NO154443B - Enveisventil for pulserende brennere. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en enveis-ventil i luftinn-løpet til en pulserende brenner som kan være av den type som er beskrevet i US patent nr. 3.267.986(K B OLSSON) og 3.267.985 (J A KITCHEN).

Forbrenningsluften innføres til forbrenningskammeret gjennom en enveis-ventil, idet brendsel blandes med luften etter enveis-ventilen- Brendselet kan være flytende, gass-eller pulverformet.

Enveis-ventilen åpner og lukker under påvirkning av over-

og undertrykksfåsene som oppstår i forbindelse med den pulserende forbrenning. Da disse faser veksler med en frekvens på 60 pulser pr. sekund eller mer, som eksempel, er det spørsmål om meget hurtige vekslinger og dermed følgende meget korte intervaller under hvilke enveis-ventilen skal nå sin åpen stilling, forbli i sin åpne stilling og deretter lukke.

Som beskrevet i US patent nr. 3.267.986, omfatter enveis-ventilen en rekke ettergivende stålblader som er festet ved en ende for å danne fleksible tunger. En ulempe ved disse,

er at de skaper en hurtig økende motstand mot åpning fra lukkestilling, noe som resulterer i at de må stilles inn svakt åpne i utgangsstillingen. Når de holdes i lukkestilling under bruk, må man således ha en begynnelseskraft som må samvirke ved begynnende åpning av ventiltungen når den på-virkes av undertrykksfasen.. Da det finnes en rekke slike ventiltunger, resulterer dette i visse vanskeligheter når det gjelder å oppnå sammen innstilling for alle tungene. Videre er ventiltungene ikke nøyaktig like når det gjelder deres fjærende egenskaper, noe som resulterer i at de kan ha forskjellige tilstander i helt åpen stilling. Den helt åpne stilling kan dessuten forandre seg i større eller mindre grad i tidens løp på grunn av tretthet som oppstår i tungene.

De ettergivende ventiltunger skaper dermed visse vanskeligheter når det gjelder å oppnå den ønskede presisjon ved ventilens åpnings-og lukkebevegelser og når det gjelder å opprettholde denne presisjon i lengere driftsperioder.

En ytterligere ulempe er at ventiltungene ikke kan åpnes

så hurtig som ønskelig ved begynnelsen av undertrykksfasen fordi åpningsbevegelsen avbremses av fjærforspenningen i tungen, etterat tungen har passert utgangsstillingen der den er svakt åpen.

US patent nr. 3.267.985 beskriver anvendelse av lameller som sitter løst på et sete og kan løftes fra dette for å få en endestilling som bestemmer den helt lukkede stilling av ventilen. En betingelse ved denne type ventil, er at anordningen er montert vertikalt slik at lamellene blir påvirket vertikalt av tyngdekraften. Lamellene er anbragt løst på en anslagsplate med dyser, slik at gass under overtrykk kan ledes gjennom disse hull til en lamell, som dermed blir løftet til anlegg mot setet som ligger over lamellen for lukning av innløpsåpningen. En rekke slike enveisventiler med forholdsvis små dimmensjoner må benyttes for å få til den nødvendige hurtighet i åpnings-og lukke-bevegelsene. Hver lamell må styres av aksiale styreanord-ninger ved kanten av lamellen, noe som fører til varierende friksjon mot styringen og en viss risiko for at envéisven-tilene vil arbeide med forholdsvis forskjellige grader av friksjonsmotstand. Dette vil på sin side innebære risiko for at noen ventiler vil åpne eller lukke hurtigere enn andre og dessuten kan dette føre til driftforstyrrelser av en mer eller mindre alvorlig natur. I tillegg til dette har man den situasjon at i løpet av undertrykksfasen skal luft som innføres fordeles så jevnt som mulig, for at lamellene i alle ventilene skal bli påvirket så likt som mulig. Dette gjelder også under overtrykksfasen, da overtrykk skal løfte lamellene til lukkestilling. Hvis ventilene blir utsatt for forskjellige undertrykk eller overtrykk, kan dette også resultere i driftsforstyrrelser.

I tillegg til dette, har man det faktum at de løse lameller

i en viss utstrekning er avhengig av at anordningen opprett-holder en konstant vertikal stilling, fordi disse ventiler har sin funksjon basert på vertikal frem-og tilbakebevegelse av lamellene. Hvis f.eks. anordningen er anbragt ombord på et skip, er det risiko for at lamellene blir påvirket av sidekrefter som døker å avbøye dem fra deres normale bevegel-sesbane, noe som også kan resultere i driftsforstyrrelser.

Når det gjelder impulsbrennere, er det i almindelighet en forutsetning at enveis-ventilen eller ventilene må arbeide med den minst mulige motstand for å kunne åpne og lukke hurtig, mens et ytterligere ønske er at disse bevegelser skal være så tydelige som mulig og at de selv skal tilpasse seg nøyaktig til den pulserende forbrenningssyklus for at forbrenningen skal bli mest mulig effektiv. Hurtigere åpning og lukking muliggjør også høyere varmeeffekt. Nok et ønske er at enveis-ventilen skal være enkel og billig å fremstille og lett å montere eller bytte ut om det er nødvendig.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en enveisventil for en pulsbrenner, der ulempene ved de kjente enveisventiler er eliminert så> langt som mulig.

Med dette som forutsetning, er oppfinnelsen basert på en enveis-ventil som arbeider med en i og for seg kjent ring og denne ring er tynn og flat og av elastisk materiale som f.eks. stål eller plast. En slik ring er beskrevet f.eks.

i US patent nr. 3.830.253. I henhold til dette patent, blir imidlertid den flate ring avbøyet og med en geometrisk akse i rett vinkel på ringens sentrale akse, slik at i en åpen stilling vil ringen ligge an mot en anleggsflate som utgjør en del av en sylinderflate. Så snart den kjente ring løftes fra sin lukkede stilling, vil fjærforspenningen begynne å øke øyeblikkelig, noe som sørger for å bremse åpningsbevegelsen på samme måte som med en fjærbelastet enveis-ventiltunge.

Med denne kjente enveis-ventil som utgangspunkt, angår oppfinnelsen en ventil av den type som er beskrevet i inn-ledningen til det følgende hovedkrav.

I henhold til oppfinnelsen har en slik enveis-ventil de kjennetegnende trekk som fremgår av karakteristikken i det følgende hovedkrav.

I korthet forutsetter oppfinnelsen anvendelse av en tynn, flat ring som er i og for seg kjent og av elastisk, fleksibelt materiale som i henhold til oppfinnelsen er innpasset på en ny og spesiell måte for å utnytte de iboende egenskaper ved ringen. Disse egenskaper vil fremgå av den følgende betraktning av en ring av tynt, elastisk materiale som stål eller plast, der f.eks. stål har en tykkelse på mellom 0,15 til 0,30 mm. Ringen har en utvendig diameter på omtrent 12 cm og en innvendig diameter på omtrent 7 cm,

slik at ringens bredde dermed blir omtrent 2,5 cm. Hvis ringen nå holdes langs en omkretskant, enten den ytre eller den indre og en meget liten kraft utøves aksialt langs den annen omkretskant, vil ringen avbøye seg til en mellom-stilling s<pm> ikke kan overskrides uten av kraften økes meget drastisk og ringen blir varig deformert. Omkrets-kanten av ringen er dermed to klart adskilte bevegelses-områder, nemlig et første område der den aksiale kraft er overordentlig liten og av en størrelsesorden på noen mm vannsøyle som virker på overflaten av ringen og et andre område der kraften er mange ganger større og resulterer i uønsket, varig deformasjon av ringen.

I det første bevegeIsesområde vil ringen danne en avkortet kjerne med varierende størrelse. Når denne kjegle nærmer seg mellomstillingen som er nevnt ovenfor, vil skråflaten på kjeglen danne en meget liten vinkel mot grunnflaten av en størrelsesorden på 3°. For å avbøye ringen.til mellomstillingen fra utgangsstillingen eller dens flate stilling, kreves det derfor praktisk talt ingen kraft, d.v.s. at det er overordentlig lett å komme til mellomstillingen, noe som betyr at materialet i ringen yder meget liten motstand.

Med disse egenskaper ved ringen det her er spørsmål om, bygger oppfinnelsen på den idé at disse egenskaper kan anvendes på en overordentlig fordelaktig måte i en enveis-ventil for en pulserende brenner med sine hurtige vekslinger mellom undertrykks-og overtrykksfaser.

Ringen er anbragt i flat tilstand over et innløp, fortrinnsvis i form av en rekke innføringsåpninger eller en innførings-spalte med en side av ringen vendt mot en kanal til forbrenningskammeret og dens annen side vendt mot innløpet som står i forbindelse med den omgivende luft, fortrinnsvis gjennom et undertrykkskammer.

Ved en utførelsesform for oppfinnelsen, er kanten eller det ytre kantparti av ringen praktisk talt fullstendig hindret i å bevege seg aksialt ved at den er anbragt med meget liten klaring i en spalte eller lignende. På den annen side er ringens indre kant fritt bevegelig aksialt . i praksis vil det faktum at klaringen ikke er for liten, gjøre det mulig fremdeles å dreie ringen.

Under drift vil undersiden av ringen bli utsatt for overtrykksfaser og undertrykksfaser som frembringes av forbrenningen i forbrenningskammeret, mens dens annen side blir påvirket av et varierende undertrykk. Kraftretningen veksler i overensstemmelse med frekvensen for den pulserende brenner.

Praktiske forsøk med en enveis-ventil i henhold til oppfinnelsen har vist at den åpner og lukker så hurtig at den er helt åpen under den største del av undertrykksfasen, noe som er ønskelig. Dette resulterer i at den pulserende brenner vil bli mer uavhengig av varierende arbeidsforhold, samtidig med at man oppnår bedre forbrenningsresultater.

Disse og andre detaljer og fordeler særpreger enveis-ventilen i henhold til oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj under henvisning til tegningene, der en enveis-ventil i henhold til oppfinnelsen er gjengitt skjematisk og.der figur 1 viser en flat og tynn stålring sett ovenfra,

figur 2 viser ringen i flat tilstand, understøttet på en ringformet understøttelse og holdt fast ved sin ytre kant slik at ringen kan dreies, figur 3 viser ringen avbøyet oppad til en avkortet kjegleform, der høyden er meget liten sammenlignet med grunnflatens diameter, figur 4

er et diagram som viser den kraft som kreves for å løfte ringens indre kant som vist på figur 3 som en funksjon av vinkelen mellom kjegleflaten og dens grunnflate. Figur 5 viser et skjematisk snitt gjennom innløpet for en pulserende brenner med en enveis-ventil i henhold til oppfinnelsen .

Den flate stålring 10 som er vist på figurene 1 - 3 har fortrinnsvis en tykkelse på mellom 0,15 og 0,30 mm. Ringen bæres på en ringformet understøttelse 11 og har sin indre omkretskant fritt bevegelig aksialt oppad på figur 2. Den ytre omkretskant 14 av ringen er så godt som fullstendig festet aksialt mellom en nedre understøttelse 15 og en øvre understøttelse 16 med en meget liten klaring som imidlertid tillater dreining av ringen.

Hvis ringen nå belastes med en aksial kraft langs omkretsen som er vist skjematisk med pilen P, vil ringen bli avbøyd oppad til en avkortet kjegleform der kjegleflaten danner en vinkel V° med dens grunnflate 17. Samtidig med avbøy-ningen oppad, får man en liten radiell bevegelse innad av den ytre omkretskant av ringen, noe som tillates av den minimale klaring mellom understøttelsene 14 og 15. Opprinnelig er kraften P praktisk talt 0 og forblir omtrent like liten inntil vinkelen V antar en verdi på rundt 3°. Bevegelse forbi denne stilling kan bare finne sted hvis kraften P øker mange ganger og til verdier som fører til varig deformasjon av ringen.

Hvis kraften P forutsettes å tilsvare mm vannsøyle V P, kan kurven på figur 4 settes opp. Av denne kurve vil man se at kraften P i mm V Pøker fra 0 til en verdi A som ikke er langt fra 0, nemlig bare 2 mm Vp og forblir konstant i dette spesielle tilfelle og opptil 2,6° for vinkelen V mellom kjeglens sideflate og dens grunnflate. Denne kraft er således så liten at det i praksis betyr at ringen ikke yder noen motstand i bevegelsesområdet +/-2,6°. Hvis det imidlertid gjøres forsøk på å overskride disse grenser vil det fremkomme en øyeblikkelig total retardasjon, fordi den nødvendige kraft øker praktisk talt vertikalt oppad på kurven.

Denne egenskap ved ringen, sammen med fastholdelsesmåten ved ringens ytre omkretskant kombinert med at ringen er tynn slik at den får meget liten masse, sammen fører til de egenskaper som er: øssket for ringen i en enveis-ventil som er utsatt for de hurtige trykkvekslinger som finner sted i en pulserende brenner.

Figur 5 viser hvorledes en ring i henhold til oppfinnelsen er innpasset i en enveis-ventil i en skjematisk gjengitt pulserende brenner 18.

En rekke innløpsåpninger 20 er tatt ut i et ringformet sete 19. Setet kan være flatt (horisontalt på figuren) eller svakt hellende innad og nedad. Den tynne stålring 10 som er utført som vist på figur 1-3, er anbragt på setet. Ringen er så godt som festet i aksialretningen langs sin ytre omkretskant mellom det ytre kantparti av setet 15A og det motstående kantparti 16A av en vegg 21. Veggen danner sammen med setet et ringformet gap, der ringen er bevegelig mellom sine endestillinger.

Et lite spor 19a er tatt ut ved ytterkanten av setet 19

for å gi den ytre omkretskant av ringen frihet til å bevege seg oppad og nedad når ringen avbøyes oppad og nedad ved åpning og lukking.

I nærheten av det indre kantparti av ringen er veggen 21 hult ut ved 22 for å frilegge dette kantparti på oversiden 10A. Veggen og setet løper deretter sammen i veggene til en aksial passasje 23 som fører til f orbirenningskammeret 24. Brendsel sprøytes inn gjennom et munnstykke 25 og blander seg med luften før den kommer inn i forbrenningskammeret.

Luften innføres via et undertrykkskammer 26.

Som man vil se av den delvise gjengivelse av enveis-ventilen på figur 5 i forstørret målestokk, er ringen på denne figur blitt avbøyd oppad til helt åpen stilling. Da ringen selv bestemmer sin maksimale åpningsstilling, er det ikke noe behov for anslag som begrenser ringens åpningsbevegelse.

I stedet er det et gap mellom veggen 21 og ringen når den er i åpen stilling, slik at overtrykk kan virke i dette gap for å lukke ventilen.

Formålet med det avdekkede indre kantparti 10A av ringen

er at når overtrykkspulsen når den indre omkretskant av ringen for å lukke denne, vil trykkbølgen bli ledet oppad fra den aksiale passasje 23 inn i den uthulte del 22 av veggen og deretter nedad mot oversiden av det frie kantparti 10A, for dermed å samvirke til en hurtig og pålitelig lukning. Begynnelsen av lukkebevegelsen vil derfor være effektiv og skarp.

Oppfinnelsen er naturlig nok ikke begrenset til den utfør-elsesform som her er beskrevet. I visse tilfeller kan det være hensiktsmessig å kombinere en rekke enveis-ventiler i henhold til oppfinnelsen til en enhet med koaksialt an-ordnede ringer og seter, noe som bl.a.fører til den fordel at enveis-ventilen kan ha mindre diameter, slik at enheten tar mindre plass. På denne måte blir det på en enkel måte mulig å bygge opp enveis-ventilen i henhold til oppfinnelsen med en ønsket kapasitet,; slik at man kan få enveis-ventiler av forskjellige dimmensjoner på en enkel og billig måte, uavhengig av ønsket gjennomstrømning i det tilfellet det

er tale om.

Oppfinnelsen er blitt beskrevet utført med en stålring, men denne kan erstattes med fordel av en plastring i visse tilfeller.

Som beskrevet ovenfor, er hovedtrekket ved oppfinnelsen bestemt til å hindre i størst mulig utstrekning ringens ytre kant i å bevege seg aksialt og til å skape en åpning hovedsaklig ved å avbøye ringen slik at den får form av en avkortet kjegle. Da det alltid er en viss klaring ved ringens ytre kant, som fortrinnsvis bør holdes så liten som mulig for å oppnå de beste resultater, er åpning av ventilen også avhengig av den lille aksiale bevegelse som tillates av den aksiale klaring. For visse anvendelser kan det være nødvendig å øke denne aksiale klaring innen visse grenser for å få til en større gjennomstrømning i ventilen. Dette vil imidlertid føre til en reduksjon av virkningsgraden, noe som i en viss utstrekning kan godtas for f.eks. å tillate en større diameter på pulsrøret, d.v.s utløpsrøret fra forbrenningskammeret.

Claims (1)

1. Enveis-ventil i luftinnløpet til en pulserende brenner, omfattende minst en flat forholdsvis tynn sirkulær ring av elastisk, fleksibelt materiale f.eks. stål eller plast, med en indre omkretskant og en ytre omkretskant der ventilringen i lukkestilling tviler mot et ventilsete som er forsynt med minst en luftinnløpsåpning, hvilket sete omfatter en rotasjonsflate som er konsentrisk med innløpet, karakterisert ved at dén ytre omløpende kant (14) av ringen (10) méd en på forhånd bestemt klaring, er innført mellom to ringformede anslag (15A, 16A) som ligger i avstand fra hverandre og som samvirker med den ytre kant av ringen langs hele omkretsen, slik at ventilringen når den er i åpen stilling har sin ytre kant i anlegg mot ett av de ringformede anslag, mens den indre kant (12) av ringen er forskjøvet til sin åpne stilling der den langs hele omkretsen har samme avstand til setet (19), slik at ringen stort sett danner en avkortet kjegle.