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Zerstäubungsbrenner für flüssige Brennstoffe Die Erfindung betrifft
einen Zerstäubungsbrenner für flüssige Brennstoffe, z. B. Öl, mit einem drehenden
Zerstäuberbecher, der von einem feststehenden Luftdüsenmantel gleichachsig umgeben
ist, und bei dem der so gebildete Ringraum mit der Druckseite eines Umlaufgebläses
in Verbindung steht, das einen schraubenförmigen, der Drehrichtung des Zerstäuberbechers
entgegengesetzt gerichteten Luftstrom durch diesen Ringraum aus der Brennermündung
hinausdrückt.
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Hierbei reißt der aus dem Ringspalt austretende Luftstrom die von
der Kante des drehenden Zerstäuberbechers abgeschleudertenTropfen flüssigenBrennstoffes
in feinverteilter Form mit sich.
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Es ist bei Zerstäuberbrennern bereits bekannt, der austretenden Luft
eine der Drehrichtung des Zerstäuberbechers entgegengesetzt gerichtete Drehbewegung
zu erteilen und weiterhin ist es bekannt, außer tangential gerichteten auch radial
gerichtete Luftkanäle am Luftdüsenring anzuordnen und die Durchtrittsquerschnitte
zu den Luftkanälen durch Verstell- oder Verschiebehülsen zu verändern.
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Wie sich bei den der Erfindung vorausgehenden Untersuchungen herausgestellt
hat, ist es wichtig, bei einem Brenner der erwähnten Art zu erreichen, daß der Luftstrom
mit einem stark ausgeprägten, dem Drehsinn des Brenners entgegengesetzten Wirbel
aus dem Ringraum austritt, damit eine feinstmöglichc Zerstäubung der von der Kante
des drehenden ZerstäuberbechersabgeschleudertenTropfen erzielt wird.
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Bekannte Anordnungen von Schaufeln und Drallfiügeln zur Erzielung
der angestrebten, ausgeprägt tangentialen Luftstromkomponenten genügen jedoch -
wie Versuche gezeigt haben - nicht, weil dabei noch immer eine erhebliche radiale
und axiale Komponente auftritt und weil die tangentiale Komponente des Luftstroms
einer Einlaßöffnung zwischen zwei Schaufeln von dem Luftstrom, der an der unmittelbar
benachbarten Öffnung austritt, stark gestört wird.
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Eine besondere Schwierigkeit besteht nun darin, daß bei der Anwendung
eines derartigen Zerstäuberbrenners grundsätzlich zwei Fälle unterschieden werden
müssen, nämlich einerseits die Anwendung bei der Feuerung eines Flammrohrkessels,
bei der die Flamme eine verhältnismäßig große Länge haben soll. Durch eine lange
Flammenform erfolgt die Mischung von Luft und Brennstoffteilchen über eine verhältnismäßig
lange Strecke. Die Verbrennungsgeschwindigkeit kann hierbei kleiner sein. Dadurch
genügt in diesem Falle ein wenig durchdringender Wirbel der Zerstäubungsluft, wie
dieser beim Öffnen der zur Erzeugung einer langen Flammenform dienenden radialen
Einlässe auftritt.
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Andererseits soll der Zerstäubungsbrenner bei einer Herdfeuerung eine
Flamme von kurzer breiter Form erzeugen. In diesem Falle ist ein möglichst durchdringender,
ungeschwächter Wirbel erforderlich, weil die Mischung von Luft und Brennstoff über
eine kurze Strecke stattfinden muß, damit eine schnelle, vollständige Verbrennung
erzielt wird. .
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Auch weitere bekannte Brenner, bei denen beispielsweise ebenfalls
ein Dralluftstrom und ein Luftstrom ohne Drall miteinander gemischt werden, oder
bei denen der umlaufende Brenner auch die Anordnung axialer Lufteinlässe in einer
den Ringraum begrenzenden Luftdüsenwand aufweist, können diesen beiden Forderungen
nicht gerecht werden.
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Die Erfindung setzt sich daher die Aufgabe, für eine gleichbleibende
Verbrennungsluftmenge durch Änderung des Mischungsverhältnisses eines tangential
und eines radial gerichteten Luftteilstroms eine Änderung der Flammenform und damit
deren Anpassung an die jeweilige Brennkammer zu erzielen.
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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß in
dem den Ringraum begrenzenden Düsenring tangential gerichtete Einlaßkanäle und radial
gerichtete Einlaßkanäle für die Luft vorgesehen sind, wobei mit Bezug auf die Drehrichtung
der Luftströmung die radialen Einlaßkanäle dicht hinter den tangentialen Einlaßkanälen
angeordnet sind, und daß eine an sich bekannte einstellbare Hülse mit Luft-Durchlaßöffnungen
den Düsenring umgibt, die beim Verdrehen in der einen Richtung die tangentialen
Einlaßkanäle allmählich schließt, während sie die radialen Einlaßkanäle gleichzeitig
allmählich
öffnet und umkehrt, und daß die Einlaßkanäle dem Umfang des Zerstäuberbechers über
den größten Teil seiner Länge unmittelbar gegenüberliegen.
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Zweckmäßigerweise erweitern sich die Seitenwände der Luftdurchlaßöffnungen
der Hülse radial nach außen.
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Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen,
daß in der Hülse nur eine Luftdurchlaßöffnung für jedes Paar der dicht beieinanderliegenden
tangential und radial gerichteten Einlaßkanäle angeordnet ist mit einer im wesentlichen
der Weite der tangentialen Einlaßkanäle entsprechenden Weite.
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Die Zeichnung stellt die Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform
dar. Es zeigt F i g. 1 einen Achsenschnitt durch den Zerstäubungsbrenner längs der
Linie 1-1 in F i g. 2, F i g. 2 die Ansicht des Brenners von der Stirnseite mit
abgenommener Gehäusekappe mit einem Teilschnitt längs der Linie 11-II in F i g.
1, F i g. 3 eine Einzelheit in vergrößerter Darstellung. Eine hohle Welle 1 wird
von einem Elektromotor, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, angetrieben.
An einem Ende trägt die Welle 1 den Zerstäuberbecher 2. Ihm wird das
Brennöl in bekannter Weise von einer nicht dargestellten Pumpe durch die Bohrung
der Welle 1 zugeführt, die sich in einem Rohr 3 fortsetzt.
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Die Welle trägt ferner das Schaufelrad 4 des Gebläses, dessen
Nabe auf ihm zwischen dem Distanzring 5 und einer Hülse 6 mit Innengewinde befestigt
ist. Mit ihrem Vorderteil ist der Zerstäuberbecher 2
verschraubt. Die Welle
ist mit einem Kugellager 7 im Gehäuse des Gebläses gelagert.
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Das Gehäuse besteht aus zwei mit Bolzen verbundenen Gehäuseteilen
8, 10. Der rückwärtige Gehäuseteil 8 weist eine Lufteintrittsöffnung
9 auf und ist in seiner Form dem Schaufelrad 4 angepaßt. Der vordere
Gehäuseteil 10 ist im wesentlichen kegelig geformt und enthält eine flache
kreisförmige Scheibe 11, die unmittelbar vor dem Schaufelrad 4 liegt und
im wesentlichen denselben Durchmesser wie dieses hat. Die von den beiden Gehäuseteilen
8 und 10 umschlossenen Räume stehen miteinander über die ringförmige
Öffnung 12 zwischen Scheibe 11 und dem verrundeten Wandteil an der
Trennfuge in Verbindung. Die von dem Schaufelrad radial nach außen gedrückte Luft
wird so gezwungen, um die Kante der Scheibe 11 herumzuströmen; sie strömt
dann wieder nach einwärts inRichtung auf denZerstäuberbecher2 und wird dabei von
Leitschaufeln 13 geführt, die im Innern des Gehäuseteils 10 zwischen
der Scheibe 11
und seiner Stirnwand befestigt sind. Der Weg der Luft ist durch
Pfeile gekennzeichnet.
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Die zur Welle 1 gleichachsige Nabe der Scheibe 11
ist
über eine Gewindenabe 11a mit einem zylindrischen Düsenring 14 verschraubt,
der den Zerstäuberbecher 2 gleichachsig mit Abstand umgibt, so daß zwischen
beiden ein Ringraum 15 gebildet wird. Dieser Ringraum verengt sich wegen
der Form des Zerstäuberbechers 2 allmählich gegen die ringförmige Brenneröffnung
hin, die zwischen den Stirnkanten des Düsenringes 14 und des Zerstäuberbechers 2
gebildet wird. Die Stirnseite der Gehäusekappe 10 schließt mit einem Kragen
10 a dicht mit dem Düsenring 14
ab, erlaubt jedoch, daß dieser auf
die Gewindenabe 1 1a mehr oder weniger tief aufgeschraubt wird, um seine
Stirnkante gegenüber der Kante des Zerstäuberbechers einstellen zu können. Er kann
in jeder Einstellung durch einen beweglichen Anschlag 28 festgestellt werden, der
auf der Gehäusekappe 10 aufgeschraubt ist und mit seinem vorderen Ende zwischen
zwei Rippen 29 greift, von denen eine Anzahl in gleichmäßigen Abständen auf der
vorderen Außenwand des Düsenringes 14 verteilt sind.
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Die Einlaßkanäle 16 und 17 in dem Düsenring
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werden durch schmale axiale Schlitze gebildet, die Cer Seitenwand des Zerstäuberbechers
2 gegenüberliegen. Die vier Einlaßkanäle 16 sind mit Bezug auf den
Ringraum 15 tangential gerichtet, während die vier engeren Einlaßkanäle 17 radial
gerichtet sind. Auf der Außenfläche des Düsenringes 14 liegen die Öffnungen
der Einlaßkanäle 16 und 17 paarweise dicht beieinander (F i g. 2).
Die schmalen Kanalwände sind gegen die Brenneröffnung geneigt (F i g. 1).
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Auf dem Düsenring 14 sitzt drehbar eine Hülse 18,
die
in Achsenrichtung zwischen der Scheibe 11 und der inneren Schulter des Kragens
10a gehalten ist und vier Luftdurchlaßöffnungen 19 aufweist, die an
der Hülseninnenwand die Abmessungen der Einlaßkanäle 16 aufweisen und ebenso verteilt
sind wie diese und sich nach der Außenwand hin erweitern, um das Einströmen der
Luft zu erleichtern. Die Hülse wirkt als Drehschieber. Sie trägt eine Gabel
20,
in die ein an einem Hebel 22 sitzender Stift 21 eingreift.
Der Hebel 22 im Gebläsegehäuse ist auf einer Achse 23 schwenkbar gelagert, die aus
dem Gehäuse heraustritt und eine mit einer Marke versehene Scheibe 24 trägt, die
sich vor einer Skala 25 dreht (F i g. 3). Mittels eines Steckschlüssels, der zu
der auf der Achse 23 sitzenden Sechskantmutter 26 paßt, kann die Hülse
18 verstellt werden, während der Brenner in Betrieb ist. Ihre Einstellung
kann an der Skala 25 abgelesen werden. Mittels der Feststellschraube 27 kann
die Scheibe 24 und damit die Hülse 18 in jeder Stellung festgestellt werden.
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In der in F i g. 1 gezeichneten Stellung der Hülse sind die tangentialen
Einlaßkanäle 16 ganz offen, während die radialen Einlaßkanäle 17 geschlossen
sind. Sobald sich die Welle 1 in Richtung des Pfeiles 30 (F i g. 2)
dreht, wird der vom Gebläse erzeugte Luftstrom von den Leitschaufeln 13 in
Richtung auf die tangentialen Einlaßkanäle 16 gelenkt, so daß die in den
Ringraum 15 eintretende Strömung zusätzlich zu ihrer axialen Geschwindigkeit eine
im wesentlichen drehende Bewegung in Richtung des Pfeiles 31, also entgegengesetzt
zur Drehrichtung des Zerstäuberbechers 2, erfährt. Wegen der Gestalt und
Anordnung der Luftdurchlaßöffnungen 19 gegenüber der Becherwand wird die
Luftströmung auf ihrem Wege von den Schlitzen zur Brenneröffnung nur wenig durch
die Drehung des Zerstäuberbechers 2
beeinflußt. Infolgedessen verläßt die
Luft die Brenneröffnung am vorderen Ende des Ringraums 15 in sehr stark wirbelnder
Bewegung und eine ausgezeichnete Verbrennung mit verhältnismäßig breiter Brennerflamme
ist das Ergebnis.
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Wird die Hülse 18 entgegen dem Uhrzeigersinn in eine Stellung
gedreht, die in F i g. 2 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, so werden die
tangentialen Einlaßkanäle 16 teilweise geschlossen und gleichzeitig die radialen
Einlaßkanäle 17 teilweise geöffnet. Entsprechend verringert sich die Wirbelbewegung,
und man erhält eine längere Flamme. Die Hülse 18
kann noch
weiter verstellt werden, bis die Luft die Brenneröffnung im wesentlichen ohne Wirbelbewegung
verläßt.
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Auf diese Weise kann die Gestalt der Flamme den verlangten Bedingungen
und der Form der Verbrennungskammer genau angepaßt werden. Die Einstellung wird
am besten vorgenommen, während der Brenner in Tätigkeit ist, weil dann ihr Einfluß
auf die Flamme nachgeprüft werden kann. Mit der Einstellung der Hülse 14 in Achsenrichtung
kann die Flammenform noch weiter verändert werden.
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Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann in verschiedener Weise abgewandelt
werden. Es können die Einlaßkanäle 16 und 17 weiter auseinander angeordnet werden,
wobei dann die Luftdurchlaßöffnungen 19 der Hülse 18 so weit sein
müssen, daß sie den Abstand zwischen gleichen Kanten zweier benachbarter Einlaßkanäle
16 und 17 überdecken. Auch kann die Hülse 18 mit Schlitzen für jeden der Einlaßkanäle
16 und 17 versehen sein, wenn diese Schlitze so angeordnet sind, daß mit der Verdrehung
der Hülse 18 die Einlaßkanäle 16 allmählich geschlossen und die Einlaßkanäle 17
allmählich geöffnet werden und umgekehrt.