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Druckzerstäuberbrenner für flüssige Brennstoffe
Die Erfindung betrifft einen Druckzerstäuberbrenner für flüssige Brennstoffe mit einem Trommel- läufer-Zentrifugalgebläse und mit einer an der Lufteintrittsöffnung des Gebläses vorgesehenen Drossel- einrichtung zur Regulierung der vom Gebläse zu liefernden Verbrennungsluftmenge.
Damit die bekannten Brenner dieser Art Heizkesseln unterschiedlicher Leistung angepasst werden können, werden sie in verschiedenen, sich mit ihrem Öldurchsatzbereich überschneidenden Baugrössen auf den Markt gebracht. Die Abstimmung der Brenner auf einen bestimmten gewünschten Öldurchsatz innerhalb des jedem Brenner zugeordneten Öldurchsatzbereiches erfolgt hiebei durch Auswahl eines geeigneten Brennerkopfes und einer geeigneten Düse, sowie durch entsprechende Einstellung des Förderdruckes der Brennstoffpumpe und der Fördermenge des Gebläses.
Neben der zur Erzielung einer möglichst vollkommenen Verbrennung erforderlichen genauen Abstimmung der vom Brennergebläse zu liefernden Verbrennungsluftmenge auf den Öldurchsatz ist es zur Erzeugung eines einwandfreien Brennstoff/Luft-Gemisches im Brennerkopf auch erforderlich, dass der Förderdruck des Gebläses die zur Überwindung des Strömungswiderstandes des Kessels nötige Druckhöhe nicht wesentlich übersteigt.
Im Kesselbau geht die Entwicklung dahin, die Kessel durch Verwendung hochhitzebeständiger Materialien, welche eine hohe Heizflächenbelastung zulassen, immer kleiner zu gestalten. So lassen die modernen Stahlheizkessel im allgemeinen eine Belastung bis zu 40000 WE/m2 Heizfläche zu, wogegen Gusskessel nur eine Belastung bis zu 10000 WE/m2 Heizfläche vertragen.
Um bei den mit einer hohen Heizflächenbelastung betriebenen Kesseln einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ist es notwendig, die Rauchgase mit einer hohen Geschwindigkeit über die Heizfläche streichen zu lassen, da die Wärmeübergangszahl (Wärmeübergang zwischen Rauchgas und Heizfläche) bekanntlich mit dem Quadrat der Rauchgas-Strömungsgeschwindigkeit steigt. Mit dieser hohen Rauchgas-Strömungsgeschwindigkeit ist aber ein entsprechend hoher Strömungswiderstand der Kessel verbunden, der ja bekanntlich ebenfalls mit dem Quadrat der Rauchgas-Strömungsgeschwindigkeit wächst.
So ist beispielsweise ein mit einem Gebläse verbundener Brenner bekanntgeworden, bei dem eine am Einlass des Gebläses vorgesehene Verschlusstrommel mit Schlitzen ausgerüstet ist und die Trommel zur Veränderung der angesaugten Luftmenge drehbar gelagert ist. Bei einem andern bekannten Brenner wird die durch ein Gebläse angesaugte Luftmenge mittels einer einstellbaren Irisblende geregelt. Die in das Gebläse eintretende Luftmenge wird also in beiden Fällen durch die Veränderung des freien Einlassquerschnittes für die Luft geregelt. Durch diese Verringerung der erforderlichen Verbrennungsluft sinkt
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gleichzeitig der Förderdruck der Verbrennungsluft. Mitder Verringerung des Förderdruckes nimmt wie weiter oben beschrieben der Wirkungsgrad des Brenners sofort ab.
Eine druckverlustfreie Regelung der geförderten Luftmenge ist in beiden vorgenannten Fällen nicht möglich.
Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform ist in der Ansaugleitung für das Gebläse eine ver- schiebbare Platte als Luftdrossel vorgesehen. Ausserdem ist auf der Lüfterwelle ein weiteres kleines
Hilfsgebläse angeordnet, dessen Förderrichtung derjenigen des Hauptgebläses entgegengesetzt ist.
Das Hilfsgebläse ist mit der Ölpumpe gekoppelt und kann mittels einer Fliehkraftkupplung von dem
Hauptgebläse getrennt werden. Wenn das Hilfsgebläse angetrieben wird, saugt es Luft aus der Ansaug- seite des Hauptgebläses, so dass die Fördermenge des Hauptgebläses abnimmt. Eine solche Regelung eines Gebläses ist aber sehr aufwendig. Mit diesem abschaltbaren Hilfsgebläse soll erreicht werden, dass bei abgeschalteter Ölpumpe, die mit dem Hilfsgebläse gekuppelt ist, die in den Brennraum geförderte
Luftmenge zunimmt.
Bei der bekannten Ausführungsform ist ein axial verschieblicher ringförmiger Schieber vorgesehen, der mit einer feststehenden Leitblechanordnung zusammenwirkt. Auf diese Weise wird lediglich die von dem Gebläserad in Richtung auf das Brennrohr geförderte Luftmenge durch Vergrösserung oder Ver- kleinerung der Einlassöffnung mittels des Schiebers reguliert. Auch diese Einrichtung stellt eine Drossel- einrichtung auf der Druckseite des Gebläses dar, welches saugseitig keinerlei Regeleinrichtungen auf- weist. Auch bei dieser Ausführungsform ist somit eine druckverlustfreie Regelung der geförderten Luft- menge nicht gegeben.
Die Förder- und Druckleistung der Brennergebläse ist entsprechend der Einteilung der Brenner in verschiedene Baugrössen gestaffelt, wobei die Fördermenge des ungedrosselten Gebläses jeweils bestim- mend für die obere Grenze des Öldurchsatzbereiches des mit diesem Gebläse versehenen Brenners ist
Da bei der Einstellung eines Brenners auf einen bestimmten Öldurchsatz, d. h. einen bestimmten
Kessel, mit der Drosselregulierung der Fördermenge nach unten zwangsläufig auch der Förderdruck des
Gebläses abnimmt, ist eine sich über den jeweils gesamten Öldurchsatzbereich erstreckende Anpassung der Brenner an Heizkessel unterschiedlicher Leistung nur dann möglich, wenn es sich um Heizkessel mit einem geringen Strömungswiderstand handelt.
Der Anpassungsbereich der Brenner verringert sich beträchtlich, wenn diese für moderne Stahlkessel mit einem hohen Strömungswiderstand Verwendung finden sollen, da wegen des zur Überwindung des
Kesselwiderstandes erforderlichen hohen Förderdruckes des Gebläses nur eine geringe Einstellmöglichkeit der Fördermenge nach unten gegeben ist. In verschiedenen Fällen lässt man daher, wenn der bei der zur
Anpassung der Verbrennungsluftmenge an den jeweiligen Öldurchsatz erforderlichen Einstellung der För- dermenge des Gebläses nach unten sich ergebende Förderdruck zur Überwindung des Kesselwiderstandes nicht mehr ausreicht, das Gebläserad durch Austausch des mit der Normaldrehzahl n = 1400 Umdr/min umlaufenden Motors gegen einen Motor mit einer Drehzahl n = 2800 Umdr/min doppelt so schnell laufen.
Diese mit einer erheblichen Steigerung des Gebläsegeräusches verbundene Massnahme lässt sich aber nur dann durchführen, wenn die Geräuschfrage keine Rolle spielt. In den überwiegend vorkommenden Fällen, in welchen das hohe Gebläsegeräusch nicht tragbar ist, ist man jedoch in nachteiliger Weise gezwungen, auf die nächste Brennerbaugrösse mit einem Gebläse höherer Förder- und Druckleistung auszuweichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckzerstäuberbrenner für flüssige Brennstoffe mit einem Trommelläufer-Zentrifugalgebläse zu schaffen, der eine weitgehende Regulierung der Fördermenge des Gebläses ohne die sich bei der üblichen Drosselregulierung der Fördermenge zwangsläufig ergebende Verminderung des Förderdruckes zulässt und der daher in seinem gesamten, über dem der herkömmlichen Brenner liegenden Öldurchsatzbereich auch an Heizkessel mit einem hohen Strömungswiderstand angepasst werden kann, und der darüber hinaus der an Brenner für moderne Stahlkessel gestellten Anforderung nach einer kleinen Baugrösse gerecht wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass das Gebläse des in an sich bekannter Weise zur Abstimmung auf den gewünschten Öldurchsatz mit einem geeigneten Brennerkopf und einer geeigneten Brennerdüse ausrüstbaren und mit einer druckregelbarenBrennstoffpumpe versehenen Brenners durch entsprechende Durchmessergestaltung des Gebläserades förderdruckmässig auf Heizkessel mit einem hohen Strömungs-Widerstand abgestellt ist und zwischen der in an sich bekannter Weise an der Lufteintrittsöffnung des Gebläses vorgesehenen Drosseleinrichtung zur Regulierung der Fördermenge und dem Gebläserad eine zusätzliche Einrichtung zur Einstellung der wirksamen Breite des Gebläserades für die druckverlustfreie Regulierung der Fördermenge vorgesehen ist.
Die Einrichtung zur druckverlustfreien Regulierung der Fördermenge durch Einstellen der wirksamen
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Breite des Gebläserades ist einem weiteren kennzeichnenden Merkmal der Erfindung zufolge von einem zur Gebläseradachse koaxialen, in einem im Brennergehäuse ausgebildeten zylindrischen Luftführungs- kanal axialverschieblich geführten Ringschieber gebildet, dessen Aussendurchmesser kleiner ist als der lichte Durchmesser des Gebläserades. Die Innenfläche des Ringschiebers kann vorteilhafterweise zum
Gebläserad kegelförmig erweitert sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Ringschieber mit zwei zur Axialverstellung und zur Feststellung desselben in der jeweiligen Regulierstellung dienenden Stellschraubenversehen sein, welche einander diametral gegenüberliegen und jeweils ein in der Wandung des Luftführungskanals vor- gesehenes Langloch radial durchsetzen.
Gemäss einer weiteren zweckmässigen Ausbildung der Erfindung kann die in an sich bekannter Weise an der Lufteintrittsöffnung des Gebläses vorgesehene Drosseleinrichtung von einer hinter ringsegmentför- migen Lufteintrittsöffnungen in der stirnseitigen Abschlusswand des Luftführungskanals angeordneten
Drehscheibe mit segmentförmigen Ausnehmungen gebildet sein.
Einem weiteren Kennzeichen der Erfindung zufolge kann der Antriebsmotor für das Gebläserad und die damit gekuppelte Brennstoffpumpe innerhalb des Luftführungskanals untergebracht sein und mit seinem den Antriebswellenzapfen aufweisenden Ende in den vom Gebläserad umschlossenen Raum hinein- ragen. Damit wird einmal eine geringere Baubreite des Brenners erzielt, zum andern ist der Motor dem Gebläseluftstrom ausgesetzt. Durch diese an sich bekannte Anordnung des Motors im Gebläseluftstrom wird eine optimale Kühlung desselben erreicht, so dass für den Brenner ein kleinerer Motor mit geringerer Leistungsaufnahme als bei den vergleichbaren Brennern herkömmlicher Bauart verwendet werden kann.
Der baulich einfacheren Gestaltung des Brenners wegen und zur Erleichterung der Montage der im Innern desselben untergebrachten Brennerbauteile ist das Brennergehäuse in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung zweiteilig ausgebildet, u. zw. derart, dass die Stossfuge der beiden Gehäuseteile in einer zur Achse des Gebläserades senkrechten und die Gebläseradkammer in zwei Querhälften teilenden Ebene liegt.
Die Einstellung der Fördermenge des Gebläses in Anpassung an den jeweiligen Öldurchsatz und die Regulierung des Förderdruckes in Anpassung an den Strömungswiderstand des Kessels geht beim erfindungsgemässen Brenner in der Weise vor sich, dass der Förderdruck des Gebläses durch Verstellen der von einer Drehscheibe gebildeten Reguliereinrichtung an der Lufteintrittsöffnung des Gebläses auf die erforderliche Druckhöhe vermindert und die bei dieser Druckhöhe vorhandene Fördermenge durch Verstellen der von dem Ringschieber gebildeten Reguliereinrichtung auf die erforderliche Fördermenge reduziert wird, ohne die bei der üblichen Drosselregulierung der Fördermenge nach unten zwangsläufig erfolgende Verminderung des Förderdruckes in Kauf nehmen zu müssen.
Auf diese Weise ist eine sich über seinen gesamten Öldrucksatzbereich erstreckende Anpassungsfähigkeit des Brenners auch an Heizkessel mit einem hohen Widerstand gewährleistet.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. In diesen zeigt : Fig. 1 eine Seitenansicht des im Bereich des Brennerkopfes aufgebrochenen Druckzerstäuberbrenners bei abgenommener Abdeckhaube, Fig. 2 einen Schnitt durch den Brenner nach der Schnittlinie II-II in Fig. 1, Fig. 3 ein Schaubild über die Abhängigkeit des Förderdruckes des Brennergebläses von der Regulierstellung der an der Lufteintrittsöffnung des Gebläses vorgesehenen Drosseleinrichtung zur Regulierung der Verbrennungsluftmenge, Fig. 4 ein Schaubild über die Abhängigkeit des Förderdruckes des Brennergebläses von der Regulierstellung der von dem Ringschieber gebildeten Einrichtung zur druckverlustfreien Regulierung der Verbrennungsluftmenge und Fig.
5 die schaubildliche Darstellung eines Regulierspiels, in welchem das Gebläse durch Verstellung der an der Lufteintrittsöffnung vorgesehenen Drosseleinrichtung und der vom Ringschieber gebildeten Reguliereinrichtung sowohl fördermengen-als auch förderdruckmässig auf einen bestimmten Betriebspunkt eingestellt ist.
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in dem die auswechselbare Brennerdüse --4--, die Zündelektroden-5 und 6-- und die Stauscheibe - angeordnet sind.
An die vom Brennergehäuse --1-- umschlossene Kammer --8-- für das Gebläserad --9-- schliesst ein zur Gebläseradachse koaxialer zylindrischer Luftführungskanal --10-- an, dessen lichter Durchmesser etwas kleiner ist als der lichte Durchmesser des Gebläserades --9--, und der nach aussen durch eine Stirnwand --11-- abgeschlossen ist.
Das Gebläserad --9-- sitzt auf dem Wellenzapfen --12-- des sowohl für den Antrieb des Gebläse-
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Dadurch, dass das Gebläse durch die beiden Reguliereinrichtungen --20 ; 24-- sowohl fördermengenals auch förderdruckmässig auf jeden oberhalb der Kurve --33-- liegenden Betriebspunkt eingestellt werden kann, ist der Brenner, dessen Gebläse gemäss der Erfindung durch entsprechende Durchmessergestaltung des Gebläserades förderdruckmässig auf Heizkessel mit einem hohen Widerstand ausgelegt ist, mit seinem gesamten, über den der herkömmlichen Brenner liegenden Öldurchsatzbereich auch an Heizkessel mit einem hohen Widerstand anpassbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Druckzerstäuberbrenner für flüssige Brennstoffe mit einem Trommelläufer-Zentrifugalgebläse und mit einer an der Lufteintrittsöffnung des Gebläses vorgesehenen Drosseleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Drosseleinrichtung (20) und dem Gebläserad (9) eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der, wie an sich bekannt, die wirksame Breite des Gebläserades veränderbar ist.