Strahlapparat zur Herstellung eines brennfähigen Gemisches Die Erfindung bezieht sich auf einen der Her stellung eines brennfähigen Gemisches dienenden Strahlapparat mit Treibdüse, in der das Brenn- medium entspannbar ist, und mit Mischrohr, dem Verbrennungsluft im Gebiet dieser Düse aus einem Sammelraum über einen Drosselquerschnitt und einen Saugraum zuströmt und dem sich an seinem zu- strömfernen Ende ein Flammraum anschliesst.
Für die Herstellung des brennfähigen Gas-Luft- Gemisches von Gasfeuerungen sind Mischeinrichtun gen bekannt, die nach dem Prinzip des Strahlgebläses arbeiten. Das Gas wird der Mischeinrichtung unter Überdruck zugeführt und tritt aus einer Düse mit einer dem verfügbaren Gefälle entsprechenden Ge schwindigkeit aus. Der Gasstrahl wird in ein Misch rohr eingeblasen, das zylindrisch oder mit konischer Erweiterung ausgeführt ist. In dem Mischrohr findet die Durchmischung des Gases mit der Verbrennungs luft statt, welche durch die Schleppwirkung des Gas strahles konzentrisch um die Gasdüse herum in das Mischrohr eingesaugt wird.
Kennzeichnend für den Betrieb derartiger Mischeinrichtungen ist das Vor handensein gleichen Druckes vor dem Eintritts- und hinter dem Austrittsquerschnitt des Mischrohres. Die Schleppwirkung des Gasstrahles wird nur zur Be schleunigung der erforderlichen Verbrennungsluft und zur überwindung der Strömungsverluste im Mischrohr benötigt.
Ist die Schleppwirkung zu gross und wird infolge dessen zu viel Verbrennungsluft angesaugt, dann wird der Verbrennungsluftstrom vor dem Mischrohr eintritt durch einen verstellbaren Drosselquerschnitt hindurchgeführt, der die Einstellung des optimalen Gas-Luft-Durchsatzverhältnisses gestattet. Das be kannteste Beispiel einer derartigen Mischeinrichtung ist der Bunsenbrenner. Durchsatz bedeutet im folgen den immer das in einer Zeiteinheit durch die Misch- einrichtung strömende Gewicht des betreffenden Mediums.
Bei dem Einsatz von Mischeinrichtungen der ge nannten Art für Gasfeuerungen technischer Anlagen, insbesondere für Brennkammern von Gasturbinen oder für viele Arten von Kesselfeuerungen, ergeben sich Schwierigkeiten dadurch, dass der Druck in dem Raum, in dem sich die Flamme befindet, niedriger ist als der Druck in dem Sammelraum, aus dem die Verbrennungsluft über den genannten verstellbaren Drosselquerschnitt zum Mischrohr strömt.
Es strömt infolgedessen auch bei abgesperrter Gaszufuhr ein bestimmter Verbrennungsluftdurchsatz laufend durch die Mischeinrichtung. Ist dieses Druckgefälle der Verbrennungsluft gross gegenüber dem Druckanstieg, den der Gasstrahl im Mischrohr hervorruft, so ver ändert sich der Verbrennungsluftdurchsatz in Ab hängigkeit vom Gasdurchsatz sehr wenig. Eine Ver minderung der Gaszufuhr hat demnach ein Absinken des Gas-Luft-Durchsatzverhältnisses, das heisst ein Ansteigen der Luftüberschusszahl, zur Folge.
Da ein unzulässiges Ansteigen der Luftüberschusszahl den Ausbrand beeinträchtigt und schliesslich das Er löschen der Flamme zur Folge hat, ist man in sol chen Fällen gezwungen, zum näherungsweisen Kon- stanthalten der Luftüberschusszahl einen zwischen Verbrennungsluftsammelraum und Mischrohreintritts- querschnitt angeordneten Drosselquerschnitt durch eine zusätzliche Regeleinrichtung der Gaszufuhr ent sprechend verstellen zu lassen.
Gemäss der Erfindung wird der Zweck verfolgt, für den Fall, dass ein bestimmtes Druckgefälle zwi schen dem Verbrennungsluftsammelraum und dem Raum, in dem sich die Flamme befindet (Flamm- raum), vorhanden ist, einen Strahlapparat zu schaf fen, der die für seinen praktischen Betrieb erforder lichen Änderungen des Brennmediumdurchsatzes ohne Änderung oder unerwünschte Änderung der Luftüberschusszahl, das heisst bei gleichbleibendem oder sich nicht unerwünscht änderndem Gas-Luft- Durchsatzverhältnis,
zulässt und damit die genannte zusätzliche Regeleinrichtung überflüssig macht.
Gemäss der Erfindung weist der Drosselquer schnitt auslegungsgemäss diejenige konstante Grösse auf, die den für den Auslegungsbrennmediumdurch- satz gewünschten anzusaugenden Verbrennungsluft durchsatz ergibt, und es ist auslegungsgemäss der Druckanstieg zwischen Saugraum und Flammraum für den Auslegungsbrennmediumdurchsatz mindestens etwa zweieinhalbmal so gross wie die Druckdifferenz zwischen Sammelraum und Flammraum. Mit Vorteil ist auslegungsgemäss dieser Druckanstieg für den Auslegungsbrennmediumdurchsatz etwa fünfmal so gross wie die genannte Druckdifferenz.
Es hat sich gezeigt, dass bei einem genannten Druckanstieg, der kleiner ist als etwa das Zweiein halbfache der genannten Druckdifferenz, die Luft überschusszahl sich bei Veränderung des Brenn mediumdurchsatzes unerwünscht ändert. Erst von einem etwa zweieinhalbfachen Druckanstieg an ist die Luftüberschusszahl konstant oder ändert sich nicht unerwünscht innerhalb eines in der Praxis erforder lichen Bereiches von 100 bis etwa 350/a des Brenn- mediumdurchsatzes;
bei konstanter Luftüberschuss- zahl ist das Druckgefälle an der Drosselstelle dem Quadrat des Gasdurchsatzes proportional, womit also auch der Verbrennungsluftdurchsatz durch die Dros selstelle dem Gasdurchsatz proportional ist.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel des Strahlapparates gemäss der Erfindung angegeben. Eine genaue genannte Konstanz der Luftüber- schusszahl wird dann erzielt, wenn auslegungsgemäss der genannte Druckanstieg für den Auslegungsbrenn- mediumdurchsatz etwa fünfmal so gross ist wie die besagte Druckdifferenz. Mit Vorteil wird der Strahl apparat gemäss der Erfindung für einen solchen Druckanstieg ausgelegt.
Zum Verständnis der Funktion eines Strahl apparates gemäss der Erfindung ist in der Fig. 1 als Ausführungsbeispiel das Kennfeld eines Strahlappa- rates gemäss der Erfindung dargestellt. Die bei der Erklärung dieses Kennfeldes benutzten Bezugszeichen stammen aus der Fig. 2, in der ein Strahlapparat gemäss der Erfindung als Ausführungsbeispiel dar gestellt ist. Es wird daher zuerst dieser Strahlapparat beschrieben.
Mit 10 ist ein Verbrennungsluftsammelraum be zeichnet, mit 24 eine Drosselstelle mit konstantem Querschnitt 11, mit 12 ein Saugraum, der sich vor dem Eintrittsquerschnitt 18 des Mischrohres 14 be findet, mit 13 eine Gasdüse und mit 15 ein Flamm- raum. Das Gas (Pfeil 23) strömt durch das zylin drische Rohr 21 unter Überdruck in den Strahl apparat ein, wird in der Gasdüse (Treibdüse) 13 ent spannt, wobei es auf hohe Geschwindigkeit kommt, und saugt die Verbrennungsluft aus dem Saugraum 12 über den Ringquerschnitt 25 bei der Düse 13 an, in dem diese Luft auf höhere Geschwindigkeit ge bracht wird.
Im Mischrohr 14, das aus einem zylin drischen Teil 16 und einem sich erweiternden Teil (Diffusor) 17 besteht, erfolgt die Mischung zwischen Luft und Gas (Pfeile 22 und 23) und des weiteren ein solcher Druckanstieg, dass der Druckanstieg vom Raum 12 zum Raum 15 etwa das Fünffache der Druckdifferenz zwischen den Räumen 10 und 15 be trägt, wenn die Auslegungsbrennstoffmenge durch den Apparat strömt. Die Luft (Pfeile 22) strömt aus dem Sammelraum 10, in welchem ein höherer Druck als im Flammraum 15 herrscht, über den unverän derlichen Drosselquerschnitt 11 dem Ansaugraum 12 zu.
Ein Differenzdruckmanometer 19 misst die Druck differenz JP' zwischen den Räumen 10 und 15, und ein Differenzdruckmanometer 20 misst die Druck differenz JP zwischen den Räumen 12 und 15.
Auch in der Fig. 1 sind die Druckdifferenzen JP und JP' vermerkt. GL bezeichnet den Verbren nungsluftdurchsatz und G,; den Gasdurchsatz.
Der Index A kennzeichnet den Auslegungspunkt bei 100% Gasdurchsatz und gewünschter, also optima- ler Luftüberschusszahl. Für G,/G, A = 100%, 75% und so weiter erhält man Betriebskennlinien, die JPI'JP" als Funktion von GL,.'Gr, A zeigen und auf denen der Strahlapparat arbeiten würde,
wenn der Drosselquerschnitt 11 entsprechend verändert würde. Im Auslegungspunkt A herrscht an der fest einge stellten Drosselstelle das Druckgefälle .JP_, + JP', aus dem sich der Durchsatz GL Aergibt.
Wird der Gasdurchsatz auf 0,35 G,; A gesenkt, so arbeitet der Strahlapparat in Punkt B. Da der Strahl apparat im Punkt B bei der geförderten Luftmenge 0,35 GLA im Mischrohr 14 eine Drosselwirkung her vorruft, kann er die Luftmenge 0,35 GLA nur durch setzen, wenn ein Strömungsverlust JP" in Kauf ge nommen und ein Teil des Druckgefälles JP' zur Überwindung dieses Strömungsverlustes JPF ver wendet wird.