага 36, так что как поток вторичного воздуха, так и поток газа, которые впускаются в смесительную камеру 12, дросселируются тем же движением. Расходы двух потоков таким образом изменяются, в то время как их отношение поддерживается постоянным.

Изобретение таким образом решает поставленные задачи, предоставляя множество преимуществ перед известным уровнем техники.

Первое преимущество, которое стало ясным из испытаний, выполненных заявителем, заключается в том, что геометрические характеристики установки, так же как впуск потока вторичного воздуха описанного типа, который отделен от потока смеси первичного воздуха и газа, в устройство смесителя, явно способствует затуханию звуковых волн, испускаемых фронтами пламени, которые обычно создаются в известных устройствах этого типа и которые могут быть слышны снаружи котла.

Второе преимущество заключается в том, что совместное регулирование расходов потока вторичного воздуха и потока газа, которое может быть достигнуто в устройстве смесителя в соответствии с изобретением, приводит к значительному увеличению эффективного диапазона модуляции расхода смеси воздуха и газа, подаваемой устройством.

Непрерывно регулируемое дросселирование потока вторичного воздуха дает возможность постоянной работы вентилятора в условиях, близких к условиям работы с максимальной эффективностью, которым соответствует заранее заданная величина СО₂ и минимальная величина выбросов СО и МОх для каждого заранее выбранного расхода, даже при изменениях мощности, зависящих от горелки.

Важным является и то, что посредством оптимального регулирования стехиометрического отношения воздуха и газа в смеси загрязняющие выбросы из горелки, в которую осуществляется подача посредством устройства смесителя по изобретению, являются особенно низкими.

Реферат

Изобретение относится к устройству смесителя для воздуха и газа. Устройство смесителя для воздуха и газа, в частности, для газовых горелок с принудительной вентиляцией, содержащее смесительную камеру для воздуха и газа для производства горючей смеси, подаваемой в горелку, причем в камеру подается первый поток смеси первичного воздуха и газа и второй поток вторичного воздуха, через первый канал и второй канал соответственно. Устройство содержит средства для дросселирования первого канала и/или второго канала для того, чтобы избирательно дросселировать количество смеси первичного воздуха и газа и/или вторичного воздуха, подаваемое в смесительную камеру, и трубчатый корпус, при этом первый канал имеет поперечное сечение, которое уменьшается по направлению потока смеси воздуха и газа, и является соосным со вторым каналом, причем первый канал размещен внутри трубчатого корпуса, а второй канал образован трубчатым корпусом и первым каналом. Изобретение позволяет обеспечить снижение звуковых волн, испускаемых фронтами пламени, увеличить диапазон модуляции расхода смеси воздуха и газа, снизить величину выбросов СО и NO_x. 28 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула