DE19904395A1 - Zerstäuberdüse - Google Patents

Abstract

Bei einer Zerstäuberdüse (1) für die Zerstäubung eines flüssigen Brennstoffs (B) mittels eines Zerstäubungsgases (Z) mit einem mittigen Brennstoffzuleitungskanal (2), einem den Brennstoffzuleitungskanal ringartig umgebenden Zerstäubungsgaszuleitungskanal (3), einer an den Brennstoffzuleitungskanal anschließenden Mischkammer (11) einschließlich mindestens eines geradzylindrischen Abschnitts (11a), der über eine Vielzahl von unter einem Winkel zur Achse der Mischkammer geneigten Kanälen (12) mit dem Zerstäubungsgaszuleitungskanal verbunden ist, und mit einer die Mischkammer überdeckenden Düsenkappe (13) mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen (14) für die Mischung aus Brennstoff und Zerstäubungsgas, ist zur Verbesserung der Mischung und der Beaufschlagung der Austrittsöffnungen vorgesehen, dass die Mischkammer (11) einen sich an den geradzylindrischen Mischkammerabschnitt (11a) anschließenden und sich in Strömungsrichtung erweiternden zweiten Mischkammerabschnitt (11b) aufweist und die Verbindungskanäle (12) sich unter im wesentlichen tangentialer Ausrichtung im geradzylindrischen Kammerabschnitt der Mischkammer öffnen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerstäuberdüse für die Zerstäubung eines flüssigen Brennstoffs mittels eines Zerstäubungsgases mit einem mittigen Brennstoffzuleitungskanal, einem den Brennstoffzuleitungskanal ringartig umgebenden Zerstäubungsgaszuleitungskanal, einer an den Brennstoffzuleitungskanal anschließenden Mischkammer einschließlich mindestens eines geradzylindrischen Abschnitts, der über eine Vielzahl von unter einem Winkel zur Achse der Mischkammer geneigten Kanälen mit dem Zerstäubungsgaszuleitungskanal verbunden ist, und mit einer die Mischkammer überdeckenden Düsenkappe mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen für die Mischung aus Brennstoff und Zerstäubungsgas.

Aus der EP 0 117 472 A2 ist eine solche Zerstäuberdüse bekannt, bei der sich die Verbindungskanäle zwischen Ringkanal und Mischkammer unter einem Winkel zwischen 35 und 90° erstrecken. Die Kanäle sind radial auf die Achse der geradzylindrisch ausgebildeten Mischkammer ausgerichtet. Die geradzylindrische Mischkammer öffnet sich zum Inneren der Düsenkappe. Durch die radiale Ausrichtung der Verbindungskanäle und die alleinig geradzylindrische Ausbildung der Mischkammer wird nur eine schwache Vormischung des flüssigen Brennstoffes und des Zerstäubungsgases in der Mischkammer erreicht. Außerdem erfolgt eine relativ ungleichmäßige Beaufschlagung der Austrittsöffnungen mit dem fertigen Gemisch.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zerstäuberdüse der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der die Mischung von Brennstoff und Zerstäubungsgas und die Beaufschlagung der Austrittsöffnungen mit dem Gemisch verbessert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Mischkammer einen sich an den geradzylindrischen Mischkammerabschnitt anschließenden und sich in Strömungsrichtung erweiternden zweiten Mischkammerabschnitt aufweist und die Verbindungskanäle sich unter im wesentlichen tangentialer Ausrichtung im geradzylindrischen Kammerabschnitt der Mischkammer öffnen.

Durch die tangentiale Ausrichtung der Zerstäubungsgasstrahlen in das untere Ende der lavalartig ausgebildeten Mischkammer wird eine gleichmäßigere Zerteilung des aus der Brennstoffzuleitung austretenden Brennstoffstrahls erreicht, wobei gleichzeitig das Gemisch aus flüssigem Brennstoff und Zerstäubungsgas in Rotation versetzt wird. Durch das Aufprägen der Rotation wird die Vermischung verbessert, weil Brennstoff aus der Mitte des eintretenden Brennstoffstrahls durch die von den Zerstäubungsgasstrahlen aufgebrachten Zentrifugalkräfte nach außen transportiert wird. Hierdurch und durch die Aufweitung des zweiten Kanalabschnitts werden die Austrittsöffnungen der Düsenkappe in gleichmäßigerer Weise mit einem vergleichmäßigten Brennstoff-Zerstäubungsgas-Gemisch beaufschlagt.

Zur weiteren Verbesserung der Durchmischung ist vorgesehen, dass der geradzylindrische Mischkammerabschnitt einen Rücksprung aufweist und sich die Verbindungskanäle in den in Strömungsrichtung des Brennstoffes gesehen auf den Rücksprung folgenden und im Querschnitt erweiterten Teil des geradzylindrischen Abschnitts öffnen. Durch den Rücksprung in dem geradzylindrischen Abschnitt der Mischkammer wird der Querschnitt vor dem Eintritt der Zerstäubungsgasstrahlen sprungartig erweitert. Dadurch wird im Bereich des Eintritts der Zerstäubungsgasstrahlen für den flüssigen Brennstoff ein "Totwassergebiet" erzeugt. In diesem Gebiet kann davon ausgegangen werden, dass die Eindringtiefe des Zerstäubungsgases in das zu zerstäubende Medium sehr groß sein wird, wodurch der Zerstäubungseffekt verbessert wird.

Vorzugsweise ist die Mischkammer in an sich bekannter Weise in einem gesonderten Bauteil ausgebildet und weist das Bauteil auf seiner Außenseite eine zusammen mit dem Zerstäubungsgaszuleitungskanal eine Ringkammer begrenzende Abstufung auf, durch die sich die Verbindungskanäle in senkrechter Ausrichtung zur Achse der Mischkammer erstrecken.

Die Aufweitung des zweiten Abschnitts der Mischkammer kann stetig oder stufenartig ausgebildet sein.

Weiterhin kann in zweckmäßiger Weise der Einlauf der Mischkammer abgerundet ausgebildet sein, um einen störungsfreien Einlauf des flüssigen Brennstoffes in die Mischkammer zu erreichen.

Die Verbindungskanäle liegen vorzugsweise als mindestens eine Gruppe in gleichmäßiger Umfangsverteilung in einer zur Achse der Zerstäuberdüse senkrechten Ebene.

Um Zerstäubungsgas in sicher ausreichender Menge der Mischkammer zuführen zu können, ist es von Vorteil, wenn die Verbindungskanäle in mindesten zwei in axialem Abstand übereinander liegenden Gruppen ausgebildet sind, wobei ihre Winkellage in Umfangsrichtung vorzugsweise gegeneinander versetzt ist.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zerstäuberdüse,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt vergleichbar Fig. 1 mit zwei Gruppen von übereinander liegenden Verbindungskanälen,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zerstäuberdüse mit einem Rücksprung im zylindrischen Anschnitt der Mischkammer und

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. 4.

Die Zerstäuberdüse 1 gemäß Fig. 1 und 2 weist ein mittiges Zuleitungsrohr 2 für Brennstoff B und ein das Brennstoffzuleitungsrohr mit Abstand umgebendes Zuleitungsrohr 3 für Zerstäubungsgas auf, wobei das Rohr 3 das freie Ende 2a des Rohrs 2 um einen vorgegebenen Abstand A überragt. Das freie Ende des Brennstoffzuleitungsrohrs ist mit einer Aufweitung 4 versehen, in die ein Mischkammerbauteil 5 mit einem Ansatz 6 eingreift. Im Anschluß an den Ansatz 6 ist das Mischkammerbauteil 5 mit zwei Abstufungen 7 und 8 versehen. Die Abstufung 7 begrenzt mit der ihr gegenüberstehenden Innenfläche des Zerstäubungsgaszuleitungsrohrs 3 eine Ringkammer 9.

Auf seinem von dem Ansatz 6 abgewandten Ende ist das Mischkammerbauteil 5 mit einem an die Stufe 8 anschließenden Fortsatz 10 versehen.

Das Mischkammerbauteil 5 ist mit einer sich vom Ansatz 6 bis zum Fortsatz 10 erstreckenden und zur Achse des Zuleitungsrohrs 3 konzentrischen Mischkammer 11 versehen, die aus einem geradzylindrischen Abschnitt 11a und einem anschließenden und sich in Strömungsrichtung erweiternden zweiten Mischkammerabschnitt 11b besteht. Der Einlauf des Mischkammerabschnitts 11a ist in der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise abgerundet ausgebildet.

Die Ringkammer 9 ist in der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Weise über Verbindungskanäle 12 mit dem geradzylindrischen Abschnitt 11a der Mischkammer 11 verbunden. Die Verbindungskanäle 12 erstrecken sich senkrecht zur Achse und im wesentlichen in tangentialer Ausrichtung zu dem geradzylindrischen Mischkammerabschnitt 11a.

Die Stufe 8 des Mischkammerbauteils 5 sitzt in der in der Fig. 1 gezeigten Weise mit einer abgeschrägten Ringfläche 8a auf einer am freien Ende 3a des Zerstäubungsgaszuleitungsrohrs 3 ausgebildeten abgeschrägten Ringfläche 3b auf.

Auf der von der Stufe 8 und dem Fortsatz 10 bestimmten Ringfläche 8b sitzt eine Düsenkappe 13 mit einer Vielzahl gegen die Achse der Zerstäuberdüse nach außen geneigten Öffnungen 14 auf und überdeckt in dieser Stellung die Austrittsöffnung den Fortsatz 10 des Mischkammerbauteils 5. Die Düsenkappe 13 wird in dieser Stellung durch eine Überwurfmutter 15 gehalten, die auf ein Außengewinde 3c aufgeschraubt ist, das im Bereich des freien Endes des Zerstäubungsgaszuleitungsrohrs 3 ausgebildet ist.

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist eine Gruppe von drei in einer Ebenen liegen und gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten Verbindungskanälen 12 vorgesehen. Wenn der von den Kanälen angebotene Zustromquerschnitt für das Zerstäubungsgas Z nicht ausreicht, ist es zweckmäßig, eine weitere Gruppe von Verbindungskanälen 12' in einer weiteren auf Abstand angeordneten Ebene auszubilden, die dann in Umfangsrichtung gegen die Kanäle 12 versetzt sind. Eine solche Anordung ist in der Fig. 3 dargestellt.

Der aufgeweitete Abschnitt 11b der Mischkammer 11 kann in stetiger Weise aufgeweitet oder auch stufenartig aufgeweitet sein.

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform weist der geradzylindrische Abschnitt 11a über seine gesamte axiale Länge den gleichen Querschnitt auf. Bei der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsform weist der geradzylindrische Mischkammerabschnitt 11a einen Rücksprung 16 auf und die Verbindungskanäle 12 öffnen sich in Strömungsrichtung des Brennstoffes gesehen in den auf den Rücksprung 16 folgenden und im Querschnitt erweiterten Teil des geradzylindrischen Abschnitts 11a. Im Bereich des Rücksprungs 16 bilden sich "Totwasserzonen" des in den Abschnitt 11a eintretenden flüssigen Brennstoffes B aus, wodurch die Vermischung des aus den Kanälen 12 austretenden Zerstäubungsgas z. B. Dampf mit dem flüssigen Brennstoff z. B. Öl verbessert wird.

Die erfindungsgemäße Zerstäuberdüse kann mit besonderem Vorteil bei der Zerstäubung eines mit gröberen Feststoffen verunreinigten Öls eingesetz werden.

Der Einfachheit halber sind in den Fig. 1, 3 und 4 wie bei der Fig. 1 der EP 117 472 A2 die Anschlüsse für Brennstoff und Zerstäubungsgas an die Zerstäuberdüse nicht mit dargestellt.

Claims (6)

1. Zerstäuberdüse für die Zerstäubung eines flüssigen Brennstoffs mittels eines Zerstäubungsgases mit einem mittigen Brennstoffzuleitungskanal, einem den Brennstoffzuleitungskanal ringartig umgebenden Zerstäubungsgaszuleitungskanal, einer an den Brennstoffzuleitungskanal anschließenden Mischkammer einschließlich mindestens eines geradzylindrischen Abschnitts, der über eine Vielzahl von unter einem Winkel zur Achse der Mischkammer geneigten Kanälen mit dem Zerstäubungsgaszuleitungskanal verbunden ist, und mit einer die Mischkammer überdeckenden Düsenkappe mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen für die Mischung aus Brennstoff und Zerstäubungsgas dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (11) einen sich an den geradzylindrischen Mischkammerabschnitt (11a) anschließenden und sich in Strömungsrichtung erweiternden zweiten Mischkammerabschnitt (11b) aufweist und die Verbindungskanäle (12) sich unter im wesentlichen tangentialer Ausrichtung im geradzylindrischen Kammerabschnitt der Mischkammer öffnen.

2. Zerstäuberdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geradzylindrische Mischkammerabschnitt 11a einen Rücksprung (16) aufweist und sich die Verbindungskanäle (12) in den in Strömungsrichtung des Brennstoffes (B) gesehen auf den Rücksprung folgenden und im Querschnitt erweiterten Teil des geradzylindrischen Abschnitts öffnen.

3. Zerstäuberdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (11) in an sich bekannter Weise in einem gesonderten Bauteil (5) ausgebildet ist und das Bauteil auf seiner Außenseite eine zusammen mit dem Zerstäubungsgaszuleitungkanal (3) eine Ringkammer (9) begrenzende Abstufung (7) aufweist, durch die sich die Verbindungskanäle (12; 12') in senkrechter Ausrichtung zur Achse der Mischkammer erstrecken.

4. Zerstäuberdüse nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung des zweiten Abschnitts (11b) der Mischkammer (11)stetig oder stufenartig ausgebildet ist.

5. Zerstäuberdüse nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf der Mischkammer abgerundet ausgebildet ist.

6. Zerstäuberdüse nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle in mindestens zwei in axialem Abstand übereinander liegenden Gruppen (12; 12') ausgebildet sind, wobei ihre Winkellage in Umfangsrichtung vorzugsweise gegeneinander versetzt ist.