DE1750173A1 - Method and device for atomizing liquids, especially for oil burners - Google Patents
Method and device for atomizing liquids, especially for oil burnersInfo
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Description
München, den c^· Aprif 1968Munich, April 1968
B 337/woSSoB 337 / woSSo
(Twämeri 1 75t) 1 7(Twämeri 1 75t) 1 7
4646
The British American Oil Company Limited in Toronto, KanadaThe British American Oil Company Limited in Toronto, Canada
Verfahrenbnd Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, insbesondere für ÖlbrennerMethod and device for atomizing liquids, especially for oil burners
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, insbesondere von Heizöl zum Betrieb von Ölbrennern, und auf eine nach diesem Verfahren arbeitende Zers täubungs vorrichtung«,The invention relates to a method for atomizing liquids, in particular heating oil for the operation of oil burners, and to a device operating according to this method dec täubungs "
£ls ist bekannt, beim Betrieb von Zerstäubern die zu zerstäubende Flüssigkeit in feiner Verteilung in ein sie mitreißendes i'rägermedlum, z.Be Luft, Gas oder Dampf einzuleiten. Sei mit Zerstäubung arbeitenden Olbrennern besteht das Trägermedium gewöhnlich aus Druckluft, die zugleich auch als Verbrennungsluft dient. In diesen Fällen ist es weiterhin bekannt? die ßrennstofi"-zufünrungsleitung in einer sie umschließenden und zugleich auch kühlenden Druckluftleitung anzuordnen und den flüssigen Brennstoff am Austrittsende der Druckluftleitung in die Druckluft oder ein sonstiges Trägermedium einzusprühen.£ ls is known which introduce liquid to be atomized in fine distribution in a sweeping it i'rägermedlum, including e air, gas or steam in the operation of atomizers. In oil burners that work with atomization, the carrier medium usually consists of compressed air, which also serves as combustion air. In these cases is it still known? to arrange the fuel supply line in a compressed air line that surrounds it and also cools it at the same time, and to spray the liquid fuel into the compressed air or another carrier medium at the outlet end of the compressed air line.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die hierdurch erreichbare Z er s tau bungs wirkung dahingehend zu verbessern, dan sieThe invention is based on the object that can be achieved in this way To improve the effect of deadening, then you
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auch bei viskosen Flüssigkeiten, z.B. bei Heizöl Nr. 6, ferner bei weniger viskosen oder nichtviskosen Flüssigkeiten und jeweils auch dann zustande kommt, wenn die Flüssigkeit nur mit verhältnismäßig niedrigem Druck zugeführt wird.also with viscous liquids, e.g. with heating oil No. 6, furthermore in the case of less viscous or non-viscous liquids and in each case also occurs when the liquid is only with relatively low pressure is supplied.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das die Zuführungsleitung der Flüssigkeit umströmende Trägermedium in eine mit hoher Geschwindigkeit umlaufende, wirbelnde Axialströmung versetzt und die Flüssigkeit zentrifugal in die wirbeln. de Axialströmung des Trägermediums eingeleitet wird. Ein Wirbel erzeugt bekanntlich durch die Fliehkraft des kreisenden Mediums in seinem Kern einen kräftigen Sog, der die zentrifugale Einleitung der zu zerstäubenden Flüssigkeit begünstigt.This object is achieved in that the the supply line of the carrier medium flowing around the liquid is set in a swirling axial flow rotating at high speed and the liquid is centrifugally swirled into the swirl. de axial flow of the carrier medium is initiated. As is well known, a vortex is generated by the centrifugal force of the circulating medium a strong suction at its core, which favors the centrifugal introduction of the liquid to be atomized.
Eine zur Ausführung dieses Verfahrens dienende Zerstäubungsvorrichtung weist ein als Flüssigkeitsleitung dienendes Düsenrohr und eine dieses 3ohr ringförmig umschließende Leitung für das die Flüssigkeit aufnehmende Trägennedium auf, wobei dieser Leitung eine Vorrichtung zugeordnet ist, die das durch die Leitung strömende Trägermedium in eine mit hoher Geschwindigkeit und niedrigem Druck kreisende Wirbelströmung versetzt, und wobei das Düsenrohr vor dem Austrittsende der das -tohr urnscnließenden Leitung des Trägermediums eine oder mehrere ouerlielende bzw. geneigte Düsen aufweist, die die Flüssigkeit in den Wirbel des Trägermediums einleiten.An atomizing device used to carry out this process has a nozzle pipe serving as a liquid pipe and a pipe ring-shaped surrounding this pipe for the carrier medium absorbing the liquid, this being Line is associated with a device that converts the carrier medium flowing through the line into a high speed and low pressure circulating vortex flow, and wherein the nozzle pipe before the outlet end of the -tohr urnscnlieenden Line of the carrier medium one or more ouerlielende or has inclined nozzles, which the liquid in the vortex of the Introduce carrier medium.
Die Zeichnung zeigt ein Beispiel für die Ausführung des Zerstäubers nach der Erfindung, und zwar zeigenThe drawing shows an example of the execution of the Atomizer according to the invention, namely show
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Düsenkopf eines Zer-.Stäuberbrenners undFig. 1 is a longitudinal section through the nozzle head of an atomizer .Dust burner and
Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie 2-2 von Fig. 1.FIG. 2 shows a cross section along line 2-2 of FIG. 1.
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Gemäö Fig.l weist der Zers tau Der kopf 10 einen anAccording to Fig.l, the decomposing head 10 instructs one
12 angeschraubten, nach vorn verjungten, kegligen12 screwed on, tapered towards the front, conical
Kopikörper 14 auf, der am vorderen Ende eine zylindrische Bohrung Ij; enthält. Diese Bohrung gent am inneren Ende in einen erweiterten Teil Io über, der eine Abstufung 17 begrenzt. In diese Ausnehmung ist eine Gasduse Ib mit Passung eingesetzt, die durch eine in den KopfKörper IA eingeschraubte Gewindehülse 20 fest eingespannt 1st«Kopikkörper 14 on, which has a cylindrical bore at the front end Ij; contains. This hole gent at the inner end into a widened one Part Io about, which limits a gradation of 17. In these Recess is a gas nozzle Ib with a fit inserted through a threaded sleeve 20 screwed into the head body IA clamped 1st «
Die Gewindehulse 20 enthält eine Wirbelkammer 21 und umschlieiit ein Rohr 22, das abdichtend in eine Bohrung 2} der Gewindehulse eingepaßt 1st und die Bohrung 24 der jaslise Ib konzentrisch durcnragt. Der Durchmesser der Bohrung 24 ist größer als der Auüendurchmesser des rtohrs 22, so daü zwischen öeiden ein hlngraum 2ö gebildet ist. Das Hohr 22 ist mit seinem inneren Ende in ein ^ufünrungsrohr 2b eingepreßt oder eingeschweißt, aas an eine nloht dargestellte Brennstoffzuführungsleitung angeschlossen ist. Das Zuführungsrohr 2ö ist in einen Deckel 30 eingeschraubt, der seinerseits mit einem Gewinde am inneren Ende des Kopfkörpers 14 abdichtend verschrauDt ist.The threaded sleeve 20 contains a vortex chamber 21 and encloses a tube 22 which is sealingly fitted into a bore 2} of the threaded sleeve and the bore 24 of the jaslise 1b protrudes concentrically. The diameter of the bore 24 is larger than the outer diameter of the pipe 22, so that a suspension space 20 is formed between the two. The inner end of the tube 22 is pressed or welded into a tube 2b, which is connected to a fuel supply line not shown. The feed pipe 20 is screwed into a cover 30, which in turn is screwed in a sealing manner with a thread at the inner end of the head body 14.
Das Zuf uhr iings rohr 28 wird mit unter Druck stehendem, flüssigem Brennstoff beaufschlagt, während der Kopi'körper 14 an eine in der Hülse 12 befindliche, nicht dargestellte Dampfzufünrungsleitung angeschlossen ist. Diese Dampfzufünrungsleitung ist an einem exzentrischen Durchlas jl des Jeckels jO befestigt. Der Dampf strömt zunächst in eine Vorkammer JZ und von d^rt durch einen tangentialen Einlaß j·* in die rfiroelkammer 21.The supply tube 28 is acted upon by pressurized liquid fuel, while the copier body 14 is connected to a steam supply line (not shown) located in the sleeve 12. This Dampfzufünrungsleitung is attached to an eccentric passage jl of the Jeckels jO . The steam first flows into an antechamber JZ and from there through a tangential inlet j * * into the rfiroelkammer 21.
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Gemäß Fig. 2 1st der tangential^ Einlaß 31J- so angeordnet, daß der Dampf in der Wirbelkammer 21 gegensinnig zur Drehriohtung des Uhrzeigers rotiert. Der Dampf durchströmt dann den ringförmigen Zwischenraum 26, wobei seine Rotatlonsgesohwlndlgkelt gemäß dem Gesetz der Erhaltung des Drehmomentes zunimmt· Der Dampf strömt mit dieser erhöhten Drehgeschwindigkeit duroh den ringförmigen Raum 26 und strömt mit dieser kreisenden Drehung schließlich am offenen Ende des ringförmigen Kanals 26 aus.According to FIG. 2, the tangential inlet 3 1 is arranged so that the steam in the swirl chamber 21 rotates in the opposite direction to the rotation of the clockwise. The steam then flows through the annular interspace 26, whereby its rotation rate increases in accordance with the law of conservation of torque.The steam flows through the annular space 26 at this increased rotational speed and finally flows out at the open end of the annular channel 26 with this circular rotation.
Natürlich kann die Wirbelkammer 21 auch mehrere tangent1ale Einlasse 34- aufweisen, sofern ihr Gesamtquerschnitt der verlangten Strömung angepaßt ist. Geringe Abweichungen von der genau tangentlalen Richtung dürften auf die Zerstäubung ohne Einfluß sein. Weiterhin könnte die Wirbelbildung auch durch Leitsonaufeln erzeugt werden.Of course, the vortex chamber 21 can also have several tangential ones Inlets 34- have, provided that their overall cross-section is adapted to the required flow. Slight deviations from the exact tangential direction should have no effect on the atomization be. Furthermore, the vortex formation could also be achieved by means of guide scoops be generated.
Da sich herausgestellt hat, daß bei axialem Austritt des flüssigen Brennstoffes aus dem Rohr trotz der starken Wirbelbildung im ringförmigen Kanal 26 nicht immer eine zufriedenstellende Zerstäubung zustandekommt, ist dieses Rohr an seinem freien Ende verschlossen und mit radialen Austrittsdüsen 36 versehen. Der Brennstoff wird daher in dünnen radialen Strahlen zentrifugal In den Dampfwirbel eingespritzt, der durch seine Turbulenz eine sehr feine Zerstäubung herbeiführt.Since it has been found that with axial exit of the Liquid fuel from the pipe is not always a satisfactory one despite the strong vortex formation in the annular channel 26 When atomization occurs, this tube is closed at its free end and provided with radial outlet nozzles 36. Of the Fuel is therefore centrifugally In in thin radial jets injected the steam vortex, which causes a very fine atomization through its turbulence.
Um eine beste Zerstäubungswirkung zu sichern, müssen die GrOkSe1 Anzahl, Richtung und der axiale Abstand der Brennstoffdüsen Jo vom geschlossenen Ende des Rohres 22 genau festgelegt sein. Die Größe der Brennstoffdüsen ist so zu wählen, daß die Düsen von Unrelnlgkeiten und Rückständen des Brennstoffes nichtIn order to ensure the best atomization effect , the size 1 number, direction and the axial distance of the fuel nozzles Jo from the closed end of the tube 22 must be precisely defined. The size of the fuel nozzles is to be chosen so that the nozzles are not exposed to impurities or residues of the fuel
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verstopft werden können» Die Anzahl der Brennstoffdüsen muß so bemessen werden, daß die erforderliche Brennstoffmenge mit dem gewünschten Drucke austritt. Statt der in j?ig. 1 dargestellten radialen Lage können die Brennstoffdüsen auch mehr oder weniger tangential und in axialer Richtung in jedem Winkel zwischen 0 und 90° oder darüber hinaus geneigt sein, so daß im letzteren Falle der Brennstoff sogar gegensinnig zur Strömungsrichtung des wirbelnden Mediums in das letztere eingeleitet wird. Das vorstehendexWHrt verwendete Wort "zentrifugal" soll im weitesten Sinne alle tangentialen und axialen Neigungen einschließen. Der axiale Abstand der Brennstoffdüsen 36 vom äußeren Ende des Zerstäuberkopfes ist von unterschiedlichen Erwägungen abhängig»Vornehmlich sollen die Düsen innerhalb des ringförmigen Kanals 26 liegen, damit der Brennstoff vom wirbelnden Medium kräftig aufgenommen und zerstäubt wird. Andererseits müssen die Brennstoffdüsen so dicht am Auslaßende des ringförmigen Kanals 26 angeordnet sein, daß der flüssige Brennstoff nicht mit der Innenwand der Bohrung 24- in Berührung kommt und an dieser Wand jedenfals nicht agglomerieren kann. Natürlich Können auch mehrere Sätze TOn Brennstoffdüsen 3ö in axialer Richtung hintereinander liegen und sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung zueinander versetzt sein.can be clogged »The number of fuel nozzles must be like this be dimensioned so that the required amount of fuel emerges with the desired pressure. Instead of in j? Y. 1 shown radial position, the fuel nozzles can also be more or less be inclined tangentially and in the axial direction at any angle between 0 and 90 ° or more, so that in the latter If the fuel is even introduced into the latter in the opposite direction to the direction of flow of the swirling medium. The above exWHrt The word "centrifugal" used is intended to include in the broadest sense all tangential and axial inclinations. Of the axial distance of the fuel nozzles 36 from the outer end of the atomizer head depends on different considerations »Primarily the nozzles should lie within the annular channel 26 so that the fuel is strongly absorbed by the swirling medium and is atomized. On the other hand, the fuel nozzles must be positioned so close to the outlet end of the annular channel 26 be that the liquid fuel does not come into contact with the inner wall of the bore 24- and at this wall in any case cannot agglomerate. Of course, several sets of TOn Fuel nozzles 3ö lie one behind the other in the axial direction and be offset from one another both in the axial direction and in the circumferential direction.
Die Bohrung 24 ist an ihrem äußeren Ende 3Ö zweckmäßig etwas keglig aufgeweitet, und zwar solL diese Aufweitung vorzugsweise etwa einen Kegelwinkel von 30° haben.The bore 24 is expediently somewhat at its outer end 30 widened conically, and this widening should be preferred have a cone angle of about 30 °.
Die hohe Wirksamkeit dieser Zerstäubung bei ihrer Anwendung zum Betrieb von ülbrennern ergibt sich aus den folgenden Anwendungsftiliem The high effectiveness of this atomization when used to operate oil burners results from the following application fields
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Ein mit Wirbelzerstäubung arbeitender Ölbrenner wurde nach folgenden Richtlinien konstruiert und geprüft:An oil burner working with vortex atomization was used according to designed and tested according to the following guidelines:
Die wesentlichen Teile des Düsenkopfes entsprachen der Aus·* fünrung nach Fig.l, die als maßstäbliche Zeichnung(gesehen werden, kann. Die Bohrung 24 hatte einen Durchmesser von ö mm und das Düsenrohr 22 einen äußeren Durchmesser von etwa 4,b mm. Der Durchmesser der Wirbelkammer 21 betrug 25|4 mm, der Durchmesser ihrerThe essential parts of the nozzle head corresponded to the design * Fünrung according to Fig. 1, which can be seen as a true-to-scale drawing can. The bore 24 had a diameter of 6 mm and the nozzle tube 22 an outer diameter of about 4 mm. The diameter the vortex chamber 21 was 25 ~ 4 mm, the diameter of its
WLr;
Einlaßöffnung 34 /J mm. Der Basisdurchmesser der mit einem Kegelwinkel von 30° hergestellten kegligen Erweiterung jö am Austrittsende
des ringförmigen Kanals 2b betrug 9 mm. Dabei wurden am finde des Düsenrohrs 22 fünf auf den Umfang gleichmaßig verteilte
Brennstoffdüsen Jb mit einem Durchmesser von O,ö mm vorgesehen.
Diese Brennstoffdüsen waren radial ausgerichtet und oefanden sich
in einem axialen Abstand von 0,ö mm vom Austrittsende der Gasdüse
Ib. WLr;
Inlet opening 34 / J mm. The base diameter of the conical enlargement jö produced with a cone angle of 30 ° at the outlet end of the annular channel 2b was 9 mm. Five fuel nozzles Jb with a diameter of 0.08 mm, evenly distributed over the circumference, were provided at the location of the nozzle tube 22. These fuel nozzles were aligned radially and were located at an axial distance of 0. ö mm from the outlet end of the gas nozzle 1b.
Der Zerstäuber wurde bei einer maximalen ätrömungsgeschwindig-Kelt{<vön~yTt 5 Ü/sta. bei Speisung mit Brennöl Nr.6 geprüft. Dabei strömte das ül bei einem Druck von 0,6 atü mit einer Geschwindigkeit von 3»i» m/sec. durch die Brennstof fdüsen 36.The nebulizer was operated at a maximum flow rate of < vön ~ yT t 5 Ü / sta. tested when fed with fuel oil No. 6. The oil flowed at a pressure of 0.6 atmospheres at a speed of 3 »i» m / sec. through fuel nozzles 36.
Um mit dem gleichen Zerstäuber mit kleinster 3rennolmenge noch eine gute VerDrennung zu erzielen, mußte er mit einer Brennstoffmenge von 6,5 1/std. betrieben werden. Der Strömungsdruck des Brennstoffes in den Düsen war in diesem tfalle kleiner als 0,14 atü.To use the same atomizer with the smallest 3 rennol amount to achieve a good burn he had to use a quantity of fuel from 6.5 1 / h operate. The flow pressure the fuel in the nozzles in this case was less than 0.14 atm.
Berücksichtigt man, daß die erwähnte maximale Speisung durch die Menge der Verbrennungsluft begrenzt war, die zugeführt werdenIf one takes into account that the mentioned maximum feed through the amount of combustion air that could be supplied was limited
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konnte, so ergibt sich eindeutig, daß dieser Zerstäuber nicht den Nachteil der mit reiner Druckzerstäubung arbeitenden Zerstäuber aufweist, die in d*r Verbrauchsregelung auf verminderte Leistung sehr begrenzt sind. Im vorliegenden Falle wird eine Zuführung des Brennstoffes unter Druck nur beiläufig benötigt und vornehmlich nur dann, wenn der Brenner mit hoher Leistung arbeiten muß.could, it is clear that this atomizer is not has the disadvantage of the atomizer working with pure pressure atomization, which is reduced in the consumption control Performance are very limited. In the present case, a supply of the fuel under pressure is only required incidentally and mainly only when the burner has to work at high power.
Ein im Prinzip gleichartig ausgebildeter Zerstäuber wurde in größeren Abmessungen gebaut, und zwar für eine zehnfach größere Leistung, ferner mit ö tangentialen Einlassen für die Wirbelkanuner und mit 12 tirennstoi!düsen. Baoei wurden auch unterschiedliche Lagen der Brennstoffdüsen zwischen radialer Ausrichtung und einer nahezu achsparallelen Lage geprüft. Das beste Ergebnis wurde bei einem Neigungswinkel der Brennstoffdüsen von 1^° erreicht, doch ergaben auch alle anderen Ausrichtungen eine sehr wirksame Zerstäubung. Bei einem Neigungswinkel von 15° entsprach der Abstand der Brennstoffdüsen vom Austrittsende der Gasdüse dem Durohmesser des Düsenrohrs 22.An atomizer of the same design in principle was built in larger dimensions, namely for a ten times larger one Performance, furthermore with o tangential inlets for the vortex canoe and with 12 tirennstoi! nozzles. Baoei were also different Checked positions of the fuel nozzles between radial alignment and an almost axially parallel position. The best result was achieved at an angle of inclination of the fuel nozzles of 1 ^ °, however, all other orientations also gave very effective atomization. At an angle of inclination of 15 ° corresponded the distance of the fuel nozzles from the outlet end of the gas nozzle to the diameter of the nozzle tube 22.
Natürlich richten sich die Abmessungen der Bauteile des Zerstäuber ε^ nach der Art des in eine kreisende Wirbelströmung zu versetzenden Trägermediums, das aus Dampf, Luft oder Gas bestehen kann, und nach den von der gewünschten Leistung abhängigen Strömungsgeschwindigkeiten der Medien.Of course, the dimensions of the components of the atomizer are determined ε ^ according to the type of in a circling eddy current too transferring carrier medium, which can consist of steam, air or gas, and depending on the desired performance Flow velocities of the media.
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