DE1947497A1 - OElbrenner mit regelbarer Leistung - Google Patents

Description

DiPL-ING. LIIDEWIG · DIPL-PHYS* BUSi-* 56

46 Kennwort: Kegelbeeinflussung

Firma Dr. Schmitz & Apelt Industrieofenbau GmbH, Wuppertal-Langerfeld, Clausewitzstraße 82 — 84r

Ölbrenner mit regelbarer Leistung

Die Erfindung bezieht sich auf einen in seiner Leistung regelbaren Ölbrenner, bei dem der Brennstoff an einer im Strom der Verbrennungsluft liegenden Düsenanordnung, insbesondere einer Hücklauf-Zerstäuberdüse, zerstäubt in Form eines Kegels austritt, Für Ölbrenner sind schon. Büsenan-Ordnungen bekannt, bei denen der Spitzenwinkel des von der Düsenanordnung ausgehenden zeisbäubten Brennstoff»! sich gemäß den jeweils zerstäubten Brennstoffmengen verändert. Bei den hierfür typischen Brennern mit sog. Rücklauf-Zerstäuberdüsen wird mit abnehmender-Leistung der Spitzenwinkel des zerstäubten Öles größer. Andere bekannte Büsenanordnungen, die das Öl mit Hilfe von Dampf- oder Luftströmen zerstäuben, behalten unabhängig von der jeweiligen Heizleistung, d. h. der Menge des jeweils der Zeiteinheit zerstäubten Öles einen Spitzenwinkel des Zerstäubungskegels unverändert bei. Die vorgenannten Düsenanordnungen, insbesondere die Rücklauf-Zerstäuberdüsen sind im übrigen recht einfach aufgebaut und sie arbeiten betriebssicher, so daß ' ihr Einsatz auch für Brenner wünschenswert ist, deren Leistung sich innerhalb weiter Grenzen regeln läßt. Die eingangs erwähnten Düsenanordnungen ergeben in solchen Brennern jedoch insofern Schwierigkeiten, als es für

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eine stets vollständige Verbrennung mit minimalem Luft- ~Überschuß notwendig ist-, den. Spitzenwinkel des Ze.r-

stäubraigskegels mit abnehmender Leistung zu verkleinern. Insbesondere die im übrigen besonders zweckmäßigen Rücklauf Zerstäuberdüseß arbeiten jedoch in bezug auf den Spitzenwink©! mit einer entgegengesetzten Charakteristik* d.'h. der Spltzenwinle.i d@s Zerstäubungskegels wird mit sich verringernder. Leistung größer«. Daher wurden bei geringer Teile des Öles am Rand der Flamme austreten und

mit den Verbrenntmgsgasen entweichen^ während bei hoher. Leistung-:, eine Konzentration des zerstäubten Öles In Sex Eernzone der Flamme anfällt., die die Gemischbildiißg -des. Öles lait der Verbrennungsluft verschlechtert und für die Verbrennung einen ungünstig großen Luftüber-'schoß erfordert. Die■vorerÄaten Mängel treten» allerdings in geringerem Heße*&ucb bei Büsenanordnungen mit stets gleichbleibendem Spitzenwinkel des Zerstäuberkegels auf, denn auch, hier wäre ©s wünschenswert,, den Spitzenwinkel des Zerstäubungskegels mit sieh 'veirmindersider Leistung, zu verkleinern, um stets ■ einen optimalen. Wirkungsgrad zu erhalten.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde_s bei einem Ölbrenner der eingangs umschriebenen Art die Mangel eines konstanten und insbesondere eines sich zur erwünschten Charakteristik gegensinnig ändernden Spitsenwinkels des Serstäiibungskegels zu kompensieren. Dies wird erfIndungsgemäß in der Erkenntnis, daß die erwünschte Charakteristik auch durch eine sinngemäße Führung der Verbrennungsluft herbeigeführt werden kann, im wesentlichen dadurch erreicht, daß einem von einem zur Längsaehse des Brenners parallelen sekundären Teilstrom der Verbrennungsluft umfaßten, die Düsenanordnung umgebenden primären., um die Längsachse des

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Brenners rotierenden Teilluftstrom eine seinen Drallwinkel nach der Brennerleistung veränderbar bestimmende Leitvorrichtung zugeordnet ist. Die hierbei vorgesehene Umfassung der Düsenanordnung mit einem rotierenden Anteil der Verbrennungsluft, der seinerseits von dem sich parallel zur Längsachse des Brenners strömenden Teil der Verbrennungsluft umhüllt ist, beeinflußt die Form des Zerstäubungskegels beachtlich und Änderungen des Drallwinkels des rotierenden Teilluft stromes, d. li. des Verhältnisses der Umfangsgeschwindigkeit skomponente zur axialen Geschwindigkeitskomponente lassen es zu, die für die jeweilige Leistung des Brenners optimale Größe des effektiven Spitzenwinkels des Zerstäubungskegels herbeizuführen.

Die erfindungsgemäße Leitvorrichtung kann verschiedenartig ausgestaltet sein. Bei einer bevorzugten Ausführung umfaßt sie eine Ringkammer mit tangentialen und radialen Lufteinlässen, Dal^ei wird die Tatsache ausgenutzt, daß das Mengenverhältnis der tangential einströmenden Luft zur radial einströmenden Luft für den Drallwinkel maßgebend ist, so daß Änderungen dieses Verhältnisses den Drallwinkel sinngemäß beeinflussen. Bei einer bevorzugten Ausführung der Ringkammer sind im Interesse eines einfachen Aufbaues die radialen Lufteiiilässe als radialer Ringspalt ausgebildet. Es empfiehlt sich ferner, die radialen Lufteinlässe zu der dein Ausgang der Leitvorrichtung abgewandten Seite der Ringkamraer gegen die tangentialen Lufteinlässe versetzt anzuordnen. Hiermit ist es in besonders einfacher Art möglich, trotz eines großen Regelbereiches eine weitgehend wirbelfrei rotierende Luftströmung aufrechtzuerhalten, deren Drallwinkel Änderungen des Mengenverhältnisses der tangential und radial zugeführten Luft stetig folgt. Besonders zweckdienlich ist es zur Regelung des Mengenverhältnisses, die Weite der radialen Lufteinlässe regelbar auszubilden. In

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diesem Sinne kann die Breite des die radialen Lufteinlässe bildenden radialen Ringspaltes regelbar sein. Für einen funktionell und fertigungstechnisch vorteilhaften Aufbau der ■ Ringkammer und eine ordnungsgemäße radiale Einleitung des den Drallwinkel beeinflussenden Luftanteiles empfiehlt es sich, die Ringkammer an ihrem dem Ausgang abgewandten Bereich mit einer radialen Ringblende auszurüsten und eine gegenüber dieser axial verstellbare Blendenplatte vorzusehen. Damit läßt sich die Luft ordnungsgemäß radial richten und über den Abstand der Blendenplatte von der Ringplatte kann die einströmende. Luftmenge bestimmt werden.

Um die mit wählbarem Drallwinkel aus der Leitvorrichtung abströmende Luft wirkungsvoll zur Beeinflussung des effektiven, d. h, praktisch wirksam werdenden Zerstäubungskegels auszunutzen, ist es weiterhin zweckmäßig, die Ringkammer in Höhe der Düsenanordnung mit einer düsenbildenden Einschnürung auszurüsten, deren sich zum Ausgang erweiternder Bereich zu einer gegenüber dem Brennergehäuse einen dem Durchtritt der Sekundärluft dienenden Ringkanal belassenden Ringwand überleitet. Wenn es auch in der Regel zweckdienlich ist, solche Ringkammern mit der Düsenanordnung feststehend im Brennergehäuse anzuordnen, und die Blendenplatte gemäß der jeweils vorgesehenen Brennerleistung zu verstellen, so ist es fallweise doch zweckdienlicher_r die Blendenplatte im Brennergehäuse festzulegen und die mit . der Düsenanordnung zu einer Baugruppe zusammengefaßte Ringkammer im Brennergehäuse zu verstellen. Damit läßt sich der Regelbereich durch zusätzliche Einwirkung auf die Form der Flamme im Bereich maximaler Leistungen noch verr. größern» Bei solchen Ausführungen empfiehlt es sich übrigens, die ringkemmerfeste Ringwand an im Brennergehäuse sitzenden, sich etwa in Axialebenen erstreckenden Leitflächen abzustützen^ um eine sichere Führung zu erhalten.

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Bei der erfindungsgemäßen Beeinflussung des Zerstäubungskegels der Düsenanordnung.mit Hilfe eines die Düsenanordnung umfassenden rotierenden Luftstromes mit wählbarem Drallivinkel besteht gelegentlich die Gefahr, daß sich Anteile des Brennstoffes aufgrund des im Kernbereich der Ringkammer entstehenden Unterdruckes an dem Träger der Düsenanordnung absetzen und vielleicht Betriebsstörungen verursachen. Dem kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung begegnet werden, indem der Träger der Düsenanordnung von einem einen luftdurchströmten Ringkanal belassenden, sich ausgangsendig erweiternden Mantelrohr umfaßt wird.

Die Erfindung läßt sich auch verwirklichen, wenn die Düsenanordnung einem Zweistoffbrenner eingegliedert ist. In diesem Fall empfiehlt es sich, die das Brenngas zuführenden Kanäle wie Düsen im ausgangsseitigen Teil der Einschnürung der Ringkammer münden zu lassen.

Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in Ausführungsbeispielen dargestellt." Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Brenner,

Fig. 2 einen Schnitt I1*1I nach Fig. l_t

Fig. 3 in der Flg. 1 gleichender Darstellung eine abgewandelte Anordnung,

Fig. k in gleicher Darstellung die erfindungsgemäße Ausgestaltung bei einem Zweistoffbrenner.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ragt in ein etwa rohrförmiges Brennergehäuse 10 mittig ein- der Zuführung des zu verbrennenden Öles dienendes Rohr 11 vor, das ausgangtendig eine Düsenanordnung 12 vorzugsweise eine Rücklauf-Zerstäuberdüse auf-

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weist. Hierbei kann dem Rohr 11 ein Rücklaufkanal eingegliedert oder nebengeordnet sein. Unter Belassung eines ringförmig profilierten Kanales 13 ist das Rohr 11 von einem sich ausgangsendig bei 14 erweiternden Mantelrohr umfaßt, dem durch Wanddurehbrüche ±6 Luft zuströmt. Das Ausgangsende des Mantelrohres 15 Hegt in Höhe der Düsenanordnung 1?.

Mit freiem Abstand von der Wandung des Brennergehäuses 10 ist in diesem eine Ringkammer 17 angeordnet, die in Höhe der Düsenanordnung 12 unter Vermittlung eines sich verengenden Wandhereieaas 18 unä eines folgenden, sich erweiternden Bereiches 19 ausgangsendig dUsenförmig gestaltet ist, wobei der Übergang zwischen den Bereichen 18 und 19 zur Vermeidung

eines Abreißens der Luftströmung gerundet verläuft. Der j sich erweiternde Bereich 19 der Ringkammer 17 leitet zu • einer im wesentlichen zylindrisch©!! Ringwand 20 über, die gegenüber dem Brennergehäuse 10 noch ringsum einen freien Abstand beläßt.

An der der düsenbildenden Einschnürung 18, 19 abgewandten Seite ist die Ringkammer 17 mit einer radialen Ringblende 21 ausgerüstet, der eine Blendenplatte 22 gegenüberliegt,

die euf dem Mantelrohr 15 mit einer Nabe 23 längsverschieb- ! bar ist. In die Hingkammer 17 münden tangential gerichtete ■ Kanal®.24 ein. Dem Brennergehäuse strömt die Verbrennungsluft gemäß den dargestellten Pfeilen längsachsparallel zu.

Ein Teil der Verbrennungsluft tritt durch die Tangentialkanäle 24 in die Ringkammer 17 ein und bildet hier eine rotierende Luftströmung, die Über die Einschnürung 18, 19 die Ringkammer 17 verläßt. Der Drallwinkel dieser rotierenden Luftströmung 1st durch Verstellen der Blendenplatte veränderbar, da die durch den Ringspalt zwischen ihr und der

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Ringblende 21 radial eintretende Luft durch die in der Ringkaramer rotierende Luft mitgenommen wird, wobei jedoch mit größer werdender Menge der radial einströmenden Luft die Rotationsgeschwindigkeit sinkt und die achsparallel gerichtete Geschwindigkeitskomponente des rotierenden Luftstromes zunimmt. Die die Ringkammer verlassende Luftströmung beeinflußt den effektiven Spitzenwinkel des von der Düsenanordnung 12 ausgehenden Zerstäubungskegels. Durch eine hohe Axialkomponente der rotierenden Luft, d, h. eine große Weite des Spaltes zwischen dem Blendenring 21 und der Blendenplattei 22 kann er bei kleiner Brennerleistung klein gehalten werden | und durch Verringerung des erwähnten Spaltes bei großer Brennerleistung wird er größer, so daß stets eine einwandfreie Gemischbildung herbelftthrbar ist.

Die Ausführung nach Fig. 3 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 1, doch ist hier durch Stutzen 26 die Blendenplatte 22 im Brennergehäuse 10 festgehalten, während die Ringkammer 17 durch Stutzen 27 mit einem auch ame Rohr Ii halternden Träger 28 verbunden ist, der sich durch ein Schraubeleraent 29 im Brennergehäuse axial verstellen läßt. Zur Führung der Ringwand 20 sind im Brennergehäuse 10 etwa j in Axialebenen liegende Leitplatten 30 angebracht. Mit \ dieser Anordnung läßt sich ein besonders weiter Regelbereich mit gutem Wirkungsgrad erfassen, weil insbesondere ita Bereich der Maxiraalleistungen die Form des Flaaraenkörpers im Sinne einer optimalen Gemischbildung zusätzlich durch <I®s Gehäuse beeinflußt werden kann.

Die in Fig, h dargestellte Ausführung entspricht wiederum derjenigen nach Fig. i, wobei allerdings das Mantelrohr 14, 15 weggelassen ist, doch »linden im Bereich 19 der Einschnürung 18, 19 Gasdüsen 31 ein, die von einem sit einem Stutzen 32 ausgerüsteten Ringkanal 33 ausgehen. Biesen

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! kann Brenngas zugeführt werden, um die Brenneranordnung als Zweistoffbrenner für gleichzeitige oder wechselseitige Verbrennung von Öl und Gas auszugestalten.

Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daO mit der Verminderung der Leistung des Brenners der Ringspalt zwischen der Ringblende 21 und der Blendenplatte 22 vergrößert wird, so daß die die Ringkammer 17 verlassende Luftströmung eine höhere axialgerichtete Geschwindigkeitskomponente erhält, die den Zerstäubungskegel zusammendrückt, so daß dessen ψ effektiver Spitzenwinkel sich verringert.

Die dargestellten Ausführungen sind, wie schon erwähnt wurde, j nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung. Diese ist nicht darauf beschränkt. Es sind vielmehr noch mancherlei andere Ausführungen möglich. Die Menge der der Ringkammer { radial zuströmenden Luft kann statt durch Änderung einer Spaltbreite auch durch andere Regelmittel bewirkt werden. Die Erfindung läßt sich auch vorteilhaft verwirklichen, wenn das Rohr 11 anstelle einer Rücklauf-Zerstäuberdüse einen leistungsunabhängig gleichbleibenden Zerstäubungskegel liefert, der durch eine rotierende Luftströmung mit veränderbarem Draliwinkel für eine stets optimale Gemischbildung modifiziert werden kann.

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Claims (12)

DIPL.-ING. LUDEWIG · DIPL-PHYS. BUSE · 56 WUPPERTAL-BÄRMEN τη pi - -Phy-H. Mp.nt.zal f Patentanwalt 46 3 Ansprüche:

1. /Ölbrenner mit regelbarer Leistung, bei der der Brennstoff ^— an einer im Strom der Verbrennungsluft liegenden Düsenanordnung, insbesondere einer Rücklauf-Zerstäuberdilse zerstäubt in Form eines Kegels austritt, dadurch gekenn- \ zeichnet, daß einem von einem zur Längsachse des Brenners \ parallelen sekundären Teilstrom der Verbrennungsluft umfaßten, die Düsenanordnung (12) Umgebenden primären, um* > die Längsachse des Brenners rotierenden TeilluitstiOm eine seinen Drallwinkel nach der Brennerleistung verändern 1 bar bestimmende Leitvorrichtung (17 - 2h) zugeordnet ist. !

2. Ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ^ die Leitvorrichtung (17 - 2h) eine Ringkammer (17) mit^ tangentialen und radialen Lufteinlässen umfaßt,' i?

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3. Ölbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnöi, daß *> die radialen Lufteinlässe als radialer Ringspalt ^ bildet sind.

Ölbrenner nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet £i daß die radialen Lufteinlässe zu der dem Ausgang der. ^, Leitvorrichtung abgewaridten Seite der Ringkammer·_.(17) «y gegen die tangentialen Lufteinlässe (2h) versetzt ange-1^, f ordnet sind. .

5. Ölbrenner nach einem oder mehreren der AnsprUohe 2 - h_t dadurch gekennzeichnet, daß die Weite der radialen Luft-#*» _t einlasse regelbar ist. '%!?

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6. Ölbrenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 - 5, 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des radialen Ringspaltes regelbar ist. Λ

7. Ölbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (17) ihrem Ausgang abgewandt eine radiale Ringblende (21) und eine gegenüber dieser axial verstell-

f bare Blendenplatte (22). «fufvisist.

8. Ölbrenner nach einem oder meüreren der Ansprüche 2-7» ! dadurch gekennzeichnet,daß" die Ringkammer (17) in H^he ^ ' der Düsenanordnung fl2) eine düsenbiidende Einschnürung ^³

.(-18'^ 19) aufweist, deren sieh zum Ausgang erweiternder £ Bereich (19) in eine gegenüber dem Brennergehäuse (lO) ^ einen dem Durchtritt der Sekundärluft dienenden Ringkanal f belassende Ringwand (20) Überleitet, ^

9. Ölbrenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ^ die Blertdenplatte (22) im Brennergehäuse (iO) feststehend^, und die Ringkamäer (17) alt der DUsenanordnitng (12) \5 axial verstellbar 1st.

10. ölbrenner nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ringkamaerfeste Ringwend (20) an im Brennergehäuse (lO"-) sitzenden, sich etwa in Axial ebenen erstreckenden Leitflächen (30) verschiebbar abgestützt ist. ;

11. ölbrenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 10, ^a dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (Ii) der Düsen- ^y anordnung von einem einenλ luftdurchströmten Ringkanal ^ (13) belassenden, sich auflrgahgsendig erweiternden Mantelrohr (IAy 15) umfaßt ist. L₁

12. ölbrenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 - 11, !^

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Stoffbrenner die das Brenngas zuführenden. Kanäle (31) wie Düsen im ausgangsseitigen Teil (19) der Einschnürung (18, 19) münden.

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