DE2231944A1 - LIQUID ATOMIZATION NOZZLE - Google Patents

Description

Unser Zeichen: P 2154Our reference: P 2154

PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG
6300 Zug/Schweiz
Gartenstrasse 2PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG
6300 Zug / Switzerland
Gartenstrasse 2

FlüssigkeitszerstäubungsdüseLiquid atomizing nozzle

Die Erfindung bezieht sich auf eine ZerstäubungsvorrichtungThe invention relates to an atomizing device

für Flüssigkeiten und insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich auf einen Brenner für flüssige Gasturbinen .for liquids and especially, if not exclusively on a burner for liquid gas turbines.

In der Patentanmeldung P 20 07 502.9 ist eine Gasturbine beschrieben, die einen Brennstoffbrenner enthält, der mit einer Vorrichtung zur Einspritzung flüssigen Brennstoffs versehen ist, in der ein Kanal für einen unter Druck stehenden Brennstoff an einer Öffnung endet, die mit einer Druckzerstäubungsdüse ausgestattet ist. Mit der Düse ist eine Ultraschall-Vibrationsvorrichtung derart verbunden, daß sie die Düse im Betriebszustand in axialer Richtung der Düse in Schwingungen versetzt. Mit Hilfe der Erfindung soll eine mit einer öffnung endende Düseneinrichtung geschaffen werden, die eine Druckzerstäubungsdüse enthält und fürIn the patent application P 20 07 502.9 a gas turbine is described which contains a fuel burner with a device for injecting liquid fuel is provided, in which a channel for a pressurized Fuel ends at an opening that is connected to a pressure atomizing nozzle Is provided. An ultrasonic vibration device is connected to the nozzle so that it the nozzle vibrates in the axial direction of the nozzle in the operating state. With the help of the invention a created with an opening ending nozzle device containing a pressure atomizing nozzle and for

Schw/BaSchw / Ba

209882/0814209882/0814

22319AA22319AA

die Verwendung mit einer solchen Ultraschall-Vibrationsvorrichtung geeignet ist. Zu diesem Zweck ist nach der Erfindung eine Flüssigkeitszerstäubungsdüse zur Verwendung mit einer Ultraschall-Vibrationseinrichtung, die die Düse in Längsschwingungen versetzt, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem in Längsrichtung verlaufenden Flüssigkeitskanal ausgestatteter Düsen^örper vorgesehen ist, daß am Ende des Flüssigkeitskanals eine Öffnung liegt, die überä Wirbrelkanäle mit dem Flüssigkeitskanal in Verbindung steht, daß die Wirbelkanäle in eine Wirbelkammer führen, deren Durchmesser größer als der der Öffnung ist, und daß die Wirbelkammer zwischen den Wirbelkanälen und der Öffnung angeordnet ist. Die Wirbelkanäle der Düse sind vorzugsweise in einem Pfropfen gebildet, der in einer Bohrung am Ende des Flüssigkeitskanals der Düse befestigt ist.use with such an ultrasonic vibration device suitable is. For this purpose, according to the invention, a liquid atomizing nozzle is used with an ultrasonic vibration device which sets the nozzle in longitudinal vibrations, characterized in that, that a nozzle body equipped with a liquid channel extending in the longitudinal direction is provided that on At the end of the fluid channel there is an opening that communicates with the fluid channel via the vertebral channels, that the vortex canals lead into a vortex chamber, the diameter of which is larger than that of the opening, and that the Vortex chamber is arranged between the vortex canals and the opening. The swirl channels of the nozzle are preferred formed in a plug which is fixed in a bore at the end of the liquid channel of the nozzle.

Die Befestigung dieses Pfropfens muß beträchtlichen Kräften standhalten, wenn die Düse Ultraschallschwingungen ausgesetzt ist. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die notwendige mechanische Festigkeit dadurch erzielt, daß der Pfropfen durch Punktschweißen, vorzugsweise durch ein sogenanntes Elektronenstrahl-Punktschweißen, durch die Wand desFlüssigkeitskanals ansßiner ,Stelle befestigt wird. Dieses Verfahren, einen mit Wirbelkanälen versehenen Pfropfen in einerLängsbohrung eines Schwingungswandlers mit abgestuftem Horn zu befestigen, ist ein weiteres Merkmal der Erfindung. Die Wirbelkanäle sind vorzugsweise als offene Nuten im Umfang des Pfropfens gebildet, die mit der Wandfläche der Bohrung zusammenwirken, wenn der Pfropfen eingefügt ist. Zur Erleichterung der Herstellung wird vorzugsweise eine Zahl von Punktschweißstellen verwendet, die von der Zahl der Nuten verschieden ist, damit gewährleistet wird, daß für den Fall, daß eine der Punktschweißstellen auf eineThe attachment of this plug must withstand considerable forces when the nozzle is subjected to ultrasonic vibrations is. According to a further feature of the invention, the necessary mechanical strength is achieved in that the plug by spot welding, preferably by so-called electron beam spot welding, through the wall of the liquid channel is attached to the right place. This Method, a plug provided with vortex canals in a longitudinal bore of a vibration transducer with stepped Attaching the horn is another feature of the invention. The vertebral canals are preferably in the form of open grooves Perimeter of the plug formed, which cooperate with the wall surface of the bore when the plug is inserted. To facilitate manufacture, a number of spot welds is preferably used that differs from the number the grooves is different, so that it is ensured that in the event that one of the spot welds on a

209882/08U209882 / 08U

22319U22319U

der Nuten trifft, und somit diese eine Nut blockieren.kann, die anderen Punktschweißstellen von den anderen Nuten entfernt liegen. In einem typischen Anwendungsfall können vier Wirbelkanäle und drei Punktschweißstellen jeweils im gleichen Umfangsabstand verwendet werden.of the grooves, and thus block this one groove. can, the other spot welds are away from the other grooves. In a typical use case, four Vertebral canals and three spot welds are each used at the same circumferential distance.

Die Auslaßöffnung ist vorzugsweise in einer Lochscheiber angebracht, die in das Ende der Bohrung eingepaßt ist. Die Lochscheibe liegt dabei axial im Abstand _vom Außenende des Wirbelpfropfens, so daß der dazwischenliegende Längenabschnitt der Bohrung und der die Auslaßöffnung enthaltenden Lochscheibe eine Wirbelkammer bildet. Die Lochscheibe ist vorzugsweise durch Nahtschweißen, bevorzugt durch Elektronenstrahl-Nahtschweis· sen in der Bohrung befestigt, wobei der Elektronenstrahl in axialer Richtung angewendet wird, damit längs des Umfangs der Lochscheibe eine Schweißnaht gebildet wird, so daß die Lochscheibe in der Bohrung abgedichtet und mechanisch am Düsenkörper befestigt wird.The outlet opening is preferably mounted in a perforated disc which is fitted into the end of the bore. The perforated disc is located axially at a distance _{from the} outer end of the vortex plug, so that the intermediate length of the bore and the perforated disc containing the outlet opening forms a vortex chamber. The perforated disk is preferably fastened in the bore by seam welding, preferably by electron beam seam welding, the electron beam being applied in the axial direction so that a weld seam is formed along the circumference of the perforated disk so that the perforated disk is sealed in the bore and mechanically attached Nozzle body is attached.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing. Show in it:

Fig.1 eine Ansicht des allgemeinen Aufbaus einer Ausführungsform der Zerstäubungsdüse nach der Erfindung und 1 is a view of the general structure of an embodiment of the atomizing nozzle according to the invention and

Fig.2 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Ansicht des Endabschnitts·<der Zerstäubungsdüse einschließlich des Flüssigkeitskanals,des Wirbelpfropfens und der Lochscheibe.2 is an enlarged, partially sectioned view of the End section · <of the atomizing nozzle including the Fluid channel, the vortex plug and the perforated disc.

in der Zeichnung dargestellte Zerstäubungsvorrichtung enthält ein abgestuftes Hornteil 1 und ein Abgleichteil 2. Beide Teile sind durch Verkleben oder auf andere WeiseThe atomizing device shown in the drawing contains a stepped horn part 1 and a matching part 2. Both parts are by gluing or in some other way

209882/08U209882 / 08U

jeweils "mit einer der einander gegenüberliegenden Seiten eines aus einer piezoelektrischen Scheibe bestehenden Wandlers 3 befestigt, so daß dieser das Strahlerteil 1 und das Abgleichteil 3 aufeinander zu und voneinander weg in Ultraschallschwingungen versetzt,wenn er durch Anlegen einer Wechselspannung mit Ultraschallfrequenz an zwei Anschlußklemmen 4 und 5 erregt wird. Der Wandler 3 tiberträgt die Ultraschallschwingungen auf der einen Seite auf das Abgleichteil 2 und auf der anderen Seite auf das abgestufte · ' Hornteil 1. Der einen verringerten Durchmesser aufweisende Hornabschnitt 6 des Hornteils bewirkt eine Vergrößerung der Amplitude der Schwingungen, die an seinem Außenende auftreten. Ein Kanal 7 für den auszustoßenden Brennstoff verläuft in Längsrichtung durch den Hornabschnitt 6, und er führt den Brennstoff zu einer öffnung in einer Lochscheibe 8, die der Brennstoff erreicht, nachdem er von offenen Nuten 9 in einem zylindrischen Wirbelpfropfen 10 gebildete längs einer Schraubenlinie verlaufende Kanäle durchlaufen hat. Am Einlaßende ist der Brennstoffkanal 7 mit einem radialen Kanal 11 verbunden, der in einer zentral zur Länge des Wandlers 3 liegenden Ebene verläuft und dazu dient, eine externe Brennstoffleitung 12 anzuschließen. Da der radiale Kanal 11 und die Brennstoffleitung 12 in der Quersymmetrieebene in der Quersymmetrieebene des Wandlers 3 verlaufen, bleiben sie von den Ultraschallschwingungen unbeeinflußt.each "with one of the opposite sides a transducer 3 consisting of a piezoelectric disc is attached, so that it is the radiator part 1 and the adjustment part 3 is set towards one another and away from one another in ultrasonic vibrations when it is applied an alternating voltage with ultrasonic frequency at two terminals 4 and 5 is excited. The converter 3 transmits the ultrasonic vibrations on the one hand on the adjustment part 2 and on the other hand on the graduated · ' Horn part 1. The horn section 6 of the horn part, which has a reduced diameter, increases the size of the horn part Amplitude of the vibrations that occur at its outer end. A channel 7 for the fuel to be ejected runs in In the longitudinal direction through the horn section 6, and it leads the fuel to an opening in a perforated disk 8, which the Fuel reaches after being formed by open grooves 9 in a cylindrical vortex plug 10 along a helical line has traversed traversing channels. At the inlet end of the fuel channel 7 is connected to a radial channel 11, the runs in a plane lying central to the length of the converter 3 and serves to connect an external fuel line 12. Since the radial channel 11 and the fuel line 12 run in the transverse symmetry plane in the transverse symmetry plane of the converter 3, they remain unaffected by the ultrasonic vibrations.

Wie aus Fig.2 genauer zu erkennen ist, ist das äußere Ende des Brennstoffkanals 7 durch Anbringung einer Bohrung 13 erweitert. In der Bohrung sind der .mit den Nuten 9, die die längs einer Schraubenlinie verlaufenden Kanäle bilden, ausgestatteteWirbelpfropfen 10 und die Lochscheibe, die die Auslaßöffnung 8a enthält, in axialem Abstand voneinander derart angebracht, daß zwischen ihnen eine Wirbelkammer 14 freibleibt.DerWirbelpfropfen 10 weist auch einen AbstandAs can be seen in more detail from FIG. 2, the outer end is of the fuel channel 7 expanded by making a bore 13. In the bore are the .mit the grooves 9 that the Forming channels running along a helical line, equipped vortex plugs 10 and the perforated disk, which contains the outlet opening 8a, at an axial distance from one another mounted so that a vortex chamber 14 remains free between them. The vortex plug 10 is also spaced apart

2G98 8 2/08142G98 8 2/0814

vom Boden der Bohrung 13 auf, damit zwischen dem Ende des eigentlichen Brennstoffkanals 7 mit kleinem Durchmesser und dem Pfropfen 10 mit großem Durchmesser eine Verteilungs kammer 15 entsteht, in der sich die Brennstoffströmung aus dem Brennstoffkanal 7 ausbreiten kann, um die schraubenförmigen Nuten 9 zu erreichen.from the bottom of the bore 13, so between the end of the actual fuel channel 7 with a small diameter and the plug 10 with a large diameter, a distribution chamber 15 is formed in which the flow of fuel from the Fuel channel 7 can expand in order to reach the helical grooves 9.

Es ist wichtig, den Wirbelpfropfen 10 und die Lochscheibe fest an ihrer Stelle zu halten, weil sie der Ultraschallschwingung swirkung des Hornäbschnitts 6 standhalten müssen. Es hat sich gezeigt, daß dies in sehr zufriedenstellender Weise dadurch erreicht werden kann, daß der Wirbelpfropfen unter Zuhilfenahme eines radial auf die Außenfläche des Hornäbschnitts 6 gemäß dem Pfeil Y durch Punktschweißen mit der Wand der Bohrung 13 verbunden wird. Damit ein zuverlässiger Betrieb derNuten 9 gewährleistet wird, darf zumindest der größere Teil dieser Nuten nicht durch den Punktschweißvorgang versperrt werden. Dies könnte zwar dadurch erreicht werden, daß die Winkelstellung des Wirbelpfropfens um seine Achse in Bezug auf die Punkte, an denen die Punktschweißung durchgeführt wird, sorgfältig geprüft wird, doch hat sich gezeigt, daß eine solche Prüfung gewöhnlich überflüssig ist, wenn die Schweißstellen in gleichmäßigem Abstand längs des Umfangs verteilt werden, und wenn die Zahl der verwendeten Schweißstellen so von derZahl der Nuten 9 abweicht, daß sichergestellt ist, daß dann, wenn eine der Schweißstellen im wesentlichen bei einer der Nuten 9 liegt, die anderen Nuten 9 von den Schweißstellen entfernt liegen. So ist im dargestellten Ausführungsbeispiel angenommen worden, daß drei gleichmäßig längs des Umfangs des Hornäbschnitts 6 verteilte Schweißstellen zumIt is important to keep the vortex plug 10 and the perforated disc firmly in place because of the ultrasonic vibration Effect of the horn section 6 must withstand. It has been shown to be very satisfactory Way can be achieved in that the vortex plug with the aid of a radially on the outer surface of the Hornäbschnitts 6 is connected to the wall of the bore 13 according to the arrow Y by spot welding. So a reliable one Operation of the grooves 9 is guaranteed, at least the greater part of these grooves must not be caused by the spot welding process be blocked. This could be achieved by adjusting the angular position of the vortex plug is carefully checked about its axis with respect to the points where the spot welding is carried out, however It has been shown that such a test is usually unnecessary if the welds are evenly spaced distributed along the circumference, and if the number of welds used differs from the number of grooves 9, that it is ensured that when one of the welds lies essentially at one of the grooves 9, the other grooves 9 are away from the welds. So it has been assumed in the illustrated embodiment that three welds distributed evenly along the circumference of the horn section 6 for

? 0 ^r< 'i H ? / π ft ί i ? 0 ^r <'i H? / π ft ί i

Befestigen eines Wirbelpfropfens 10 mit vier Nuten 9 verwendet werden. Die Lochscheibe 8, in der die Auslaßöffnung 8a angebracht ist, ist ebenfalls durch Elektronenstrahlschweißen in der Bohrung 13 befestigt, doch wird in diesem Fall der Elektronenstrahl am Umfang der Lochscheibe in axialer Richtung angewendet, wie durch den Pfeil X gezeigt ist. Die erzeugte Schweißstelle verläuft kontinuierlich 'längs des gesamten Umfangs der Lochscheibe 8, so daß eine wirksame Abdichtung zwischen dem Umfang der Lochscheibe und der Wand der Bohrung 13 und auch eine Befestigung der Lochscheibe 8 gewährleistet werden.Fastening a vortex plug 10 with four grooves 9 can be used. The perforated disc 8 in which the outlet opening 8a is also secured in the bore 13 by electron beam welding, but in FIG In this case the electron beam is applied to the circumference of the perforated disc in the axial direction, as indicated by the arrow X is shown. The weld that is produced runs continuously along the entire circumference of the perforated disk 8, so that an effective seal between the circumference of the perforated disc and the wall of the bore 13 and also a fastening of the Perforated disk 8 can be guaranteed.

PatentansprücheClaims

Ί0 9B H° / P« 1 L Ί 0 9B H ° / P «1 L

Claims (8)

Patehtanspr ü'c h ePatent claims Flüssigkeitszerstäubungsdüse zur Verwendung mit einer Ultraschall-Vibrationseinrichtung, die die Düse in Längsschwingungen versetzt, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem in Längsrichtung verlaufende^ Flüssigkeitskanal ausgestatter Düsenkörper vorgesehen ist, daß am Ende des Flüssigkeitskanals eine öffnung liegt, die über Wirbelkanäle mit dem Flüssigkeitskanal in Verbindung steht, daß die Wirbelkanäle in eine Wirbelkammer führen, deren Durchmesser größer als der der öffnung ist, und daß die Wirbelkammer zwischen den Wirbelkanälen und der öffnung angeordnet ist.Liquid atomizing nozzle for use with an ultrasonic vibration device, which sets the nozzle in longitudinal vibrations, characterized in that one with one in the longitudinal direction extending ^ liquid channel equipped nozzle body is provided that at the end of the liquid channel an opening is located, which is connected to the fluid channel via vortex channels, that the vortex channels in a vortex chamber lead whose diameter is greater than that of the opening, and that the vortex chamber between the vertebral canals and the opening is arranged. 2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß" die Wirbelkanäle, die Wirbelkammer und die" öffnung in dem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Ausgangsabschnitt eines Schwingungswandlerkörpers mit abgestuftem Horn angebracht sind.2. Nozzle according to claim 1, characterized in that "the vortex canals, the vortex chamber and the opening in the small-diameter outlet section of a vibration transducer body with stepped horn are attached. 3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkanäle durch die Zusammenwirkung der Wand einer Bohrung im Außenende des Flüssigkeitskanals mit Nuten in der Umfangsfläche eines in dieser Bohrung befestigten Pfropfens gebildet sind.3. Nozzle according to claim 1 or 2, characterized in that the vortex channels by the interaction of the wall of a Bore in the outer end of the liquid channel with grooves in the circumferential surface of a fixed in this bore Plug are formed. 4. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfropfen mit Hilfe einer durch die Wand des Flüssigkeitskanals ausgeführte Punktschweißung in der Bohrung befestigt ist.4. Nozzle according to claim 3, characterized in that the plug is fastened in the bore with the aid of a spot weld carried out through the wall of the liquid channel is. 5. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfropfen mit Hilfes einer durch die Wand des Flüssigkeitskanals ausgeführten Elektronenstrahl-Punktschweißung in der Bohrung befestigt ist.5. Nozzle according to claim 3, characterized in that the plug with the aid of an electron beam spot weld carried out through the wall of the liquid channel in the Hole is attached. 22319U22319U 6. Düse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Punktschweißungen an im gleichen Abstand voneinanderliegenden Stellen rund um den Flüssigkeitskanal keinen gemeinsamen Teiler mit der Zahl der Nuten in dem Pfropfen hat.6. Nozzle according to claim 4 or 5, characterized in that the number of spot welds are at the same distance from each other Places around the liquid channel have no common divisor with the number of grooves in the plug. 7. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung in einer Scheibe angebracht ist, die mittels einer Umfangsnahtschweißung in der Bohrung befestigt ist.7. Nozzle according to claim 3, characterized in that the opening is mounted in a disk which is fastened by means of a circumferential seam weld in the bore. 8. Düse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse durch Verwendung eines axial gerichteten Elektronenstrahls mittels einer Umfangsschweißung befestigt ist.8. A nozzle according to claim 7, characterized in that the nozzle is made by using an axially directed electron beam is attached by means of a circumferential weld.