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Druckzerstäuberbrenner Die Erfindung bezieht sich auf einen Zerstäuberbrenner
für flüssigen Brennstoff, der eine Wirbelkammer mit zentraler Auslaßmündung und
zumindest zwei tangential eingeführten Einlaßöffnungen oder Öffnungsgruppen besitzt,
in die Brennstoff unter Druck eingeführt wird und die durch einen Schieber mit mindestens
zwei Einstellungsmöglichkeiten geregelt werden. In der einen dieser Stellungen gibt
der Schieber die Of"tnungen .ganz oder teilweise gerade so viel frei, daß der schwächstmögliche
Brennstoffzustrom eingelassen wird, und in der anderen öffnet er den Rest der gesamten
Öffnungsfläche, um den stärksten Brennstoffzufluß zu gestatten. Auf derartige Brenner
wird im folgenden als auf »Brenner der beschriebenen Art« Bezug genommen.
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Die Schiebervorrichtung kann in solchen Brennern in Form eines Kolbens
ausgeführt sein, der in seiner hinteren Stellung die gesamte Öffnungsfläche freigibt
und von dieser Stellung aus vorwärts bewegt werden kann, so daß er während dieser
Bewegung mit seiner Vorderkante einen anwachsenden Teil der Öffnungsfläche nach
und nach abschließt, bis die Stellung für den schwächsten Brennistoffzufluß erreicht
ist. In einigen Fällen kann der Kolben zu weiterer Vorwärtsbewegung fähig sein,
um die gesamte Öffnungsfläche abzuschließen. Der Einlaß nach der Wirbelkammer
kann
die Form axial verlaufender schlitzartiger Öffnungen annehmen, so daß, wenn sich
der Kolben vorwärts bewegt, aneinander anschließende Teile der Öffnungen abgeschlossen
werden, oder es können in axialer Richtung angeordnete Gruppen von Öffnungen vorgesehen
sein, so .daß die Öffnungen jeder Gruppe während einer solchen Vorwärtsbewegung
der Reihe nach abgedeckt werden. In diesem Falle ist es in der Regel zweckdienlich,
die Öffnungen einer Gruppe aus ein und derselben Brennstoffzuleitung zu speisen.
Bei einer anderen Form des Brenners der beschriebenen Art werden jedoch die verschiedenen
Öffnungen jeder Gruppe innerhalb des Brennerkörpers von einer eigenen Brennstoffleitung
versorgt, und der Schieber isst so eingerichtet, daß er bei ihrer Einstellung auf
stärksten Brennstoffzufluß alle diese Leitungen öffnet und in ihrer Einstellung
für den schwächsten Brennstoffzufluß beispielsweise alle Leitungen bis atif eine
verschließt. Dabei sind die Öffnungen oder Öffhungsgruppen in beiden Fällen rings
um den Umfang der Wirbelkammer in gleichen Abständen angeordnet.
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In Brennern der beschriebenen Art ist der Öffnungswinkel des aus der
Auslaßöffnung austretenden Zerstäuberkegels bei dem stärksten Brennstoffzufluß beträchtlich
kleiner als bei dem schwächsten Brennstoffzufluß. Es ist indessen im allgemeinen
erwünscht, daß der Öffnungswinkel des Zerstäuberkegels mit wachsender Belastung
so wenig als möglich abnimmt, sei es, daß der Brenner bei Gasturbinen oder bei anderen
Verbrennungskammern gebraucht werden soll. So hat beispielsweise die beträchtliche
Änderung des Kegelwinkels, welche für Brenner der beschriebenen Art typisch ist,
gegen ihre Verwendung bei Gasturbinen gesprochen, obwohl sie den' Vorteil eines
breiten Belastungsbereiches bieten.
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Ein anderer Fall, bei dem die Änderung des Kegehvinkels besonders
zu beanstanden ist, ist die Verwendung eines Brenners mit einer Verbrennungskammer
mit einer runden, axial .gegen den Brennerkopf verschobenen Ei Maßöffnung. In einem
solchenFalle ist es zur Erzielung des höchstmöglichen Wirkungsgrades der Verbrennung
notwendig, daß der Zerstäubarkegel tangentläl zur Eintrittsöffnung der Verbrennungskammer
liegt. Wenn sich daher der Öffnungswinkel mit der Belastung ändert, kann diese Bedingung
für den höchsten Wirkungsgrad nur bei einer speziellen Belastung erfüllt sein.
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Gemäß der Erfindung wird ein Brenner der beschriebenen Art angegeben,
bei dem die Abnahme des Öffnungswinkels des Zerstäuberkegels mit zunehmendemBrennstoffzufluß
herabgesetzt ist. Nach der Erfindung sind die Öffnungen oder Teile derselben, die
nach und nach infolge der Bewegung des Schiehers aus der Stellung für schwächsten
Brennstoffzufluß nach der Stellung für stärksten Brennstoffzüfluß geöffnet werden,
tangential vu Kreisen angeordnet, deren Radien allmählich anwachsen. Der Hinweis
auf die tangentiale Anordnung einer Öffnung bezieht sich auf die in Richtung des
hindurchtretenden Brennstoffzuflusses gelegene Achse dieser Öffnung.
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Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Fig. i ist ein Längsschnitt durch einen Brenner nach der Erfindung;
Fig. z ist eine Seitenansicht der Wirbelbüchse des in Fig. i gezeigten Brenners;
Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2; Fig.4 ist ein Längsschnitt
einer Wirbelbüchse in abgeänderter Form, und Fig. 5 ist ein Querschnitt durch die
in Fig. 4 gezeigte Büchse, in dem' jedoch die Schnitte durch Öffnungen verschiedener
Höhenlage als in einer Ebene liegend angegeben sind.
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Der in. Fig. i gezeigte Brenner umfaßt ein hohles Gehäuse i, auf dessen
vorderem Ende (d. i. in der Fig. i das untere Ende) Gewinde für eine Kappe 2 aufgeschnitten
ist. Diese hält eine Mündungsscheibe 3 und eine mit Flansch versehene Wirbelbüchse
4 in ihrer Lage. Die Büchse 4 ist in Fig. 3 im Querschnitt mit einem im allgemeinen
dreieckigen Umriß gezeigt, obwohl auch andere Formen, wie quadratische, runde oder
vieleckige, verwendet werden können. In jedem Fall hat die Büchse eine zylindrische
Bohrung, in der ein Regelkolben 5 sitzt. Dieser ist mit geeigneten Mitteln auf dem
unteren Ende einer Stange 6 befestigt, beispielsweise aufgeschraubt, und durch eine
Gegenmutter 7 festgehalten. Das obere Ende der Stange -6 läuft mit aufgeschnittenem-
Gewinde in dem Muttergewinde des inneren _ Brennergehäuses, so daß der Kolben 5
durch Drehen des Regelgriffes 8 axial in der Büchse 4 verschoben werden kann. Der
Kolben könnte anstatt unter Verwendung der abgebildeten Anordnung auch durch andere
mechanische Mittel oder durch hydraulische oder elektrische Mittel gesteuert werden.
Der Brennstoff wird unter Druck durch einen Einheitsanschluß 9 in das Innere des
Gehäuses i eingelassen.
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Eine Wirbelkammer fo mit der Auslaßmündung i i ist teils in der Mündungsscheibe
3 und teils in der Büchse 4 ausgespart. Die Kammer fo wird an ihrer Rückseite durch
die Vorderfläche de: Kolbens 5 begrenzt. In jeder der drei Flächen der Wirbelbüchse
4 sind übereinstimmende Schlitze 12 vorgesehen, und diese Schlitze stellen die Einlaß-.
öffnung dar, durch welche der Brennstoff aus dem Innern des Gehäuses i in die Wirbelkammer
fo fließen kann. Der Regelkolben 5 ist in Fig. i in seiner vordersten, dem schwächsten
Zufluß entsprechenden Lage gezeigt. In dieser Stellung sperrt er sämtliche Öffnungen
12 bis auf einen kleinen Teil i2a an ihren vordersten Enden. Dieser Teil i2a jeder
Öffnung läßt. die schwächste für den Brennerbetrieb mögliche Brennstoffzufuhr in
die Wirbelkammer fo zu. Wird der Kolben 5 zurückgezogen, so werden allmählich anwachsende
Teile und schließlich die Vollfläche der Schlitzei?- geöffnet, was den Brennstoffzufluß
auf seinenHöchetwert ansteigen läßt. '
Wie aus den Fig. 2 und 3
ersehen werden kann, ist die Längsachse jedes Schlitzes 12 gegen denjenigen Achsenschnitt
(z. B. 15) der Wirbelkammer geneigt, welcher zu der Richtung der Flüssigkeitsströmung
in diesem Schlitz parallel verläuft, mit dem Ergebnis, daß die beim Zurückziehen
des Kolbens 5 allmählich freigelegten Teile der Öffnungen tangential zu Kreisen
mit allmählich wachsenden Radien verlaufen. Folglich ist die Abnahme des Öffnungswinkels
des von der Öffnung i i ausgehenden Zerstäuberkegels bei wachsender Brennstoffzufuhr
gering im Vergleich zu derjenigen, d.ie in einem ähnlichen Brenner auftreten würde,
bei dem, wie bisher üblich, die Längsachsen der Schlitze in der Wirbelbüchse parallel
zu der Achse der Wirbelkammer verlaufen. In dem erläuterten Fall ist die Winkeländerung
des Zerstäuberkegels bei Übergang vom schwächsten zum stärksten Brennstoffzufluß
auf diese Weise um ungefähr 2:o° geringer geworden.
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Aus den Fig.2 und 3 kann überdies ersehen werden, daß sich .die Schlitze
12 etwas verjüngen und an der Rückseite weiter sind als vorn. Jedoch ist diese Verjüngung,
welche vorgenommen wurde, um eine bestimmte Charakteristik für die Zuflußregelung
zu erhalten, für die Erfindung nicht wesentlich. Ebenso ist es nicht wesentlich,
daß die vorderste Stellung des Kolbens 5 der in Fig. i gezeigten Stellung für schwächsten
Brennstoffzufluß entspricht. Nach Wunsch kann der Kolben für weitere Vorwärtsbewegung
eingerichtet sein, um die Schlitze 12 vollständlig zu schließen.
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Nach den Fig.4 und 5 hat die dargestellte Wirbelbüchse im Ouerschnitt
einen im allgemeinen quadratischen Umriß, und jede Seitenfläche ist in Richtung
der Brennerachse mit einer Gruppe von vier tangentialen Löchern 13a, 13b, 13c und
13d versehen. DieBüchse 14kannbeideminFig. igezeigten Brenner an Stelle der Büchse
4 verwendet werden, so daß der Regelkolben 5 in seiner Stellung für schwächsten
Brennstoffzufluß alle Löcher bis auf 13" schließt. Es ist ersichtlich, daß
die Mittelpunkte der Löcher jeder Gruppe auf einer Linie liegen, die geneigt ist
gegen die durch die Achse der Wirbelkammer geführte Ebene, welche parallel zu der
Einströmrichtung des Brennstoffs durch die Öffnungen dieser Gruppe läuft, mit dem
Ergebnis, daß die Wirkung dieser Büchse der in den Fig. 2 und 3 gezeigten entspricht.
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Nach Wunsch können die Löcher in jeder Fläche der Büchse 14 gegen
diejenigen in den gegenüberliegenden Flächen versetzt ,sein, so daß die Änderung
des Flüssigkeitszuflusses infolge der Kolbenbewegung stetig statt stufenweise erfolgt.
In diesem Fall ist es zweckdienlich, eines der Löcher von zwei gegenüberliegenden
Flächen der Büchse wegzulassen. Es muß indessen betont werden, daß die stetige Änderung
der Brennstoffzufuhr für d!ie Erfindung nicht wesentlich ist, da diese auch auf
Brenner anwendbar ist, bei denen der Zufluß nur zwei oder wenige Werte annehmen
kann. Beispielsweise kann die Erfindung auf den .sogenannten Duplexbrenner angewendet
werden, bei dem wenigstens zwei durch getrennte Zuleitungen im
Brennergehäuse
gespeiste Gruppen von Wirbelöffnungen vorhanden sind. Jede Gruppe besteht aus einer
kleineren und einer größeren Öffnung, von denen die kleinere nur die nötige Größe
für den Einlaß der schwächsten Brennstoffmenge besitzt, während beide zusammen den
höchstmöglichen Brennstoffzufluß ergeben. Die Zuführung für die kleineren Öffnungen
ist dauernd geöffnet, während diejenige für die größeren Öffnungen durch einen Schieber
geregelt wird. Wird die Erfindung auf diese Brennerart angewendet, so wird die kleinere
Öffnung dieser Gruppe tangential zu einem Kreise von kleinerem Radius angeordnet
als die größere Öffnung.