PL202022B1 - Urządzenie do regulacji stosunku gaz/powietrze do mieszającego wstępnie urządzenia do spalania - Google Patents

Abstract

1. Urz adzenie do regulacji stosunku gaz/po- wietrze dla mieszaj acego wst epnie urz adzenia do spalania, zawieraj ace regulator pneumatyczny (3), który utrzymuje w sta lej warto sci stosunek mi edzy ci snieniem w przewodzie z gazem (1) oraz ci snie- niem w przewodzie z powietrzem (2) oraz umiesz- czone w strumieniu za regulatorem (3) urz adzenie do mieszania (4), które cechuje si e tym, ze ma komor e mieszania (7), która od swojego otworu wlotowego w kierunku ruchu strumienia powi eksza si e jak w dyszy Venturiego, dysz e (8) do laczon a do prze- wodu z powietrzem, która wchodzi do otworu wloto- wego komory mieszania (7), szczelin e pier scieniow a (10) do laczon a do przewodu z gazem (1), która utworzo- na jest mi edzy kraw edzi a (9) otworu wlotowego ko- mory mieszania (7) oraz przy laczon a do przewodu z powietrzem (2) dysz a (8), znamienne tym, ze zawiera sto zek (11) umieszczony w przewodzie z powietrzem (2), który w zale zno sci od sygna lu sensora jest nastawialny w kierunku osiowym wzgl e- dem przy laczonej do przewodu z powietrzem dyszy (8) oraz dmuchaw e (5) o sterowalnej liczbie obrotów, która dostarcza mieszanin e z komory mieszania (7) do urz adzenia do spalania. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do regulacji stosunku gaz/powietrze do mieszającego wstępnie urządzenia do spalania.

Aby zminimalizować emisję szkodliwych substancji i zoptymalizować współczynnik sprawności urządzenia do spalania, czyni się starania, aby stosunek ten gaz/powietrze utrzymywać w optymalnym punkcie.

Znane są dotychczas systemy ze skojarzeniem pneumatycznym oraz ze skojarzeniem elektronicznym.

W przypadku systemów ze skojarzeniem pneumatycznym (znane z patentu US 4 385 887) wielkość strumienia gazu utrzymuje się w stałym stosunku do wielkości strumienia powietrza. Następuje to za pomocą regulatora sterowanego ciśnieniem na drodze gazu. Wykorzystuje się przy tym różnicę ciśnień jako ciśnienie sterujące do regulacji wielkości strumienia gazu, to znaczy w bezpośredniej zależności do zasysanej wielkości strumienia powietrza. Ciśnienie sterownicze regulatorem wytwarza się w urządzeniu do mieszania albo na przeponie, na drodze powietrza.

Systemy ze skojarzeniem pneumatycznym nie wymagają elementów elektrycznych czy elektronicznych. Ich budowa mechaniczna jest bardzo prosta i pracują bardzo szybko. Konieczne są przy tym tylko nieliczne części ruchome. Przygotowanie mieszaniny z wykorzystaniem skojarzenia pneumatycznego posiada tę korzyść, że pozwala na bardzo szybkie reagowania na wahania ciśnienia oraz wielkość strumienia w instalacji służącej do spalania i pozwala na utrzymywanie stałego stosunku gaz/powietrze w dużym zakresie modulacji. W wyniku tego systemy te sprawdziły się w wielu instalacjach.

Wielkości mające wpływ takie jak jakość gazu, ciśnienie powietrza oraz temperatura powietrza potrzebna do spalania nie mogą być jednak w tych systemach wyregulowane i wymagają ostatecznego nastawienia w instalacji. Przez liberalizację na rynku gazu, należy się liczyć z większymi wahaniami jakości gazu, które w tych systemach powodują konieczność stałego doregulowywania.

Ponadto systemy ze skojarzeniem pneumatycznym, w przypadku dużego zakresu modulacji, stają się niedokładne w dolnym zakresie działania, szczególnie po dłuższym okresie pracy. Aby zagwarantować długotrwałą, wysoką jakość spalania, w związku z tym, nie może nastawiona wydajność minimalna - w zależności od wykonania - posiadać wartości poniżej 15 do 20%. W systemach ze skojarzeniem elektronicznym mierzy się przy użyciu sensora skład gazów spalinowych odlotowych w pł omieniu albo po pł omieniu albo też temperaturę pł omienia. Sensor wytwarza sygnał , który oceniany jest przez regulator elektroniczny. Regulator steruje organem nastawczym, który określa ilość gazu. Te systemy ze skojarzeniem elektronicznym są wolniejsze w wyregulowywaniu zmian ilości powietrza. Stosowane sensory są wrażliwe i o ograniczonej trwałości. Dla pewnego funkcjonowania instalacji do spalania konieczny jest niezawodny sygnał sensora. Jednak wahania jakości gazu, ciśnienia powietrza oraz temperatury powietrza spalania mogą być wyregulowywane.

Zadaniem wynalazku jest to, aby w systemie ze skojarzeniem pneumatycznym, bez straty osiąganych w nich korzyści, zrealizować korzyści systemów ze skojarzeniem elektronicznym.

W celu realizacji tego zadania zbudowano urządzenie do regulacji stosunku gaz/powietrze do mieszającego wstępnie urządzenia do spalania, zawierające regulator pneumatyczny, który utrzymuje stały stosunek pomiędzy ciśnieniem w przewodzie z gazem i ciśnieniem w przewodzie z powietrzem oraz umieszczone w strumieniu za regulatorem urządzenie do mieszania, cechujące się tym, że ma:

- komorę mieszania, która od swojego otworu wylotowego w kierunku ruchu strumienia powię ksza się jak w dyszy Venturiego,

- dyszę dołączoną do przewodu z powietrzem, która wchodzi do otworu wlotowego komory mieszania,

- szczelinę pierścieniową dołączoną do przewodu z gazem, która utworzona jest pomiędzy między krawędzią otworu wlotowego komory mieszania oraz przyłączoną do przewodu z powietrzem dyszą, przy czym urządzenie według istotnych cech wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera stożek umieszczony w przewodzie z powietrzem, który w zależności od sygnału sensora jest nastawialny w kierunku osiowym względem przyłączonej do przewodu z powietrzem dyszy, oraz dmuchawę o sterowalnej liczbie obrotów, która dostarcza mieszaninę z komory mieszania do urządzenia do spalania. Dalej urządzenie charakteryzuje się tez tym, że stożek uruchamiany jest silnikiem liniowym oraz tym, że przekrój otworu przyłączonej do przewodu z powietrzem dyszy jest dopasowany do przekroju stożka tak, że dysza ze stożkiem jest całkowicie zamykana. Poza tym, urządzenie charakteryzuje się tym, że kąt stożka wynosi mniej niż 30°.

Regulator stanowi pneumatyczne skojarzenie systemu, zaś sensor dostarcza sygnału, który umożliwia wyregulowanie wahań jakości gazu, ciśnienia powietrza oraz temperatury powietrza do spalania. W zależności od tego sygnału ulega przestawieniu, uruchamiany przez, korzystnie silnik

PL 202 022 B1 liniowy, stożek i wędruje przy tym mniej lub bardziej głęboko do wnętrza dyszy przyłączeniowej do przewodu z powietrzem. Tym samym można w ekstremalnie prosty sposób zapewnić, aby urządzenie do spalania pracowało zawsze przy optymalnym stosunku gaz/powietrze.

Sensor może ujawnić skład oraz/albo temperaturę gazów spalinowych, odlotowych, zaś elektronika może z uzyskanych danych określić przynależne wartości jakości gazu, ciśnienia powietrza i temperatury powietrza do spalania, co umo ż liwi odpowiednią regulację przez przestawienie stożka. Poprzez w ten sposób zmieniane stosunki ciśnień oraz strumieni przepływów w komorze do mieszania powiększającej się - jak dysza Venturiego jest możliwa zmiana stosunku gaz/powietrze w szerokim zakresie, bez rezygnacji z korzyści skojarzenia pneumatycznego. Przez wprowadzenie stożka do dyszy przyłączeniowej do przewodu z powietrzem rośnie prędkość powietrza przy wejściu do komory mieszania. Przez to w szczelinie pierścieniowej przyłączonej do przewodu z gazem powstaje znaczniejsze ciśnienie, które pozwala na zwiększenie wchodzącej ilości gazu do komory mieszania. Równocześnie poprzez zmniejszenie przekroju przyłączonej do przewodu z powietrzem dyszy, redukcji ulega wielkość wlatującego strumienia powietrza. W rezultacie - przy użyciu mniejszej ilości powietrza dostarczana jest większa ilość gazu do komory mieszania.

Ponadto, stosownie do istoty wynalazku, rośnie stopień modulacji, dzięki czemu, przy zmniejszonych wydajnościach, mogą być wyregulowane powstałe niedokładności.

Jeżeli urządzenie do spalania zostanie wyłączone z pracy to stożek w przyłączonej do przewodu powietrza dyszy może ją całkowicie zamknąć. Jeśli więc urządzenie do spalania jest przyłączone do instalacji gazów odlotowych, do której mogą być podłączone inne urządzenia do spalania pracujące z nadciśnieniem gazów odlotowych, to wtedy na tej drodze zapobiega się zwrotnemu strumieniowi gazów odlotowych do przewodu z powietrzem odłączonego urządzenia do spalania.

W przypadku uszkodzenia sensora, stoż ek ulega cał kowitemu usunię ciu się z dyszy przyłączeniowej do przewodu powietrza. Najmniejsza wydajność urządzenia do spalania ulega tak dalece podniesieniu, że spalanie utrzymywane jest w zakresie pracy i nie jest wymagane bezwzględne oddziaływanie sensora. Dla przykładu najmniejsza wydajność zostanie podniesiona na około 20%. Przy tym zasadnicza nastawa regulatora pneumatycznego zapewnia to, że przy oczekiwanych rodzajach gazów, temperaturach powietrza i położeniach wysokościowych zostaje zachowany dostatecznie wysoki nadmiar powietrza. W tym położeniu stożka regulacja odpowiada konwencjonalnemu skojarzeniu pneumatycznemu. Instalacja do spalania nie musi być odstawiona, zaś emisje substancji szkodliwych pozostają poniżej przepisanych wartości granicznych. Znane dotąd systemy ze skojarzeniem elektronicznym przy wyborze sensora muszą być odstawione. Reasumując - stosując wynalazek, można osiągnąć następujące korzyści.

Wahania jakości gazu, ciśnienia powietrza oraz temperatury powietrza do spalania mogą być regulowane bez rezygnacji z korzyści płynących ze skojarzenia pneumatycznego czyli zdolności do szybkiej reakcji na zmiany wydajności oraz wahania ciśnienia.

Urządzenie do spalania działa również w przypadku uszkodzenia sensora, ponieważ skojarzenie pneumatyczne, na którym bazuje regulacja, pozostaje w dalszym ciągu zdolne do działania.

Regulacja ze skojarzeniem pneumatycznym, która posiada komorę do mieszania powiększającą się podobnie jak dysza Venturiego, może być również uzupełniająco, po czasie wyposażenia w stożek sterowana sensorem.

Stopień sprawności wzrasta, ponieważ spalanie jest regulowane bliżej wartości stechiometrycznej. W wyniku tego, przy wyższym punkcie rosy, powstaje więcej kondensatu i podgrzewa się mniej powietrza potrzebnego do spalania. W przypadku regulacji pneumatycznej bez regulacji sensorowej musi być utrzymywany wysoki nadmiar powietrza po to, aby w przypadku wahań jakości gazu, ciśnienie powietrza i temperatury powietrza do spalania utrzymać w dostatecznym odstępie od wartości stechiometrycznej. W tych systemach tylko przez to można w sposób pewny zapobiec powstaniu trującego tlenku węgla.

Stopień regulacji ulega podniesieniu przez to, że można nastawić mniejszą minimalną wydajność. W przypadku czystego skojarzenia pneumatycznego, przy tak małych wydajnościach, trudno zapewnić wystarczającą wydajność stosunku gaz/powietrze.

Emisje start/stop ulegają przez to minimalizacji, ponieważ przy mniejszej wydajności minimalnej konieczna jest mniejsza ilość łączeń.

Urządzenie do spalania może być połączone z innymi instalacjami wspólną, pracującą z nadciśnieniem instalacją odciągową gazów spalinowych nie powodując zagrożenia, w razie nie działania urządzenia do spalania - że gaz odlotowy skieruje się zwrotnie do pomieszczenia, w którym pracuje urządzenie, ponieważ stożek może całkowicie zamknąć przewód powietrza.

PL 202 022 B1

W sposób korzystny ką t otwarcia przyłączonej do przewodu z powietrzem dyszy odpowiada zasadniczo kątowi stożka. To przyczynia się do tego, że przyłączona do przewodu z powietrzem dysza jest przez stożek całkowicie zamykalna, jak to przewidziano w dalszym rozwoju wynalazku.

Przy czym bardzo korzystne okazało się wykonanie stożka o kącie mniejszym niż 30°. Taki kąt umożliwia bardziej czułe przestawienie stożka, a tym samym bardzo dokładną regulację. W przypadku trudności możliwe są jednak też stożki o kącie większym niż 30°.

W dalszej części wynalazek jest bliż ej objaś niony na podstawie korzystnego przykł adu i załączonego rysunku.

Rysunek przedstawia na:

- fig. 1 - schemat ideowy urzą dzenia wedł ug wynalazku

- fig. 2 - przykrój osiowy przez jeden przedstawiony schematycznie na fig. 1 - element budowy,

Urządzenie według fig. 1 posiada przewód z gazem 1 i przewód z powietrzem 2. Między tymi dwoma przewodami pracuje pneumatyczny regulator 3, który steruje ciśnienie przewodu z gazem 1 w zależności od ciśnienia panującego w przewodzie z powietrzem 2. Przewód z gazem 1 oraz przewód z powietrzem 2 wpadają wspólnie do urządzenia do mieszania 4. Za urządzeniem do mieszania 4 umieszczona jest dmuchawa 5 o sterowalnej liczbie obrotów, która transportuje mieszaninę do nie przedstawionego urządzenia do spalania.

Fig. 2 pokazuje w szczegółach konstrukcję urządzenia do mieszania 4, do którego jest bezpośrednio przyłączona dmuchawa 5. Ostatnia jest napędzana silnikiem 6 o sterowalnej liczbie obrotów. Urządzenie do mieszania 4 posiada komorę do mieszania 7, która, od jej otworu wejściowego w kierunku przepływu strumienia, powiększa się podobnie do dyszy Venturiego. Do otworu wejściowego do komory mieszania 7 wchodzi dysza 8, która jest przyłączona do przewodu z powietrzem 2. Dysza 8 tworzy z krawędzią 9 otworu wejściowego komory mieszania 7 szczelinę pierścieniową 10, która jest przyłączona do przewodu z gazem 1. W przewodzie z powietrzem 2 umieszczony jest stożek 11, który jest przestawialny przez silnik liniowy 12 w kierunku osiowym względem dyszy 8. Stożek 11 jest sterowany przez nie pokazany sensor, który w przedstawionym przypadku ujawnia (mierzy) skład odlotowych gazów spalania. Sygnalizuje on występującą jakość gazu.

W pozycji wg fig. 2 stożek 11, którego kąt, w tym przykładzie wykonania, jest mniejszy niż 30° i pokrywa się z kątem otwarcia dyszy 8 i wchodzi do dyszy. Jeżeli jakość gazu ulega zmianie w kierunku niższych wartości opałowych to silnik liniowy 12 przestawia stożek 11 na lewo, głębiej, do dyszy 8. Przez to ulega zwiększeniu prędkość, z którą powietrze wchodzi do komory mieszania 7. Stosownie do tego do komory mieszania 7 dostarczana jest większa ilość gazu. Równocześnie ilość powietrza wchodzącego do komory mieszania 7 ulega zmniejszeniu. W rezultacie - do komory mieszania 7 dostarcza się mniej powietrza, a więcej gazu. To kompensuje spadającą wartość opałową.

W przypadku wzrastającej wartości opałowej regulacja pracuje w kierunku przeciwnym. Przez przestawienie stożka 7 mogą być wyrównywane wahania ciśnienia powietrza oraz temperatury powietrza do spalania.

Ten wynalazek łączy korzyści skojarzenia pneumatycznego z korzyściami skojarzenia elektronicznego przy równoczesnym podwyższeniu stopnia modulacji. Minimalna wydajność urządzenia do spalania może być obniżona bez strat na stabilności.

Jeżeli urządzenie do spalania znajdzie się w stanie zatrzymania pracy to stożek 11 może być tak głęboko wprowadzony do dyszy 8, że zamknie ją. Zapobiega to powstaniu strumienia zwrotnego gazów odlotowych do przewodu z powietrzem 2, jeżeli urządzenie do spalania jest przyłączone do systemu odprowadzania gazów odlotowych, który jest obciążony przez dalsze urządzenia do spalania, pracujące z nadciśnieniem.

Jeżeli uszkodzeniu ulegnie sensor sterujący silnikiem liniowym 12 stożka 11, to stożek 11 przesunie się tak daleko w prawo, że odsłoni całkowicie przekrój dyszy 8. Wtedy urządzenie do spalania jest regulowane jedynie i wyłącznie przez regulator pneumatyczny 3, to znaczy w konwencjonalny sposób skojarzenia pneumatycznego. W takim przypadku zaleca się nie podnosić wydajności minimalnej urządzenia połączeniowego.

W ramach wynalazku można oczywiście układ modyfikować. I tak - możliwe jest, aby regulator pneumatyczny 3 ciśnienie sterownicze sterujące ciśnieniem w przewodzie z gazem 1 odbierał w innym miejscu niż w przewodzie z powietrzem 2; dla przykładu w komorze mieszania 7. Również sensor sterujący silnik liniowy 12 może, dla przykładu, oceniać (mierzyć) tylko temperaturę powietrza do spalania oraz/albo ciśnienie powietrza względnie jakość gazu.

Claims (4)

1. Urządzenie do regulacji stosunku gaz/powietrze dla mieszającego wstępnie urządzenia do spalania, zawierające regulator pneumatyczny (3), który utrzymuje w stałej wartości stosunek między ciśnieniem w przewodzie z gazem (1) oraz ciśnieniem w przewodzie z powietrzem (2) oraz umieszczone w strumieniu za regulatorem (3) urządzenie do mieszania (4), które cechuje się tym, że ma komorę mieszania (7), która od swojego otworu wlotowego w kierunku ruchu strumienia powiększa się jak w dyszy Venturiego, dyszę (8) dołączoną do przewodu z powietrzem, która wchodzi do otworu wlotowego komory mieszania (7), szczelinę pierścieniową (10) dołączoną do przewodu z gazem (1), która utworzona jest między krawędzią (9) otworu wlotowego komory mieszania (7) oraz przyłączoną do przewodu z powietrzem (2) dyszą (8), znamienne tym, że zawiera stożek (11) umieszczony w przewodzie z powietrzem (2), który w zależności od sygnału sensora jest nastawialny w kierunku osiowym względem przyłączonej do przewodu z powietrzem dyszy (8) oraz dmuchawę (5) o sterowalnej liczbie obrotów, która dostarcza mieszaninę z komory mieszania (7) do urządzenia do spalania.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że stożek (11) uruchamiany jest silnikiem liniowym (12).

3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że przekrój otworu przyłączonej do przewodu z powietrzem (2) dyszy (8) jest dopasowany do przekroju stożka (11) tak, że dysza (8) ze stożkiem (11) jest całkowicie zamykana.

4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że kąt stożka (11) wynosi mniej niż 30°.