DE2708889A1

DE2708889A1 - Brenner fuer fluessigen oder gasfoermigen brennstoff

Info

Publication number: DE2708889A1
Application number: DE19772708889
Authority: DE
Inventors: Bernard Vollerin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1977-02-25
Publication date: 1977-09-01
Also published as: FR2342462B1; DE2708889C2; GB1537657A; US4171946A; BE851772A; IT1077511B; CA1057645A; JPS52106128A; CH609438A5; FR2342462A1

Description

PATENTANWÄLTE

tfferkörner<L QtJey

D-1 BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE D-8 MÜNCHEN S3 ■ WIDENMAYERSTRASSE 4Θ PIETRO FASCIONE

Α»^_,_ . _Italien BERLIN:

DIPL.-ΙΝβ. R. MÜLLER-BÖRNER

MÜNCHEN: DIPL.-INQ. HANS-HEINRICH WEY DIPL.-ΙΝΘ. EKKEHARD KÖRNER

Berlin, den 25. Februar 1977

Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff

(Schweiz, Hr. 2417/76 von 27. Februar 1976

7 Seiten Beschreibung 2 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnung

ifi» - 27 109

709835/1013

BERLIN: TELEFON (03O) 8313088 KABEL: PROPINDUS · TELEX 01 84OB7 MÖNCHEN: TELEFON (O80) 03 56 88
KABEL: PROPINDUS · TELEX 0534344

Di« Untersuchungen Über die Verbrennung einer Fluidströmung in einer Brennkammer haben gezeigt, daβ es gut ist, eine sehr intensiv« interne Umwälzung der Verbrennungsprodukte und eine Verankerung der Planne sicherzustellen, damit die Verbrennung stabilisiert wird. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind« ist es Möglich« den Luftüberschuß für eine Bacharach-zahl in den Verbrennungegasen von annehmbarem Niveau zu verringern.

Bin besonders wirksames Mittel zur Gewährleistung dieser Umwälzung gemeinsam mit der Verankerung der Flamme in der Brennkammer besteht darin« den gasförmigen Zündstoff in diese Kammer einzuleiten« indem man ihm eine schraubenförmige Bewegung um die Achse einer Brennstoff-Einspritzleitung gibt. Diese Art Turbulenzströmung« die unter der angelsächsischen Bezeichnung "swirl" bekannt ist« erzeugt einen toroidalen Wirbel« der eine stark« intern« Umwälzung der Mischung von gasförmigem Zündstoff und eingespritztem Brennstoff und der Verbrennungeprodukte hervorrruft« wodurch ihr« Reaktionschance« d.h. ihre Chance vollständiger Verbrennung erhöht und eine kräftige Durchwirbelung des Gänsen gewährleistet wird.

Je intensiver der "swirl" ist« d.h. je bedeutsamer das kinetische Drehmoment in bezug auf die Gröfie der Axialbewegung ist« umso mehr erweitert sich der toroidale Wirbel in Richtung auf die Einspritzdüse« wenn diese sich auf der den "swirl" erzeugenden Achs« befindet. Wenn dieser Wirbel noch nicht vollständig verbrannt« Brennstoffteilchen transportiert« setzt sich Rueschwarz oder im Fall eines flüssigen Brennstoffs Heizöl auf der Einspritzdüse ab und sammelt sich dort an« was nach und nach die Zerstörung di«s«r Dus« hervorruft.

709835/1013

•f.

Ute diesen Nachteil zu vermeiden, ist bereits in dem schweizerischen Patent Nr. ... ... (Anmeldung 16 208/75) vorgeschlagen worden, eine ringförmige Kammer um die Düse anzuordnen, die sich rechte vom Ausspritzende der Düse öffnet und in die ein Teil der Nasse des vom Speiseventilator des Brenners gelieferten Zündgases geleitet wird.

Wenn die Wirksamkeit dieser Maßnahme bewiesen worden ist, so ist gleichzeitig festgestellt worden, daß das axial in einem ringförmigen konzentrisch um die Dttse verlaufenden Bereich verteilte Verbrennungsmittel Strömungebedingungen schuf, die mit der Entflammbarkeit des Gemisches Brennstoff/Zündstoff verträglich waren,

Dagegen "steigt" der von einem intensiven "swirl" erzeugte toroidale Wirbel bis in den Hals des Brenners auf, indem er der Außenseite der Wand der ringförmigen Kammer folgt, und lagert Brennstoffteilchen ab, die sich ansammeln und in Kohle und Teer umwandeln, was diese Wand verschmutzt. Diese Brennstoffteilchen können sich auf jedem angetroffenen Hindernis ansammeln, wie auch immer dessen Oberfläche gestaltet ist. Auf diese Weise sammeln sich auch die Brennstoffteilchen auf der Oberfläche am Ende der Wand der röhrenförmigen Kammer an, die nur einen Millimeter stark ist· Dieser "Aufstieg" oder diese Bewegung zum oberen Ende einer Strömung mit starkem "swirl" materialisiert sich durch einen oder mehrere Abfallpunkte und axiale, lokale Geschwindigkeiten, die in bezug auf die mittlere Strömung entgegengesetzt verlaufen; es handelt sich dabei in gewisser Weise um einen "Wirbelbruch" ("vortex breakdown").

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Bildung derartiger Ablagerungen zu vermeiden.

709835/1013

■:'JI HI

Zu dieaam Zweck betrifft die Erfindung einen Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff mit einer zur Einmündung in eine Brennkammer bestimmten Verteileröffnung, der eine Quelle eines unter Druck stehenden gasförmigen Zündstoffes, einen Wirbel-Generator zwischen der Quelle und der öffnung und eine sich koaxial su der öffnung erstreckende Einspritzdüse für den Brennstoff enthält. Für einen solchen Brenner wird erfindungsgemäe vorgeschlagen, das der Querschnitt der öffnung eine unmittelbar stromabwärts vom Ausspritzende der Düse und nahe einem sich stromaufwärts von der öffnung erstreckenden erweiterten Teil gelegene Verengung aufweist« wodurch dem durch diese Verengung strömenden Zündstoff •in« Beschleunigung erteilt wird, um zu verhindern, daβ der durch den "swirl" erzeugte toroidale Wirbel den Bereich der Einspritzdüse erreicht·

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungen der Erfindung werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungebeispiele näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäe ausgebildeten Brenner·

Der Kopf des Brenners 1 weist ein Spiralgehäuse 2 auf, das in •einer Mitte eine Düsenhalterung 3 aufnimmt, durch die axial eine öffnung verläuft, in der eine Zerstäuberdüse 4 für aus einer nicht dargestellten, unter Druck stehenden Fluidquelle gespeisten flüssigen oder gasförmigen Brennstoff angeordnet ist. Dieses Spiralgehäuse ist mit dem Ausgang eines Gebläses S verbunden, der die Quelle des unter Druck stehenden gasförmigen Zündstoffes darstellt. Das Spiralgehäuse 2 ist mit einem Wirbel-Generator versehen und weist su diesem Zweck eine feste Beschaufelung 6 auf« deren Schaufelblätter entsprechend der Intensität des gewOnachten "awirl" auegerichtet aind. Diese Beschaufelung 6 steuert

709835/1013

den Zugang zur mittleren« konzentrisch zur Düse 4 verlaufenden Verteileröffnung 2a des Gehäuses 2.

Diese Verteileröffnung verbindet das Spiralgehäuse 2 mit einem am Eingang der Verbrennungskammer angeordneten Flammen topf 7, deren Begrenzungslinien in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Dieser Topf weist benachbart zur verteileröffnung 2a des Gehäuses 2 einen konischen Teil 7a und einen zylindrischen Teil 7b auf.

Die Beschaufelung 6 ist formschlüssig mit einer an der DUsenhalterung 3 befestigten Scheibe 8 verbunden, wobei deren umfang einen Rand 8a aufweist« der sich über die Fläche der Scheibe 8 erstreckt« die gegenüber der die Beschaufelung 6 tragenden Fläche liegt. Dieser Rand 8a liegt auf der Innenwand des Gehäuses 2 auf und bildet dadurch einen ringförmigen Behälter 9« der mit dem Rest des Gehäuses 2 durch den Rand 8a durchquerende öffnungen 8b in Verbindung steht.

Die Düsenhai lterung 3 hat radiale Durchlässe 3a, um einerseits durch eine in der Düsenhalterung 3 befindliche Vertiefung und andererseits durch eine die DUsenhalterung 3 in Richtung auf die Brennkammer verlängernde Hülse 11 eine Verbindung mit einer ringförmigen« um die Düse 4 gebildeten Kammer Io herzustellen« die merklich rechts vom Ausspritzende der Düse 4 endet« wodurch eine Austrittsöffnung lOa für die ringförmige Kammer 10 gebildet wird.

In den ringförmigen Raum zwischen der Verteileröffnung 2a des Spiralgehäuses 2 und der AuAenfllche der Hülse 11 erstreckt sich eine Reihe von Gebläseflügein 12. Diese Flügel bilden in bezug

709835/1013

2708389

Λ.

auf dia Längsachse dar OUse 4 einen Winkel, wobei dieser Winkel ala Funktion dar gewünschten Intensität für den "swirl" gewählt wird» d.h. als Funktion der Bedeutung des kinematischen Drehmoments in bezug auf die Quantität der Axialbewegung, die die Intensität des toroidalen Wirbels bestimmt. Die Austrittskanten dieser Flügel verlaufen koplanar zur Austritteöffnung lOa der ringförmigen Kammer 10. Diese FlUgel haben die Aufgabe, die Intensität des durch die Beschaufelung 6 erzeugten "swirls" mit Genauigkeit zu bestimmen.

Zwischen den Auetrittskanten der FlUgel 12 und dem Beginn des konischen Teils 7a des Topfes 7 bildet der DurchlaSquerschnitt für da* Zündstoff gas eine ringförmige Verengung 13, deren Aufgabe ·· ist, «ine sehr, lokale Beschleunigung des Zündstoff gases zu erzeugwi, unmittelbar bevor es in den konischen Teil 7a des Topfes 7 eindringt.

Diese ringförmige Verengung 13 spielt die Rolle einer echten dynamischen Schranke gegenüber den im Inneren der Swirl -Strömung des Verbrennungsgases erzeugten, durch die öffnung 2a quer durch die Flügel 12 ausströmenden toroidalen Wirbel.

Wenn das Gebläse 5 das Spiralgehäuse 2 mit Luft oder mit einem Gemisch aus Luft und Verbrennungsgas oder irgendeinem anderen geeigneten gasförmigen Zündstoff speist, teilt sich dieses Verbrennungsmittel in zwei Teile, von denen der gröflere Teil (in der Größenordnung von 75% bis 90%) durch die feste Beschaufelung 6 strömt, die die Swirl-Strömung um die Düse 4 herum bildet.

Der andere Teil des Verbrennungsmittels wird dank des durch die Öffnungen 6b, die radialen Durchlässe 3a und die ringförmige

709835/1013

Kammer Io gebildeten Weges in dem Spiralgehäuse 2 entnommen und strömt durch die öffnung lOa axial aus. Der Teil des gasförmigen Zündstoffs unter Druck, der auf diesem Weg ausgetrieben wird, hat die Aufgabe, eine Belüftung des Endes der Düse 4 zu bilden, um die nicht verbrannten Teilchen des Brennstoffs oder alle anderen in dem durch den Swirl erzeugten toroidalen Wirbel mitge-. nommenen Teilchen daran zu hindern, sich auf der Oberfläche der Düse 4 abzulagern und sie zu verschmutzen. Er ermöglicht auch, im Zentrum der Turbulenzströmung einen Bereich zu bilden, in dem die Strömungsgeschwindigkeiten geringer sind, als wenn die Turbulenz sich bis zur Achse der Düse 4 erstrecken würde. Dieser Mittelbereich erlaubt es, die Strömungsgeschwindigkeiten zu verringern, um sie mit den Bedingungen der Entflammbarkeit des Gemisches von Brennstoff und Zündstoff verträglich zu machen, deren Zündquelle durch einen Satz Elektroden 14 gebildet wird.

Die ringförmige Verengung 13 ruft eine Verringerung des Durchgangsquerschnitts für die durch die öffnung 2a und die Hülse 11 ausströmenden Fluide hervor. Diese Verengung erzeugt eine sehr lokalisierte Beschleunigung, deren Aufgabe es ist, sich den im Mittelpunkt der Turbulenzströmung gebildeten toroidalen Wirbeln entgegenzustellen, die dazu neigen, zur öffnung 2a hin "aufzusteigen" und Brennstoffteilchen an den aus den Stärken der Flügel 12 und der Wand der Hülse 11 gebildeten Endflächen abzulagern .

Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, daß nach etwa zehn Betriebsstunden keinerlei Ablagerungen von Brennstoffteilchen auf den Endflächen der Flügel 12 und der Hülse 11 stattgefunden haben.

Patentansprüche: - 27 109

709835/1013

Claims

Patentansprüche x

Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff mit einer zur Einmündung in eine Brennkammer bestimmten Verteileröffnung, der eine Quelle eines unter Druck stehenden gasförmigen Zündstoffes, einen Wirbel-Generator zwischen der Quelle und der öffnung und eine sich koaxial zu der öffnung erstreckende Einspritzdüse für den Brennstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daβ der Querschnitt der Öffnung (2a) eine unmittelbar stromabwärts vom Ausspritzende der Düse (4) und nahe einem sich stromabwärts von der öffnung erstrekkenden erweiterten Teil (7a) gelegene Verengung (13) aufweist, wodurch dem durch diese Verengung strömenden Zündstoff eine Beschleunigung erteilt wird, um zu verhindern, daβ der durch den "swirl" erzeugte toroidale Wirbel den Bereich der Einspritzdüse erreicht.

2· Brenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ringförmige die Düse (4) zumindest in ihrem Teil nahe ihrem Ausspritzende umgebende und sich axial konzentrisch zu der Düse öffnende Kammer 10 und durch eine Einrichtung, um in diese ringförmige Kammer einen Teil der aus der Quelle (5) stammenden Masse des Verbrennungemittels mit-

(|8e/*m - 27 109

709835/1013