IT7370902A1 - Ventilatore per bruciatore a combustibile liquido o gassoso - Google Patents

Description

[0001] 100 066 9 DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Ventilatore per bruciatore a combustibile liquido o gassoso".

[0002] 328.038 di SOCIETE POUR L'INSTALLATION DU CHAUFFAGE AUTOMATIQUE (s.I.C.M.A.), nazionalita francese, 55, rue Danton, 92300 Levallois Perret, Francia.

[0003] Depositato il 28 DICEMBRE 1973 7v9i2-A7 73 La presente invenzione riguarda i bruciatori e, piu in par- ticolare, i ventilatori destinati all'alimentazione di aria alle teste di combustione di bruciatori a combustibile liqui- do o gassoso.

[0004] La maggior parte dei bruciatori previsti per gli impiantj di riscaldamento di piccola e media potenza sono formati so stanzialmente da un ugello che penetra nel focolare della caldaia, da una testa di combustione disposta all'ingresso dell'ugello e provvista di un iniettore di combustibile sot to pressione, e da un ventilatore a turbina per l'alimentazio ne di aria alla testa di combustione.

[0005] Nella maggior parte dei casi, i ventilatori utilizzati so- ne trascinata in rotazione in una camera a forma di voluta, *ufficiale Roga per la circolazione forzata di un flusso di aria da un passa COMM.

[0006] sa.per sboccare nella camera in vicinanza dell'orificio di in gresso della turbina, verso un passaggio di scarico.che sboc- GM/cb ca tangenzialmente in detta camera e che conduce alla testa di combustione del bruciatore.

[0007] Negli impianti di riscaldamento provvisti di un bruciato re del tipo precedente, si spesso verificata, in particola re durantei'operazione di accensione, la comparsa di pertur bazioni di pressione notevoli in corrispondenza alla testa di combustione, tali perturbazioni provocando un regime di fiam- ma instabile che genera la creazione di un bastimento sonoro BF caratteristico, che molto difficile attenuare.

[0008] Queste perturbazioni della pressione del focolare sono do- vute sostanzialmente alla comparsa durante la combustione, ma soprattutto durante l'accensione, di un picco di pressio- ne molto breve ma di intensita relativamente elevata, dell'or- dine, ad esempio, di 8O mm d'acqua, tale picco di pressione essendo provocato d'altra parte, principalmente dalle perdi te di carco dinamiche introdotte a valle dell'ugello dalla concezione del circuito "gas" delle caldaie in cui, allo sco po di ridurne l'ingombro, ci si sforza di ottenere lo scambio termico massimo aumentando la velocita e la turbolenza dei gas di combustione.

[0009] Si creano cosi onde di pressione che tendono ad opporsi al flusso dell'aria in corrispondenza alla testa di combustione.

[0010] Ora, con i ventilatori del tipo precedente, l'aumento della pressione dell'aria all'uscita del ventilatore resta molto pic.

[0011] colo per non dire nullo quando la portata del ventilatore ten- de a zero.

[0012] Era quindi necessario, per evitare il ritorno di fiamma nel bruciatore, prevedere una forte perdita di carico in corrispondenza alla testa di combustione i quest'ultimoj la perdita di carico all'aspirazione del ventilatore dovendo essere sufficientemente bassa per assicurare la portata d'a Ci nondimeno, lacreazione di una forte perdita di carico in corrispondenza alla testa di combustione del bruciatore provoca la comparsa di una elevata velocit di fiamma e quin- di di un funzionamento rumoroso del bruciatore.

[0013] Inoltre, que- sta perdita di carico non permette di ottenere un buono smor- zamento dell'onda di pressione e provoca di conseguenza la comparsa del battimento di fiamma sonoro BF precedentemente menzionato, tanto durantei'accensione quanto durante il fun.

[0014] zionamento.

[0015] Si potrebbe, beninteso, pensare di diminuire tale perdita di carico in modo da tentare di porre rimedio a questi incon venienti.

[0016] Ma tale diminuzione richiede di aumentare in modo complementare la perdita di carico all'aspirazione del venti.

[0017] latore, ci che diminuisce ancora, se si considerano le cury portata/pressione del tipo di ventilatore precedente, la pres- sione dell'aria all'uscita di quest'ultimo a portata nulla molto bassa.

[0018] Questa soluzione non quindi possibile se si de Un'altra soluzione al problema della limitazione del rumo re di fiamma e della regolarizzazione del regime consiste nel- l'utilizzare ventilatori provvisti di turbine dette a reazio- ne in cui le palette rivolgono la loro concavita in direzione inversa alla rotazione della turbina.

[0019] Con tali ventilatori, possibile ottenere effettivamente una pressione di uscita di aria notevole per una portata nulla, con la condizione tut- tavia di prevedere per la turbina una velocita periferica mol- to slevata.

[0020] Questa condizione richiede l'impiego di turbine di elemate dimensioni e rotanti a velocita elevata, ci che .otsop gp ozzesd tep otueune un pe etoaetou otquoou un gatoduoo In pratica, questi ventilatori a turbina a reazione sono uti lizzati saltanto in impianti industriali di potenza elevata.

[0021] L'invenzione propone di prevedere un ventilatore provvisto i una semplice turbina ad azione, in modo da assicurare un buon funzionamento della testa di combustione del bruciatore, tale ventilatore consumando soltanto una potenza relativamente bassa e restando di ingombro ridotto.

[0022] A questo scopo, il ventilatore secondo l'invenzione e ca.

[0023] ratterizzato dal fatto che comprende un passaggio di ricila tura atto a riiniettare nella turbina una parte dell'aria trascinata da quest'ultima in modo che l'energia dinamica del la massa di aria cosi riciclata si aggiunga all'energia nor malmente fornita dalla turbina.

[0024] Con tale riciclatura, si capisce che possibile mantene re ad un valore piu elevato possibile la velocita di soffiat (tura e, di conseguenza, la pressione dell'aria all'uscita del ventilatore malgrado una diminuzione di portata di quest'ul timo, cio di ottenere una curva portata/pressione a forte pendenza decrescente a partire da un valore di pressione di aria a portata nulla che massimo e praticamente costante qualsiasi siano le variazioni della perdita di carico appli cata al passaggio di aspirazione del ventilatore.

[0025] Disponendo di conseguenza di tale curva portata/pressione per il flusso di aria inviato alla testa di combustione del bruciatore, diventa possibile attribuire a quest'ultima una perdita di carico relativamente piccola, tanto piu, come pre- cisato in precedenza, che la perdita di carico relativamente notevole che sara necessario prewedere all'aspirazione del pressione dell'aria a portata nulla.

[0026] Si pu cosi assicurare il buon funzionamento della testa di combustione del bruciato- re malgrado le forti perturbazioni della pressione di focola re generate dalla fiamma durante la combustione e soprattutto durante l'operazione di accensione, il valore di queste per nulla del ventilatore, cosicche il ritorno della fiamma sotto 'fflclale Roganta lo accompagna sono evitati o smorzati molto rapidamente, te nuto conto della piccola perdita di carico della testa di com- bustione.

[0027] Secondo una disposizione preferita del ventilatore secondo 'invenzione, la parete frontale della camera in cui sbocca il passaggio di aspirazione disposta ad una cetta distanza dall'orificio di ingresso della turbina in modo da formare il passaggio di riciclatura sopra citato in cooperazione, da una parte, con un collarino solidale alla carcassa e che cir conda il passaggio di aspirazione e, daltra parte, con una piastra di arresto disposta tra detta parete frontale e la turbina in corrispondenza al becco formato dallo sbocco del passaggio di scarico in detta camera, il diametro esterno del bordo anularylibero del collarino essendo minore del diametro dell'orificio di ingresso della turbina, cosicche una parte del flusso di aria che circola in vicinanza del collarino, tra detta parete frontale e la turbina, pu essere riinietta ta nell'orificio di ingresso di quest'ultima durante lo svi luppo della voluta, davanti alla piastra di arresto.

[0028] Vantaggiosamente, il collarino pu essere provvisto di una forma troncoconica sulla sua superficie anulare esterna espo sta al flusso di aria che circola nella camera in modo da riiniettare una parte del flusso di aria nell'orificio di ingresso della turbina con una data inclinazione, tale coll rino essendo preferibilmente eccentrico rispetto all'asse della turbina in modo da aumentare la zona di riiniezione nell'orificio di ingresso della turbina dal passaggio di ri ciclatura.

[0029] L'invenzione sara compresa piu chiaramente dalla lettura della descrizione che segue, e che si riferisce ai disegni annessi, forniti unicamente a titolo di esempio e in cui: La figura 1 ê una vista in prospettiya cavaliera espolosa dei principali elementi di un bruciatore secondo l'invenzione, La figura 2 .

[0030] una illustrazione schematica in sezione tra- sversale dal lato del motore del ventilatore del bruciatore della fig.

[0031] 1, La fig.

[0032] 3 una vista in sezione lungo la linea III-III della fig.

[0033] 2 e La fig.

[0034] 4 una rappresentazione comparativa per diverse perdite di carico all'aspirazione, delle curve portata/pres sione ottenute secondo che.si impiega oppure nonun ventilato re secondo l'invenzione.

[0035] Nella fig.

[0036] 1, il numero di riferimento 1O indica un bru- ciatore a combustibile liquido o gassoso destinato ad_equipag- giare la caldaia (non rappresentata) di un impianto di riscal- damento di potenza media.

[0037] Il bruciatore 10 costituito, in modo classico, da una testa di combustione 12 disposta all'ingresso di un ugello 14 e da un ventilatore a turbina 16 per l'alimentazione di aria alla testa di combustione 12.

[0038] Nella forma di reatizzazione rappresentata, la testa di combustione 12 e centrata attraverso un montaggio opportuno 18 a tre punti di sopporto sull'estremita del passaggio di questa carcassa e vantaggiosamente realizzata in due fianca te simmetriche ed concepita per essere fissata con l'ugel lo 14 sulla piastra porta-bruciatore (non rappresentata) del la caldaia attraverso un gruppo di viti (non rappresentate) con l'interposizione di un giunto isolante di amianto 24 co- sicche l'ugello 14 penetra nel focolare (non rappresentato) della caldaia per una distanza fissata.

[0039] La testa di combustione 12 e costituita nelle sue parti essenziali dauno spruzzatore (non rappresentato) atto ad es sere alimentato con combustibile sotto pressione attraverso una tubazione di alimentazione 26, da due elettrodi 28 monta ti su un sopporto isolante 29 e atti ad essere collegati ai rappresentato) e da un gruppo anulare di stabilizzazione com- prendente una rondella 30 ed un disco anulare 32 opportunamen- te sopportati sull'asse della testa di combustione mediante un centratore a tre punti di appoggio 34.

[0040] Il gruppo di stabilizzazione 30-32 e concepito in modo da permettere la regolazione della perdita di carico in corri- spondenza alla testa di combustione 12, dal passaggio di sca rico 20 verso l'ugello 14.

[0041] La tubazione di alimentazione 26 attraversa la carcassa 22 mediante un raccordo 36 opportunamente fissato su un grup po regolabile di due piastrine di chiusura 38 e 40 avvitate su una apertura 42 della carcassa 22,per essere.

[0042] collegata ad un condotto di alimentazione esterna 44.

[0043] Quest'ultimo alimentato con combustibile sotto pressione mediante una pom- pa di combustibile opportuna (non rappresentata) con l'inter posizione di una valvola di comando di otturazione (non rap presentata) atta a regolarela portata di combustibile inviato dalla pompa verso lo spruzzatore della testa di combustione 2.

[0044] Negli impianti di piccola potenza, tale valvola di coman- do di otturazione funziona in generale a tutto o niente.

[0045] Il ventilatore 16 costituito da una turbina 46 montata sull'albero di uscita 48 di un motore elettrico 50 per esse.

[0046] re trascinata in rotazione da quest'ultimo, questo motore po tendo vantaggiosamente, d'altra parte, comandare anche la pom- pa di combustibile precedentemente menzionata.

[0047] La turbina 46 montata libera di ruotare in una camera cilindrica a forma di spirale o voluta 52, definita tra le due fiancate della carcassa 22 in modo da provocare, durante la sua rotazione, la circolazione forzata di un flusso di aria, da un ppificio frontale di aspirazione 54 realizzato in uno precedentemente menzionato, questo passaggio sboccando tangen- L'Ufficlale R6jan zialmente in detta camera a voluta 52 attraverso un convergen- te 56.

[0048] Un collarino 58, la cui forma particolare sara descritta in seguito con riferimento alle figure 2 e 3, reso solidale ai bordi dell'orificio frontale 54 della carcassa 22 median- 4 tp oddnt% un tp ozzeu ed buystn,4senb ns o9%essJ lT e4 ti _60 di un ugello cilindrico 62 che definisce un condotto di aspirazione 64 che sbocca nell'apertura 71 del collarino 58! Il condotto 64 provvisto di un dispositivo di regolazio- eo gp e4tpxed rt ereopjtpou gp e44emied eyo 99 ountxoddo eu rico all'aspirazione della turbina.

[0049] Secondo la forma di rea lizzazione rappresentata, il dispositivo di regolazione 66 costituito da una aletta 68 montata oscillante intorno ad un asse 70 che attraversa diametralmente l'ugello 62 per essere collegato ad un comando manuale opportuno.

[0050] Il passaggio di aspirazione definito dal condotto 64 e dal- l'apertura centrale 71 del collarino 58 sbocca nella camera 52 di fronte all'orificio di ingresso 72 della turbina 46, delimitato dalle palette 74 di quest'ultima.

[0051] La turbina 46 p4tAeouoo eT etenb TT opuooes neuotzan pe o44ep odt4 Tep ? delle palette 74 rivolta nel verso di rotazione della turbina.

[0052] La disposizione del ventilatore 16 secondo l'invenzione sara compresa piu chiaramente facendo riferimento alle figu- re 2 e 3.

[0053] In queste figure, e in particolare nella figura 3 si nota che la larghezza assiale della camera cilindrica a forma di voluta 52 maggiore della larghezza assiale della turbina e che quest'ultima disposta d'altra parte piu vici- no possibile alla parete frontale della carcassa 22 che attraversata dall'albero 48 del motore 50 fissato a questa parete.

[0054] Ne risulta che la parete frontale 75 della camera esodsgp ? ll-t9 euoyzexydse Tp o88essed TT Boooqs tno ut 29 ad una certa distanza assiale dall'orificio di ingresso 72 del la turbina 46.

[0055] Inoltre, il collarino di aspirazione 58 prolun ga il passaggio 74 verso l'interno della camera 52 per sboc eltep tl ossex%u tp odotjyxo:lte ettatssod outota nyd eieo turbina 46.

[0056] Come rappresentato nella figura 2, il collarino 58 ec centrico rispetto all'asse X della turbina ed il diametro e R 8S outxeItoo o4senb Tp 9L oseqtT exetnue opxoq Tep ouse4s molto minore di quello dell'orificio d'ingresso 72, cosicche una parte notevole S di questo orificio comunica con la camera 52 nella parte di quest'ultima che corrisponde allo sviluppo della voluta.

[0057] D'altra parte, la superficie anulare esterna 78 del colla- rino 58 che esposta al flusso dell'aria che circola nella camera 52 di forma troncoconica di inclinazione determinata.

[0058] Infine, il bordo libero 76 del collarino provvisto di un risvolto anulare 8O che si estende radialmente verso l'interno, tale risvolto aumentando, come si comprendera facilmente, la perdita di carico del passaggio di ammissione formato dal con- dotto 64 e dall'apertura centrale 71 del collarino 58.

[0059] Il ventilatore secondo l'invenzione e provvisto di una pia stra di arresto 82 disposta tra la parete frontale 75 e la turbina 46, in corrispondenza al becco 84 formato dallo sboc- co del passaggio di scarico 20-56 nella camera 52.

[0060] La piastra di arresto 82 forma cosi l'estremitada valle di un passaggio di riciclatura definito intorno al collarino 58 tra la parete frontale 75 della camera 52 e l'orificio dj ingresso 72 della turbina 46.

[0061] Tenuto conto contemporaneamente della posizione nella voluta dello sbocco di questo passaggo di riciclatura nell'orificio di ingresso 72 e della superficie $ di questo sbocco, da una parte, e dell'inclinazione della superficie troncoconica 78 del collarino 58, d'altra parte, si comprende che tale passaggio di riciclatura permette di riiniettare nella turbina 46 una parte dell'aria trascinata da quest'ultima nella camera 52, la riiniezione della massa ai aria cosi riciclata avendo luogo secondo una incidenza ta- le per cui l'energia di questa massa di aria si aggiunge al- 'energia normalmente fornita dalla turbina.

[0062] Con tale funzionamento, si capisce che e possibile mante- pere ad un valore piu elevato possibile la velocita di flusso I, dei filetti di aria rispetto alla turbina, all'ingresso dell'orificio di scarico e, di conseguenza, la velocita di dalla velocita periferica Vc della turbina (vedere figura 3) anche quando la portata del ventilatore diminuisce.

[0063] Le curve portata/pressione ottenute con il ventilatore s condo l'invenzione per diversi valori della perdita di cari e B, nella figura 4.

[0064] Sono state anche rappresentate con linee ta/pressione che si otterrebbero con un ventilatore classico per le stesse perdite di carico all'aspirazione.

[0065] L'esame delle curve (B) dimostra che una diminuzione di portata risultante dall'otturazione del passaggio di scarico 20, ad esempio, oppure ancora dalla comparsa immediatamente a valle della testa del bruciatore 12 di un'onda di pressione notevole, provoca un rapido aumento della pressione dell'aria nel passaggio di scarico, la pressione raggiungendo un valore massimo P.

[0066] a portata nulla.

[0067] Risulta anche che qussta pressione P, indipendente dal valore della perdita di carico all'aspirazione del ventilato- re cosicche e possibile, modificando qusst'ultima perdita di carico, adattare la portata del ventilatore in funzione del 'utilizzazione del bruciatore senza perdere per questo il van- taggio di una elevata pressione di aria allo scarico.

[0068] A questa possibilita si aggiunge quella di prevedere in qor- rispondenza alla testa di combustione del bruciatore una per- dita di carico relativamente piccola con i vantaggi che ci comporta, come stato illustrato nell'introduzione della pte- sente descrizione.

[0069] In effetti, il valore notevole della pres- L'Otfclale Rogafta sione di aria a portata nulla impedisce il ritorno della fiam- COMA ma nella testa di combustione - con tutti gli inconvenienti che ci comporta - in conseguenza della comparsa a valle di quest'ultima di una eventuale onda di pressione durante l'ope- razione di accensione, in particolare, e cio malgrado una per dita di carico inborrispondenza alla testa di combustione re sa volontariamente relativamente piccola per permettere un buono smorzamento della perturbazione di pressione possibile.

[0070] E' utile notare che la parte essenziale della modifica del- le curve portata daKa pressione (B) del ventilatore second.

[0071] l'invenzione rispetto alle curve (A) dei ventilatori prece- denti dovuta al passaggio di riciclatura definito intorno al collarino 58 tra la parete 75 e la turbina 46 e limitato dalla piastra di arresto 82 che mantiene in corrispondenza no 58 rispetto alla turbina 46 e la forma troncoconica della superficie S della sezione di riciclatura e orientando oppor tunamente i filetti di aria riciclati nella turbina, di miglio- are ancora i risultati ottenuti grazie a tale riciclatura.

[0072] Il bordo ripiegato 80 del collarino 58 ha sostanzialmente lo scopo di introdurre, come a stato precisato in precedenza atore, ci che permette di migliorareancora,ma, in misura mi- hore, i risultati ottenuti grazie alle caratteristiche prece- aenti.

[0073] D'altra parte, e sempre allo stesso scopo, lo sviluppo del- la voluta della camera 52 comprende un primo settore,.che par te dal becco 84 fino in vicinanza di un punto della voluta, che di inclinazione costante relativamente piccola ed un s sondo settore che parte da questo punto Y fino allo sbocco del passaggio di scarico 20-56 la cui inclinazione cresce pro- gressivamente.

[0074] Il primo settore assicura la portata di rici clatura e la sovraalimentazione del secondo settore che permet- te, a sua volta, il livello elevato di pressione di scarico.

[0075] Beninteso, l'invenzione non e limitata alla forma di realiz- zazione descritta e rappresentata.

[0076] Diverse modifiche riguar danti, in particolare, la forma del passaggio di scarico 20 56, la disposizione in questo passaggio della testa di com- ztleex BT 9xnd ewoo gS ouyxeIloo Tep emioj eT zl euoy4snq zazione del dispositivo di regolazione della perdita di cari dall'ambito della presente invenzione, come definito nelle ri- vendicazioni annesse.

[0077] .

Claims (6)

1. I.- Ventilatore per bruciatore, del tipo comprendente in una carcassa, una turbina ad azione trascinata in rotazione circolazione forzata di un flusso di aria da un passaggio di aspirazione, previsto in uno dei fianchi della carcassa per sboccare nella camera in vicinanza dell'orificio di ingresso della turbina, verso un passaggio di scarico che sbocca tan genzialmente in detta camera e che porta alla testa di combu stione del bruciatore, caratterizzato dal fatto che comprende un passaggio di riciclatura atto a riiniettare nella turbina una parte dell'aria trascinata da quest'ultima in modo che l'energia dinamica della massa di aria cosi riciclata si ag giunge all'energia normalmente fornita dalla turbina.

2.- Ventilatore secondo la rivendicazione 1, caratterizza to dal fatto che la parete frontale della camera in cui sboc- ca il passaggio di aspirazione disposta ad una certa distan za dall'orificio di ingresso della turbina in modo da defini.

re il passaggio di riciclatura sopra citato in cooperazione, da una parte, con un collarino,solidale alla carcassa e che circonda il passaggio di aspirazione e, d'altra parte, con una piastra di arresto disposta tra detta parete frontale e la turbina in corrispondenza al becco formato dallo sbocco del assaggio di scarico in detta camera, il diametro esterno del bordo anulare libero del collarino essendo minore del diametro dell'orificio di ingresso della turbina cosicch una parte del flusso di aria che circola in vicinanza del collarino, tra det- ta parete frontale e la turbina, pu essere riiniettata nell'o- rificio di ingresso di quest'ultima sullo sviluppo della voluta, davanti alla piastra di arresto.

3.- Ventilatore secondo la rivendicazione 2, caratterizza to dal fatto che il collarino provvisto di una forma troncp- conica sulla sua superficie anulare esterna esposta al flusso che circola nella camera in modo da riiniettare una parte del flusso di aria nell'orificio di ingresso della turbina con una data inclinazione.

4.- Ventilatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 e 3, caratterizzato dal fatto che il collarino eccentri co rispetto all'asse della turbina in modo da aumentare la zo.

na di riiniezione nell'orificio di ingresso della turbina dal passaggio di riciclatura.

5.- Ventilatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 4, caratterizzato dal fatto che il bordo libero del col larino provvisto di un risvolto anulare che si estende ra dialmente verso l'interno allo scopo di aumentarela perdita di carico del passaggio di aspirazione.

6.- Ventilatore secondo una qualsiasi delle rivendicaziani 1 a 5, caratterizzato dal fatto che lo sviluppo della parete a voluta della camera e costituito da un primo settore ad in- clinazione costante relativamentepiccola e da un secondo set.

tore la cui inclinazione e progressivamente crescente.

L'wffolale Rogante .