Горелка с внутренним сгоранием
Изобретение относится к горелкам, которые применяются в способах формирования минеральных волокон и в которых вытягивание этих волокон является следствием только лишь течений газовых потоков, производимых упомянутыми горелками. Горелка (1) с внутренним сгоранием, имеющая в своем составе камеру (2) сгорания, запитываемую топливом и окислителем топлива, причем эта камера сгорания содержит оболочку (20), снабженную первым закрытым концом (21) и вторым открытым выхлопным концом (22), противоположным упомянутому первому концу, через который удаляются газообразные продукты сгорания, причем оболочка (20) имеет по меньшей мере две противоположные стенки (24, 25), которые связывают между собой два упомянутых конца (21, 22). Горелка содержит в камере (2) сгорания и на уровне ее первого закрытого конца (21) по меньшей мере два устройства (3a, 3b) горения, запитываемые топливом и окислителем топлива, которые отличаются друг от друга конфигурацией таким образом, чтобы создавать соответственно два различных типа пламени, причем эта горелка снабжена системой охлаждения ее стенок (24, 25) при помощи введения охлаждающего газа, движущегося вдоль упомянутых стенок. Система охлаждения содержит множество отверстий (26), проходящих сквозь стенки (24, 25), через которые поглощается воздух, а также дефлекторные пластины (28), расположенные внутри камеры (2) сгорания, каждая из которых образует, с одной стороны, полость (29), которая располагается напротив нескольких отверстий (26) и которая предназначена для приема воздуха, поступающего из упомянутых отверстий, а с другой стороны, направляющую щель (29а), которая предназначена для отведения воздуха из упомянутой полости во внутреннее пространство камеры (2) сгорания. Стенки (24, 25) камеры сгорания имеют на своей внешней поверхности (24a, 25a), снаружи от камеры сгорания, множество уступов (27), которые проходят вдоль наименьшей протяженности ее стенки и на уровне которых выполнены сквозные отверстия (26). Между упомянутыми уступами (27) выполнены площадки (27a), которые имеют конфигурацию в виде елочки и наклон которых ориентирован в направлении выхлопного конца (22) горелки. Изобретение обеспечивает небольшие габаритные размеры. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.
Предлагаемое изобретение относится к горелке с внутренним сгоранием, выполненной с возможностью производить потоки газов, обладающих высокой температурой и движущихся с высокой скоростью. Говоря более конкретно, предлагаемое изобретение имеет отношение к горелкам, которые применяются в способах формования минеральных волокон и в которых вытягивание этих волокон является следствием только лишь течений газовых потоков, производимых упомянутыми горелками, или результатом их сочетания с другими средствами, такими, например, как средства центрифугирования или средства вытягивания типа фильеры.
Способ формирования волокон, обычно используемый для получения стекловолокна, представляет собой так называемый способ внутреннего центрифугирования. Он заключается в введении струйки подлежащего вытягиванию материала в расплавленном состоянии в центрифугу, называемую также тарелкой формования волокон, вращающуюся с большой скоростью и содержащую в своей периферийной части очень большое количество отверстий, через которые материал выдавливается в форме элементарных волокон под действием центробежных сил. При помощи кольцевой горелки эти элементарные волокна подвергаются затем воздействию кольцевого газового потока вытягивания при высокой температуре и скорости движения газов (то есть при температуре более 1000°C и при скорости движения газов, составляющей примерно 250 м/с), обтекающего стенку центрифуги и обеспечивающего уменьшение толщины этих элементарных волокон и преобразование их в волокна. Для выяснения подробностей способов формования волокон с использованием внутреннего центрифугирования можно сослаться на патентные документы WO 99/65835 и WO 97/15532.
Способ формования волокон, обычно применяемый для получения асбестовых волокон, представляет собой способ с использованием так называемого наружного центрифугирования. Материал, из которого формуются волокна, изливается в расплавленном состоянии на периферийную ленту колес центрифугирования, приводимых во вращательное движение, ускоряется этими колесами, отрываясь от них и частично преобразуясь в волокна под действием центробежных сил, причем газовый поток движется тангенциально по отношению к периферийной ленте этих колес центрифугирования таким образом, чтобы брать на себя материал, превращающийся в волокна, отделяя его от не превращающегося в волокна материала, и направлять его в приемный орган. При этом по поводу технологии формования волокон с использованием внешнего центрифугирования можно сослаться, например, на патентную заявку EP 195725.
В этом способе формования волокон с использованием внешнего центрифугирования газовый поток, движущийся в направлении, тангенциальном по отношению к периферийной части колес центрифугирования, обычно представляет собой поток холодного воздуха или охлажденных дымовых газов при температуре, близкой к температуре окружающей среды (то есть в диапазоне от 20°С до 40°С), и со средней скоростью движения газа, составляющей примерно 100 м/с. Однако, по соображениям значительного градиента температуры, существующего между температурой волокон при их выходе с колес центрифугирования (составляющей примерно 1000°C) и достаточно низкой температурой газового потока, обдувающего эти волокна, качество вытягивания волокон определенным образом ухудшается.
Для того чтобы существенным образом повысить качество волокон, производимых при помощи такой технологической установки, в частности, с более высоким качеством отделки и в то же время меньшим коэффициентом содержания зерен не превращающегося в волокна материала (здесь термин "зерна" используется для обозначения частиц, размеры которых превышают 100 микрон и которые содержатся в конечном продукте), оказывается очевидной польза продувания более горячего газового потока. Это обстоятельство, в частности, является объектом патентного документа EP 465310, в котором предлагается использовать газовый поток, температура которого имеет величину в диапазоне от 250°C до 900°C, предпочтительным образом в диапазоне от 300°С до 600°С и еще более предпочтительным образом составляет примерно 500°С.
В то же время можно сослаться, например, на патентную заявку ЕР 0091380, касающуюся реализации стандартной горелки с внутренним сгоранием, которая обычно используется для реализации способа с использованием внутреннего центрифугирования.
Наружная стенка камеры сгорания такой горелки требует, однако, использования охлаждения и установки адаптированных соответствующим образом средств охлаждения, таких, например, как добавление огнеупорного материала относительно большой толщины или применение водяной рубашки вокруг камеры сгорания, не способствует оптимизации габаритных размеров горелки, содержащей такие средства охлаждения.
В частности, горелка в этом случае остается слишком громоздкой для того, чтобы быть размещенной в относительно небольших габаритных размерах системы нагнетания газового потока, которая должна быть реализована в устройстве с использованием внешнего центрифугирования.
Таким образом, техническая задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить горелку с внутренним сгоранием, производящую поток горячего воздуха (с температурой в диапазоне от 700°С до 1700°С), которая представляет средства охлаждения, ограничивающие излучение тепловой энергии от ее стенок, причем эта горелка имеет относительно небольшие габаритные размеры и предпочтительным образом размерные ограничения вдоль одной из ее протяженностей имеют величину порядка 5 см.
В соответствии с предлагаемым изобретением горелка с внутренним сгоранием содержит камеру сгорания, запитываемую топливом и окислителем, причем эта камера сгорания содержит оболочку, снабженную первым закрытым концом и вторым, противоположным первому, открытым выхлопным концом, через который удаляются газообразные продукты сгорания, и эта оболочка представляет по меньшей мере две противоположные стенки, которые связывают два упомянутых конца, причем эта горелка отличается тем, что она содержит в камере сгорания и на уровне ее первого закрытого конца по меньшей мере два устройства горения, запитываемых топливом и окислителем, которые отличаются друг от друга своей конфигурацией таким образом, чтобы образовывать соответственно два различных типа пламени, а также тем, что эта горелка оборудована системой охлаждения ее стенок при помощи введения охлаждающего газа, например, воздуха, вдоль упомянутых стенок.
Наличие двух различных устройств горения, создающих два различных типа пламени, позволяет постоянно обеспечивать короткое и стабильное пламя в этой горелке.
Действительно, в том случае, когда одно из устройств горения сконфигурировано таким образом, чтобы обеспечить короткое пламя, но которое является недостаточно стабильным в определенных режимах, второе устройство горения может быть вследствие этого конфигурировано таким образом, чтобы обеспечить непрерывное зажигание упомянутого первого устройства. Это второе устройство представляет скорее длинное и вялое пламя, которое является стабильным во всех режимах.
В то же время устройство горения, которое создает длинное и вялое пламя, может взаимодействовать с несколькими устройствами, производящими короткое пламя, позволяя обеспечить полное сгорание в относительно небольших габаритных размерах, а также равномерное распределение тепла внутри горелки, что, в противном случае, будет невозможным при использовании одного единственного устройства горения, для которого его пламя, хоть и стабильное, будет слишком длинным, приводя к неоднородности распределения тепла (очень горячо в середине и прохладно по бокам), и будет выходить из горелки без полного завершения процесса сгорания внутри этой горелки.
И наконец, система охлаждения позволяет вводить охлаждающий газ вдоль стенок горелки в форме завесы, которая изолирует внутренние поверхности стенок этой горелки. Эта система образует эффективную термическую защиту оболочки камеры сгорания, не создавая при этом слишком больших по размерам средств охлаждения.
Система охлаждения содержит множество отверстий, проходящих сквозь стенки горелки, через которые предназначается проникновение воздуха во внутреннюю полость горелки, а также дефлекторные пластины, располагающиеся внутри камеры сгорания, каждая из которых образует, с одной стороны, полость, которая располагается против множества отверстий и которая предназначена для приема воздуха, поступающего из этих отверстий, а с другой стороны, направляющую щель, которая предназначена для отведения воздуха из упомянутой полости во внутреннюю полость камеры сгорания.
В соответствии с одной из характеристик предлагаемого изобретения стенки камеры имеют на своей наружной стороне, снаружи от камеры сгорания, множество уступов, которые проходят вдоль наименьшей протяженности стенки и на уровне которых выполнены сквозные отверстия.
Между этими уступами выполнены площадки, которые в целом имеют конфигурацию в виде елочки и наклон которых ориентирован в направлении выхлопного конца горелки.
Упомянутые полости, распределенные, таким образом, вдоль стенок со стороны внутренней части камеры сгорания и ограниченные упомянутыми наклонными площадками и дефлекторными пластинами, позволяют создать внутри этих полостей завихрение воздуха, входящего через сквозные отверстия и движущегося в сторону направляющих щелей. Эти завихрения воздуха обеспечивают охлаждение дефлекторых пластин, находящихся в непосредственном контакте с внутренней частью камеры, в которой происходит сгорание и, следовательно, выделение тепловой энергии.
Кроме того, упомянутые направляющие щели, через которые выходит воздух из упомянутых полостей, также принимают участие в непосредственном охлаждении внутренней полости камеры сгорания.
Дефлекторные пластины предпочтительным образом представляют адаптированную ориентацию, например, ориентацию, копланарную с внутренними поверхностями стенок, так, чтобы воздух, выходящий из этих направляющих щелей, представлял собой направленный поток, по существу параллельный стенкам камеры сгорания и гарантирующий оптимальное охлаждение.
Здесь следует отметить, что количество отверстий и их размеры, а следовательно, и поверхность для прохождения воздуха сквозь стенки адаптированы, в частности, к толщине стенок и к высоте горелки для того, чтобы обеспечить надлежащее охлаждение стенок этой горелки. В частности, могут быть увеличены размеры отверстий, располагающихся в непосредственной близости от устройств горения, в том случае, когда увеличивают размеры этих устройств.
В соответствии с предлагаемым изобретением каждое устройство горения содержит корпус, который представляет первую поверхность и вторую поверхность, располагающуюся противоположно по отношению к первой поверхности и против области горения, причем через этот корпус проходит, по всей его толщине и от одной поверхности до другой, множество каналов питания окислителем топлива и один канал питания топливом, имеющий ось У, перпендикулярную упомянутым поверхностям корпуса, причем этот канал питания топливом располагается центральным образом против каналов питания окислителем топлива и содержит продолжение, выступающее по отношению к второй поверхности корпуса и к каналам питания окислителем топлива, причем эта выступающая часть снабжена множеством отверстий.
В соответствии с одним из способов реализации устройства горения его корпус содержит периферийный барьер, который выступает по отношению к упомянутой второй поверхности корпуса таким образом, чтобы частично или полностью окружить выходы каналов питания окислителем топлива.
В соответствии с тем же самым способом реализации для одного из устройств горения упомянутые каналы наклонены по отношению к оси У центрального канала и каждый канал питания окислителем топлива содержит входное отверстие, располагающееся на уровне первой поверхности корпуса устройства, и выходное отверстие, открывающееся на уровне поверхности второй стороны корпуса устройства, причем входные и выходные отверстия этих каналов выполнены вдоль окружностей идентичного диаметра вокруг канала питания окислителем топлива.
В соответствии с другим способом реализации устройства горения, для одного из этих устройств горения, упомянутые каналы питания окислителем топлива наклонены по отношению к оси У центрального канала питания топливом и каждый такой канал содержит входное отверстие, располагающееся на уровне первой поверхности корпуса устройства, и выходное отверстие, открывающееся на уровне поверхности второй стороны корпуса устройства, причем входные и выходные отверстия этих каналов выполнены вдоль окружностей различных диаметров вокруг канала питания окислителем топлива, причем окружность, образованная выходными отверстиями, имеет несколько меньший диаметр.
Упомянутые устройства горения располагаются по существу линейным образом для оболочки горелки, которая имеет по существу форму параллелепипеда, или располагаются окружным образом для оболочки горелки, которая имеет кольцевую форму. Под выражением "по существу линейным образом" следует понимать расположение, представляющее общее линейное направление, которое может быть располагающимся строго на одной линии или может не располагаться на одной линии, а может располагаться, например, в шахматном порядке.
В соответствии с еще одной характеристикой окислитель топлива представляет собой воздух под давлением, тогда как топливо представляет собой, например, горючий газ или смесь газов.
В соответствии с еще одной характеристикой стенки горелки предпочтительным образом отстоят друг от друга на расстояние, не превышающее 5 см.
Упомянутая оболочка горелки предпочтительным образом изготовлена из металла.
Предлагаемая горелка предназначена для размещения в замкнутом пространстве, образованном герметичной оболочкой, которая содержит по меньшей мере одно входное отверстие питания воздухом под давлением и сквозь которую проходят трубопроводы питания топливом, соединенные с устройствами горения. Эта герметичная оболочка в случае необходимости может быть образована, по меньшей мере частично, конструктивными элементами существующей установки по изготовлению минеральной ваты, например, кожухом машины для изготовления минеральной ваты.
Горелка в соответствии с предлагаемым изобретением используется, например, в установке для формования волокон минеральной ваты, в частности, асбестовой ваты или стекловаты. Разумеется, такая установка может быть оборудована несколькими такими горелками.
И наконец, предлагаемое изобретение относится к способу изготовления минеральной ваты при помощи устройства с использованием внешнего или внутреннего центрифугирования, в частности, устройства стандартной формы, в котором используется по меньшей мере одна горелка в соответствии с предлагаемым изобретением. Здесь под устройством стандартной формы следует понимать устройство, представляющее конфигурацию и размерные параметры, которые являются обычно используемыми в уже существующих установках. Таким образом, горелка в соответствии с предлагаемым изобретением адаптирована для ее размещения в существующих устройствах.
В соответствии с одной из характеристик предлагаемого способа внутри горелки производят первый тип пламени, не являющегося стабильным в некоторых режимах, и второй тип пламени, обеспечивающий непрерывное зажигание пламени первого типа.
В соответствии с еще одной характеристикой обеспечивают подачу охлаждающего газа, предназначенного для охлаждения стенок горелки, который представляет собой воздух под давлением.
Другие подробности и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания примеров его реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:
- фиг.1 представляет собой схематический перспективный вид горелки в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг.2 представляет собой схематический вид в разрезе горелки, показанной на фиг.1;
- фиг.3 представляет собой схематический перспективный вид варианта формы горелки, показанной на фиг.1, предназначенного для размещения в устройстве формования волокон с использованием внешнего центрифугирования;
- фиг.4 представляет собой схематический вид в разрезе другого варианта формы типа кольцевой конфигурации горелки в соответствии с предлагаемым изобретением, содержащей несколько рядов устройств горения;
- фиг.5 представляет собой другой схематический вид в разрезе кольцевой горелки, показанной на фиг.4;
- фигуры 6а и 6b представляют собой другие схематические виды в разрезе двух соответствующих вариантов реализации устройств горения, образующих часть горелки в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фигуры 7а и 7b представляют собой схематические виды в разрезе и сверху поверхности горения соответственно для устройств, показанных на фигурах 6а и 6b;
- фиг.8 представляет собой частичный схематический вид в разрезе, иллюстрирующий устройство, предназначенное для изготовления асбестовой ваты и имеющее в своем составе горелку, показанную на фиг.1;
- фиг.9 представляет собой частичный схематический вид устройства, предназначенного для изготовления стекловаты и имеющего в своем составе горелку, показанную на фиг.4.
Горелка 1 с внутренним сгоранием, схематически проиллюстрированная на фигурах 1-3, предназначена для использования в технологической установке, предназначенной для изготовления минеральной ваты, такой, например, как установка, предназначенная для изготовления асбестовой ваты, частично проиллюстрированная на фиг.8 и содержащая устройство 10 вытягивания волокон при помощи внешнего центрифугирования.
Горелка 1, схематически представленная на фигурах 4 и 5, предназначена для использования в технологической установке, обеспечивающей изготовление минеральной ваты, например, обеспечивающей изготовление стекловаты, которая частично и схематически проиллюстрирована на фиг.9 и которая имеет в своем составе устройство 11 вытягивания волокон с использованием внутреннего центрифугирования.
Горелка в соответствии с предлагаемым изобретением, с учетом особенностей ее функционирования, предназначена для ее заключения в замкнутом герметичном пространстве, заполненном воздухом под давлением. При этом упомянутый воздух под давлением должен использоваться для охлаждения этой горелки. Предпочтительным образом этот воздух также может быть использован для питания данной горелки окислителем топлива.
Как это проиллюстрировано на фигурах 1-5, горелка 1 в соответствии с предлагаемым изобретением содержит камеру 2 сгорания и несколько устройств 3а и/или 3b горения, из которых исходит пламя, предназначенное для образования газообразных продуктов сгорания.
Камера 2 сгорания представляет оболочку 20, содержащую два противоположных конца, а именно конец 21, используемый для питания окислителем топлива и топливом, а также конец 22, используемый для отведения газообразных продуктов сгорания. Эта оболочка предпочтительным образом изготовлена из металла и отформована, например, из листового материала толщиной 1 мм. При этом чем большей является толщина оболочки, тем труднее будет обеспечить ее охлаждение.
Горелка, показанная на фиг.1, вид которой в разрезе представлен на фиг.2, содержит оболочку, имеющую по существу форму параллелепипеда таким образом, чтобы быть размещенной в устройстве с использованием внешнего центрифугирования.
На фиг.3 представлен схематический вид варианта реализации горелки, показанной на фиг.1, в соответствии с которым оболочка имеет в целом по существу форму параллелепипеда и концы 21 и 22 которой выполнены в виде дуги окружности. Такая форма позволяет разместить горелку в существующем в настоящее время пространстве системы, подающей газовый поток в стандартном устройстве с использованием внешнего центрифугирования.
Вид в разрезе, представленный на фиг.4, иллюстрирует оболочку 20 горелки. Кольцевая форма этой оболочки (ее вид в разрезе представлен на фиг.5) позволяет разместить ее в устройстве с использованием внутреннего центрифугирования.
Устройства горения 3а, 3b располагаются на одном из концов 21 камеры сгорания и перекрывают этот конец. На фиг.1 можно видеть задние поверхности 31 устройств горения, которые являются противоположными по отношению к поверхностям 32 горения, располагающимися внутри камеры сгорания.
Конец, противоположный выхлопному концу 22 камеры сгорания, является открытым для того, чтобы обеспечить возможность отведения газообразных продуктов сгорания. Эта камера сгорания проходит на протяжении определенной длины, как это уже известно из существующего уровня техники, для того, чтобы представлять объем, необходимый для полноценного сгорания.
На уровне выхлопного конца 22 и снаружи по отношению к этой камере сгорания предпочтительным образом располагается носок 23, который способствует соответствующей ориентации потока газообразных продуктов сгорания, выходящих из камеры сгорания.
Оболочка 20 представляет две противоположные стенки 24 и 25, которые проходят вдоль наиболее длинных размерных параметров этой камеры сгорания и которые связывают между собой два упомянутых конца 21 и 22. Эти стенки снабжены по своей толщине множеством сквозных отверстий 26, которые служат, как об этом более подробно будет сказано в последующем изложении, для охлаждения камеры 2 сгорания.
Наружные поверхности 24а и 25а стенок не являются плоскими, и они представляют множество уступов 27, которые проходят вдоль ширины каждой стенки для оболочки в форме параллелепипеда (см. фиг. 1 или 2) или вдоль любого периметра каждой стенки для оболочки, имеющей кольцевую форму (см. фиг.4). Эти уступы придают наружным поверхностям оболочки совокупность площадок 27а, которые представляют конфигурацию в виде елочки, симметричную по отношению к продольной оси Х симметрии горелки. Наклон этих площадок 27а между соседними уступами ориентирован в направлении упомянутой оси Х и в сторону выхлопного конца 22.
Упомянутые отверстия 26 выполнены на уровне упомянутых уступов 27.
Внутренние поверхности 24b и 25b во внутренней полости камеры 2 сгорания содержат совокупность пластин 28, которые жестко закреплены одним из своих концов и располагаются против уступов 27 и площадок 27а. Эти пластины оставляют место для полостей 29, в которые открываются отверстия 26.
Конец этих пластин, противоположный тому их концу, который закреплен на внутренних поверхностях камеры сгорания, является свободным, что обеспечивает наличие между упомянутыми пластинами и внутренними поверхностями стенок, и на выходе полости 29, тонких направляющих щелей 29а.
Отверстия 26, полости 29 и направляющие щели 29а формируют, таким образом, систему охлаждения для стенок 24 и 25 камеры сгорания, внутри которой тепловая энергия предназначена для распространения в результате горения.
Воздух под давлением предназначен для того, чтобы проникать в полости 29 через отверстия 26, формировать завихрения в этих полостях вследствие наличия пластин 28, которые выполняют функцию дефлекторов, и выходить через направляющие щели 29а таким образом, чтобы обтекать внутренние части 24b, 25b стенок камеры сгорания, сформированной в своей преобладающей части сторонами 28а пластин 28.
Воздух, присутствующий в упомянутых полостях, обеспечивает охлаждение пластин 28, поверхности 28а которых находятся в непосредственном контакте с областью горения.
Пластины 28 представляют адаптированную ориентацию, которая здесь является по существу параллельной оси Х, для того, чтобы течение воздуха, выходящего из щелей 29а, оказалось ориентированным вдоль потока, параллельного внутренним сторонам 24b, 25b стенок, с целью их охлаждения.
С одной стороны, воздух, приходящий в соприкосновение со стенками камеры, противодействует горячим газообразным продуктам сгорания, заполняя внутренний объем этой камеры, таким образом, чтобы стенки камеры были защищены от перегрева. А с другой стороны, воздух, вводимый в непосредственной близости от устройств 3а и 3b горения, принимает участие в горении, подавая дополнительный окислитель топлива. И наконец, по потоку позади пламени устройств горения вводимый поток воздуха позволяет охладить газообразные продукты сгорания, которые вытекают при температуре, которая может доходить до 1700°C.
Воздух, поступающий через отверстия 26, представляет собой воздух под давлением, который подается при помощи соответствующего расположения горелки 1 в устройстве, для которого эта горелка предназначена. Это расположение будет описано в последующем изложении со ссылками на фиг. 8 и 9.
Теперь более подробно будут описаны устройства горения.
Количество и размещение устройств горения адаптируются в зависимости от особенностей использования горелки, предназначенной либо для способа с использованием внешнего центрифугирования, либо для способа с использованием внутреннего центрифугирования.
Два соответствующих вариантов реализации устройств 3а и 3b горения проиллюстрированы соответственно на фиг. 6а, 7а и фиг. 6b, 7b. Два эти варианта реализации соответствуют двум различным характеристикам пламени.
Для нормального функционирования горелки важно иметь в ее конфигурации по меньшей мере одно устройство горения каждого варианта исполнения.
Каждое устройство 3а и 3b горения представляет собой изготовленную из металла деталь, которая содержит совместно сплошной корпус 30, представляющий первую поверхность 31 и вторую поверхность 32, противоположную первой поверхности и предназначенную для размещения против зоны горения.
Через этот корпус по всей его толщине, и от одной поверхности до другой, проходит множество каналов 33 питания окислителем топлива и один цилиндрический канал 34 питания топливом, имеющий ось У, перпендикулярную поверхностям 31 и 32 корпуса. Эти каналы выполнены при помощи механической обработки в толще корпуса 30.
Канал 34 питания топливом располагается центральным образом против каналов 33 питания окислителем топлива.
В то же время канал 34 имеет полое и цилиндрическое продолжение 35, которое выступает по отношению к второй поверхности 32 корпуса и по отношению к каналам 33 питания окислителем топлива. Это продолжение присоединяется, например, при помощи сварки, к поверхности 32 корпуса 30 или при помощи завинчивания в стенку канала 34.
Продолжение 35 является закрытым на своем свободном конце 35а, который является противоположным по отношению к поверхности 32. Кроме того, это продолжение снабжено множеством отверстий 36 в своей стенке, которые предназначены для выхода топлива.
Канал 34 предназначен для присоединения герметичным образом и на уровне поверхности 31 к трубопроводу питания топливом, тогда как каналы 33 питания окислителем топлива предназначены для приема воздуха под давлением, который поступает на уровне поверхности 31 через входные отверстия 33а и выходит через выходные отверстия 33b на уровне поверхности 32.
Каналы 33 на уровне их входных отверстий 33а предназначены для непосредственного соединения, на уровне поверхности 31, с полостью, которая содержит окислитель топлива под давлением (предпочтительный способ питания), или для присоединения к трубопроводам питания окислителем топлива под давлением.
Топливо в газообразной форме, которое предназначено для введения в канал 34, продолжает свое движение в продолжении 35 для того, чтобы выйти через отверстия 36 в виде струй, ориентированных по существу перпендикулярно по отношению к оси У. Эти струи топлива предназначены для смешивания с окислителем топлива, например, с воздухом, поступающим из каналов 33, и под действием воспламеняющей искры совокупность топлива и окислителя порождает пламя и сгорание топлива.
Вариант 3а реализации устройства отличается от варианта 3b его реализации тем, что корпус 30 дополнительно содержит периферийный барьер 37, предпочтительно имеющий кольцевую форму, выступающий по отношению к упомянутой второй поверхности 32 и охватывающий выходные отверстия 33b каналов питания окислителем топлива.
Упомянутый барьер образован одной единственной деталью, но также может быть образован множеством соединенных или не соединенных друг с другом скоб. Функция этого барьера состоит в том, чтобы обеспечить концентрацию окислителя топлива в зоне выхода топлива.
На фиг. 7а и 7b представлены схематические виды сверху описанных выше устройств горения, причем сплошные линии соответствуют видимой поверхности 32 со стороны зоны горения, тогда как пунктирные линии соответствуют их противоположной поверхности 31. Здесь можно видеть, что каналы 33 питания окислителем топлива, имеющие цилиндрическую форму, представляют входные отверстия 33а и выходные отверстия 33b, которые имеют идентичные формы и размеры.
Устройства горения 3а и 3b отличаются друг от друга наклоном каналов 33 питания окислителем топлива по отношению к центральному каналу 34 питания топливом.
Для устройства 3а горения (представленного на фиг.7а) входные отверстия 33а, а также выходные отверстия 33b, располагаются круговым образом вокруг центрального канала 34 и размещены соответственно вдоль окружностей (показанных штрих-пунктирной линией и обозначенных позицией Са) идентичных диаметров на уровне задней поверхности 31 и, соответственно, на уровне задней поверхности 32 горения.
Кроме того, каналы 33 имеют оси, наклоненные по отношению к оси У центрального канала 34 таким образом, чтобы входные отверстия 33а и выходные отверстия 33b не располагались точно друг против друга. Этот наклон обеспечивает образование на выходе поверхности 32 горения вращающегося потока воздуха, имеющего форму, симметричную относительно оси У.
И наконец, барьер 37 отводит воздух, выходящий из каналов 33, для его высвобождения в форме цилиндрического вихря.
Устройство 3а горения вследствие своей конфигурации позволяет обеспечить формирование длинного и стабильного пламени.
Для устройства 3b горения (представленного на фиг.7b) каналы 33 питания также наклонены по отношению к оси У, но входные отверстия 33а каналов 33 питания окислителем топлива выполнены круговым образом вдоль окружности (показанной штрих-пунктирной линией и обозначенной позицией Cb), диаметр которой превышает диаметр окружности (показанной штрих-пунктирной линией и обозначенной позицией Са), вдоль которой располагаются выходные отверстия 33b.
Такое расположение каналов 33 порождает на уровне поверхности 32 воздушный вихрь, вращающийся относительно оси У, который имеет форму, сжатую в своем основании на уровне поверхности 32 и расширяющуюся по мере удаления от этой поверхности 32 наподобие вихря циклона.
Устройство 3b горения вследствие своей конфигурации позволяет обеспечить формирование пламени, более мощного, но менее стабильного, чем пламя другого устройства 3а горения.
В том случае, когда устройства 3а и 3b горения располагаются по существу на одной линии для образования горелки, имеющей по существу форму параллелепипеда и показанной на фиг.1, эти устройства используются в количестве трех штук.
Предпочтительным образом устройство 3а с цилиндрическим воздушным вихрем размещают в центре между двух устройств 3b с циклоническим воздушным вихрем. Действительно, после воспламенения устройств горения при помощи, например, запальной свечи, устройство 3а горения, которое формирует мягкое, но стабильное пламя, в непрерывном режиме обеспечивает воспламенение устройств 3b горения, которые имеют тенденцию гаснуть в критических режимах при низких температурах и давлении, в частности, при температурах в диапазоне от 300°С до 500°С с давлением, составляющим примерно 100 ммСЕ, и при высоких температурах и давлении (в частности, при температурах до 1700°С с давлением в диапазоне от 500 ммСЕ до 600 ммСЕ).
В кольцевой горелке, показанной на фиг.4, устройства 3а и 3b горения используются, например, в количестве десяти штук и чередуются круговым образом (см. фиг.5).
Температура газообразных продуктов сгорания, выдаваемых горелкой в соответствии с предлагаемым изобретением, имеет величину вплоть до 1700°С. Скорость движения этих газообразных продуктов сгорания адаптируется в зависимости от желаемого режима горения, исходя из пропорций смеси топлива с окислителем и заданного расхода питания.
И наконец, теперь более подробно будет описано питание горелки топливом и окислителем топлива и охлаждение горелки в том случае, когда эта горелка размещена в устройстве, для которого она предназначена.
На фиг.8 проиллюстрирован частичный вид в разрезе установки для формования волокон асбестовой ваты стандартной формы, содержащей устройство 10 вытягивания волокон с использованием внешнего центрифугирования.
Устройство 10 вытягивания содержит колеса центрифугирования, одно из которых, обозначенное позицией 12, можно видеть на фиг.8. Это колесо приводится в движение при помощи вращающегося вала 13. Это колесо содержит вокруг него, в частности, на периметре от 120° до 300°, кромку 14 вытягивания, от которой выдуваются газы вытягивания.
Установка содержит множество горелок 1 в соответствии с предлагаемым изобретением, соответствующих горелке, показанной на фиг.3, и только одну из которых можно наблюдать на виде в разрезе, показанном на фиг.8. Упомянутые горелки использованы, например, в количестве трех штук и распределены вокруг колеса 12 таким образом, чтобы питать горячими газами всю кромку 14 вытягивания. Предпочтительным образом эти горелки будут распределяться по меньшей мере вокруг колеса, которое в стандартной установке производит наибольшее количество материала, не поддающегося преобразованию в волокна.
Горелка предпочтительным образом размещается в свободном пространстве, высота которого не превышает 5 см, определяемого между стенкой вращающегося вала 13 и кожухом устройства.
Газообразные продукты сгорания, выходящие из горелки 1, движутся перпендикулярно по отношению к плоскости вращения колеса 12 вдоль направления Р. Подлежащий превращению в волокна расплавленный материал выливается на периферийную ленту колеса, отрывается от нее в результате вращения этого колеса и вытягивается благодаря газовым потокам, выходящим из горелки 1 и из кромки 14 вытягивания.
На фиг.9 проиллюстрирована другая, кольцевая форма горелки 1 в соответствии с предлагаемым изобретением, предназначенная для способа с использованием внутреннего центрифугирования. Устройство 11 для формирования волокон содержит центрифугу 15, называемую также тарелкой формования волокон, в которую выливается расплавленный материал, предназначенный для преобразования в волокна. В результате воздействия центробежных сил, создаваемых вращением упомянутой тарелки, материал в форме элементарных волокон выходит через отверстия, которыми оснащена периферийная стенка этой тарелки. Эти элементарные волокна в свою очередь вытягиваются в форме волокон посредством потока газов от кольцевой горелки 1 типа той, которая показана на фиг.4, и этот поток газов ориентируется по существу тангенциально вдоль направления Р′ в сторону этих элементарных волокон.
Горелка 1 для каждой из установок, показанных на фигурах 8 и 9, располагается в замкнутом пространстве 4, которое запитывается воздухом под давлением для подачи предпочтительным образом окислителя топлива в устройства 3а и 3b и обеспечения охлаждения стенок горелки.
Это пространство 4 образовано герметичной оболочкой 40, изготовленной, например, из металла и ограниченной, как это показано, в частности, на фиг.8, при помощи металлического листа кожуха и стенкой вала 13. Эта оболочка снабжена по меньшей мере одним входным отверстием 41 питания воздухом.
Трубопроводы 42 питания топливом, например, горючим газом, для устройств 3а и 3b горения проходят герметичным образом сквозь оболочку 40 и присоединяются к каналам 34 питания.
Предпочтительным образом каналы 33 питания окислителем топлива устройств горения непосредственно запитываются при помощи воздуха под давлением, находящегося в пространстве 4.
И наконец, воздух, заполняющий пространство 4, поступает через отверстия 26, располагающиеся в стенках горелки, для их охлаждения, как об этом уже было сказано выше.
Таким образом, горелка в соответствии с предлагаемым изобретением допускает, при любом ее предназначении и в относительно небольших габаритных размерах, полное сгорание топлива в своей камере сгорания и охлаждение ее стенок благодаря использованию множества устройств горения, в котором применяется по меньшей мере одна комбинация каждого варианта реализации этих устройств, благодаря относительно небольшим размерам этих устройств горения, а также благодаря перфорации и адаптированному профилю стенок горелки.
1. Горелка (1) с внутренним сгоранием, имеющая в своем составе камеру (2) сгорания, запитываемую топливом и окислителем топлива, причем эта камера сгорания содержит оболочку (20), снабженную первым закрытым концом (21) и вторым открытым выхлопным концом (22), противоположным упомянутому первому концу, через который удаляются газообразные продукты сгорания, причем оболочка (20) имеет, по меньшей мере, две противоположные стенки (24, 25), которые связывают между собой два упомянутых конца (21, 22), отличающаяся тем, что эта горелка содержит в камере (2) сгорания и на уровне ее первого закрытого конца (21) по меньшей мере два устройства (3a, 3b) горения, запитываемые топливом и окислителем топлива, которые отличаются друг от друга конфигурацией таким образом, чтобы создавать соответственно два различных типа пламени, причем эта горелка снабжена системой охлаждения ее стенок (24, 25) при помощи введения охлаждающего газа, движущегося вдоль упомянутых стенок.
2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая система охлаждения выполнена с возможностью охлаждающей газовой завесы, которая изолирует внутренние поверхности стенок (24, 25) от упомянутого пламени.
3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая система охлаждения содержит множество отверстий (26), проходящих сквозь стенки (24, 25), через которые поглощается воздух, а также дефлекторные пластины (28), расположенные внутри камеры (2) сгорания, каждая из которых образует, с одной стороны, полость (29), которая располагается напротив нескольких отверстий (26) и которая предназначена для приема воздуха, поступающего из упомянутых отверстий, а с другой стороны, направляющую щель (29a), которая предназначена для отведения воздуха из упомянутой полости во внутреннее пространство камеры (2) сгорания.
4. Горелка по п.3, отличающаяся тем, что стенки (24, 25) камеры сгорания имеют на своей внешней поверхности (24a, 25a), снаружи от камеры сгорания, множество уступов (27), которые проходят вдоль наименьшей протяженности ее стенки и на уровне которых выполнены сквозные отверстия (26).
5. Горелка по п.4, отличающаяся тем, что между упомянутыми уступами (27) выполнены площадки (27а), которые имеют конфигурацию в виде елочки и наклон которых ориентирован в направлении выхлопного конца (22) горелки.
6. Горелка по п.3, отличающаяся тем, что ориентация дефлекторных пластин (28) адаптирована таким образом, чтобы воздух, выходящий из направляющих щелей (29a), представлял собой поток, ориентированный, по существу, параллельно внутренним поверхностям (24b, 25b) стенок (24, 25) камеры сгорания, располагающихся напротив области горения.
7. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что каждое устройство горения (3a, 3b) содержит корпус (30), который имеет первую поверхность (31) и вторую поверхность (32), противоположную по отношению к первой поверхности и напротив зоны горения, причем по всей толщине корпуса (30) проходя от одной упомянутой поверхности до другой, множество каналов (33) питания окислителем топлива и один канал (34) питания топливом, имеющий ось У, перпендикулярную к поверхностям (31, 32) корпуса, причем канал (34) питания топливом располагается по центру по отношению к каналам (33) питания окислителем топлива и имеет продолжение (35), выступающее по отношению к упомянутой второй поверхности (32) корпуса и к каналам (33) питания окислителем топлива, причем эта выступающая часть снабжена множеством отверстий (36).
8. Горелка по п.7, отличающаяся тем, что корпус (30) содержит периферийный барьер (37), который выступает по отношению ко второй поверхности (32) корпуса таким образом, чтобы частично или полностью окружить выходные отверстия (33b) каналов питания окислителем топлива.
9. Горелка по п.7, отличающаяся тем, что для одного из устройств (3а) горения упомянутые каналы (33) питания окислителем топлива наклонены по отношению к оси (У) канала (34) питания топливом, и каждый канал (33) питания окислителем топлива содержит входное отверстие (33a), располагающееся на уровне первой поверхности корпуса устройства, и выходное отверстие (33b), открывающееся на уровне второй поверхности (32) корпуса этого устройства, причем входные отверстия (33a) и выходные отверстия (33b) этих каналов питания окислителем топлива выполнены вдоль окружностей идентичного диаметра, располагающихся вокруг канала (34) питания топлива.
10. Горелка по п.7, отличающаяся тем, что для одного из устройств (3b) горения упомянутые каналы (33) питания окислителем топлива наклонены по отношению к оси (У) канала (34) питания топливом, причем каждый канал (33) питания окислителем топлива содержит входное отверстие (33a), располагающееся на уровне первой поверхности корпуса устройства, и выходное отверстие (33b), открывающееся на уровне второй поверхности (32) корпуса устройства, причем входные отверстия (33a) и выходные отверстия (33b) этих каналов питания окислителем топлива выполнены вдоль окружностей различных диаметров, располагающихся вокруг канала (34) питания топлива, причем окружность, образованная выходными отверстиями (33b), имеет меньший диаметр.
11. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что устройства (3a, 3b) горения располагаются, по существу, линейным образом для оболочки (20) горелки, которая имеет, по существу, форму параллелепипеда, или располагаются окружным образом для оболочки (20) горелки, которая имеет кольцевую форму.
12. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что окислитель топлива представляет собой воздух под давлением, тогда как топливо представляет собой горючий газ или смесь газов.
13. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что стенки (24, 25) предпочтительным образом отстоят друг от друга на расстояние, не превышающее 5 см.
14. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая оболочка (20) изготовлена из металла.
15. Установка для формования волокон, оборудованная одной или несколькими горелками в соответствии с любым из предшествующих пунктов.
16. Установка для формования волокон по п.15, отличающаяся тем, что эта установка для формования волокон представляет собой установку для производства минеральной ваты, в частности, асбестовой ваты или стекловаты.
17. Установка для формования волокон по п.15 или 16, отличающаяся тем, что горелка размещена в замкнутом пространстве (4), образованном герметичной оболочкой (40), которая содержит по меньшей мере один вход (41) питания воздухом под давлением и сквозь которую проходят трубопроводы (42) питания топливом, присоединенные к устройствам (3a, 3b) горения.
18. Способ изготовления минеральной ваты при помощи устройства с использованием внешнего или внутреннего центрифугирования, в частности, устройства стандартной формы, отличающийся тем, что в нем используют по меньшей мере одну горелку (1) в соответствии с любым из пп.1-14.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что внутри горелки обеспечивают формирование пламени первого типа, не являющегося стабильным в определенных режимах, и формирование пламени второго типа, обеспечивающего непрерывное зажигание пламени первого типа.
20. Способ по п.18 или 19, отличающийся тем, что в нем обеспечивается подача охлаждающего газа, представляющего собой воздух под давлением и предназначенного для охлаждения стенок горелки.
