Brenner für flüssige Brennstoffe. Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe mit einem dem Brenn- raum unmittelbar vorgelagerten, mit einer Ablaufleitung für den Brennstoff versehenen Düsenraum und besteht darin, dass Mittel vor gesehen sind, durch die dem Brennstoff im Düsenraum eine so stark rotierende Bewe gung erteilt werden kann, dass im Düsenraum ein Wirbelkern-Hohlraum entsteht, durch ,
dessen Grösse die in den Brennraum einge spritzte Brennstoffmenge unter ,dem Einfluss einer in der an den Düsenraum angeschlosse nen Ablaufleitung angeordneten, verschieden einstellbaren Drosselvorrichtung bestimmt wird.
Es kann die Öffnung, durch die der Brennstoff aus dem Düsenraum in die Ab laufleitung gelangt, so viel grösser als die Einspritzöffnung gewählt sein, @dass bei ganz geöffneter Drosselvorrichtung keine Brenn stoffeinspritzung stattfindet und somit die Brennstaffeinspritzun.g in den Brennraum erst beginnt, wenn unter dem Einfluss der Drosselvorrichtung der Durchmesser des Wirbelkern.-Hohlraumes. kleiner als der Durchmesser der Einspritzöffnung ausfällt. Auf der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform ,des Brenners nach der Er findung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt ,durch -den Brenner, Fig. 2 eine Ansicht der dem Düsenraum vorgelagerten Spira:lnuten, Fig. 3 bis 5 den Düsenraum in grösserem Massstab für drei verschiedene Betriebszu stände.
Der Brenner 1, Fig. 1, der in den Brenn- raum 2 eines Kessels, einer Gasturbinenan- lage oder dergleichen eingebaut sein kann, ist von der an die Luftleitung 3 angeschlossenen Luftdüse 4 umgeben und an die Brennstoff leitung 5 angeschlossen, aus welcher der Brennstoff durch den Ringraum 6 über die Spiralnuten 7 in :den dem Brennraum 2 un mittelbar vorgelagerten Düsenraum 8 ein strömt.
Die Spiralnuten münden angenähert tangential in den Düsenraum 8 ein. Aus dem Raum 8 gelangt der Brennstoff einerseits durch die Ablauföffnung 9 in die mit dem Drosselventil 10 versehene Ablaufleitung 11, anderseits wird er unter dem Einfluss de: < Drosselventils 10 durch die Einspritzöffnung 12 in kleinerer oder grösserer Menge in .den Brennraum 2 eingespritzt.
Für die Ein- @spritzöffnung 12 ist die Abschlussnadel 13 vorgesehen, die .durch den Brennstoffdruck auf den Kolben 14 geöffnet. und bei Verrin- erung dieses Druckes durch die Schliessfeder g<B>o</B> l:5 geschlossen wird.
Der Betrieb des Brenners 1 gestaltet. sich -wie folgt: Beim Inbetriebnehmen der nicht gezeich neten Pumpe, nachdem die Luftzufuhr durch die Düse 4 geöffnet isst, wird der Brennstoff im Raum 6 unter Druck gesetzt und .die Na del 13 geöffnet.
Bei voll geöffnetem Drossel ventil 10 strömt aber die gesamte über die Leitung 5 zugeführte Brennstoffmenge durch den Raum 6, den Düsenraum 8, die Ablauf öffnung 9 und die Ablaufleitung 11 zuriick zur Pumpe. Nicht nur kreist infolge des Druckabfalles in den Einströmnuten 7 der Brennstoff mit grosser Geschwindigkeit im Raum 8 und bildet einen Wirbel mit einem hohlen Kern 16, Fig. 3, sondern die Ablauf öffnung 9 hat einen Durchmesser dl, der so gross ist,
dass bei völlig geöffnetem Drossel ventil 10 der Durchmesser d. des Hohlraumes 16 grösser ist als der Durchmesser d2 der Ein- spritzöffnung 12.
Die Brennstoffeinspritzung beginnt erst, wenn durch das Betätigen des Drosselventils 10 der Brennstoffablauf so verringert und der Gegendruck in der Ablaufleitung 11 so erhöht wird, dass der neue Durchmesser d.-.' des Hohlraumes 16 kleiner ausfällt als der Durchmesser d, der Einspritzöffnung 12, Fig. 4.. Die eingespritzte Brennstoffmenge entspricht dem für den Durelifluss verfüg- baren Ringquerschnitt 17 der Einspritzöff nung 12 mit dem Aussendurchmesser d., und dem Innendurchmesser d:;
', und zwar im Zu sammenhang mit der infolge der Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse im Düsenraum 8 sich einstellenden Durchflussgesehwindi"- keit im Ringquerschnitt 17. Da die in .den Düsenraum 8 geförderte Brennstoffmenge grösser ist als die eingespritzte Menge, wird die überschüssige Menge von der gedrosselten Ablaufleitung 11 aufgenommen und zur Pumpe zurückgeleitet.
Beim weiteren Schliessen des Drosselven tils erhöht sich der Gegendruck in der Lei tung 11 und verkleinert sich .der Hohlraum 16 immer mehr, bis beim gänzlichen Schlie ssen des Ventils 10 die gesamte .geförderte Brennstoffmenge eingespritzt wird und der Wirbelkern-Hohlraum 16 nicht mehr vor banden ist, wie in Fig. 5 gezeigt. Bei der grössten Belastung des, Brenners ist somit die Drosselvorrichtung 10 ganz geschlossen.
Um die einzuspritzende Brennstoffmenge zu verkleinern, wird das Drosselventil 10 im öffnenden Sinne betätigt, die beschriebenen Vorgänge verlaufen im entgegengesetzten Sinne, der Durchmesser des Hohlraumes 16 wächst von Null bis dl, die eingespritzte Brennstoffmenge verringert sich von der maximalen Menge bis auf Null.
Beim Abstellen des Brenners wird un abhängig von der Stellung des Drosselventils 10 durch Abstellen der Pumpe der Druck des zugeführten Brennstoffes gesenkt, so dass die Nadel 13 infolge des verringerten Gegen druckes auf den Kolben 14 unter dem Druck der Schliessfeder 15 die Einspritzöffnung 12 abschliesst, wodurch ein Nachtropfen von Brennstoff in den Brennraum 2 vermieden wird.
Sowohl für das Inbetriebsetzen als auch für das Abstellen des Brenners 1 ist es vor- ti-ilhaft, wenn die Nadel 13 erst bei einem höheren Druck öffnet. Dieser Druck wird zweckmässig so hoch sein, dass er dem aus den Nuten 7 austretenden Brennstoff minde- sIens die Rotationsgeschwindigkeit erteilt, welche beim Offnen der Nadel 13 soglcicli eine einwandfreie Zerstäubng der eingespritz ten Brennstoffmenge gewährleistet, auch wenn diese sehr klein ist,
wobei der Durch- fliissquerschnitt der Nuten 7 für grössere Mengen bemessen sein muss. Beim Abstellen wirkt =ich dies so aus, dass der aus der Ein spritzöffnung austretende Zerstäubungrskegel ohne Nachtropfen scharf abgeschnitten wird. Um ein Aufschäumen -des durch die Lei tung 11 ablaufenden Brennstoffes beim Durchgang durch das Drosselventil 10 zu verhindern, ist vor diesem Ventil der Kühler 19 angeordnet.
Das unmittelbar an den Düsenraum 8 an- schliessende Rohrstück 20 der Ablaufleitung 11 ist verschiebbar im Gehäuse des Brenners 1 gelagert und mit einem -den Düsenraum abschliessenden Körper 21 versehen, der so wohl die Ablauföffnung 9 als auch die Spiral- n'uten 7 enthält.
Dieses Ablaufrohr 20 kann sich an seinem dem Brennraum abgekehrten Ende frei ausdehnen und wird mittels der Feder 22 .gegen die Brennerkappe 23 gepresst, @.o dass auch bei im Betrieb auftretenden ver schiedenen Dehnungen des Brennermantels 24 und des Ablaufrohres 20 ein absolut dich ter Sitz zwischen dem Kopfteil 21 und der Brennerkappe 23 erzielt wird. Eine Urdich- tigkeit an dieser Stelle würde die Wirkung der Spiralnuten 7 und damit den Betrieb des Brenners 1 stark beeinträchtigen.
Der Brenner 1 ist in seinem Aufbau sehr einfach und daher betriebssicher. Es sind keine komplizierten Teile vorhanden, die Schwierigkeiten bei der Herstellung ergeben. Die empfindlichsten Teile, nämlich die Dich tungen 25 und 26 der Nadel 13, :sowie die Dichtung 27 des Ablaufrohres 20, sind in den äussern kalten Teilen des Brenners 1 ange- ordnet und erfordern daher eine geringere Genauigkeit in der Herstellung. Da die Rege lungdes Brennstoffes durch dass Drosselven til 10 ausserhalb des Brenners 1 angeordnet sein kann, kann die Anordnung des Brenners 1 am Brennraum 2 ohne jede Rücksicht auf die Handhabung des Regulierventils 10 be stimmt werden.
Die kleinste einzuspritzende Brennstoff menge wird in keiner Weise bestimmt durch die für die höchste Belastung des Brenners .erforderliche Brennstoffmenge, so dass der Brenner im Gegensatz zu dem bisher bekann ten Bereich von<B>100%</B> bis<B>30%</B> den grösst möglichen Regelbereich von<B>100%</B> bis 0 % aufweist. Dabei kann,die in den Düsenraum 8 eingeführte Brennstoffmenge entweder für alle Belastungen des Kessels, der Gasturbine oder -dergleichen, in dem der Brenner einge baut ist, konstant öder in Funktion dieser Belastung veränderlich sein.
Um ein Verlö schen des Brenners mit Sicherheit auszu schliessen, kann ausserdem das Q,uerschnitts- verhältnis zwischen der Ablauföffnung 9 und der Einspritzöffnung 12 so. gewählt werden, dass während des Betriebes :des Bren ners 1 vom Moment des Öffners der Nadel 13 an dauernd eine Brennstoffmenge eingespritzt wird, die zur Erhaltung einer Stichflamme genügt.
Auch bei völlig ,geöffneter Drossel vorrichtung 10 hat ,dann der Hohlraum 16 einen kleineren Durchmesser als die Ein- spritzöffnung 12. Die die rotierende Bewe gung im Düsenraum 8 bewirkenden Spiral- nuten können auf einer Kegelfläche ange ordnet sein, wodurch die Zerstäubung ver bessert und die Öffnung des Zerstäubungs- kegels in einfacher Weise beeinflusst werden kann.
Das Drosselventil 10 kann sowohl Hand betätigung aufweisen, als auch selbsttätig in Abhängigkeit von einem Betriebsfaktor ein stellbar sein.