ES3008462T3 - Baffle assembly for modifying transitional flow effects between different cavities - Google Patents

Abstract

Un conjunto de deflectores y quemador, que incluye el conjunto de deflectores. El conjunto de deflectores incluye un collar con un eje central y una superficie circunferencial interna. Varias paletas están fijadas a la superficie circunferencial interna del collar. Cada paleta incluye una pata que se extiende desde el collar formando un primer ángulo con respecto al eje central. Este primer ángulo de la pata está configurado para rotar el flujo de fluido a través del conjunto de deflectores. Una placa de impacto se extiende desde la pata formando un segundo ángulo con respecto al eje central. Este segundo ángulo es mayor que el primero. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Conjunto de deflector para modificar los efectos de flujo de transición entre diferentes cavidades

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

La presente solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional estadounidense con el No. de Serie 62/521,861, depositada el 19 de junio de 2017 con el título “DEFLECTOR DE QUEMADOR PARA MEJORAR LA UNIFORMIDAD DE LA LAMA”

Campo de la invención

La presente divulgación se refiere, en general, a un conjunto de deflector y, más concretamente a un conjunto de deflector para modificar los efectos sobre un flujo de fluido al tiempo que transita entre cavidades diferentes, el cual puede ser utilizado en una diversidad de industrias por ejemplo, la de los quemadores de gas.

Antecedentes

Una diversidad de herramientas, sistemas y montajes requieren la alimentación de fluido o de mezclas gaseosas. Por ejemplo, los quemadores de gas son utilizados para generar una llama para calentar un producto utilizando un combustible gaseoso, como por ejemplo, acetileno, gas natural y / o propano, entre otras fuentes de combustible, por ejemplo, mezclas de aire - gas pueden ser utilizadas como combustible para quemadores alimentados por gas. En los quemadores de gas y en otras aplicaciones, el fluido puede transitar entre diferentes cavidades, por ejemplo, entre conductos o tuberías de diferentes tamaños, entre un tanque o área de almacenaje y un conducto o tubería a través de un estrechamiento o entrada. Por principios dinámicos de los fluidos, en general se sabe que la transición entre diferentes cavidades, por ejemplo, cavidades de diferentes tamaños puede afectar a la presión, la velocidad y otras características del flujo de fluido, las cuales se designan en la presente memoria como efectos de entrada o efectos transicionales. Así mismo, el flujo puede experimentar efectos de entrada a través de una “longitud de entrada” próxima a la transición, estabilizándose el flujo en una cierta distancia distal respecto de la transición. Con referencia de nuevo a los quemadores de gas (en particular a los quemadores de cinta que está dispuestos para producir una llama a lo largo de una extensión del quemador), los efectos de entrada introducidos por la transición desde la entrada de combustible hasta la cavidad del quemador pueden crear un problema en el que las propiedades de la llama producida próxima a la entrada de combustible difieren de las propiedades de la llama a distancias alejadas de la entrada de combustible.

Por consiguiente, se necesita en la técnica un conjunto para modificar la entrada y / o los efectos transicionales de los flujos de fluido en una distancia reducida, por ejemplo, para mejorar el funcionamiento de los quemadores de gas y de otros sistemas.

El documento WO 2010/073282 A1 divulga un quemador de gas modulado que está diseñado para su funcionamiento con la premezcla de un combustible de mezcla de aire y gas. La divulgación cae, en particular, dentro del campo técnico específico de los quemadores de gas modulares, en los que la potencia del quemador puede ser modificada dentro de un predeterminado margen de modulación dependiendo de las exigencias operativas específicas. El documento WO 2010/073282 A1 divulga también un dispositivo de guía de flujo que está fabricado de manera solidaria con un elemento obturador en el área de una abertura. El dispositivo de guía del flujo comprende una pluralidad de aletas de deflector radiales que son solidarias con el obturador y están separadas angularmente a intervalos regulares con una disposición en forma de radios. Las aletas pueden estar inclinadas en la dirección axial del flujo a través de la cabeza para transmitir un componente rotacional al flujo.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un conjunto de deflector para modificar los efectos de entrada y / o transicionales de flujos de fluido como por ejemplo, para la mejora del funcionamiento de los quemadores de gas y de otros sistemas.

Una ventaja de una forma de realización del conjunto de deflector descrito en la presente memoria es que es compacto en cuanto a su longitud y es fácilmente sustituible. Otra ventaja es que se monta con facilidad. Una ventaja adicional es que mejora la uniformidad de la llama cuando se utiliza con un quemador, por ejemplo, un quemador de cinta.

La invención proporciona un conjunto de deflector de acuerdo con la reivindicación 1.

En una forma de realización, las lengüetas están fijadas a la superficie circunferencial interna del collar. Las placas de contacto no están fijadas a la superficie circunferencial interna del collar, para, de esta manera, habilitar un extremo libre de la placa de contacto.

En una forma de realización, el segundo ángulo está definido como el primer ángulo sustraído de un tercer ángulo medido entre la lengüeta y la placa de contacto. En una forma de realización, el primer ángulo está comprendido entre 5° y 30°. En una forma de realización, el segundo ángulo está comprendido entre 60° y 120°. En una forma de realización, las placas de contacto presentan una anchura y una longitud suficientes para bloquear al menos un 80% de un área de flujo a través del collar.

En una forma de realización, una longitud de la lengüeta es aproximadamente igual a un diámetro del collar. En una forma de realización, la primera longitud de cada placa de contacto es igual a entre aproximadamente un 25% y un 50% de una segunda longitud de la lengüeta. En una forma de realización, el conjunto de deflector incluye cuatro de las paletas separados de manera equidistante alrededor de la superficie interna del collar. En una forma de realización, el collar presenta una forma en sección transversal circular.

La invención también proporciona un conjunto de quemador que incluye una entrada y un conjunto de deflector de la reivindicación 1, instalado en, o al nivel de, o en proximidad a la entrada. En una forma de realización, el conjunto de quemador es un quemador de cinta. En una forma de realización, la entrada incluye una primera entrada y una segunda entrada situadas en lados opuestos de un cuerpo de quemador.

Estos y otros aspectos de la invención se pondrán de manifiesto a partir de las formas de realización descritas más adelante.

Breve descripción de los dibujos

Lo expuesto resultará evidente a partir de la descripción más concreta subsecuente de formas de realización ejemplares de la presente invención, como se ilustra en los dibujos que se acompañan en los que los mismos caracteres de referencia se refieren a las mismas partes a lo largo de las diferentes vistas. Los dibujos no están trazados necesariamente a escala, prestándose especial atención sobre las formas de realización ilustrativas de la presente divulgación.

La FIG. 1 es una vista en perspectiva de un conjunto de deflector, de acuerdo con una forma de realización ejemplar de la presente invención.

La FIG. 2A es una vista frontal del conjunto de deflector de la FIG. 1, de acuerdo con una forma de realización ejemplar de la presente invención.

La FIG. 2B es una vista lateral del conjunto de deflector de la FIG. 1, de acuerdo con una forma de realización ejemplar de la presente invención.

La FIG. 3 es una vista lateral esquemática del conjunto de deflector de la FIG. 1 instalado sobre cada extremo de un quemador de cinta, de acuerdo con una forma de realización ejemplar de la presente invención.

Descripción detallada de formas de realización

A continuación se efectúa una descripción de formas de realización ejemplares de la invención.

Una vista en perspectiva de un conjunto de deflector se muestra en la FIG. 1, de acuerdo con una forma de realización. Las FIGS. 2A y 2B son unas respectivas vistas frontal y lateral del conjunto de deflector de la FIG. 1. Lo que sigue deberían verse basándose en las FIGS. 1-2B.

El conjunto de deflector 100 incluye en términos generales un buje o collar 102 que presenta una pluralidad de paletas 104 fijados al mismo. Como se explica con detalle más adelante, las paletas 104 del conjunto de deflector 100 están dispuestas para reducir los efectos de entrada y / o los efectos de transición sobre el flujo de fluido, como el flujo de una transición de fluido entre cavidades de flujo de diferentes tamaños, formas, estructuras y / u orientaciones. Por ejemplo, el conjunto de deflector 100 puede estar situado en, dentro de o cerca de la transición de una tubería o cavidad que presente un área de flujo en sección transversal relativamente mayor que penetra en una tubería o cavidad que representa un área de flujo en sección transversal relativamente menor. Concretamente, el conjunto de deflectores 100 puede utilizarse para crear una distribución transversal más uniforme del flujo de fluido. Adicionalmente, el conjunto de deflector 100 puede ser utilizado para disminuir la velocidad del flujo de fluido, correspondiendo así a un aumento relativo de la presión de fluido, lo que puede ser ventajoso en una serie de aplicaciones. De acuerdo con las formas de realización divulgadas en la presente memoria, los expertos en la materia advertirán las transiciones entre otras cavidades de flujo de fluido que pueden dar lugar a efectos de entrada y / o de transición indeseados que pueden ser mitigados por el conjunto de deflector 100.

El collar 102 puede tener o comprender un acoplamiento de tubería corta, por ejemplo, una tubería roscada 105 (mostrada esquemáticamente sólo con líneas discontinuas para indicar las dimensiones aproximadas de la tubería roscada) para encajar con rosca en, con, o entre una o más tuberías, conductos, casquillos, cavidades, etc. De esta manera, tal y como se indicó en la presente memoria, el conjunto de deflector 100 puede situarse en o cerca de la zona de contacto o transición entre dos cavidades de flujo de fluido diferentes. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 2B, las tuberías roscadas 105 pueden estar de acuerdo con cualquier especificación o norma deseada, como la National Pipe Thread Taper (NPT).

En la forma de realización ilustrada, el collar 102 se muestra presentando una forma en sección transversal sustancialmente circular, aunque se aprecia que pueden utilizarse otras formas dependiendo del procedimiento en el que se instale el conjunto de deflector 100. Por ejemplo, si se utiliza un ajuste a presión, adhesivos, elementos de fijación o cualquier otro medio o mecanismo de rosca 105, entonces pueden utilizarse otras formas tales como rectangular, triangular, poligonal, etc.

En la forma de realización ilustrada, cada paleta 104 incluye una placa de contacto 106 y una lengüeta 108. Como se ilustra, el conjunto de deflector 100 incluye cuatro de las paletas 104 separadas a intervalos regulares alrededor de y fijadas en un área 110 a una superficie interna 112 del collar 202, aunque se pueden utilizar otras paletas. La conexión entre las paletas 104 y el collar 102 en el área 110 puede incluir o ser definida por soldaduras, por ejemplo, soldaduras con tachuelas o de cualquier otra manera. Por ejemplo, un surco justamente menor que un grosor t de las lengüetas 108 puede ser cortado en la superficie interna 112 y ajustar a presión las lengüetas 108 dentro de los surcos. Los expertos en la materia apreciarán la posibilidad de otros medios de fijación, por ejemplo, adhesivos, abrazaderas, tornillos, etc.

Las lengüetas 108 se extienden desde el collar 102 en un ángulo a con respecto al eje geométrico central A, mientras que la placa de contacto 106 está doblada en un ángulo p con respecto a la lengüeta 108. Por consiguiente, debe apreciarse que las placas de contacto 106 están dispuestas con respecto al eje geométrico central A es un ángulo igual a (p - a). Mediante el uso de paletas múltiples circunferencialmente separadas 104, presentando cada una de las lengüetas 108 en el ángulo a, las lengüetas pueden inducir o promover una espiralización, una rotación, o un giro del flujo de fluido a medida que pasa a través del conjunto de deflector 100. Esto es, el flujo de fluido que alcanza el conjunto de deflector 100 (por ejemplo, fluyendo genéricamente en paralelo con el eje geométrico A a través de una tubería u otra cavidad (pasará en primer término a través del collar 102 y a continuación tropezará con las lengüetas 108. Debido a la orientación angulada de las lengüetas 108, el flujo de fluido es forzado a desalinearse del eje geométrico central A. Esto es, cada respectiva porción de fluido que fluye a través del conjunto de deflector 100 se dirige en un ángulo a alejado del eje geométrico central A.

Se destaca el hecho de que cada uno de las lengüetas 108 está dispuesta para forzar el flujo de fluido en una dirección diferente con respecto al eje geométrico central A (aunque cada dirección es, al menos parcialmente, dirigida radialmente hacia el exterior). Esto promueve la referida espiralización o rotación del flujo de fluido. En una forma de realización, el ángulo a está comprendido entre 5° y 30° o más concretamente entre aproximadamente 10° y 20°. De modo ventajoso, estos márgenes de ángulos promueven la rotación o la espiralización del flujo al tiempo que permanecen sustancialmente alineados con el eje geométrico central A.

A medida que el flujo de fluido continúa, a continuación tropieza con las placas de contacto 106, las cuales son sustancialmente perpendiculares y / o transversales al eje geométrico central A. Por ejemplo, el ángulo p puede ser aproximadamente igual a 90° y / o el valor de p - a (esto es, el ángulo de las placas de contacto 106 con respecto al eje geométrico central A) puede ser aproximadamente igual a 90°, por ejemplo, entre aproximadamente 120° y 60°. De esta manera el flujo de fluido que tropieza con las placas de contacto 106 es mucho más abruptamente forzado en una dirección sustancialmente radial (esto es, perpendicular al eje geométrico central A). Así mismo, dado que las placas de contacto 106 son sustancialmente perpendiculares y / o transversales al eje geométrico central A, la velocidad del flujo que tropieza con las placas de contacto 106 se reduce de manera considerable, cuando el flujo es redirigido desde la dirección axial hasta la dirección radial.

De modo ventajoso, en muchas aplicaciones, una reducción de la velocidad viene acompañada por un incremento de la presión y de una longitud de entrada más corta (a lo largo de la cual la longitud de entrada del flujo está sometida a los efectos de entrada transicionales antes de su estabilización). Junto con la espiralización o rotación conferida por las lengüetas 108 analizadas con anterioridad, se mantiene la uniformidad de la distribución del flujo (por ejemplo, mezclando el flujo) mientras que la velocidad se reduce, la presión se incrementa, y / o la longitud de la entrada disminuye.

Las paletas 104 pueden estar fabricadas en cualquier material apropiado, por ejemplo, acero dulce o plástico resiliente. Las dimensiones de las paletas 104 pueden ser fijadas para facilitar la anteriormente descrita u otras funcionalidades. Por ejemplo, las lengüetas 108 pueden presentar una longitud L1 que resulte adecuada para conferir una cantidad suficiente de espiralización al flujo de fluido. La longitud L1 puede estar influida por el tamaño del collar 102, por el cambio de las dimensiones o la estructura de las cavidades de flujo sobre los lados opuestos del conjunto de deflector 100, la viscosidad, la velocidad, la presión u otras cualidades del flujo de fluido, etc. En otra forma de realización, la longitud L1 de las lengüetas 108 es aproximadamente igual al diámetro del collar 102, por ejemplo, de 50,8 mm en una forma de realización.

Las placas de contacto 106 presentan también una longitud L2, que puede ser fijada para facilitar la redirección del flujo desde una dirección sustancialmente axial (esto es, paralela al eje geométrico A) hasta una dirección sustancialmente perpendicular (esto es, perpendicular al eje geométrico A). En una forma de realización, la longitud L2 es aproximadamente de un 25 a un 50% la longitud L1 y / o el diámetro del collar 102. Por ejemplo, en una forma de realización, la longitud L2 puede ser de 19,05 mm y la longitud L1 y / o el diámetro del collar 102 puede ser de 50,8 mm.

Así mismo, las placas de contacto 106 pueden presentar una anchura W para contribuir a la funcionalidad arriba mencionada. La anchura W puede ser fijada de manera que contribuya al bloqueo apropiado o impida el flujo de fluido en un nivel deseado. Por ejemplo, se pueden utilizar valores menores de la anchura W para impedir el flujo de fluido en menor grado. Reduciendo de esta manera la velocidad y / o el incremento de la presión hasta un grado menor que si se utilizara un valor mayor para la anchura W. En una forma de realización, la longitud L2 y la anchura W se fijan para bloquear al menos la mayoría del área de flujo a través del collar 102. Por ejemplo, como se muestra en la FIG.

2A, las placas de contacto 106 bloquean sustancialmente toda el área de flujo a través del collar 102 con la excepción de una porción pequeña cerca del eje geométrico central A de las pequeñas porciones entre cada serie adyacente de las placas de contacto 106. En una forma de realización, las placas de contacto 106 están dimensionadas para bloquear al menos aproximadamente el 75% del área de flujo del collar 102.

La FIG. 3 ilustra un uso del conjunto de deflector 100. Más concretamente, la FIG.3 muestra un quemador de cinta 10 que presenta un conjunto de deflector 100. El quemador de cinta 10 puede adoptar la forma de un Quemador de Cinta QuadCool ERB, comercialmente disponible en Selas Heat Technology Company. El quemador de cinta 10 incluye un cuerpo de quemador 12, por ejemplo, el cual define una cavidad para recibir un flujo de fluido (por ejemplo, una mezcla de gas / aire u otro combustible gaseoso) en una o más entradas 14, por ejemplo, las cuales pueden estar situadas en uno o ambos extremos axiales opuestos del cuerpo de quemador 12. Un paquete de cinta 15 puede ser incluido para producir una llama sustancialmente a lo largo de su entera longitud (por ejemplo, una “llama de hoja”) mediante el uso de la mezcla de combustible que es inyectada en el cuerpo de quemador 12 por medio de la(s) entrada(s) 14.

El conjunto de deflector 100 puede estar fijado en o a lo largo de un conducto de suministro de combustible, por ejemplo, una tubería entre la fuente de mezcla de gas / aire y la entrada 14 y / o el interior del cuerpo de quemador 12. Por ejemplo, un cojinete 16 de una conducción de suministro de combustible, se ilustra en la FIG. 3, dentro de la cual se puede insertar el conjunto de deflector 100. Por ejemplo, el casquillo 16 puede incluir un hilo de rosca (por ejemplo, una rosca hembra) correspondiente a los hilos 105 y / o de otra forma insertado para recibir en su interior el collar 102 del conjunto de deflector 100.

Como se analizó anteriormente, las cavidades de flujo sobre los lados opuestos de la entrada 14 (por ejemplo, el interior del cuerpo de quemador 12 con respecto a la conducción de suministro de combustible) pueden ser similares de manera que el flujo de fluido sea sometido a la entrada y / o a los efectos transicionales a medida que transita a través de la entrada 14. Por ejemplo, la entrada 14 puede ser o incluir un área de flujo relativamente restringida con respecto al área de flujo a través de la conducción de suministro, por ejemplo, el casquillo 16. De esta manera, ausente el conjunto de deflector 100, la velocidad del fluido tendería a aumentar y a reducirse la presión a medida que el fluido entre en el cuerpo de quemador 12. Como resultado de los efectos de reducción de presión y de otras entradas, la llama producida por el quemador de cinta 10 próximo a la entrada 14 puede ser menos desarrollada que la llama producida por el quemador 10 en emplazamiento distales respecto de la entrada, por ejemplo, hacia el centro del quemador 10. De modo ventajoso, como se analizó con anterioridad, la colocación del conjunto de deflector 10 al nivel de, cerca, o dentro de la entrada 14 puede reducir la longitud de entrada de la entrada y / o los efectos transicionales, disminuir la velocidad y / o incrementar la presión del fluido a medida que entra en el cuerpo de quemador, produciendo de este modo una llama más equilibrada y uniforme a partir del quemador 10 a través de su entera longitud. Los expertos en la materia advertirán que el quemador de cinta 10 es únicamente un ejemplo y que el conjunto de deflector 100 puede ser utilizado en otras formas de realización.

Aunque se han descrito e ilustrado en la presente memoria diversas formas de realización inventivas, los expertos en la materia podrán fácilmente contemplar una diversidad de otros medios y / o estructuras para desempeñar la función y / u obtener los resultados y / o las una o más ventajas descritas en la presente memoria. En sentido más general, los expertos en la materia advertirán que todos los parámetros, dimensiones, materiales y configuraciones descritos en la presente memoria están concebidos de forma ejemplar y que los parámetros, dimensiones, materiales y / o configuraciones reales dependerán de la aplicación o aplicaciones específicas para las cuales es / son utilizadas las enseñanzas inventivas. Los expertos en la materia advertirán o podrán aseverar la utilización no más allá de una experimentación de rutina, de muchos equivalentes de las formas de realización inventivas específicas descritas en la presente memoria. Por tanto, se debe entender que las formas de realización preferentes se ofrecen únicamente a modo de ejemplo y que, dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, las formas de reivindicación inventivas pueden ser llevadas a la práctica de cualquier otra forma a la descrita y reivindicada con carácter específico.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. - Un conjunto de deflector (100) que comprende:

un collar (102) que presenta un eje geométrico central y una superficie circunferencial interior (112); y, una pluralidad de paletas (104) fijadas a la superficie circunferencial interior del collar, incluyendo cada paleta:

una lengüeta (108) que se extiende desde el collar en un primer ángulo con respecto al eje geométrico central, estando el primer ángulo de la lengüeta configurado para imprimir una rotación a un flujo de fluido por medio del conjunto de deflector; y

una placa de contacto (106) que se extiende desde la lengüeta en un segundo ángulo con respecto al eje geométrico central, en la que el segundo ángulo es mayor que el primer ángulo; en el que el conjunto de deflector (100) está configurado de manera que el flujo de fluido a través del conjunto de deflector (100) primero paso a través del collar (102) y tropieza con la lengüeta (108) de cada uno de las paletas (104) y, a continuación, tropieza con la placa de contacto (106) de la respectiva paleta (104), de manera que el flujo de fluido que tropieza con cada una de las placas de contacto (106) es impulsado en una dirección sustancialmente radial.

2. - El conjunto de deflector (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que:

las lengüetas (108) están fijadas a la superficie circunferencial interior (112) del collar (102); y

las placas de contacto (106) no están fijadas a la superficie circunferencial interior (112) del collar (102), para proporcionar así un extremo libre de la placa de contacto (106).

3. - El conjunto de deflector (100) de la reivindicación 1, en el que el segundo ángulo se define como el primer ángulo sustraído de un tercer ángulo medido entre la lengüeta (108) y la placa de contacto (106).

4. - El conjunto de deflector (100) de la reivindicación 1, en el que el primer ángulo está comprendido entre 5° y 30°.

5. -- El conjunto de deflector (100) de la reivindicación 1, en el que el segundo ángulo está comprendido entre 60° y 120°.

6. - El conjunto de deflector (100) de la reivindicación 1, en el que las placas de contacto (106) presentan una anchura y una longitud suficientes para bloquear al menos un 80% de un área de flujo a través del collar (102).

7. - El conjunto de deflector (100) de la reivindicación 1, en el que una longitud de la lengüeta (108) es aproximadamente igual a un diámetro del collar (102).

8. - El conjunto de deflector (100) de la reivindicación 1, en el que la longitud de cada placa de contacto (106) es igual a entre aproximadamente un 25% y un 50% de una longitud de la lengüeta.

9. - El conjunto de deflector (100) de la reivindicación 1, que comprende cuatro de las paletas (104) separadas a intervalos regulares alrededor de la superficie interna (112) del collar (102).

10. - El conjunto de deflector (100) de la reivindicación 1, en el que el collar (102) presenta una forma en sección transversal circular.

11. - Un conjunto de quemador que presenta una entrada (14) y el conjunto de deflector (100) de la reivindicación 1 instalado dentro, al nivel de, o próximo a la entrada.

12. - El conjunto de quemador de la reivindicación 11, en el que el conjunto de quemador es un quemador de cinta.

13. - El conjunto de deflector (100) de la reivindicación 12, en el que la entrada (14) incluye una primera entrada y una segunda entrada situadas en lados opuestos de un cuerpo del quemador.