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Vorrichtung zur Brennluftförderung in einem Gebläsebrenner für Gase, Flüssigkeiten oder Staube Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Brennluftförderung in einem Gebläsebrenner für Gase, Flüssigkeiten oder Staube, unter Verwendung eines Querstromgebläses, dessen Durchsatz die Form einer Wirbelströmung mit einer zur Drehachse des Läufers exzentrischen, nur teilweise im Läuferinnern verlaufenden Wirbelkernströmung aufgezwungen ist.
Bekannte derartige Vorrichtungen enthalten ein Axial- oder Radialgebläse zur Brennluftförderung.
Die Verwendung dieser Gebläsearten hat den Nachteil, dass sich ihr Durchsatz bei geringer Änderung des Druckes ausserordentlich stark ändert. Um den Gebläsedurchsatz trotzdem stabil zu halten, müsste beispielsweise ein Hochdruckgebläse mit einer vorgeschalteten Blende verwendet werden, was einen erheblich grösseren Kosten- und Energieaufwand erfordert. Infolge der starken Durchsatzänderung bei kleinen Druckänderungen tritt bei den bekannten Vorrichtungen auch leicht die bekannte Erscheinung des Schwingens bzw. Brummens der Brennerflamme ein. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei den in bekannten Vorrichtungen verwendeten Gebläsen die höchsten Drucke bei sehr kleinenGebläsedurchsätzen liegen, so dass die Gebläse zwar für diese hohen Drucke ausgelegt werden müssen, jedoch bei wesentlich niedrigeren Drucken, d. h. höheren Durchsätzen betrieben werden.
Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei der Anwendung der bekannten Vorrichtungen in einem Wirbelflussbrenner, bei welchem die Verbrennungsluft mit einem Drall um die Brennerachse dem Brennerkopf zugeführt wird. Zur Erzeugung dieses Dralles müssen die bekannten Vorrichtungen besondere Leiteinrichtungen für die Gebläseluft vorsehen.
Zur Behebung der geschilderten Nachteile sieht die Erfindung vor, dass das Gebläse eine gegebenen- falls regelbare Nebenluftführung aufweist, um eine Luftförderung durch das Gebläse auch bei vollständiger Drosselung des Brennluftdurchtrittes durch den Brenner zu ermöglichen.
Das genannte Querstromgebläse, welches unter dem Namen Tangentialgebläse bekanntgeworden ist, besitzt eine Drosselkurve, welche im normalen Arbeitsbereich eines Gebläsebrenners einen vom Druck praktisch unabhängigen Durchsatz aufweist. Dadurch ist der Hauptnachteil der in bekannten Vorrichtungen verwendeten Gebläsearten behoben. Des weiteren liegt der höchste Druck beim Tangentialgebläse in der Nähe des normalen Arbeitsbereiches, während der Druck bei sinkendem Durchsatz gegen Null abnimmt.
DieGebläse müssen also lediglich für den im Arbeitsbereich vorkommenden Druck ausgelegt werden. Auch für die Anwendung in Wirbelflussbrennem haben die Tangentialgebläse den Vorteil, dass infolge der Wirbelbildung imGebläseinneren die aus dem Gebläse austretende Luft ein ausgesprochen unsymmetrisches Strömungsprofil aufweist. Wird daher der Austrittskanal des Gebläses tangential in ein Brennerrohr oder in einen Brennerkopf eingeführt, so ergibt sich von selbst eine gleichmässige Drallströmung derVerbrennungs- luft.
Um jedoch ein Tangentialgebläse in einem Brenner verwenden zu können, ist ein weiterer Erfindungsschritt notwendig. DerDruck eines Tangentialgebläses sinkt mit abnehmendem Durchsatz, d. h. mit steigender Drosselung gegen Null ab. Dieser Bereich, in welchem also der Druck mit dem Durchsatz ansteigt, ist bei einem Tangentialgebläse instabil und nicht ohne weiteres verwendungsfähig. Bei einem Brenner ist jedoch seineDrosselbarkeit bis zu sehr niederenDurchsätzen eine unabdingbareNotwendigkeit.
Zur Behebung dieser Schwierigkeit sieht die Erfindung daher die obengenannte Nebenluftführung vor, wo- durch das Gebläse auch bei starker Drosselung des Brennluftdurchtrittes durch den Brenner selbst in seinem
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stabilen Förderbereich verbleibt. Durch diese erfindungsgemässe Massnahme ist es möglich geworden, die obengenannten Vorteile des Tangentialgebläses bei der Anwendung in einem Brenner auszunutzen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Nebenluftführung als Rückführungsleitung für einen Teil der druckseitigen Gebläseluft zum Saugbereich des Gebläses auszubilden. Dadurch geht dem Luftkreislauf keine nennenswerte Energie verloren, da ja die bereits vom Gebläse geförderte und wieder zum Saugbereich zurückgeführte Luft mit einem Impuls wieder in das Gebläse eintritt. Eine andere Ausgestaltung sieht einen zwischen Gebläse und einem nachgeschalteten Fangdiffusor angeordneten Spalt vor, wobei ein grösserer oder kleinerer Anteil der Gebläseluft. je nach dem Drosselgrad, aus dem Spalt austreten kann. Die Erfindung gibt Einrichtungen an, in welcher Weise der Gebläsedurchsatz bzw. der durch die Nebenluftführung geführte Anteil an den jeweiligen Drosselgrad angepasst werden kann.
An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen Fig. l einen schematischen Schnitt durch einTangentialgebläse senkrecht zur Drehachse des Gebläseläufers, wobei die Geschwindig-
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eine schematische Darstellung des imLäufer eines Tangentialgebläses sich ausbildenden Wirbelfeldes, Fig. 3 eine graphische Darstellung der Drosselkurven bekannter Gebläsearten und eines Tangentialgebläses, Fig. 4 eine graphische Darstellung der Drosselkurve eines Tangentialgebläses sowie der Widerstandsparabel eines Brennersystems, Fig. 5 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung im Schnitt senkrecht zur Gebläseachse, Fig. 6 die graphische Darstellung verschiedener Drosselkurven bei verschieden starker Drosselung der Anordnung gemäss Fig. 5, Fig.
7 den schematischen Schnitt senkrecht zur Gebläseachse durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 8 und 9 der Fig. 6 entsprechende
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Darstellungen,schiedenenBrennerarten ergeben, Fig. 10 den schematischen Schnitt senkrecht zur Gebläseachse durch ein drittes Ausführungsbeispiel längs der Linie X-X in Fig. 11, Fig. 11 den schematischen Schnitt längs der Linie XI-XI in Fig. 10, Fig. 12 den schematischen Schnitt in der Gebläseachse durch ein viertes Ausfühführungsbeispiel, Fig. 13 einen schematischen Schnitt längs der Linie XIII-XIII in Fig. 12, Fig. 14 einen Teilschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 12, Fig. 15 einen schematischen Schnitt in der Gebläseachse durch ein fünftes Ausführungsbeispiel, Fig. 16 einen schematischen Schnitt gemäss der Linie XVI-XVI in Fig. 15, Fig.
17 einen schematischen Schnitt in der Gebläseachse durch ein sechstes Ausführungsbeispiel, Fig. 18 einen schematischen Schnitt gemäss der Linie XIX-XIX in Fig. 17, Fig. 19 einen schematischen Schnitt des Ausführungsbeispieles gemäss den Fig. 17 und 18 nach der Linie XX-XX der Fig. 19, Fig. 20 einen schematischen Schnitt in der Gebläseachse durch ein siebentes Ausführungsbeispiels Fig. 21 einen schematischen Schnitt in der Gebläseachse durch ein achtes Ausführungsbeispiel, Fig. 22 eine schematische Darstellung eines Tangentialgebläses mit graphischer Darstellung der Geschwindigkeitsverteilung im Austrittskanal des Gebläses.
Die Darstellung sämtlicher Figuren ist rein schematisch, d. h. die Figuren enthalten nur zur Erläuterung der Erfindung wesentliche Teile, wogegen alle zur Erläuterung nicht notwendigen Teile der erfindungsgemässen Vorrichtung bzw. des Brenners, an welchem die Vorrichtung angewendet ist, weggelassen sind.
In Fig. 1 ist ein in einer erfindungsgemässen Vorrichtung angewendetes Tangentialgebläse schematisch
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hende äussere Leitwände 5 und 6 zwingen dem Durchsatz des Gebläseläufers die Form einer Wirbelströmung mit einer Wirbelkernströmung 7 auf, welche zur Achse 3 exzentrisch liegt und nur teilweise im Läuferinneren verläuft. Der Durchsatz wird gemäss den Pfeilen 8 angesaugt, im Läuferinneren durch das Wirbelfeld stark umgelenkt und verlässt den Austrittskanal 9 des Gebläses gemäss den Pfeilen 10. Eine in das Gebläse eingezeichnete graphische Darstellung veranschaulicht die Geschwindigkeits- und Druckver-
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Zentrum 11 der Wirbelkernströmung 7 in willkürlichen Einheiten aufgetragen.
Die ausgezogen dargestellte Kurve 12 stellt die Strömungsgeschwindigkeit c in Abhängigkeit vom Abstand r dar, während die gestrichelt dargestellteKurve 13 den Druck p des Strömungsmediums in Abhängigkeit vom Abstand r wiedergibt. Die Marke 14 entspricht dabei dem Aussendruck, so dass sämtliche durch die gestrichelte Kurve 13 dargestellten Drucke negativ sind. Die Führung und starke Umlenkung des Durchsatzes durch das geschilderte Wirbelfeld ergibt die bekannten Vorzüge des Tangentialgebläses, das ist grosse Leistung bei kleiner Baugrösse, geringe Leistungsaufnahme im Vergleich mit in der Grösse vergleichbaren andern Gebläsearten sowie weitgehende Unabhängigkeit des Gebläsedurchsatzes vom Druck.
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Das im Inneren des Gebläseläufers 1 entstehende Wirbelfeld ist in Fig. 2 durch symbolische Stromlinien 21 dargestellt. Es sind jeweils für den ersten und zweiten Eintritt in das Gebläseschaufelgitter sowie für den ersten und zweiten Austritt aus demselben die aus dem Vektor u der Umdrehungsgeschwindigkeit des Gebläseläufers, dem Absolutgeschwindigkeitsvektor a des Durchsatzes und dem Relativgeschwindigkeitsvektor v zusammengesetzten Geschwindigkeitsdreiccke eingezeichnet. Im übrigen sind für gleiche Teile die Bezeichnungen aus Fig. l beibehalten.
In Fig. 3 ist in graphischer Darstellung ein Vergleich zwischen einem in bekannten Vorrichtungen verwendetenGebläse und einem Tangentialgebläse gezogen. Auf der Abszisse ist dabei der Gebläsedurchsatz V und auf derOrdinate der Druck p aufgetragen. Die gestrichelt gezeichnete Linie 31 stellt die sogenannte Widerstandsparabel eines aus Brenner und Abzugsrohr bzw. Kamin bestehenden Systems dar, wobei unter Widerstand der von einem den Brenner speisenden Gebläse zu überwindende Druck zu verstehen ist.
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eintritt. Eine derartige Durchsatzänderung ist jedoch unerwünscht, da sie zu ungleichmässigem Brennen und zum sogenannten Schwingen der Brennerflamme Anlass gibt.
Um mit einem Gebläse dieser Art eine etwa der gestrichelt gezeichneten Kurve 34 entsprechende Drosselkurve zu erzielen, bei welcher die Durchsatzveränderung in der Umgebung des Arbeitspunktes 33 auch bei grösserer Druckveränderung verschwindend klein bleibt, muss ein in Aufwand und Energieverbrauch kostspieliges Hochleistungsgebläse mit einer nachgeschalteten Blende verwendet werden. Bei Verwendung eines derartigen Gebläses müssen grosse Energieverluste in Kauf genommen werden. Die Drosselkurve 34 kann weitgehend angenähert werden durch Verwendung eines Tangentialgebläses. welches eine etwa der ausgezogen gezeichnetenKurve35 entsprechende Drosselkurve aufweist. Das der Drosselkurve 32 entsprechende Gebläse und das der Kurve 35 entsprechende Tangentialgebläse sind dabei in Baugrösse und Herstellungsaufwand vergleichbar.
Die Leistungsaufnahme des Tangentialgebläses ist wesentlich geringer und sinkt mit zunehmender Drosselung, d. h. sinkendem Durchsatz gegen den Wert Null ab. Mittels Antriebes eines Tangentialgebläses durcheinen Motor mit stark lastabhängiger Kennlinie kann daher die Drosselkurve 35 der Kurve 34 noch weiter angenähert werden, was in der gestrichelt gezeichneten Kurve 36 angedeutet ist.
In Fig. 4 ist ein Teil einer Widerstandsparabel 31 sowie ein in Fig. 3 der Übersichtlichkeit wegen nur zum Teil dargestellter Ast der Drosselkurve 35 eines Tangentialgebläses gezeigt. Zur Verdeutlichung des Sachverhaltes sind die beiden Kurventeile hier in anderem Massstab und stärker überhöht, d. h. für ein anderes System Gebläse, Brenner und Abzugsrohr dargestellt. Sie tragen daher in Fig. 4 die Bezeichnun-
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35'undgene Ast der Drosselkurve 35'ist bei einem Tangentialgebläse nicht ohne weiteres verwendbar, da infolge des starken Absinkens des Druckes bei sinkendem Durchsatz dasGebläse instabil arbeitet.
Um das Tangentialgebläse mit seinen geschilderten Vorzügen trotzdem in einem Brenner verwenden zu können, ist die erfindungsgemässe Nebenluftführung notwendig, welche eine Stabilisierung des Gebläses in dem dem instabilen Ast der Drosselkurve 35'entsprechenden Durchsatzbereich bewirkt.
In Fig. 5 ist rein schematisch eine Vorrichtung dargestellt, welche ein Tangentialgebläse und eine aus einer Rückführungsleitung vom Druck- zum Saugbereich des Gebläses bestehende Nebenluftführung enthält.
Der von den äusseren Leitflächen 51 und 52 umgebene Querstromläufer 53 saugt Luft aus dem Ansaugbereich 54 und stösst sie in einen Austrittskanal 55 aus. Das den Ansaugbereich, den Gebläseläufer und den Austrittskanal umfassende Gehäuse des Gebläses wird in geringem Abstand von einem zweiten Gehäuse 56 umschlossen, welches entlang der äusseren Kante 57 des Austrittskanales 55 sowie längs der gestrichelt gezeichneten Linie 58 luftdicht an das innere Gehäuse stösst. Die Wandungen des Austrittskanales 55 weisen allseitig schlitzartige Durchbrüche 59 auf, welche zum Teil direkt aus dem Austrittskanal 55 in den Ansaugbereich 54 oder in den aus der Wandung des Austrittskanales 55 und dem Gehäuse 56 gebildeten Kanal 60 münden. Vor dem Ansaugbereich 54 ist ein Ansaugkanal 61 angeordnet, in welchem eine Drosselklappe 22 schwenkbar gelagert ist.
Bei geringer Drosselung der Ansaugung mittels der Drosselklappe 62 ist der im Ansaugbereich 54 entstehende Unterdruck gering und die vom Gebläse geförderte Luft strömt fast ungehindert aus dem Austrittskanal 55 gemäss Pfeil'63 in die anschliessenden Teile eines Brenners. Bei Verstärkung der Drosselung mittels der Klappe 62 steigt der Unterdruck im Ansaugbereich 54 und die im
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Austrittskanal 55 befindliche Luft strömt zum Teil gemäss der Pfeile 64 und zum Teil gemäss den Pfeilen 65 durch den Kanal 60 und einen oder mehrere Durchbrüche 66 im Gebläsegehäuse in den Ansaugbereich 54 zurück. Dadurch kann trotz starkerDrosselung derGebläsedurchsatz so hoch bleiben, dass dasGebläse noch
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4zurückströmt, ist dabei abhängig vom Grad der Drosselung und damit vom Unterdruck im Ansaugbe- reich 54.
In Fig. 6 ist in einer den Fig. 3 und 4 entsprechenden graphischen Darstellung veranschaulicht. wie bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel dieDrosselkurve durch Betätigung der Drosselklappe 62 verschoben wird. Bei völlig geöffneter Drosselklappe 62 stellt sich etwa eine der Kurve 67 entsprechende
Drosselkurve ein, während sich dieKurve 68 bei mittlerer Drosselung und die Kurve 69 bei starker Drosse- lung ergibt. Die gestrichelt dargestellte Einhüllende 70 dieser Drosselkurven zeigt, dass die Drosselkurven insgesamt mit sinkender Drosselung zu höheren Drucken verschoben werden. Zum Vergleich ist die Dros- selkurve 71 eines Radialgebläses mit etwa gleichem Maximaldruck eingezeichnet.
Bei dieser Gebläseart sinkt der Druck p demnach mit sinkender Drosselung, d. h. mit steigendem Durchsatz V, was für den Be- trieb eines Brenners ausserordentlich nachteilig ist.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, wobei zur Verdeutlichung ledig- lich der Gebläseläufer 72, die beiden äusseren Leitwände 73 und 74 sowie der Austrittskanal 75 darge- stellt sind. Der an die Wirbelkernströmung 76 angrenzende Teil 77 der Wandung des Austrittskanales 75 sowie der dem Teil 77 gegenüberliegende Teil 78 sind um je eine zur Drehachse des Gebläseläufers 72 parallele Achse 79 bzw. 80 aus einer dem Verlauf der übrigen Wandungsteile des Austrittskanales anliegen- den, gestrichelt gezeichneten Stellung in eine ausgezogen gezeichnete Stellung ins Innere des Austritts- kanales hinein verschwenkbar.
Bei einer Verschwenkung der Klappe 77 aus der gestrichelt gezeichneten
Stellung in die ausgezogen gezeichnete Stellung stossen die aus der Nachbarschaft des Wirbelkerngebie- tes 76 stammenden Stromröhren gemäss Pfeil 81 auf eine an der vorderen Kante des Wandungsteiles 77 befestigte Fortsetzung 82 der äusseren Leitfläche 74, wodurch sie abgebremst werden und der Druck im
Gebläse erhöht wird.
Bei Verschwenkung des gegenüberliegenden Wandungsteiles 78 aus der gestrichelt gezeichneten Stellung in die ausgezogen gezeichnete Stellung strömt ein Teil des Gebläsedurchsatzes ge- mäss Pfeil 83 durch die entstandene Öffnung in den Aussenraum, wodurch bei Drosselung durch eine nicht gezeigte Drosseleinrichtung oder bei Änderung eines beispielsweise zusätzlich benutzten Kaminzuges eine ausreichende Förderung durch das Gebläse und damit ein stabiler Betrieb des Gebläses gewährleistet wird.
Die Fig. 8 und 9 zeigen zwei der Fig. 6 ähnliche graphische Darstellungen, welche je eine der ge- strichelt gezeichneten Kurve 70 in Fig. 6 entsprechende Einhüllende der durch Betätigung der Vorrichtung gemäss Fig. 7 erhältlichen Drosselkurven eines Tangentialgebläses darstellen. In Fig. 8 sind in gestrichelten
Linien die Widerstandsparabeln 84 bzw. 85 zweier verschiedener Brennersysteme eingezeichnet. Die Ein- hüllende 86, welche die durch Betätigung der Klappe 78 erhältlichen Drosselkurven umhüllt, ergibt je einenSchnittpunkt 87 bei niedrigemDurchsatz und 88 bei hohem Durchsatz, welche ungefähr mit den den beiden Widerstandsparabeln entsprechenden Arbeitspunkten zusammenfallen.
In Fig. 9 ist ausser der Widerstandsparabel 91 eines Brennersystems mit verhältnismässig niedrigem Widerstand ein Gegendruck angenommen, wie er etwa bei parallelgeschalteten Brennern auftritt und wel- cher die Widerstandsparabel etwa zu der gestrichelt gezeichneten Linie 92 anhebt. Bei derartigen Anord- nungen kann es wünschenswert sein, den Druck mit sinkendem Durchsatz ansteigen zu lassen. Dies wird durch Betätigung der Klappe 77 in Fig. 7 ermöglicht, wodurch sich eine der ausgezogen gezeichneten Li- nie 93 entsprechende Einhüllende der Drosselkurven ergibt, welche die Widerstandsparabel im Arbeits- punkt 94 schneidet.
Zur Verdeutlichung ist eine der innerhalb der Einhüllende 93 liegenden Drosselkur- ven für kleine Durchsätze in der gestrichelt gezeichneten Kurve 95 dargestellt, welche durch Einschwen- ken der Klappe 77 ins Innere des Austrittskanales 75 in Fig. 7 zu erzielen ist. Der Arbeitspunkt liegt in diesem Fall beim Schnittpunkt 96 der Drosselkurve 95 mit der Widerstandsparabel 92.
Bei dem in denFig. 10 und 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine dem Wandungsteil 78 in Fig. 7 entsprechende Klappe 101 vorgesehen, welche um eine zur Drehachse des Gebläseläufers 102 parallele
Achse 103 verschwenkbar ist. Mit der Klappe 101 sind sektorförmige Teile 104 fest verbunden und um die
Achse 103 verschwenkbar, welche die Seitenwände des Austrittskanales 105 darstellen, Gebläseläufer 102 und Austrittskanal 105 werden von einem weiten Gehäuse 106 mit etwa kreisförmigem Querschnitt um-
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weist, wobei in der einen Öffnung 107 beispielsweise der Antriebsmotor 108 des Gebläses zwecks Kühlung angeordnet werden kann und in der gegenüberliegenden0ffnungl09beispielsweise die Brennstoffpumpe110
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des Brenners,
welche auch vom gleichen Motor 108 betrieben werden kann. Die angesaugte Gebläseluft wird so ohne weiteren Platzaufwand zur Kühlung von Motor und Pumpe ausgenutzt. An den Austrittskanal 105 schliesst sich eir Rohrstutzen 111 an, welcher mittels eines Flansches 112 beispielsweise an die Eintrittsöffnung des Brenners angeflanscht werden kann. Liegt die Klappe 101 dem parallel zur Gebläsedrehachse verlaufenden Teil 113 des äusseren Gehäuses an, so tritt die aus dem Gebläseläufer kommende Luft ungehindert in den Rohrstutzen 111 ein.
Wird jedoch der Luftdurchsatz durch den Brenner gedrosselt, so muss dieKlappe 101 aus einer nicht dargestellten, der Wandung 113 anliegenden Stellung über die mit ausgezogenen Linien dargestellte Stellung mehr oder weniger weit in die mit gestrichelten Linien dargestellte Stellung verschwenkt werden, wodurch ein Teil der druckseitigen Gebläseluft anstatt in den Aus-
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kanales 105 entstandenen Öffnungen, sodann über den Motor 108 bzw. die Pumpe 110 und zusammen mit der gemäss den Pfeilen 115 bzw. 116 angesaugten Frischluft gemäss den Pfeilen 117 in den Ansaugbereich des Gebläses zurückströmt. Somit ist ein stabiler Betrieb des Gebläses auch bei starker Drosselung des Brennerdurchsatzes ermöglicht..
Bei dem in den Fig. 12-14 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dem von einem Motor 121 angetriebenen und von den Leitwänden 122 und 123 umgebenen Gebläseläufer 124 ein Fangdiffusor 125 nachgeschaltet, dessen Eintrittsquerschnitt 126 etwas kleiner ist als der Austrittsquerschnitt desAustrittskanalesl27 des Gebläses und welcher von diesem durch einenspalt 128 getrennt ist. Der Fangdiffusor 125 ist in einen Rohrstutzen 129 übergeführt, welcher zum Brenner leitet. Wie in Fig. 14 im Schnitt parallel zur Achse des Fangdiffusors dargestellt, ist die amEintrittsquerschnitt 126 gelegene Kante 130 des Fangdiffusors aus Geräuschgründen vorteilhaft abgerundet.
Die aus dem Austrittskanal 127 austretende Gebläseluft tritt nahezu vollständig in denFangdiffusor 125 ein, wenn der Spalt 128 sehr klein wird oder verschwindet. Es tritt dagegen ein kleinerer oder grösserer Anteil der Gebläseluft durch den Spalt 128 in den Aussenraum, wenn der Spalt 128 grösser wird, d. h. der Eintrittsquerschnitt 126 des Fangdiffusors vom Gebläse weg bewegt oder mit seiner Achse gegen den Austrittsquerschnitt des Gebläses verkippt wird. Der Spalt 128 kann auch durch Verschwenken des gesamten Gebläsegehäuses um dieGebläsedrehachse verändert werden, wobei der Fangdiffusor fest stehen bleibt.
Wird das aus denLeitwänden 122 und 123 sowie aus dem Austrittskanal 127 bestehende Gebläsegehäuse in Richtung des Pfeiles 131 verschwenkt, so treten nur mehr die schnelleren, aus der Nachbarschaft desWirbelkerngebietes stammenden Stromröhren in den Fangdiffusor 125 ein und es erhöht sich der Druck im Brenner bei gleichzeitiger Verminderung des Durchsatzes. Wird jedoch das Gebläsegehäuse aus der gezeichneten Stellung gemäss dem Pfeil 132 um die Gebläsedrehachse verschwenkt, verringert sich der Druck im Brenner, da gerade die schnellsten, in der Nähe der Leitwand 123 austretenden Stromröhren durch den Spalt 128 austreten. Der.
Gebläseläufer 124 kann vorteilhaft koaxial mit dem Motor 121 und derBrennstoffpumpe 133 des Brenners angeordnet werden, wobei der Gebläseläufer vorteilhaft zwischen Motorachse und Pumpenachse kardanisch aufgehängt wird, was die Fluchtung erleichtert und grössere Herstellungstoleranzen gestattet. Im Fangdiffusor 125 kann eine aus einer Klappe 134 bestehende Drosseleinrichtung angeordnet werden. Die um die Achse 135 schwenkbare Klappe 134 fällt beispielsweise durchSchwerkraft oder durch eine andere dafür vorgeseheneKraft in die gestrichelt dargestellte Lage 136, in welcher sie den Fangdiffusor 125 versperrt. Durch den Gebläsedruck wird sie in eine ausgezogen dargestellte Lage 137 gedrückt, welche von einer Einstellschraube 138 festgelegt wird. Durch Verstellen der Schraube 138 kann dieDrosseleinrichtung mehr oder weniger weit geöffnet werden.
Die Klappe 134 dient somit gleichzeitig als Zugunterbrecherklappe bei gleichzeitiger Verwendung des Kaminzuges eines dem Brenner nachgeschalteten Kamines. Je weiter die Drosseleinrichtung durch Verstellen der Schraube 138 geschlossen wird, ein desto grösserer Anteil der Gebläseluft tritt aus dem Spalt 128 aus. Dadurch wird der Gebläsedurchsatz in einem weiten Bereich vom Drosselgrad unabhängig und das Gebläse arbeitet im stabilen Bereich seiner Drosselkurve.
Ein ähnliches Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 15 und 16 dargestellt. Daher sind für analoge Teile die Bezugszeichen der Fig. 12-14 beibehalten. Das Gebläse 124 ist in diesem Fall unterhalb des zum Brennerrohr führenden Stutzens 129 angeordnet. Die Wandung des Diffusors 125 ist längs der Linie 151 vom übrigen Brennergehäuse abnehmbar, wodurch das Innere des Brenners einer Reinigung zugänglich wird. An dem abnehmbaren Teil 152 ist vorzugsweise ein Düsenstock 153 od. dgl. zur Zuführung des Brennstoffes befestigt. Zur Umlenkung des Luftdurchsatzes vom Fangdiffusor 125 in den Stutzen 129 bzw. das Brennerrohr sind Leitschaufeln 154 vorgesehen.
Die Drosseleinrichtung besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus gleichmässig über den Umfang des Brennerrohres 129 verteilten, sich in Längsrichtung desselben erstreckenden Schlitzen 155, welche von einem Ring 156 mit gleichartigen und gleich verteilten Schlitzen umgeben werden. Der Ring 156 ist entweder um die Brennerachse verdrehbar, wobei die Schlitze im
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Brennerrohr und im Ring 156 entweder ganz oder teilweise oder nicht zur Deckung kommen, oder die Schlitze im Brennerrohr und im Ring 156 liegen paarweise aufeinander und der Ring ist in axialer Richtung verschiebbar.
Auf beideArten ist eine beliebigeDrosselung desBrennerrohrdurchsatzes zu erzielen, da bei ganzem oder teilweisem Übereinanderliegen der Schlitze ein mehr oder weniger grosser Anteil der das Brennerrohr durchströmenden Luft nach aussen treten kann. Der Vorteil dieser Drosseleinrichtung liegt darin, dass die Symmetrie der Strömung in bezug auf die Brennerachse bei jedem Drosselgrad vollständig erhalten bleibt.
Ein dem Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 15 und 16 ähnliches Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 17 bis 19 dargestellt. Ein Motor 181 betreibt den Querstromläufer 182, welcher von Leitwänden 183 und 184 umgeben ist. Dem Austrittskanal 185 des Gebläses ist unter Einhaltung eines Spaltes 186 ein Fangdiffusor 187 nachgeschaltet, dessen Eintrittsquerschnitt kleiner ist als der Austrittsquerschnitt des Austrittskanales 185. Drehachse des Gebläseläufers und Achse des 13rennerrohres 188 sind bei diesem Ausführungsbeispiel parallel. Der Fangdiffusor 187 ragt mit seinem inneren Rand 189 bis nahe an die Wandung 190 eines ihm umgebenden Gehäuses 191. Durch diese Anordnung des Diffusors wird ermöglicht, dass er wesentlich stärker divergiert und damit die Umwandung von Geschwindigkeitsdruck in statischen Druck wesentlich grösser ist als bei einem freiausblasenden Diffusor.
Aus dem Gehäuse 191 wird die Luft in das Brennerrohr 188 geleitet. Die Drosselung geschieht entweder durch eine Abdeckplatte 192, welche über dem inneren Rand 189 desDiffusors in Achsenrichtung des Diffusors verschiebbar angeordnet ist oder durch axiale Verschiebung des Fangdiffusors 187 selbst in bezug auf das Gehäuse 191 und auf den Austrittskanal 185. Bei Verschiebung des Diffusors 187 nach oben wird der Abstand zwischen der Wandung 190 und dem inneren Rand 189 verkleinert und gleichzeitig der Spalt 186 vergrössert, wodurch ein grösserer Anteil der Gebläseluft durch den Spalt 186 nach aussen tritt. Die gegenteilige Wirkung tritt auf bei einem Verschieben des Fangdiffusors 187 nach unten.
In Fig. 20 ist die gesamte Anordnung einer erfindungsgemässen Vorrichtung in einem Brenner dargestellt. Der von einem Motor 210 angetriebene Querstromläufer 211 ist von Leitwänden 212 und 213 umgeben. Dem Austrittskanal des Gebläses ist unter Einhaltung eines Spaltes 214 ein Fangdiffusor 215 nachgeschaltet, welcher die in ihn eintretende Luft über eine Einlaufschnecke 216 und das Brennerrohr 217 in den Brennerkopf 218 leitet. Infolge des unsymmetrischen Geschwindigkeitsprofiles der aus dem Austrittskanal austretenden Luft stellt sich nach Durchströmen der Einlaufschnecke 216 im Brennerrohr eine gleich- mässigeDrallströmung ein, wobei die schnellerenStromröhren an der Aussenseite der Einlaufschnecke verlaufen.
Die aus Gebläse und Brenner bestehende Anordnung ist von einem gemeinsamen Gehäuse 219 umgeben, welches eine drosselbare Eintrittsöffnung 220 für die gemäss den Pfeilen 221 einströmende Luft aufweist. Sie besteht im einfachsten Fall aus Schlitzen 222 im Gehäuse 219 und einer parallel zum Gehäuse verschiebbaren Platte 223 mit gleichartigen Schlitzen 224. Bei starker Drosselung der Öffnung 220 entsteht im Gehäuse ein Unterdruck infolge der Förderung des Gebläses in den Fangdiffusor 215 hinein. Der Unterdruck bewirkt, dass ein Anteil der aus dem Austrittskanal des Gebläses austretenden Luft gemäss den Pfeilen 225 durch den Spalt 214 in den Ansaugbereich des Gebläses zurückströmt.
Dadurch wird ein stabiler Betrieb des Gebläses auch bei starker Drosselung der gemäss Pfeilen 221 einströmenden Luft ermöglicht, während nur ein von der Drosselung abhängiger Anteil der Gebläseluft gemäss den Pfeilen 226 in den Fangdiffusor 215 eintritt.
Ein ähnliches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 21 dargestellt. Für analoge Teile sind daher die Bezugszeichen ausFig. 20 beibehalten. Bei diesemAusführungsbeispiel sind im Gehäuse 219 Schlitze 227 zwischen Profilstücken 228 angeordnet, wobei eine mit gleichartigen Schlitzen 229 und Profilstücken 230 versehene Zugunterbrecherklappe 231 derart um eine Achse 232 verschwenkbar angeordnet ist, dass die Profilstücke 230 auf die Schlitze 227 und die Profilstücke 228 auf die Schlitze 229 zu liegen kommen, wenn die Klappe 231 an dem Gehäuse 219 anliegt. Durch densog desgebläses oder durchEinstellung wird die Zugunterbrecherklappe 231 mehr oder weniger weit geöffnet, wodurch Luft gemäss den Pfeilen 233 zum Ansaugbereich des Gebläses strömt.
Bei geöffneter Zugunterbrecherklappe 231 stellt diese einen ausserordentlich geringen Luftwiderstand dar, da die einströmende Luft durch die Schlitze 229 treten kann. Die Verschwenkung der Klappe 231 um einen kleinen Winkel hat also bereits eine grosse Änderung des Drosselgrades zur Folge. Im Zentrum der Einlaufschnecke 216 ist eine Öffnung 234 angeordnet, durch welche Luft gemäss den Pfeilen 235 und 236 zum Ansaugbereich des Gebläses zurückströmen kann. Bei starker Drosselung mittels der Klappe 231 entsteht im Gehäuse 219 ein Unterdruck, welcher bewirkt, dass ein Teil der in der Einlaufschnecke 216 befindlichen Gebläseluft durch die Öffnung 234 austritt.
Ist dagegen. die Drosselung durch die Klappe 231 gering, so ist auch der Differenzdruck zwischen dem Innenraum des Gehäuses 219 und dem Zentrum der Einlaufschnecke 216 gering, da im Zentrum der Einlaufschnecke der kleinste Druck herrscht.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist also eine stabile Förderung des Gebläses auch bei starker Drosselung möglich. Zusätzlich zu der Rückströmung aus der Öffnung 234 tritt bei diesem Ausführungsbeispiel eine Rückströmung durch den Spalt 214, wie es im Zusammenhang mit Fig. 20 erläutert wurde.
In Fig. 22 ist in einem schematischen Schnitt eines Tangentialgebläses mit Austrittskanal die unsymmetrische Geschwindigkeitsverteilung der aus dem Gebläseläufer tretenden Luft dargestellt, welche bei der tangentialen Einströmung in einBrennerrohr zur Erzeugung eines gleichmässigenDralles der Durchsatzströmung von Vorteil ist. Der Querstromläufer 237 ist von den äusseren Leitwänden 238 und 239 umgeben. Gegenüber der Leitwand 239 bildet sich die Wirbelkernströmung 240 aus, welche eine starke Umlenkung des Gebläsedurchsatzes gemäss dem Pfeil 241 bewirkt.
Da die aus der Nachbarschaft der Wirbelkernströmung 240 stammenden Stromröhren schneller sind als die weiter von ihr entfernten Stromröhren, stellt sich im Austrittskanal 242 eine Geschwindigkeits- und Druckverteilung ein, welche in Form einer graphischen Darstellung in den Austrittskanal 242 eingezeichnet ist. Auf der nach unten weisenden Abszisse ist der Abstand r von der Leitwand 239 aufgetragen und auf der nach rechts weisenden Ordinate die Geschwindigkeit c und der Druck p in willkürlichen Einheiten. Die Kurve 243 stellt die Geschwindigkeit c, dieKurve 244 den Druck p dar. Die Geschwindigkeit steigt mit zunehmendem r sehr schnell von Null auf ihren maximalen Wert, um dann wesentlich'langsamer bei steigenden Werten von r abzufallen. DasMaximung 245 der Geschwindigkeit liegt ausserhalb der Mitte des Austrittskanales 242.
Der Druck hat bei kleinen Werten von r seinen maximalen Wert. Daher ist an dieser Stelle die Druckbeeinflussung durch Verschwenken von Leitwänden od. dgl. am grössten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Brennluftförderung in einem Geblasebrenner für Gase, Flüssigkeiten oder Staube, unter Verwendung eines Querstromgebläses, dessen Durchsatz die Form einer Wirbelströmung mit einer zur Drehachse des Läufers exzentrischen, nur teilweise im Läuferinneren verlaufenden Wirbelkernströmung aufgezwungen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse eine gegebenenfalls regelbare Nebenluftführung aufweist, um eine Luftförderung durch das Gebläse auch bei vollständiger Drosselung des Brennluftdurchtrittes durch den Brenner zu ermöglichen.