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"Brennerrohr-Mundstück füer Zerstäuber-Oelbrenner" Um bei Zerstäuber-Oelbrennezn
einen vom Feuerraum bzw. von speziellen Ausmauerungen oder Brennkammern weitgehend
unabhängigen Betrieb zu ermög-licheng muß die Flamme stabilisiert» d.h. die Flammenfront
allein durch die strömungstechnische Ausbildung des Brennermauls gehalten werden.
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Bekanntlich spielt dabei die Durchmischungsintensität von Verbrennungsluft
und Oelnebel bzw. Oeldampf eine ausschlaggebende Rolle für den minimal erforderlichen
luftüberschuß und damit für den erreichbaren feuerungstechnischen Wirkungsgrad.
Der Erfindungegegenstand betrifft ein Verbrennungs-Mundstück, das diese Anforderungen
in höherem Grade erfüllt als die bisher überwiegend gebräuchlichen Stauscheiben-Kombinationen
und die sonst noch bekannt gewordenen Sonderkonstruktionen. Die hierhergehörigen
vorbekannten Brennerköpfe leiden entweder an schlechter Flammenhaltung oder mangelhafter
Mischleistung und benötigen eine mehr oder weniger komplizierte empfindliche und
schwierige Einstellung ihrer Einzelteile am Aufstellungaort. Außerdem neigen sie
zum Herausschl..,eudern von unverbranntex Oeldampf aus dem Flammenkörper selbst,
was neben dem bei der üblichen Wirkungsgrad-Ermittlung nicht einmal erfaßten Verlust
wegen der Gefahr des Niederschlagens an den Kesselwänden eto. sehr unerwünscht ist.
Schließlich sind die meisten heutigen Brennerköpfe auf erhöhte luftpreaaung, d.h.
doppelte Gebläsedrehzahl 28oo UpM, angewiesen.
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Dagegen braucht an dem erfindungegemäßen Brennermundstück pr-,aktisch
nichts verstellt zu werden, I.a gar keine beweglichen Teile vorhanden sind und das
Mundstück unverrückbar im Brennerrohr montiert ist. Die Einstellung deu Brennere
auf die jeweiligen, bekanntlich sehr variablen Betriebsverhältnisse ist deshalb
denkbar vereinfacht und darf als "narrensicher" angesehen werden. Die Lage der Düse
hat je naoh ihrem Zerstäubungswinkel etwa zwei von vorneherein festgelegte Stellungen"
und es ist nur noch das dem Oeldurchsatz-Bereich entsprechende Mundstück
einzusetzen. Im übrigen braucht zur Einstel,--lung der kleinstmöglichen luftmenge
allein die Luftdrossel nach Maßgabe der Rußbildmessung bedient zu werden.. Das Abreißen
der Flamme tritt selbst bei höchster Luftgeschwindigkeit nicht mehr auf.
Die
Mischleistung ist unter allen praktisch vorkommenden Verhältnissen gleichmäßig gut,
und unverbrannter Oeldampf ist nicht mehr nachweisbar. Da infolgedessen mit sehr
wenig Zuftüberschuß rußfreie Verbrennung erzielt wird, ist der Luftverbrauch gering
und der Arbeitspunkt des Gebläserades liegt im Gebiet der-hohen Pressung, so daß
ohne Verwendung von übergroßen Gehäuse-Baumaßen mit der früher allgemein benutzten
geringen Drehzahl von 1400 UpM auszukommen ist. Die Vorteile geringer Drehzahl hinsichtlich
Geräuschbildung, Pumpenverschleiß und größerer Drehmoment-Reserve sind evident.
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Die vorliegende Erfindung ist in Abbildung 1 in Vorderansicht
und in Abbildung 2 im Längsschnitt dargestellt. Sie besteht aus einem Mundstück
a. das vorn in dem Brennerrohr b
leicht auswechselbar befestigt ist. Kurz
hinter dem Mundstück steht die Zerstäubungsdüse c vor der Bohrung d. die
den Zerstäubungskegel in die zylindrische Wirbelkammer e eintreten läßt. Die Rückwand
der Wirbelkammer wird durch die mit schräg angst-ellten Drallschlitzen
f versehene Stauscheibe g gebildet. Nach vorn erweitert sich die Wirbelkammer
zu dem kurzen Flammen-
trichter h. in dem die Sekundär-Lüftschlitze
k konzentrisch angeordnet sind.
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Diese sind senkrecht zum Kegelmantel des Flammentrichters
d
in denselben gefräst oder gestanzt, so daß die Kanalwandungen schräg nach
vorn gegen die Brennerrohrachse gerichtet sind. Die Kanäle führen in den ringspaltförmigen
Raum m. der von dem zylindrischen Mantel der Wirbelkammer und dem Brennerrohr gebildet
wird und im Querschnitt wesentlich größer dimensioniert ist als der gesamte Kanalquerschnitt
der Schlitze k.
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Das erfindungsmäßige Mundstück enthält also in einem Stück alle für
die Luftverteilung, Plammenhaltung und Mischung notwendigen Einrichtungen und vereinigt
gewissermaßen in sich die Funktionen einer Stauscheibe" einer Wirbelkammer, eines
Flammentrichters- und einer ganz speziellen Außenluftzumischung. Derartig-e luftführung-selemente
sind an sich bekannt und allein oder teilweise auch kombiniert in den verschiedensten
Variationen und Ausführungiien im Gebrauch. Z.B. werden Stauscheiben mit Drallschlitzen
oder Schaufeln gelegentlich in Verbindung mit zylindrischen luftführungsbüchsen
vielfach verwendet. Auch hat man bereits versucht die der Flamme durch die übliche
ringspaltförmige
Luftdüse zugeführte sogenannte Außen- und Sekundärluft
von der die Flamme mantelartig umhüllt wird in einzelne Zuftstrahlen aufzulösen,
um mit höheren Mischgeschwindigkeiten arbeiten zu können. Da diese Außenbohrungen
oder -Schlitze jedoch in der Stauscheibenebene liegen und innerhalb des Brennerrohrs
bzw. der Luftdüse in Richtung der Brennerrohrachse ausblasen, vereinigen sich die
Einzelstrahlen vor ihrem Austritt aus dem Ringspalt der Zuftdüse und bilden wieder
nur einen die Flamme umhüllenden Luftmantel, ohne in den Oelnebel einzudringen.
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Gegenüber diesen vorbekannten Einrichtungen weist das erfindungsgemäße
Brennermundstück zunächst einmal den eklatanten Unterschied auf, daß die Sekundär-luftschlitze
als schräg nach vorn gegen die Flammenachse gerichtete Kanäle ausgeführt sind, deren
verhältnismäßige Tiefe und deren kegelmantelförnige Luftaustrittsfläche eindeutig
auf den Flammenkern gerichtete Einzelstrahlen erzeugen. Ferner befinden sich diese
Luftschlitze vorn an der Mündung des Brennerrohrs. Dadurch dringt die Sekundärluft
in den Flammenkern ein und wird in idealer Weise mit dem Oeldampf verwirbelt. Die
zwischen den Luftschlitzen verbleibenden Stege bilden eine feste Verbindung des
inneren Teils des Mundstücks mit dem äußeren Teil, und tragen zu einer günstigen
Beeinflussung der Strömungsverhältnisse im Sinne sicherer Flammenhaltung sowie guter
Vermischung wesentlich bei. Schließlich i#ehört noch die trichterförmige Erweiterung
des äußeren Nundstückteils zu den Erfordernissen für die optimale Gesamtfunktion
der Erfindung. Die an s-ich schwer erfaßbaren Strömungsvorgänge können etwa folgendermaßen
erklärt werden: In der von der Drallscheibe g beaufschlajten Wirbelkammer
c entsteht eine Drallströmung, dessen achlale Komponente je nach dem Kanalquerschnitt
und -Winlcelc-4.-mehr oder weniger niedrig gehalten wird. Die t-angentiale Komponente
nimmt nach der Brennerrohrachse hin zu, so daß um den durch die Bohrung
d
blasenden Freistrahl ein Gebiet niedrigen Drucks liegt, das in Verbdir,dung
mit der #--eringen Achsialgeschwindigkeit an der Peripherie der Wirbelkammer die
güi#stiüen Bedingungen für -, dung und innerhalb derselber sc-',iafft. Am
Ende "ür V
der -'#lirbelkammer -,reffen auf die Strömung, #,.,elche #3ich
infolge der kL,-,.:j--#jhen Er-,#eiterung h und der Entstehung des größten Teils
der
Flammengase radial auszudehnen sucht, mit hoher Geschwindigkeit die senkrecht zum
Kegelmantel h gerichteten luftstrahlen aus den Schlitzen k. Diese saugen
durch Injektorwirkung einen Teil. der Gase wieder in den Flammenkern zurück, wo
die Luftstrahlen, aufeinander stoßen und einen Luftstau verursachen. Der Großteil
der zusammenprallenden Luft wi:rd nach vorn abgelenkt, ein kleiner Anteil
'- die Flanmenhaltung weiterhin verbessernd - nach rückwärts in die
WirbelkaiRmer. Zwischen den Schlitzen bleibt eine radiale Strömungskomponente bestehen.
Durch die vielen Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen wird eine außergewöhnlich
intensive Mischung von Luft und Oeldämpfen erzielt und der hohe Turbulenzgrad setzt
setzt sich bis zu den äußersten Flammenspitzen hin fort. In Abbildung
3 ist das Flammenbild perspektivisch dargestellt. Deutlich sichtbar sind
stets die kleinen Flammenspitzen, welche an der Stelle der Stege zwischen den Schlitzen
k in radialer Richtung aus dem Umfang der Brennermündung herauslecken. Die
starke Turbulenz im gesamten Verbrennungsgebiet zeigt sich äußerlich an den vielen
über die ganze Flamme verteilten Flammenzungen und -Spitzen.