DE1451351B2

DE1451351B2 - Zerstaeubungsdrallduese mit nur einem brennstoffzufuhrkanal

Info

Publication number: DE1451351B2
Application number: DE19641451351
Authority: DE
Inventors: Eugen Dipl Ing 1000 Berlin Klein
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchs anstalt fur Luft und Raumfahrt e V 5300 Bonn
Priority date: 1964-02-13
Filing date: 1964-02-13
Publication date: 1972-06-22
Also published as: DE1451351C3; DE1451351A1

Description

Aus gleichen Gründen ist der Vorschlag der deutschen Patentschrift 920,117, der einen Führungskonus vorsieht, für kleinste Durchsätze nicht brauchbar. Der Führungskonus vergrößert die Reibung anstatt' sie, wie erwartet, herabzusetzen.

Allen oben besprochenen Vorschlägen ist ■ die Vergrößerung der Strömungsverluste in der Drallkammer mit den nachteiligen Folgen für den Durchsatz und die Zerstäubungsfeinheit gemeinsam. Damit vermögen sie bei kleinsten Durchsätzen nicht Betriebssicherheit und gleichmäßige optimale Zerstäubung zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstopfungsanfälligkeit der Düse bei kleinsten Durchsätzen zu vermindern ohne dabei die geforderte π Gleichmäßigkeit der Zerstäubung zu gefährden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ebene Abschlußfläche die zylinderförmige Drallkammer begrenzt und schräg zu ihrer Achse derart angeordnet ist,, daß die Ebene... durch die Drallkammerachse und den Punkt größter Höhe der zylindrischen Drallkammer mit der Ebene durch die Drallkammerachse und der Brennstoffkanalmündung gemessen in der vom Brennstoffkanal vorgegebenen Umfangsrichtung einen Winkel von 86 bis 94° bildet.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung wird erreicht, wenn die ebene Abschlußfläche der Drallkammer einen Winkel von 83 bis 87° mit der Drallkammerachse bildet. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch eine optimale Anordnung und Gestaltung der strömungsführenden Wandung der Drallkammer aus. Da der überwiegende Teil des Fördervolumens als Grenzschicht entlang der Drallkammerwand strömt, genügt eine geringfügige Beeinflussung dieser Grenzschichtströmung durch eine geringe Schrägstellung der Abschlußwand gegenüber der Austrittsbohrung, um die Unsymmetrie bei Verwendung eines einzigen Zufuhrkanals weitgehend auszugleichen. Diese Anordnung realisiert eine minimale Oberfläche der Drallkammerwandung und damit minimale Reibungsverluste, einen minimalen Durchsatz und eine optimale Zerstäubungsfeinheit bei kleinstem Durchsatz. Ferner ist die Herstellung einer solchen Düse einfach, und sie erfordert nicht, wie in den zitierten Beispielen zum Stande der Technik, eine große Genauigkeit der Herstellung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Abb. la die erfindungsgemäße Düsenanordnung schematisch, wobei der obere Querschnitt durch die Symmetrieebene der Drallkammer geführt ist,

Abb. Ib die Umrisse der benetzten Flächen der Dralldüse.

Darin bedeutet 1 die zylindrische Drallkammer, 2 ihre Abschlußwand gegenüber der Austrittsbohrung 5, 7 den Punkt größter Höhe und 6 den Punkt kleinster Höhe der Drallkammer, 3 eine kegelige Überführung von der zylindrischen Kammer zur Austrittsbohrung und 4 den Brennstoffzufuhrkanal. Die gedachte Ebene 8 durch die Drallkammerachse schneidet die Abschlußwand normal entlang der Geraden durch die Punkte 6 und 7. Der Winkel α zwischen der ebenen Abschlußfläche der Drallkammer und der Drallkammerachse beträgt 83 bis 87°. Die gedachte Ebene

9 durch die Drallkammerachse und durch den Punkt

10 als Mitte der Brennstoffkanalmündung bildet mit der Ebene 8 den Winkel ß, welcher 86° bis 94° beträgt. Die Senkrechte 11 vom Punkt 10 auf die Drallkammerachse dient lediglich zur besseren Veranschaulichung der Ebene 9. Weiterhin ist zur besseren Veranschaulichung die Schnittlinie 2' der zur Drallkarriv merachse senkrechten Ebene durch den Punkt 6 kleinster Höhe mit der zylindrischen Drallkammerwand angegeben.

Dank der beschriebenen Anordnung weist der Zerstäubungsstrahl gute Symmetrieeigenschaften auf. Eine Dralldüse mit einem einzigen Drallkanal und mit einer Drallkammer gemäß dem Erfindungsvorschlag, deren Durchmesser nur das Drei- bis Vierfache der Austrittsbohrung beträgt, erreicht eine gute Betriebssicherheit bei einem Kleinstdurchsatz, der um 40 bis 50 % unterhalb der unteren Grenze gleicher Betriebssicherheit steht, die durch den heutigen Stand der Technik gegeben ist. Hierbei wird der Winkel des Zerstäubungsstrahles bei scharfkantiger Austrittsbohrung um rund 50 % vergrößert, also wesentlich verbessert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Grenze für den Durchsatz einer Düse von gegebener Patentansprüche: Austrittsbohrung und gegebenem Druck herauf. Diese Tatsache ist von maßgebender Bedeutung für

1. Zerstäubungsdüse für flüssige Brennstoffe mit den Entwurf von Düsen kleinsten Durchsatzes,
einer zylinderförmigen Drallkammer, in die ein in s Solche Düsen, die z. B. für Feuerungszwecke vereiner senkrecht zur Drallkammerachse liegenden wendet werden sollen und etwa ein Kilogramm Ebene angeordneter Brennstoffzufuhrkanal nähe- Leichtöl pro Stunde zerstäuben, weisen, wenn sie in rungsweise tangential zur Umfangsfläche einmün- konventioneller Art mit zwei oder drei Zufuhrkanälen det und in deren Achse, einer ebenen Abschluß- und mit einer relativ großen Drallkammer versehen fläche gegenüberliegend, eine verengte Düsenaus- io sind, sehr kleine Abmessungen der Kanäle (etwa 0,12 trittsbohrung angeordnet ist, die mit der zylindri- mm) und der Austrittsbohrung (0,13 mm) auf. Selbst sehen Drallkammer über eine konusförmige Wand bei einer sehr guten Filterung des Brennstoffs ist

verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dann die Verstopfungsanfälligkeit sehr groß, weil

die ebene Abschlußfläche (2) die zylinderförmige feine Schwebeteilchen, die das Filter passieren, sich

Drallkammer (1) begrenzt und schräg zu ihrer π in den Kanälen oder in der Austritts bohrung anla-

Achse derart angeordnet ist, daß die Ebene (8) gern und wegen der dort herrschenden laminaren

durch die Drallkammerachse und den Punkt (7) Strömung auch nicht mehr weggespült werden kön-

größter Höhe der zylindrischen Drallkammer (1) nen.

mit der Ebene (9) durch die Drallkammerachse Ein anderer Nachteil der Dralldüsen in konventio-

und der Brennstoffkanalmündung (10) gemessen 20 neller Ausführung mit mehr als einem Zufuhrkanal

in der vom Brennstoffkanal (4) vorgegebenen Um- liegt darin, daß bei kleinsten Durchsätzen der Winkel j,

fangsrichtung einen Winkel (ß) von 86 bis 94° bil- des Zerstäubungsstrahls wegen der relativ großen Rei- [

det. bungsverluste zu klein und deshalb die Tropfendisper- j

2. Zerstäubungsdüse nach Anspruch 1, dadurch sion ungenügend ist. c

gekennzeichnet, daß die ebene Abschluß fläche (2) 25 Die bezüglich der Verstopfungsanfälligkeit kriti-

der Drallkammer (1) einen Winkel (α) von 83 bis sehen Querschnitte einer Dralldüse sind diejenigen

87° mit der Drallkammerachse, gemessen in der der Zufuhrkanäle und der Austrittsbohrung. Um eine

durch die Drallkammerachse gehenden Normal- sehr viel geringere Verstopfungsanfälligkeit, etwa die

ebene (8) bildet. der 2 kg/h-Düse zu erreichen, müßten die engsten

30 Strömungswege der 1 kg/h-Düse ungefähr dieselben Abmessungen wie bei der 2 kg/h-Düse erhalten. Zu diesem Zweck müßte die Dralldüse mit einem einzigen Zufuhrkanal und mit einer Drallkammer von kleinsten Abmessungen versehen sein. Konventionell

35 gestaltete Düsen wurden in einem solchen Falle eine χ völlig unsymmetrische und daher unbrauchbare Zer- _c stäubung liefern.

Die Erfindung betrifft eine Zerstäubungsdüse für Ein Vorschlag zum Ausgleich der Unsymmetrie

flüssige Brennstoffe mit einer zylinderförmigen Drall- der Strömung durch eine geometrische Unsymmetrie

kammer, in die ein in einer senkrecht zur Drallkammer- 40 der Drallkammer ist Gegenstand der USA.-Patentschrift

achse liegenden Ebene angeordneter Brennstoffzufuhr- 2,659,631. Hierbei wird eine zusätzliche zylindrische

kanal näherungsweise tangential zur Umfangsfläche Drallkammer auf der dem Austritt gegenüberliegen- ]

einmündet und in deren Achse, einer ebenen Abschluß- den Seite und exzentrisch zur Achse der Hauptdrall-. \

fläche gegenüberliegend, eine verengte Düsenaustritts- kammer angebracht. Diese Konstruktion verlangt bei

bohrung angeordnet ist, die mit der zylindrischen Drall- 45 Düsen für kleinste Durchsätze eine sehr hohe und

kammer über eine konusförmige Wand verbunden ist. damit kostspielige Herstellungsgenauigkeit, ohne daß

Zerstäubungsdralldüsen konventioneller Art verfü- damit eine Optimierung hinsichtlich der Vermeidung

gen meist über zwei oder mehrere Drallkanäle, doch oder Verminderung der Verstopfung erreicht werden

sind auch Düsen bekannt, die mit einem einzigen kann, weil die Gesamtbauhöhe der Drallkammer hier-

Drallkanal versehen sind. Bei diesen Düsen besteht 50 bei zunimmt. Damit ist aber infolge der Strömungs-

hinsichtlich der azimutalen Durchsatzverteilung im Verluste eine Zunahme des Durchsatzes und eine

Zerstäubungsstrahl eine große Ungleichmäßigkeit. Vergröberung der Zerstäubung verbunden.

Aus diesem Grunde sind solche Düsen für Feuerungs- Um die Zunahme des Durchsatzes auszugleichen,

zwecke ungeeignet. müßte man den Querschnitt des Zufuhrkanals verklei-

Konventionelle Düsen mit einem einzigen Drallka- 55 nern. Damit aber bliebe die Verstopfungsanfälligkeit.
nal lassen sich wohl mit hohen und weiten Drallkam- Jedwede symmetrische Erweiterung der Drallkammern versehen, in denen eine Vergleichmäßigung der mer, z.B. durch eine Ausdehnung in Richtung der Strömung erfolgen kann, so daß die Zerstäubungs- Drallkammerachse, wie in der französischen Patentstrahlen dann Rotationssymmetrie aufweisen. Der schrift 699,347 vorgeschlagen, vermag theoretisch die Nachteil dieser Düsen besteht darin, daß in einer 60 Unsymmetrie des Strömungseinlaufs nicht auszuglei-Drallkammer von großen Abmessungen der Energie- chen. Reale, d.h. mit einer gewissen Zähigkeit behaf- und Drallverlust groß ist, was zur Folge hat, daß die tete Flüssigkeiten erfahren in einer genügend hohen Zerstäubungsfeinheit abnimmt. Während dieser Nach- Drallkammer so große Reibungsverluste, daß eine geteil bei Düsen für mittlere und große Durchsätze wisse Vergleichmäßigung der Austrittsströmung erunter Umständen noch als tragbar angesehen werden 65 reicht werden kann. Wegen der großen Reibungsverkann, ist das bei Düsen von kleinstem Durchsatz luste treten jedoch verstärkt die oben angeführten nicht mehr der Fall. Denn Energie- und Impulsver- Nachteile (erhöhter Durchsatz, vergröberte Zerstäuluste erhöhen den Durchsatz, setzen also die unterste bung) auf.