DE2015470A1 - - Google Patents

Description

Frederick Francis POLNAUER, 25O Riverside Drive, New York 10025,USA

Sprühdüse und Verfahren zu ihrer Herstellung,

Die Erfindung betrifft eine Sprühdüse, insbesondere zur Verteilung oder Streuung von Strömungsmedien, wie beispielsweise Flüssigkeiten, Gasen und anderen sprüh- oder spitzbaren Materialien in einen konusförmigen Sprühnebel von sehr feinen Tröpfchen, welche in ein gleichförmiges Muster ausgestoßen werden, und bei welcher die Druckhöhe des zu versprühenden Ströraungsmediums wirksam und zweckentsprechend in kinetische Rotationsenergie in einer Umlaufkamrner umgewandelt wird. . -

Die Erfindung betrifft eine logarithmische Spiral-■Strömungsdüse zum Versprühen oder Vernebeln von Strömungsmedien, bei welcher eine konzentrische Ausrichtung zwischen der Achse des Wirbelkammerkörpers und der Austrittsöffnung erreicht wird.

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Fe. nur'hin t .:■:.■-iht sich ei.;, ο Erfindung, auf aus führung s .forin:., η \.-.\,C. Verfahren zum Entwerfen von logarithminchen Sjjrühdüsen, bei ..riehen die Verhältnisse von Düsenparametern oder -beiwerten innerhalb bestimmter Grenzen gehalten v/erden, welche es ermöglicLun, daß solc?;e Düsen mit einem beträchtlichen Grad an Bestiinmbarkoiv von Sprühverformung hergestellt werden können, und bei weicheο uer Bemu st er ungs index der Düsen beschrieben und bestimmt v/er Ion kann.

Sprühdüsen, welche eine logarithm!sehe oder eine andere Spiralströmung für das Strömungsmedium benutzen, sind an sich bekannt. Bei einer solchen Düse, welche in dem britischen Patent 760.972 beschrieben ist, wird beansprucht, daß optimale strömungsart'"1;.-

fc nisse, hervorgerufen durch die Eildung eines logarithmic eben Spiralflusses und somit eine maximale Sprühdüsenwirkrjairucei t Jure, ι Steuern oder Regeln von nur zwei Hauptdüsenabmessungen erhaiL.cn werden können.» Diese Abmessungen sind die Einlaßbreite oder i.U:r Einlaßumfang und der größte Radius der tJirbelkammer, d.h., die Kaiamer, in v/e Icher der logarithmische Spiralströmungsfluß eriial ..:n wird. In dem genannten britischen Patent ist gesagt, da3 ein Vaihältnis von Eünlaßbreite bzw. Einlaßumfang zu dem größten tiadiu;:; nicht größer als 2/9 in der wirbelkammer gehalten werden Eoll„e. Es ist jedoch festgestellt worden, daß solch eine Feststellung für die meisten Fälle nicht gültig ist, und statt dessen die kritischen Verhältnisse zwischen mindestens sechs Parametern oder Beiwerten der Düse von entscheidender Wichtigkeit sind, um eine

P wirkungsvolle Düse zu erhalten. Weiterhin ist festgestellt worden, daß die bestehenden Düsen dieser allgemeinen Art in mancherlei Hinsicht mangelhaft sind, eine gute, mechanische Ausführung vorzusehen, bei welcher die Düsenparameter leicht und einfach durch Auswechseln der Düsen teile geändert v/erden können und gleichzeitig bestimmte Verhältnisse zwischen den Düsenteil wie beispielsweise eine Ausrichtung der Austrittsöffnung mit der Achse der Wirbelkammer aufrechterhalten werden können.

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ß dor vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte Sprühdüse von iogarithraischem Spiralfluß vorgesehen, tei.welcher die &W3-ströiaoffnung konzentrisch, mit der-Achse der Wirbelkammer jederzeit eingerichtet ist. Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten JtasfuMrungs™ -form der Erfindung eine Sprühdüse vorgesehen, welche mit einer auswechselbaren Äusstroinoffnungsplatte und einer auswechselbaren Wirbel« lCcUiimer versehen ist, so daß die Gesamtgestaltung von der Austrittsöffnungskamraer wie auch der Wirbelkammer abgeändert und gemäß bestii.sntar Begriffe kombiniert werden kann, welche einen wesentlichen Teil der Erfindung bilden, eine maximale Betriebswirksamkeit unter einem v/eiten Bereich von Arbeitsbedingungen zu erhalten.

Zusätzlich sind bestimmte neue Verfahren und bestimmte Ausfuhrungskennzeichen zur Bestimmung der Parameter der logarithmischen Spiral" ströinungssprühdüsen entwickelt worden, weide im Stande sind, solche Düsen -idit einem beträchtlichen Grad an Vorbestirnmung der Sprühausrührung, d.h. Strömungsgeschwindigkeit und Sprühkonuswinkel zu entwerfen, was bei den bekannten Ausprobierverfahren nicht möglich ist_a Weiterhin sind bestimmte neue Verfahren und Ausführungskennseichen dadurch entwickelt worden, daß die Verhältnisse von Düseaparametern innerhalb bestimmter Bereiche aufrechterhalten werden, welche es ermöglichen, daß der Bemusterungsindex oder die Mustergebung einer logarithm!sehen Spiralflußsprühdüse beschrieben werden kann»

Bin wesentlicher Zweck der Erfindung besteht deshalb cia?in> eine Sprühdüse vorzusehen, bei welcher sich die Flüssigkeitsströmiangscharakteristiken der theoretischen Strömungsdynamik von einer bevorzugten logarithmischen Spirale mit dem Ergebnis nähert, daß ein axial symmetrischer Fluß und eine gleichförmig verteilte, vernebelte Flüssigkeit eine konische Vernebelung bildet und wobei die Energieverluste durch Reibung und Partikelaufprall her abgesetzt werden.»

GeiaäS einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Sprühdüse vorgesehen, bei welcher die Äuslaßöffnung leicht in Ausrichtung mit der Achse der Wirbelkammer gehalten werden kann«

BAD

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Weiterhin sind gemäß der Erfindung neue Verfahren für eine mathematische Bestimmung der Parameter der Düsen mit einem logarithmisch^n Sprialfluß vorgesehen, um bestimmte Arbeitscharali"· .er η ige;-} scha fteil zu erhalten.

Weiterhin sind gemäß der Erfindung neue Verfahren und Entwurfskriterien zur Verwendung in der Ausführung von Sprühdüsen mit einem logarithmischen Spiralfluß vorgesehen, bei welchen der Bemustorungsindex unter einem gegebenen Wert gehalten werden kann.

Weiterhin ermöglichen die neuen Verfahren und Entwurfskriterien die Beschreibung und Vorbestimmung der Mustergebung einer Düse h mit einem logarithmisehen Spiralfluß.

ferner ist es nach dem Verfahren nach der Erfindung möglich, bei den Düsen mit einem logarithmischen Spiralfluß die Verneblungsausführuag vorweg zu bestimmen.

In der Zeichnung ist die Sprühdüse nach der Erfindung in mehreren Ausführungsbeis ρielen dargestellt.

Figur 1 ist ein Längsquerschnitt durch die Mitte einer Austührungsform von Sprühdüse nach der Erfindung,

Figur 2 ist eine Draufsicht auf die vfirbelkammer nach Fig. 1,

Figur 3 ist ein axialer Querschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2,

Figur 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 2,

Figur 5 ist eine Draufsicht auf die Platte mit der Austrittsöffnung,

Fig. 6 ist ein Querschnitt durch die Austrittsplatte nach der Linie 6-6 der Fig. 5,

1 0 $ * 4 3 / 0 Q 7 Q BAD ORIGINAL.

Fig. 7 ist ein Längsquerschnitt durch die Mitte einer Kraftstoff einspritzdüse nach der Erfindung,

Fig. 8 ist ein Schnitt nach der Linie 8-8 der Fig» I₁

Fig. 9 ist ein Schnitt nach der Linie 9-9 der Fig. 7,

Fig. lO ist eine Draufsicht auf die Düse nach Fig. 7, Fig. 11 zeigt von unten die Düse nach Fig. 7, ·

Fig. 12 ist ein Längsschnitt durch die Kitte einer Kraftst-offeinspritzdüse für Gasturbinen nach der Erfindung,

Fig. 13 ist eine Draufsicht auf die Düse nach Fig«. 12, Fig. 14-ist ein Längsschnitt durch die Düse nach Fig» 12,

Fig. 15 ist ein Längsschnitt durch die Mitte einer weiteren Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzdüse für Gasturbinen nach der Erfindung,

Fig. 16 ist ein Längsschnitt durch die Mitte einer weiterhin abgeänderten Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzdüse für Gasturbinen nach der Erfindung,

Fig. 17 ist ein Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform von Ausströmungsplatte,

Fig. 18 ist ein Schnitt durch eine verbesserte Ausführungsform von Wirbelkammer. .

Bei Figur 1 weist eine bevorzugte Ausführungsform von Sprühdüse ein Gehäuse 1 von abgestufter zylindrischer Form mit einem. Außengewinde 5 entlang einem Teil von größtem Aussendurchmesser auf.

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Das Mi.r_lt; off;:. -;: Ende an ϋ-·:-ια oberen iunde des Gehäuses 1 is:: m^ ' uinr_;r • Bohrung 6 ve;"cc,-hen, in welcher ein '//irbelkaininerköri^or 2 mit ..· ι ner Bodenwanel 12 and einer Kammer 9 und eine Platte 3 mit einer JUn tr !türöffnung angeordnet sind. Das untere iinde des Gehäuses 1 enth=" LL in I,c^;ngr₃rici)tur>y eine mit der Längsachse Λ-Λ des Körpers konzent : ir.clie lii.ilaßbohrung 7, welche mit einem Innengewinde 3 versehen ist, ir. welches die versprühende Flüssigkeit eingeleitet vird.

Der V/irbelkauuaerkörper 2 und die Platte 3 mit der Austrittsöffnung sind fest in die Bohrung 6 eingepasst, um ein Auslecken aus der Bohrung 6 des Gehäuses 1 zu vermeiden. Beide Teile 2 und 3 können leicht aus der Bohrung 6 beispielsv/eise für Austauschzwecke heir ausgenommen werden. Die Platte 3 ist mit einer Austrittsöffnung Io und

fc der Körper 2 mit einer Kaiumer 9 versehen, wobei beide mit der Längsachse A-A des Körpers konzentrisch sind. Diese konzentrische Anordnung von Platte 3 und Wirbelkammerkörper 2 innerhalb der Bohrung 6 des Gehäuses ist von großer Wichtigkeit, indem die Möglichkeit einer Massenproduktion diese Art von Düse mit einem hohen Grad an Präzision un-i Aufrechterhaltung von sehr kleinen Dimensionstol/eranzen berücksichtigt wird. Da die Bohrung 6 als Maßstab für die ümfangsdurchmesser des Wirbelkammerkörpers 2 und der AustrittsöfEnungsplatte 3 dient, ist diese Anordnung wichtig, um es möglich ?u nachen, daß verschiedene Ersatzteile von 2 und 3 immer in das Gehäuse passen. Solch ein Auswechseln oder Austauschen wird immer dann erforderlich, wenn diese Teile abgenutzt oder beschädigt sind oder wegen unterschiedlicher Arbeits- oder Betriebsverhältnisse ausgewechselt

P v/erden müssen.

Der Wirbelkammerkörper 2 und die Austrittsplatte 3 werden innerhalb der Gehäusebohrung 6 durch eine Schraubkapp2 4 festgehalten, welche auf die Oberfläche der Austrittsplatte 3 nach unten drückt und deidurch ebenfalls ein Auslecken von Strömungsmedium aus dem Körper verhindert. Ferner kann eine Abdichtung 11 zwischen der oberen Wand des Körpers und der Kappe vorgesehen werden, um ein Auslecken zu verhindern» Die innere Wand der Kappe 4 trägt ein Innengewinde 5a

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zürn Eingriff mit dem Außengewinde 5 des Gehäuses 1.

Nach dem Eintritt von einer nicht dargestellten Zuführungsleitung durch die Einlaßbohrung 7 tritt der Flüssigkeitsstrom in einen Einlaß 13 (Fig, 2) ein, welcher tangential zur äußeren " Wandrnicj der Wirbelkammer 9 liegt. Die Flüssigkeit wird in der - Kainmer 9 entlang einer allgemeinen logarithmisehen Spirale in Umlauf gesetzt und durch die Auslaßöffnung 10 in der Form eines "hohlen Konus 11 (Fig. 1) entleert. Die in axialer Richtung syjnxne'trissdhe. dünnwandige konische Hülle von ausgestoßener Flüssigkeit an dem äußeren Rand der Auslaßöffnung .10 wird in sehr feine Tröpfchen aufgrund der Wirkung der Zentrifugalkraft der zirkulierenden Flüssigkeit auseinandergerissen.

In Fig. 2 ist der Wirbelkammerkörper 2 in einer vollständigen Draufsicht dargestellt, und der in den tangentialen Einlaß 13 eintretende Strömungsweg ist durch den Pfeil angezeigt,, Gemäß Fig. 4, welche einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der Fig« 2 darstellt, strömt die Flüssigkeit nach oben durch" einen Ausschnitt 12a in den Bodenabschnitt 12 und verjüngt danach nach innen ©berhalb des Bodens 12 in eine horizontale Lage. Figur 3 ist ein Lä schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2.

Ans den Fig. 2 und 3 sind vier hauptsächlichste dieser Sprühdüse ersichtlich, welche gemäß der Erfisscteßg als lieh betrachtet werden, welche die Wirksamkeit des Ar"foe±tens der Sprühdüse beeinflussen. Dieses sind die Höhe der Wirbelkammer H_f der größte Radius der Wirbelkammer R, Breite des tange&tialeB Einlasses B dicht an der Einlaßöffnung in die Wirbelkammer und die Dicke der Rippe F, welche durch die innere Wand der 'Wirbelkammer am Einlaß gebildet wird. Die innere Seitenwand 14 der Wirbelkammer ist vorzugsweise gemäß einer Außenwindung einer richtig©!! logarifh schen Spiral geformt.

Ss hat sieh im allgemeinen heräusgestellt_s daß eine "Wirbelkammer

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von logarithmischer Spiralform in ihrer Wirksamkeit einer kreisförmig geformten Kaimaer vorzuziehen ist. Ks kann jedoch sich ändernde Zustände ergeben, unter welchen es genügen würde, Änderungen zu der Io aar >.thi::'. s dien Spirale, o.li. von kreisförmigen Kammern zu verwenden , Mit Bezugnahme auf die Anzahl von Einlassen in die wirbelkammer kann festgestellt werden, daß ein einziger Einlaß im allgemeiner; ara meisten vorzuziehen ist, da er ein Minimum an Verstopfen und inner er Ströraungsruediumre.-i.bung verursacht.

Fig. 5 zeigt die Platte 3 mit eier Austrittsöffnung in einer Ansicht von oben, und Fig. 6 ist ein Schnitt durch die Platte nach Fig. 5. Aus Pig_o 6 sind die beiden anderen Hauptparameter der Abmessungen ersichtlich, nämlich der Durchmesser D, der Austrittsöffnung lO und die axiale Dicke L der Platte mit der Austrittsöffnung nahe der Aus-••.-■rittEÖffnung. Der Konuswinkel 2 ψ des hohlen, durch die feinen Tröpfchen gebildeten Sprühkegels oder Sprühkonus sind in Fig. 6 dargestellt.

Die Figuren 7 - 10 zeigen eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung, welche bei einer Verwendung als Kraftstoffeinspritzung in Ölbrenner oder in jede andere Art von Verbrennungskammer zweckvoll sind. Es werden die gleichen Bezugczeichen für gleiche Teile verwendet, wo sie anwendbar sind. Die Ausführungsform enthält ein Gehäuse oder einen Düsenkcrper 16 von allgemein zylindrischer Form mit zwei Sätzen von Außengewinden 17 und 10, welche an zwei verschiedenen Teilen des Außendurchmessers vorgesehen sind. Ein offenes Ende des Körpers 16 ist mit einer konzentrischen Längsbohrung 19 versehen, in welcher der Wirbelkammerkörper 2 und die Austrittsplatte 3 v/ie bei Fig. 1 angeordnet sind. Das untere Ende des Gehäuses 16 ist mit einer konzentrischen Längsbohrung 20 von kleinerem Durchmesser als die Bohrung 19 versehen ,/welche die zu zerstäubende Flüssigkeit eingelassen wird.

Der Wirbelkammerkörper 2 und die Austrittsplatte 3 sind eng in die

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Bohrung 19 eingepasst, um ein Lecken aus der Bohrung. 19 und dem diesen Körper 16 zu verhindern. Beide Teile 2 und 3 können leielit aus der Bohrung 19 für Austauschzwecke herausgenommen werden. Der Wirbelkamraerkörper 2 und die Austrittsplatte 3 werden innerhalb der Bohrung 19 des Gehäuses 16 durch eine Schraubkappe 21 festgehalten, welche sich unter Druck auf die Oberfläche der Austrittsplatte 3 nach unten abstützt und dadurch ebenfalls ein Auslecken von Strömungsmedium verhindert. Die innenwand der Kammer 21 ist mit einem Innengewinde 17a versehen, welches mit dem Außengewinde 17 des Düsenkörpers 12 in Eingriff steht. Wie bei Fig. 1 werden die Wirbelkammer und die Auslaßöffnung konzentrisch mit der Längsachse der Düse durch die innere Wand des die Bohrung 19 umgebenden Körpers 16 gehalten, welche sich über den Wirbelkammerkörper erstreckt und mit einem Teil der Austrittsöffnungsplatte in Eingriff steht.

Das Gewinde 18 ist für einen Eingriff mit dem entsprechenden Gewinde der Verbrennungskammer oder einer Passung vorgesehen* um den, Düsenkörper 16 festzuhalten. Die Fassung oder die Kammer hat einen Anschlag gegen eine" Schulter 16a.

Figuren 12 - 14 zeigen eine weitere Ausführungsform, welche für eine Kraftstoffeinspritzung in Verbrennungskammern von Gasturbinen besonders nützlich ist. Wie am besten aus Fig. 12 zu ersehen ist, weist die Zerstäubungsdüse dieser Ausführungsform ein Gehäuse oder einen Düsenkörper 22 von zylindrischer Form mit zwei Gewindesätzen 23 und 24 auf, welche an zwei verschiedenen Teilen seines Äußen-.durchmessers vorgesehen sind. Ein offenes Ende des Düsenkörpers 22 .ist mit einer Längsbohrung 25 versehen, in welche der Wirbel- _< kammerkörper 2 und die Platte 3 mit de,r Austrittsöffnung eng eingepasst ist. Die Auslaßöffnung 10 und die Wirbelkammer 9 sind mit der Längsachse des Körpers und der Bohrung konzentrisch. Das gegenüberliegende Ende des Gehäuses 22 enthält eine konzentrische Längsbohrung 26 von reduziertem Durchmesser, durch welche das zu zerstäubende Strömungsmedium eingelassen wird.

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Die Yiirbellco'Hmer 2 und nie Austrittsöffnungsplatte 3 sind eng in die Bohr'·mg 25 eingepasst, um ein Lecken innerhalb dor Bor..).απ·./ 25 und des Düsenkörpers 22 zu verhindern. Die Teile 2 und 3 können aus der Bohrung 25 erforderlichenfalls leicht lioraungenoiiU.-.on wer ,cn, Boide Teile 2 und 3 werden in der Bohrung 25 durch eine Schraubkappe 27 festgehalten, welche auf die Oberfläche der Austrittöffrmngsp latte 3 nach unten drückt und somit ein Aue locken do::, Strömungsmeciiums verhindert. Die Innenwand der Kappe 27 trägt ein Innengewinde 23a, welches nut dem entsprechenden Aus song er...ine"¹ ο 23 des Gehäuse 22 in Singriff steht.

Der ürafangsteil 28 der Kappe 27 ist kreisförmig und coin uurcl-P r.iossor kann den Innendurchmesser 29 eines Luf tmantcir, 30 aufru/i■ :■ -n„ Der Zweck dieses Luftmantels 30 bestallt dcirin, die OberfläcL· ■, \c, Düse zu kühlen und sie von schädlichen Ablagerungen frcizuhn.LLon. Dies vird durch Einführung eines Luftströmen durch mehrere L.".ngn-kanäle 31 erreicht, welche in den zylindrischen Außenteil der Ka. >o 27 vorgesehen sina. Die Luft fließt nach oben su der Innenwand .13 des oberen Teiles des Schraubmantels und wird dort über die FISehe der Düse verteilt. Der Innendurchmesser 29 des Mcintels 30 pesr;t fest und dicht in den Uiafangsteil 28 der Kappe 27 und hält diese damit fest. Verschiedene Längsauschnitte 32 in dem Mantel von der gleichen Zahl wie die Längskanäle 31 der Kappe 27 und überstimmend mit diesen ermöglichen es der Luft, in den Mantel einzutreten.

Ein Verriegelungsring 39a verriegelt die Kappe 27 und den Körper 22 fest miteinander und verhindert somit ein Lösen der Verbindung, welche durch den Schraubteil 23 des Düsenkörpers 22 vorgesehen ist. Der Außengewindeteil 24 dient dazu, den Düsenkörper 22 in eine mit Innengewinde versehene, in der Verbrennungskammerwand enthaltene Fassung oder in ein Hauptverteilerrohr einzupassen, wenn die Verbrennungskammer mehr als eine Düse hat.

Ein zylindrischer, patronenartiger Filter 34 ist innerhalb der

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Bohrung 26 an dem unteren Ende des Gehäuses 22 vorgesehen, um. den Kraftstoff zu filtern. Der Filterschirm 34 ist an einen Hund 35 gelötet oder geschweißt, dessen kreisförmiger AußendureMie^ser 36 innerhalb des Innendurchmessers 37 der zylindrischen Bohrung¹ 38 untergebracht werden kann, welche an dem Kraftstoffeinl&SfcsiX der Büse vorgesehen ist. Ein Federring 39 hält den Bund 35 des filters 34 fest.

Figur 15 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, ebenfalls für Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer von Gasturbinen verwendet werden kann. In FigVtr 15 ist ein Wirfeel«- karainerkörper 40 von zylindrischer Form mit zwei Äußengewindesätgen 41 und 42 dargestellt, welche an zwei verschiedenen Teilen meines Äaßendurclimessers vorgesehen sind. Das geschlossene Ende des Körpers 4o ist mit der sprialförmigen Wirbelkammer 43 einteilig ausgeführt«, Der Außendurchmesser 44 des Wirbelkammerkörpers 40 ist eng in eine entsprechende innere Bohrung einer Kappe 45 eingepasst, welche den Austrittsöffnungskörper 45 bildet und an ihrem einen Ende mit der Auslaßöffnung 10 versehen ist. Die innere Wand der Kappe 4S trägt ein Innengewinde -41a/welches dem Außengewinde 41 des SeMhsses 4o entspricht. Diese Gewinde 41 und 41a stehen an dem Körper unter der Wirbelkammer in Eingriff und bewahren die axiale Ausrichtung_β Die Schraubkappe 45 drückt auf die Oberfläche des Gehäuses 40 und verhindert somit ein Auslecken des Strömungsmediums. Die Ädhse ά&ζ Wirbelkammer und der Auslaßöffnung werden in Linie mit der !Längsachse des Körpers gehalten. Die durch die Wand 6 der K&üpilböhsung in Fig. 1 erreichte Zentrierwirkung ist jedoch hier verloren.

Der Umfangsteil 46 der Kappe 45 ist kreisförmig und sein Durchmesser kann den Innendurchmesser 47 eines Luftmantels 48 aufnehmen. Mehrere Längsausschnitte 48a sind an dem Mantel 48 vorgesehen und passen mit den Längskanälai 49 in der Kappe 45 zusammen so äaß die ItUft zu der inneren Wand 50 des Mantels 48 fließen und dort Ib der richtigen Weise über die Fläche der Düse verteilt werden kann«,

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Dor Innendurchmesser 47 dos Mantels 48 passt fest in den Umfangsteil 4(3 der Krippe 45. Um ein Lösen der Düsenanordnung während dos Betriel es zu /erhindern, ist eine feste Verbindungastelle 51 vorgesehen, um die Anordnung festzuhalten.

Der Au ancjiiwindeteil 42 dient dazu, den tiirheJhammerkörper 40 in

eine Fassung 'it Innengewinde von der Verbi annungskammerwand oder

von ei-am i(ra Liistoffverteiler einzupassen. Die Filteranordnung 52 ist gl'-icL de· nach Fig. 12.

Figur 16 zeige eine weitere Ausführungεform nach der Erfindung, welche vorzugsweise für eine Kraftstoffeinspritzung in Gasturbinen verwendet werden soll. Diese Ausführungsform unterscheidet sich P von der nach den Figuren 14 und 15 in mehreren Punkten, in Figur 16 hat der Düsenkörper 53 Zylinderform mit zwei Außengewinden 54 und 55 entlang von zwei verschiedenen Teilen von Außendurchmesser. An dem linken offenen Ende des Körpers 53 sind der Wirbelkaiiuaerkörper 2 und die Platte 3 mit der Austritte-Öffnung angeordnet. Körper 2 und Austrittsplatte 3 sind eng in eine Bohrung 56 einer Schraubkappe 57 eingepasst, welche die Teile 2 und 3 fest innerhalb der Bonrung 56 und luit der Bohrungsachse durch Niederdrücken an der Oberfl 'ehe der Austrittsöffnung spiere, te 3 hält und somit ein Aussickern von Strömungsmedium verhindert.

Die Innenwand der Kappe 57 trägt ein Außengewinde 54a zum Eingriff ^ mit den entsprechenden Innengewinde 54 an dem Körper 53. Die Teile 2 und 3 können leicht aus der Bohrung 56 erforderlichenfalls entfernt werden. Ähnlich der in Fig. 12 dargestellten Düse enthält die Ausführungsform nach Fig. 16 ebenfalls einen Luftmantel 30, einen Verriegelungsring 39a und eine Filteranordnung 52.

Figur 17 zeigt in einem Querschnitt eine bevorzugte Aucführungsform von Austrittsöffnungsplatte 3, welche für die in den Fig. 15 und 16 dargestellten Düsen zweckmäßig ist. Ii er ist eine verbesserte Platte 58 mit Austrittsöffnung mit einer nach oben leicht; abgeschrägten inneren Wand 59 versehen, v/i ο in der Zeichnung dar-

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gestellt ist. Dies hat sich für eine weiche Führung der waage» rechten Stromlinien in senkrechter Richtung an der Auslaßöffnung a3.s vorteilhaft erwiesen und dieses verringert somit eine innere Strömungsmediumreibung»

Figur 18 zeigt einen Querschnitt einer verbesserten Wirbelkammer, welche bei Düsen von der.vorliegenden Erfindung zweckmäßig s±nü_a Hier enthält ein Wirbelkammerkörper 6o eine Wirbelkammer 61 deren Bodenwand eine konzentrische konische Rippe 62 trägt. Diese Rippe oder Erhebung hat sich als zweckmäßig für ein weiches Führen der Strömungslinien nach oben gegen die Austrittsöffnung erwiesen und sie vermindert eine innere Strömungsmediumreibung.

Bei allen oben beschriebenen Düsenausbildungen ist zu beachten, daß die Konzentrizität der Austrittsöffnung oder der Austrittsöffnungabdeckplatte unabhängig von der Konzentrizität des Schraubteiles der Kappe ist, welche die Austrittsöffnungabdeckplatte nach unten hält oder welche die Austrittsöffnung bildet. Dies ist außerordentlich vorteilhaft. Ferner wird bei diesen Ausführungsformen, wo eine Kappe dazu verwendet wird, die Abdeckplatte nach unten zu halten, beim Zusammenbau der Düse und dem Aufschrauben der Kappe auf das Gehäuse keine Verdrehungs- oder Verka-ntungsbeanspruchung weder auf die Abde-ckplatte noch auf den Wirbelkammerkörper ausgeübt, was sonst zu einer Verformung von beiden führen und eine Exzentrizität der Achse oder eine Abbiegung von ihr zur Folge haben könnte.

Vom Standpunkt von Wärmebeanspruchungen ist die Düsenausführung nach der Erfindung aus mehreren Gründen ebenfalls vorteilhaft. Beispielsweise beträgt bei einer typischen Anwendung die Temperatur des Öles in einer Wirbelkammer 38 C, während sie außerhalb der Düse in der Verbrennungskammer 55O°C und an dem Bereich von zirkulierender Luft an dem äußeren Umfang der Düse ungefähr 370 C betragen kann. Deshalb werden Temperaturgefälle hergestellt, welche zu einem Verkrümmen oder Verformen des spiralförmigen Wirbelkammer-

BADORtGlNAL

Ρ/ρ 6913 -14- 24. März 70

. körpereinsat.s33 und insbesondere der Abdeckplatte führen kanu. Wenn raan die Abdeckplatte über den oberen Rand des Gehäuoekörp-rs Vorsteher laut, erhält die Austrittsöffnungabdeckpla'cte j.iehr Fe:scigkeit und Wirlarstand gegen ein Verkrüminen.

Bisher sind die theoretischen Vorteile, welche bei Sprühdüsen möglich sein sollten, welche eine Sirkulationskammer verwenden, in welcher ein Flüssigkeitsfilu durch Zentrifugalkraft an aer Auslaßöfi'nung der Zirkulationskainmer auseinandergezogen und üersprüht wird, nicht erreicht worden. Von Untersuchungen in diesem Bexeicl· ist festgestallt worden, daß die Unmöglichkeit, optimale ResuJtntc mit dieser Art von Sprühdüse zu erreichen, in der ilciuptcacae auf fc die großen Reibungsverluste, ein Fehlen an in Achsrichtung symuKitrischem Fluß und dera Auftreffen der flüssigen Partikel innerhalb de; Wirbelkammer an ihren Eingang- und Auslaßkanälen zurückzuführen iot. Es ist ferner festgestellt worden, daß diese Uniioglichkeiter, durch einen grundlegenden Mangel an einem Verstehen der Wirkung der gesamter; Düsengeoruetrie hervorgerufen worden sind, wie sie durch sechs wichtige geometrische Paramter B, D, H, L, R und S dargestellt werden, wie oben beschrieben worden ist.

Bisher sind Düsen mit V/ir be !kammer in erster Linie durch ein empirisches Verfahren oder Ausprobieren unter geringer Berücksichtigung der inneren Beziehungen der oben genannten sechs geometrischen Veränderlichen entworfen worden. Weiterhin erlaubten die früheren P Bntwurfsverfahren nicht irgendwelche Vorausbestimmungen bezüglich der vJirksarakeit der Düse und ihrer Vernebelung beispielsweise in den Ausdrücken des konischen Winkels und Gewichtsströrnungsgeschwindigkeit des Strömungsmediums. Ferner sind die bekannten Düsen nicht in der Lage, bestimmte Düsenausbildungskriterien herzustellen, durch welche eine Mustergebung unterhalb eines bestimmten Wertes erreicht werden kann, oder den Bemusterungsindex im allgemeinen vorzubestiimnen. Die Wirkung und die Vervendung der Mustergebung ist weiter unten beschrieben.

Beim Entwurf von Düsen mit einer Spiralwirbelkammer werden zwei

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Hnuptnerkmale üblicherweise durch den Käufer spezifiziert.,, für welchen der Entwurf gemacht worden ist. Diese sind der Konusv/Inkel (2 \f ) und der tatsächlich Durchsatz (V/ .) des StrömungsmecliwHtSo , Wenn itan von diesen beiden Hauptmerkmalen ausgeht, ist das Folgende ein Verfahren, welches für die Bestimmung von bestimmten geoHtetxi» schen Parametern der Düse benutzt werden kann.

viie es bekannt ist, sind der Durchflußkoeffizient (K) und ier Sprühkonus wink el (2 ψ) der Düse Funktionen der geometrischen Parameter der Düse und des Düsendruckabfalles. Für eine gegebene Düse mit den folgenden Eigenschaftent

^P- Düsendruckabfall, d.h. das Druckdifferential zwischen dom Düseneinlaßdruck und dem Umgebungsdruck an der

- 2 - ' ' ' Düsenöffnungsausgangsebene. (lbs/ft )

Wact -"■ tatsächlicher Durchsatz (lbs/sec) des Ströinungsmeöi^raSa

(gainma) - Strömungsgewichtsdichte, d.h. das spezifische Gewicht: (lbs/ft³)

2 ψ ~ eingeschlossener Winkel des Sprühkonus (Grade)

¹U-U - Düseneinlaßbereich ~ B-H (ft²)

g ' ' '= 32.2 ft/sec² :

~ Düsenaustrittsöffnungsflache - -— (ft⁴) und

K = Entladungskoeffizient entsprechend -einem Düsendruclsabf all von Zl P * .

der Durchsatz für ein ideales Strömungsmedium (^wi^_eat) ist gegeben durch:

Wideal = Äaus ·
Wenn der Äusströmkoeffizient (K) für einen besonderen Düsendruclc

BAD OftlGlMÄL

abfall (ΔΡ) bekannt ist, kann der tatsächliche Durchsatz (W . )

folgendermaßen geschrieben werden.

^Wact = «'"ideal

Es wurde ermittelt, daß der Ausströmkoeffizient bei einem gegebenen Bezugsdruckabfall (K_ref) eine empirisch abgeleitete Funktion (f-.)

des Düsenflächenverhältnisseü ist. Durch Bestimmen des Flächenverhältnisses als ^aus

X " A

g.n , dann
^Aaus

(1) K j. = X₁ (x) .

^v ' ref 1 ^v '

^ Weiterhin wurde festgestellt, daß der Ausströmkoeffizient K " für irgendein Δ P auf den Ausströmkoeffizienten an dera Bezugsdruckabfall durch einen Korrektionsfaktor (C ) wie folgt bezogen werden kann:

^{K r; C}p · ^Kref "

Der Korrektionsfaktor C ist eine Funktion (fp) von dem tatsächlichen Düsendruckabfall

(2) C - f₂ (ΔΡ).

In ähnlicher Weise setzt ein Satz von empirisch abgeleiteten Funktionen den Sprühkonuswinkel (2y) für einen besonderen tat-P sächlichen Druckabfall zu dem Flächenverhältnis ( ) in Beziehung. Somit ist der Sprülikonuswinkcl für einen ° gegebenen Bezugsdruckabfall (²y_rGf ) eine Funktion des Flächenverhältnisses wie folgt:

(3) 2 y _ref (Grad) f₃ (x).

Um den Sprühkonuswinkel 2 γ für einen gegebenen Druckabfall zu dem SprühkonuBWinkel an dem Bezugsdruckabfall (2 ψ _f) in Beziehung

1QÜ943/QQ70

Ρ/ρ 6813 -17- " "24. März 1970 B/We

zu setzen, wird ein Korrektionsfaktor (C₂Vp) wie folgt verwendet:

Der Korrektionsfaktor C2y ^{ist ei}-ne Funktion U₄) von dem tatsächlichen Düsendruckabfall und ist gegeben durch:

(4) C₂V₁/ ~ f₄ (Δ P).

Zusammenfassend sind vier grundsätzlich empirisch abgeleitete Verhältnisse zum Entwurf der Düse zu berücksichtigen:

M ^Kref = ^fl <*> .

welches festsetzt, daß der Ausströmkoeffizient bei einem Bezugsdüsendrückabfall von Δ P_ref eine Funktion (f,) des Flächenverhältnisses ist.

(2.) C_p f₂ (A P)

v/as festsetzt, daß der Korrektions faktor, welcher zum Einstellen des Ausströmkoeffizienten K für Druckabfälle außer dem Bezugsdruckabfall verwendet wird, eine Funktion (f₂) des tatsächlichen Düsendruckabfalles ist.

(3) 2 y _ref (Grad) = f₃ (x)

was feststellt, daß der Sprühkonuswinkel bei einem Bezugsdüsendruckabfall eine Funktion (f^) des Flächenverhältnisses ist.

(4) C₂ γ f₄ .(-4Ä P) .,-

was feststellt, daß die Korrektionsfaktor, welcher zum Einstellen des Sprühkonuswinkels auf Druckabfälle außer dem Bezugsdruckabfall verwendet wird, eine Funktion (f₄) des tatsächlichen DÜsöndruckabfalles ist. ■

1Ö9843/0Ö70

. BAD ORIGINAL

Ρ/ρ 6813 -18- - 24. März 197ο B/We

Eine Düse kann leicht entsprechend den Gleichungen (1) - (4) entworfen werden, wenn einmal die verschiedenen Funktionen f. bis f₄ bestimmt sind. Beispielsweise ist zu berücksichtigen,daß eine Düse konstruiert werden muß, welche einen gegebenen Durchsatz W _t und einen Sprühkonus winkel 2 ·>■+> bei einem gegebenen Düsendruckabfall A P gibt.

Erster Schritt;

Durch Gleichung (4) berechne C₂ ψ ^^r den gegebenen Düsendruckabfall «Δ P.

Zweiter Schritt;

Wir wissen, daß 2y ■■-- —_£ aus der Definition von C₂ γ ist.

Da wir C₂ vf aus dom 2¹^¹ ersten Schritt haben und 2 ψ gegeben ist, können wir Gleichung (3) für das Flächenverhältnis lösen

d.h.

(3)

Dritter Schritt;
abfall <Δ P.

Durch Gleichung (2), berechne C für den gegebenen Düsendruck

Vierter Schritt;

Durch Gleichung (1),berechne K _ef für das in dem zweiten Schritt erhaltene Flächenverhältnis. Dann löse in Kenntnis von C aus dem dritten Schritt für den Ausströmkoeffizienten K bei dem gegebenen Düsendruckabfall & P unter Benutzung der folgenden vorher erklärten Gleichung;

^K * % ' ^Kref

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Ρ/ρ 6813 -. -19- - η ^ (..««. 24. März 1970 B/We

■η

Fünfter Schritt:

Es kann jetzt für die Ausströmöffnung der Durchmesser (D) gelöst, werden. Es ist bekannt, daß: '„-...

^wact ^eKiWicteal

und

^Wideal⁼ (^Aaus) * π|2 '& _Ρ daraus folgt, daß:

D ■-

4W .
act

K 7Γ

3

worin D in ft, W . in lbs/sec, x/ in lbs/ft und A P in lbs/ft

Sechster Schritt:

Durch Benutzung der Verhältnisse der anderen Düsenabmessungen, wie es durch die Erfordernisse für eine gute Bemusterung bestimmt ist., welche im einzelnen weiter unten besprochen werden, sind wir in der Lage, die wichtigen Düsenabmessungen außer D zu bestimmen. Bei diesem Verfahren muß man überlegen, daß die Düseneinlaßflache A_ej__n bestimmt durch B χ H in solch einer Höhe behalten werden muß, daß das Verhältnis A . durch A bei einem Wert verbleibt, wel-

em aus

eher durch den zweiten. Schritt bestimmt wird.

Durch Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens werden die empirischen Verhältnisse der Düsenkanäle (parameter B, D und H) für eine gegebene Strömungsgeschwindigkeit und einen gegebenen Konuswinkel festgelegt. . · -

Es wird jetzt ein typisches Verfahren für die Ableitung von f,, f₂f f_ und f. beschrieben, welche in den obigen Gleichungen (1), (2), (3) und (4) verwendet werden. Natürlich kann jedes andere zweckmäßige Verfahren in Übereinstimmung mit den herkömmlich angenoiranenen Verfahren verwendet werden. Bei diesem Verfahren wird eine Familie von logarithmischen Sprühdüsen von gleicher Ausführung aber mit einer verschiedenen Einlaßfläche A . und Auslaßfläche

ein

A₌,,_ über einen weiten Bereich von Düsendruckabfällen, beispiels*-

CL U. O

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BAD ORiGINAL

Ρ/ρ 6813 -20- _Ä 24. März 70 B/We

2015A70

weise von Null bis 700 p.s.i. betätigt. Der Sprühkonuswinkel (2γ) und die tatsächliche Düsenströmungsgeschwindigkeit (W ) werden bei spezifischen Vierten von Druckabfällen gemessen. Von jeder dieser Messungen kann der Wort des Ausströmkoeffizienten für einen gegebenen Druckabfall bereichnet werden als:

K = gemessene Strömungsgeschwindigkeit - W_act _{m wor}-_n ideale Strömungsgeschwindigkeit ~ '

^wideal

^Wideal "^{: A}aus l^T^i und

y - Kraftstoffgewichtdichte

TT D

A ~ Düsenauslaßöffnungsfläche -- -τ und

fc g -- Fallbeschleunigung.

Bei einer spezifischen Meßreihe des beschriebenen typischen Verfahrens wurden siebenundzwanzig verschiedene Dücenkombinationen

von ³

zur Bestimmung'K und 2 vy/bei verschiedenen Zi P Punkten mit drei verschiedenen D, H, und L Parametern verwendet, während B, S und R konstant gehalten wurden. Von den gesamten siebenunuzwanzig wurden neun Düsenkombinationen zur Bestimmung von K und 2 y verwendet, wobei sich D und H änderte und die Parameter L, B/ S und R konstant gehalten wurden. Die siebenundzwanzig Düsenkombinationen wurden für ausreichend erachtet, die notwendigen Daten oder Angaben innerhalb der üblich angenommenen Grenzen von idxperimentier- und Entwurfsirrtuin vorzusehen. Natürlich können v/eniger oder mehr Kombinationen,als es die Genauigkeitserfordernisse vorschreiben, verwendet werden.

Die bei der Meßreihe mit den verschiedenen Düaenkombinationcn erhaltenen Daten oder Angaben v/erden aufgezeichnet und ergeben zwei Kurvenscharen. Die erste Kurvenschar stellt K (Ordinate) gegenüber A . /A (Abszisse) für die verschiedenen Düsenkombinationen

61X1 SIuS

bei gegebenen Werten von Λ P dar, wobei sich jede Kurve der Schar bei einem Wert von & P für Düsen von der A nzahl von zur Verfügung stehenden Kombinationen befindet. Die zweite Schar stellt das gemessene 2 ψ (Ordinate) gegenüber A . /A __ für verschiedene

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Ρ/ρ 6813 Jjt 20^547Q - ²⁴' ^März 70 B/We

Düsenkombinationen bei gegebenen Werten von Δ P dar, wobei sich, jede Kurve der Schar an einem viert von Δ P für die Düsen von der Anzahl zur Verfugung stehender Kombinationen befindet.

Um die Daten der Kurven leichter für einen allgemeinen analytischen Entwurf von Düsen verwendetbar zu machen, wurden die Kurven in zahlenmäßige Gleichungen übertragen, um f-y, f~, f_ und f. in folgender Weise zu erhalten: .

Schritt Is

Der Durchflußkoeffizient K wird aus der ersten Kurvenschar als eine Funktion von A . /A erhalten.,

a) Da sich der Durchflußkoeffizient K mit einem Düsendruckabfall-

Δ P bei einem konstanten A . /A Wert verändert, ist ein

ein aus

Bezugsdruckabfall ausgewählt, bei v/elchem das Verhältnis von

K - gegen A . /A gefunden werden soll. Dieses ergibt K_+ „" re±l_ ein aus . re37

der Gleichung (1). Bei der beschriebenen experimentellen Meß-

reihe wurde ein Druck von 21 kg/cm (300 p.s.i) als K _f ausgewählt, um f, zu erhalten, da dieser Wert ungefähr die Mitte des geprüften Bereiches an Druckabfällen ist. Natürlich kann jede geeignete Konstantdruckabfall-inie ausgewählt werden.

b) Die experimentelle Angabe von K gegen A . /A aufgezeichnet

ry ein aus

bei dem Druckabfall von 21kg/cm wird dann durch ein geeignetes Rechenverfahren oder durch ein automatisches Berechnungsverfahren, beispielsweise durch die Methode der kleinsten Quadrate ausgeglichen. Die letztere besteht in einer Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate, um die Polynome der Stufen 1, 2, 3 und 4 der Form

^Kxef ^{= f}l

durch die Datensätze von Wertpaaren auszugleichen. Dieses

2 ■
ergibt K £ bei 21 kg/cm oder

10U43/OÖ7O

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Ρ/ρ 6813 -22- " 24. März 1970 B/Wo

Schritt 2;

Um den Korrekturfaktor C als eine Funktion f„ von dem tatsächlichen Düsendruckabfall Λ ρ in der Gleichung (2) abzuleiten, werden Kurven-

2 schären K gegenüber A . /A mit sich zwischen 0,17 - 49 kg/cm

GlIi 3LlS

GlIi

verändernden Druckabfällen wiederum aufgezeichnet. Die Werte von

A . /A kommen von denselben Düsenkonbinationen, welche in Schritt ein aus

(1) verwendet sind, und sind den entsprechenden Vierten von A . /A

* "· ein aus

nach Schritt 1 identisch. Die Angabe für jeden Düsendruckabfall <£i P wird aus den Experiiaenten mit den verschiedenen Düsenkorabinationen genommen.

Wenn K der tatsächliche DurchfluSkoeffizient für jedes Δ p ist, ist der Korrekturfaktor

^Kref

Wie oben erwähnt worden ist, werden beiden K und K. ρ aus den experimentellen Daten abgeleitet. Als zweiter Teil von Schritt 2

werden alle C -Werte für jeden gegebenen Wert A . /A entsprechend ρ ein aus

den entsprechenden A . /A ^-Werten der Kurve K - f (x) berechnet. Es hat sich herausgestellt, daß sich bei den Düsen nach der vorliegenden Erfindung die C -Werte bei einem spezifischen Druckabfall tatsächlich nicht bedeutend für verschiedene Flächenverhältnisse ändern. Deshalb kann die durchschnittliche C -Angabe gegenüber dem sich ändernden <Λ P aufgezeichnet und eine Ausgloichckurve durch das Verfahren der kleinsten Quadrate, wie es in Schritt 1 verwendet ist, erzeugt werden. Die Ausgleichskurvengleichung ergibt C ■-■■ f _? ( /^ P) .

IP

Schritt 31

Um den Konuswinkel 2 ψ als eine Punktion f-, von dem A· /A Verhältnis in Gleichung (3) zu erhalten, wird ein Bezugsdruckabfall ausgewählt, da sich der Konuswinkel mit dem Düsendruckabfall

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BAD

Ρ/ρ 6313 . -23- 24* März_fel?70 B/We

4 U I b k I y

/\ P bei einem konstanten A ·. /A Wert ändert. Bei der beschriebe-

6In Q. U. S ry

nen experimentellen Meßreihe wurde wiederum der 21 kg/cm Bezugsdruckabfall benutzt. Die experimentell erhaltenen Angaben .2ygegenüber A . /A aufgezeichnet in der zweiten Kurvenschar werden

β Hl u Ll S .

für den ausgewählten Bezugsdrückabfall extrahiert und eine Kurve aufgezeichnet. Diese Kurve wird dann durch die Methode der kleinsten Quadrate der Kurve angepasst und ergibt 2y ±~ ^3 (^χ) ·

Schritt 4: . ■ .

Um den Korrekturfaktor C₃. als eine Funktion F₄ von dem tatsächlichen Düsendruckabfall in Gleichung (4) zu erhalten, wird, um in der Lage zu sein, den Sprühkonuswinkel 2 \^ den Druckabfä'llen außerdem Bezugsdruckabfall einzustellen, - das Folgende getan:

a) Kurvenscharen 2 ψ gegenüber A . /A werden aufgezeichnet, wobei sich die Druckabfälle von 0,17 - 49 kg/cm ändern. Die Werte

von A . /A stammen aus denselben Düsenkombinationen, wie sie ein aus

in Schritt 1)verwendet sind, und sind mit den entsprechenden Werten von A . /A des Schrittes 1 identisch. Die Angabe für jeden Konuswinkel wird experimentell gemessen. Wenn 2ψ der tatsächliche Konuswinkel für irgendein /X P ist, ist der Körrekturfaktor C₀W= ² V .

b) Dann werden alle C>,ii/ Werte für jeden gegebenen Wert A . /A

» ' ein aus

entsprechend den entsprechenden A . /A - Werten der Kurve

ein aus

= f₃ (x) berechnet. Es hat sich herausgestellt, daß sich die C- -Werte für die Düse nach der Erfindung bei jeden spezifischen Druck nicht wesentlich für verschiedene Fläehenverhältnisse ändern. Deshalb kann die durchschnittliche C₂yjAngabe gegenüber einem sich ändernden ^\ P aufgezeichnet und ' τ eine Ausgleichskurve durch die in Schritt 1 verwendete Methode der kleinsten Quadrate entwickelt werden. Die Ausgleichskurve ergibt die Gleichung

^C4

1Mt 41/00*0

Ρ/ρ 6813 -24- 24. März 1970 B/We

Wie offensichtlich sein sollte, ist eine vollständige Methode entweder, um mehrere Düsenparameter zu erhalten, wenn 2 y und W gegeben sind, oder um 2 u/ und W₊. zu bestimmen, wenn das A . /A

o.Ou GlTl 3.11 S

Verhältnis und Druckabfall bekannt sind, beschrieben worden.

Eines der schwierigsten Erfordernisse, um in einer Wirbelkammer Sprühdüsen zu erhalten, welche eine Zirkulationskarnmer verwenden, besteht in der Zerstäubung der Flüssigkeit in feine Tröpfchen und in einem Entladen der zerstäubten Flüssigkeit in einen gleichförmig verteilten, konischen Sprühnebel. Die letztere Eigentümlichkeit des Sprühnebols ist von grundlegender Bedeutung bei jeder Anwendung von Sprühdüsen insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzung in Verbrennungsmaschinen von Ölbrennern, Gasturbinen oder anderen Verbrennungskraftmaschinen.

Das Ausmaß einer gleichförmigen Gewichtsverteilung des durch eine Sprühdüse erreichten Sprühnebels kann durch den sogenannten Bernusterungsindex (patternation index) (Delta) gemessen werden, welcher ein quantitatives Maß für den Verteilungsdstand darstellt.

Für ein besseres Verständnis des Formgebungsindex ist es zweckmäßig, eine kurze Definition von einem der mehreren Uege zu bringen, durch welche ein Formgebungsindex experimentell erhalten v/erden kann. Bei dem einen Verfahren zum Erhalten des Bemusterungsindex wird eine ganze Anzahl von X Beobachtungen an dem Prozentsatz einer beispielsweise in sechs gleiche 6o° Sektoren gesprühten Strönmngsraediuras genommen, welche in einem kreisrunden oder sechseckigen Senkloch angeordnet sind. Die Summe der absoluten Vierte der Unterschiede zwischen 16 2/3 % und dem Prozentsatz, welcher in jedem der sechs Sektoren des Senkloches während jeder der X Testreihen fällt, wird als der Formgebungsindex benutzt.

Im allgemeinen, je niedriger der Formgebungsindex ist, umso besser ist die Verteilung des Strömungsmediuras durch die Düse in dem konischen Muster. Bei vielen kritischen Anwendungen beispielsweise

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einer für eine Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer benutzten Sprühdüse würde eine Düse mit einem großen Formgebungsindex ungleiche, schädliche Kraftstoffkonzentrationen mit der Folge von heißen Stellen an der Verbrennungskammerwand oder anliegenden Teilen, d.h. einer Turbinenbeschauflung zur Folge haben.

Bei der Kalkulation der Parameter von Wirbelkammerdüsen ist es für den Entwerfenden sehr wichtig, quantitativ als Teil seines Entwerfens die Auswirkung der verschiedenen geometrischen Parameter zu bewerten, welche er. teilweise in gutem Glauben auswählen muß. Gemäß der Erfindung wird der Formgebungsindex als ein wichtiges und grundlegendes Kriterium für die Bewertung des Entwurfs in Beziehung zu der gesamten Düsengeometrie und auch zu der Qualtität des Herstellungsverfahrens verwendet, welches dazu verwendet wird, diese Art von Wirbelkammersprühdüse heryorzubringen. Die Verwendung des Formgebungsindex dient für eine Verbesserung des Entwurfs und für eine-Herstellungsbewertung.

Bei der früheren Art des Entwerfens von Sprühkammeretüsen mit einer Zirkulationskammer ist es nicht möglich, solche erwähnten Entwurfskriterien und insbesondere solch eines zu erhalten, welches den Formgebungsindex enthält. Es stellt einen wichtigen Teil der Erfindung dar, der Formgebungsindex wie auch die Verhältnisbereiche der sechs Hauptdüsenabmessungen wie erwähnt in einer einheitlichen und neuen Art in Beschreibung und Bestimmung der Wirksamkeit des Düsenentwurfes in Ausdrücken von Ausführung in Bemusterung zu verwenden.

Es hat sich herausgestellt, daß die optimale Ausführung, einer Wirbelkammer mit einem Einlaß und einer Sprühdüse bedeutend durch die sechs geometrischen Parameter oder Abmessungen beeinflußt wird, nämlich durch den Ausmünäungsdurchmesser D, durch die axiale Dicke der Ausmündungsplatte L an der Auslaßöffnung, durch die Breite oder den Umfang des tangentialen Einlasses B dicht an der Eintritt-", öffnung in die Wirbelkammer, der Höhe H und den größten Radius R der Wirbelkammer und durch die Dicke S der Rippe, welche durch

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Ρ/ρ 6813 -26- ' 24. März 1970 B/We

die innere Wand der Wirbelkammer am Einlaß gebildet ist. Jeder dieser sechs geometrischen Parameter ist für ein Ausführen von zwei neuen und Hauptmerkmalen der Erfindung bedeutend, nämlich der Darstellung und Bestimmung der Düsenausführung in Ausdrucken des Bemusterungsindexes Delta für einen gegebenen Satz von diesen sechs geometrischen Parametern.

Es ist festgestellt worden, daß es keinen einzigen Parameter gibb, dessen Wert in sich selbst kritisch ist. Anstelle eines gegebenen Wertes eines einzigen Parameters innerhalb eines gegebenen Bereiches von geometrischen Variabein, wie weiter unten festgestellt wird, kann eine optimale Düsenausführung in Ausdrücken einerguten Bemusterung durch Veränderung der anderen Parameter innerhalb ihres festgestellten Bereiches oder ihrer Grenzen erhalten v/erden.

Es ist gefunden worden, daß jedes der folgenden zehn geometrischen Verhältnisse:

Gruppe I: R ,L , B_ , H. , S^
DD DDD

Gruppe II: A , RH , B , H , R B H D^ LLH

welche die geometrischen unabhängigen Variabein bilden, von Bedeutung bei der Bestimmung des Formgebungsindex ist, der Wert von irgendeiner von diesen nicht die Bemusterungsausführung festsetzt. Es hat sich herausgestellt, daß Düsen mit einen Bemusterungsindex Delta weniger als 30 im allgemeinen für viele Sprühzwecke annehmbar sind. Bei so kritischen Anwendungen jedoch als Kraftstoffeinspritzung in Verbrennungsvorrichtungen von Gasturbinen, sollte der Bemusterungsindex viel kleiner als 30 sein. Es hat sich herausgestellt, daß die Zuverlässigkeit oder Konsistenz der Bemusterungsausführung für Düsen mit einem geringen Bemusterungsindex sehr hoch sind.

Da alle die sechs unabhängigen Variabein oder geometrischen Parameter D, L,B,R,H und S, welche in den oben festgestellten sehn

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Ρ/ρ -27- - " 24. März 1970 B/We

Verhältnissen enthalten sind,, wichtig sind, und da sich eine große Zwischenwirkung unter ihnen ergibt, kann der Satz 'an guten Düsen durch Angabe von Bereichen an jeder Variabel gesondert nicht beschrieben werden. Es können jedoch durch Bestimmung von Regionen für die oben angeführten zehn geometrischen Verhältnisse zwei Häuptiaerkmale von dieser Düse erreicht werden, die Beschreibung und Bestimmung der Düsenausführung in Ausdrücken von dem Formgebungsindex Delta. Es muß beachtet werden, daß eine Beschreibung und Bestimmung der Ausführung in Ausdrucken von Index Delta zwei gesonderte Merkmale sind, welche zu dieser Erfindung gehören, und die Umstände für jedes Merkmal wird gesondert beschrieben.

Die Bereiche der in den Gruppen I und II spezifizierten zehn Ver- · hältnisse werden in einer weiter unten beschriebenen Art und Weise oder in jeder anderen geeigneten.Weise experimentell und bzw. oder mathematisch erhalten. Das zu beschreibende Verfahren jedoch muß in einem verhältnismäßig hohen Ausmaß innerhalb normal angenommener Grenzen von experimentellem Irrtum genau sein. Als erster Schritt wird eine Anzahl von Experimenten, welche verschiedene Düsenkoinbinationen mit sich ändernden Kombinationen an Parametern D, L, R, H, B und S enthalten, durchgeführt, und der Bemusterungsindex Delta wird für jedes Experiment gemessen. Die Deltamessung wird auf jede zweckmäßige Art und Weise, beispielsweise wie oben beschrieben durchgeführt. Die Angabe aus jedem Experiment werden für spätere Berechnungszwecke verwendet, und es wird üblicherweise ein elektronischer Rechner beispielsweise mit gelochten Karten oder .Bändern benutzt.

Der zweite Schritt besteht darin* herauszufinden, welche von den sechs Düsenpararttetern die Variabein sind, welche die Bemusterung beeinflussen, und welche Kombinationen davon ( beispielsweise lineare Verhältnisse, d.h. D ) ermittelt werden müssen, um ihre Auswirkung auf das Bemusterungsverhalten der Düsen 2u bestimmen. Als erster Teil dieses Schrittes werden die linearen Verhältnisse von allen Kombinationen von sechs Variabein ermittelt/ beispielsweise durch Verwendung eines sfeufenweisen,._lvMehrf3chrück_abildu₁ags-·

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28- _οη 24. März 197ο ß/We

/U ι ph /Q

programmes in einem Computer, um alle unbedeutenden Variabein auszuschalten. Nachdem die unbedeutenden Variabein ausgeschaltet worden sind, wird ein Computerlauf gemacht, um die meisten bedeutenden Kombinationen (lineare Verhältnisse usw.) von Parametern zu bestimmen. Weitere Rückbildungsanalysen werden dann durchgeführt, um weiterhin nicht wesentliche Kombinationen von Parametern aus diesem Lauf oder dieser Meßreihe auszuschalten. Nachdem alle nicht bedeutenden Kombinationen von Parametern ausgeschaltet worden sind, wird eine Gleichung abgeleitet, welches die grundlegende Bemusterungsindex Deltagleichung ist. In dem beschriebenen Musterverfahren wurden sieben Rückbildungsreihen durchgeführt und die Doltagleichung ergab sich als:

(5) (y) (Formgebungsindex) Delta -

D D ^JD _D2

+g₅ 4 -^g6 4 ^{+ K}

worin g·, bis -g, -Paktoren sind, welche Beeinflussungskoeffizienten darstellen, und K ist eine Konstante.

Als dritter Schritt werden die Werte von bedeutenston linearen und quadratischen Kombinationen von Parametern ermittelt. In dem fek Musterverfahren wurden die folgenden vierzehn Variabeinkombinationen

2 2

^D D²

für die verschiedenen Kombinationen von ermittelten Düsen zusammengestellt. Ih dem Beispiel wurden 243 Dünenkombinationen verwendet und 465 Deltamessüngen wurden mit ihnen durchgeführt.

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R/p 6813 -29- · 24. März 1970 B/We

Die Angaben 3μΞ der Zusammenstellung von jeder der weiteren ermittelten Kombinationen von (vierzehn) Variabein wurden dann für verschiedene gegebene Bereiche von Delta,, d.h. Delta --20-25, 25-30, 35-40, aufgezeichnet. Bei einem anderen Weg wird eine Kurve für Delta (Ordinate) gegenüber jeder der vierzehn Varisbeln innerhalb eines gegebenen Bereiches von D'elta gemacht. Jede der Kurven wird bewertet, um zu bestimmen, welche von den Variabein den Formgebungsindex Delta bedeutender beeinflusst. Dies wird dadurch gemacht, daß eine Richtlinie und eine Ausscheidung von solchen Variabein hergestellt wird, welche eine kleine Auswirkung auf Delta anzeigen. Um dieses auf einem anderen Wege festzustellen, wurden diejenigen von den vierzehn Variabein, welche eine unbestimmbare Auswirkung auf Delta anzeigen, ausgeschieden, d.h. es wird ein Abschirmungsprozess durchgeführt. Solche Variabein,(von den vierzehn) welche eine bedeutendere Auswirkung anzeigen, wurden beibehalten.

Als vierter Schritt werden alle von den Computerrückbildungsauswertungsmeßreihen für Angaben ausgeschieden, welche nicht der Gleichung (5) entsprechen. Dadurch wurden solche Punkte identifiziert wo die Rückbildungsanalyse bzw. Auswertung keine Musterung bestimmen kann. Diese außerhalb des bestimmten Bereiches der Gleichung (5) liegenden Punkte stellen die kritischen Verhältnisse der Gruppen I und II her. · -

Die experimentellen Daten für die oben beschriebene Mustermeßreihe bei den verschiedenen Düsenkombinationen wurdet!mit Wasser als das

2 "

Strömungsmedium bei einem Manometerdruck von 7 kg/cm hergestellt. Für andere StrÖmungsmedian als Wasser und Drücke unterschiedlich

ο
von 7 kg/cm mußten zweckmäßige Korrekturfaktoren für.Dichte, Viskosität und Strömungsdruck angewendete werden. Es können jedoch die für eine Bestimmung der Bereiche von den zehn Verhältnissen der Gruppen I und II beschriebenen allgemeinen Verfahren mit jeder Flüssigkeit bei jeden Druck verwendet werden.

10984370070

I . BAD ORIGINAL

R/P 6813 -30- 24. Mars 70

Für «/asser bei 7Icg /cm wurden die folgenden Grenzen von den zehn Vcrhätoissen für die folgenden Zwecke beobachtet:

1. Beschreibung der Durchführung

Um die Ausführung aller Düsen mit einem BeiauGterungsindej: Delta von weniger als 30 zu beschreiben, müssen die Verhältnisse von Gruppe I innerhalb der folgenden Grenzen liegen:

<1.82, ä<

■ Diese durch die festgesetzten Grenzen bestimmten vier Verhältnisse sind von grundlegender Bedeutung und bestimmen alle fünf Düccnabmessungen mit Ausnahme von S. Die Verhältnisse von Grupx^e Ii stellen Verfeinerungen in der Bestimmung der vier ob-igen Verhältnisparameter dar. Gruppe II enthält die Bereiche:

BH

_τ _ J,8; ^<1.75; "Sl.25

J-i Jj η"

Die Verhältnisse von Gruppe II sind Kriterien für eine Bestätigung It oder Zurückweisung der Verhältnisse von Gruppe I mit Bezug auf ihre Zweckmäßigkeit zurBeschreibung von Düsenausführungen. Die Verhältnisse von Gruppe II können mögliche Auswahlen von Dimensionen abschirmen, welche mit sich selbst verträglich sind.

2. Bestimmung der Ausführung:

Um in der Lage zu sein, eine Ausführung zu bestimmen, wird diese Möglichkeit durch die Bereiche von drei Verhältnissen bestimrat:

!•^«CJL <8.0
D

L· S 4.0
D ^

0.1<§ <0.33

10S843/0070 badoriginal

68l3 , "-sr ~³^"2 015 47Q ²⁴* ^{März 197}°

Vienn v/ir innerhalb der Grenzen von diesen drei Verhältnisparametern liegen, kann die Ausführung einer Düse in Ausdrücken des Bemusterungsindcx bestimmt werden. Es ist zu bemerken, daß innerhalb der Grenzen von Et , -L und S_ entworfene Düsen eine bestimmte Ausführung _/ aber nicnt notwendig eine gute Ausführung haben.

Zusammengefasst, die Verwendung von den oben besprochenen zehn Verhältnissen gibt einem Düserientwerfer die Möglichkeit, eine Düse mit einem Bemusterungsindex unterhalb eines bestimmten Wertes, dreißig bei dem innerhalb der "festgestellten Bereiche beschriebenen Beispiels zu erhalten. Die Verwendung von den drei Verhältnissen

—_ ' ii und S ermöglichen ferner die Bestimmung von Düseh-ausfühe· ungen in Ausdrücken des Bemusteruhgsindex-Deltas. .

Weiterhin gibt die Gleichung (5) einem Düseneritwerfer die Möglichkeit, durch mathematische Analyse den Bemüsterungsindex Delta für jede Düse zu erhalten. Dies ist äußerst zweckmäßig, da es dem Entwerfer sagt, ob die Düse, die er entwirft, den erforderlichen Bemusterungsindex hat öder nicht.

Ijach der Erfindung hergestellte Düsen haben viele bedeutende Vorteile, lüirtige von ihnen sindj

1. Die Möglichkeit , ©inen im wesentlichen konstanten Sprühwihkel durch eirieh weiten Bereich von Mengehleistühg unter sich ändern^ den bruckhöhen der Flüssigkeit zu erhalten.

2. ÜIg Möglichkeit, einen fast köristahteh Ausströmitöeffiziehten über eineii weiten briickÜÖhehbereich iiHä eiHeri weiteh Mehgenleiötürigsbereich zu halten.

3. Sehr feiliö tröpfchen bei eillem verhältnismäßig niedrigen 'StrÖmuiigsdrück:

4. Ein Minimum an brückähäerühg zwischen der größten Üri'd kieinsten Meng eh leistung öüer strömungsgeschwindigkeit, um den. größten

k niedrig ziä häiteh. ■

BADORIGINAL-

24. ;.:"ιγζ 70 B/l,e

5. Die IIöylic~:.xeit v^r/.-Elltnir^.-iLjiG rjro.".e ^v.2rr;c.:ni"c'.:'.: -^--" L^n Durchtritt üc-s StroMung^-^ouivi: .3 ^u Inbuii, uv lic i-löcrj.ic.:.:c-i eines V-ri,to;pf^m/ Lirrbsunetzen.

o. G.loicliiön.'.igc GeviciiCrvo:; teilung ."α;: Trüv^.cl-n in ^.e... l<jnii;clcn

rule/. \'ο'Λ ilijngeiij.-ji.: : -.ng.

7. ^r:_cujung von ±^..:τ^;ΐ Iröpiclon "/(_:: :inc;i -.·-·;..!-Lr. η S -'-r Ixngrbcjoic ..

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BAD ORlGiNAL

Λ/-ο 6313 · -33- . 24. Harz 1970 B/we

15. jSinfacne Ausführung mi¹; sehr wenigen Bestandteilen, welche
für eine-höchst präsisc Herstellung, höchste Oberflächenqualicä'- und oin bestes Zusa^enstellungsvcsr fahren und ferner eine leichte Wartung und Auswechslung der Bentandteile geeignet 3 ine.

16. einfacher Entwurf, welcher eine mathematische Basti-:ü..ung von Ilair ta"asführungs7-arciiuec3.rn v.fie beispiels^.üise einer Ber.iusterung, eines Durchf.Luijkoeffisienben und eines 3prüh:ionusv/inVcel geocacten. Dieses ven.ieiüet iintvairf und Herstellung durch, kostocieiigo und zaitrauLonJe 8 .-iinitte uxid Versuchsnethoden.

17. Sine hohe Verbrennungswirksariiceit über einen weiten Bereich . ■/on Kraf cstorfluftv^rhältnissa. . ■

100843/0070

BAD ORIGINAL

Claims (2)

R/p 6313 -34- 24. März 1970 B/; 2015A70 F a t £ η :. u η ο ρ r ü c h o

1.!Sprühdüse u\it jin-i.: Zinir.^.ic.najL zur AiunaL^e ..is ^u ^;/orG;;;ru..;.ndon G cröiaungs^ia··'...:', a:.-.3 UiU. ^m^r Bonrung unu einer ',iirce.L.:c.-_i.₁...cr uit oineu bogenförmigen Toil, ca^urü. -jokennzcichnc: ί, lc. ' . ic Wirb£ika:x:.or (9) :;.i : eine.; Einlaßöffnung (13) in V^rLinäung . .j. : dar Bohrung (7) uni. '.v.ii ^inj; Ausuüniung r^i'; oiaor Λη:. -jicisöjffnung (lO) in V^rliin.'.ung .:.i i dar ,,irl^i^a^.^r (S) vors-...;i ±_, \7obci Ciio DÜGo Gin.· ta':i;-ic..lich& ΰ-r'j::.ungsgescliv;i:iüig;:oit (......,,.) und einen Sprühlionuüwin'.zci (2^-) in GraJ.cn La-, -,,OIc₁₁C ;;u „^... Vorhälinie (;i) .:^r D'Ac_noinia^f läcl:= (B.II) su -".er h -lsene.Uü„-^.3-fläche 3TD uurch >.lio Gisicliungcn in B^üiDhung uitema:;.._:: s tchen:

(D K_ref - J₁ (χ)

(2) C_p f₂ (_ΔΡ)

(3) 2y_rojf - f₃ (>:)

(4) C₂^ -4 ^{{<Δ ?)}

wobei:

B die Hexte odar der ür.-.fang des tangoncialen Einlasses dicht an der Einlaßöffnung der v.'irbelkav^ter (9) ,

D der Durcli:;iGsaer der JiUs 'erittsöffnung,

H die Höhe der Wirbelkar.u.i&r,

£> P der tatsächliche Druckabfall dar Dass, K c 5er DüsenausströrJcoüffizient bei eine::: Bcsugsdruckabfali,

C ein I\orrek curiakor, ui.: den Düsenauss ur:JivJ<.oeffi.zio:i ;6ii P

bei deni Bozugsdruckabfail (li..^ _f) ».'de de:\i Äusströi..kooj:rii;ienten bei einer.i beconderon Druckabfall in Beziehung zu weizen,

*+ ref der Sprühkonucvinkal bei dd^ B-zugsdruckabfall und

C₉ (. ein Korrekturfaktor i.iit Bezug auf utm Düsensprühjcor.uawinkel bei da:ii Besugsdruckabfall su jedai;: Druck£_tbfall ict.

109843/0070

BAD ORIGINAL

d/y? 6813 -35- 20 1547 Q 24. März 70 B/We

2'. Sprühdüse, enthaltend einen' Kör£>er, der mit einem Ein laßkaiial zur Aufnanrae des zu zerstäubenden Strömungsrnediums versehen ist, und eine- Bohrung, Mitte], welche ainö ,wirbelkammer mit einem Teil bilden, welche die Gestalt eines Kurv-anbogens hat, wobei üie *,·,ir'celkc-ncricr eine Einlaßöffnung zur Verbindung mit der Bohrung hat, un3 eine Ausmündung mit-einer Austrittsöffnung in Verbindung ,-.'.it oor »'iirbe !kammer, wobei die Vrirbe !kammer und c.ici Au Stundung die folgenden Verhäitniszahit.n. der Pararaeter • haben . . '

R^ , Ii und S_- , .

D D U * -

innerhalb"der Grenzen ' .

L·

D der Durchmesser der /vustrittsöffnung, ' L die Dicke oor 7-us:.v"inuung an iliren Auslai,

.Λ der größte Radius der wirbelkammer und

S 'Ho Dicke der ."lir-po iac, welche durch die. innere- V-'and der ',Cirbeika:;; .er an eier* Vi'irbelka.timereiniaß gebildet ist,

ujl·." worin K₁ bis' K_n ^e vositive, reelle Zahlkonstanten 1,5-·-

Γ-iit K₁ weniger εIs k-, und k, ur.d

k^ und kc- je v/eniger. als k-, , k„ und Iu

sind, wodurch eine Düse gebildet wird, in welcher der Forrr.-gcbungsindex, bestinmt v;arden kann. ■ .

3. "Sprühdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Parameter der Wirbelkammer und der Ausmündung der Düse den folgenden Bereich an We

urückbezogen auf ,vassi.r [;--?benji:'ir ε-ins.::, i'iniaßraeöäruck von

BAD OBIGINAL

R/p 6813 -36- 24.März 1970 B/v.e

L-J

lOO p.s.i.,/was die Bestimmung der Düse in Ausdrücken eines Formgebungsindexwertes ermöglicht.

4. Sprühdüse enthaltend einen Körper, der mit einem jtSinlaSkanal zur Aufnahme des zu zerstäubenden Ströinungsraediums und einer Bohrung versehen ist, Mittel, welche eine Wirbelkammer mit einem Teil bilden, welche die Form eines Kurvenbogens hat, wobei die Wirbelkammer eine Einlaßöffnung zur Verbindung mit der Bohrung hat, und eine Ausmündung mit einem Auslaß in Verbindung mit der Wirbelkammer, wobei die Wirbelkammer und die Aunmündung die folgenden Verhältnisse der Parameter

R , Ij, JB und H
DDDD

" haben innerhalb der Grenzen

R - h, L _< h, , B^h und E^h, D^¹ D^² D^³ D^N4

worin

D der Durchmesser der Ausströmöffnung, L die Dicke der Ausmündung an ihrem Auslaß,

R der größte Radius der Wirbelkammer,

B die Weite des tangentialen Teiles der Einlaßmittel dicht an der Einlaßöffnung der Wirbelkammer

> H die Höhe der Wirbelkammer ist,

und worin h, bis h- positive reelle Zahlkonstanten mit h-, kleiner als h,, h₂ und Yi.
h₂ kleiner als h, und \\. und
h₄ kleiner als h, ist,

wodurch eine Düse gebildet wird, in welcher der Formgebungsindex beschrieben werden kann.

5. Sprühdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse die folgenden Parameterverhältnisse hat:

109843/0070

BAD ORIGINAL

R/p 6813 -37- 201547Ö⁴* ^{März 197}° ^B/^We

R ^ 12, L ^- 2.62, 13 ^ 1.82 und K <£ 4.77 D^ D . D D

zurückbezogen auf Wasser mit einem Meßdruck von lOO p.s.i.

6. Sprühdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten Verhältnisse der Parameter-werte einen Formgebungsindex für die Düse von 30 oder weniger schaffen.

7. Sprühdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß.die Düse mit den Verhältnissen der folgenden Diisenparameter herge-

■ stellt ist · . ■ ■ „■

, B_ ,H und R , ϊ

B H D² LLH

so daß die Verhältnisse der Parameter der Düse innerhalb der folgenden Grenzen gehalten werden:

BH-^ 5 ' -^T ^ ⁶ L ^{X 7}

wobei hj. bis h„ bestimmte positive reelle Zahlkonstanten sind, und ' ■

h_ kleiner als h_, h_c, h_ und h_n, hg kleiner als h^» h_fi und h_ft, Ix kleiner als he und h, und

h kleiner als h^ ist.

8. Sprähdüse nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse die folgenden Parameterverhältnisse hat:

-JL-S40, RH ^- lo, B r-0.8, Εχ 1.75 und R \ 1.25

109141/0070

BAD ORIGINAL

R/p 6813 -38- _{ηηΛνΜηΛ} 24. März 1970 B/We

zurückbezogen auf Wasser mit einera MeSdruck von lOO p.c.i, welcher die Beschreibung der Düse in Ausdrücken eines Bemusterungsindoxwertes ermöglicht.

Sprühdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Konstanten Yi^, hg und h_g kleiner als irgendeine der Kontanten h^» h₃ und h. ist,die Konstante h_ß kleiner als h, und die Konstante h, kleiner als h,- ist.

10. Sprühdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgewählte Parameterverhältnis einen Bemusterungsindex von 30 oder weniger erzeugt.

11. Verfahren zur Herstellung einer Sprühdüse mit einer Wirbelkammer, von welcher mindestens ein Teil die Form eines Kurvenbogens mit einem bestimmbaren Bemusterungsindexwert hat, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Körpers mit einera Einlaßkanal zur Aufnahme der zu zerstäubenden Flüssigkeit eine wirbelkammer mit einer mit dem Einlaßkanal in Verbindung stehenden Einlaßöffnung und eine Ausmündung mit einer mit der Wirbelkammer in Verbindung stehenden Auslaßöffnung gebildet wird,um die Verhältnisse der folgenden Parameter innerhalb bestimmter Bereiche zu bekommen

^XD D * D ⁵

worin k, bis k,- postive reelle Zahlkonstanten mit

k₄ kleiner als k-,, k₂# k₃ und k_g kc kleiner als k, , k_ und k-,
k, kleiner als k„ und k und
k₃ kleiner als k_ ist,

und

D der Durchmesser der Ausströmöffnung L die Dicke der Ausmündung an ihrem Auslafl, R der größte Radius der Wirbelkammer und S die Dicke der Rippe ist, welche durch die innere Wand der Wirbelkammer an dem Wirbelkammereinlaß gebildet wird.

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BAD ORIGINAL

R/P-6S13- ''t . -39- 2O15A7O 24« März 1970 B/We

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,- daß die Düse mit einem Einlaß zv/ischen dem Einlaßkanal und einem Einlaßteil der TYirbelTvaTiimer hergestellt wird, welcher Einlaß im allgemeinen tangential zu einem Bogenteil der Wirbelkammer .liegt, die folgenden Verhältnisse der innerhalb der festgestellten Bereiche hergestellten Parameter betragen

Uiα den Forragebungsindex kleiner als einen bestimmten Wert zu machen, worin

k₆ bis kg positive, reelle Zahlkonstänten ins und worin

k_o kleiner als k,, k_ und k_o , σ D / y ·

k_ kleiner als k_c und k und I b ■'■ 9 ■

k_q kleiner als k_fi ist, und
worin

B die Breite des tangentialen Einlaßteiles dicht an der Einlaßöffnung der Wirbelkammer und

H die Höhe der Wirbelkammer ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse mit den folgenden paramterverhältnissen innerhalb der festgestellten Bereich hergestellt Werdens

B H

k₁₃ und

₁₃ und J -ν,, Ic_{14 t}

worin Ic₁ bis k ₄ positive reelle Zahlkonstanten sind und worin

k,- kleiner als k, , T^-J₁' k^₃ und k^₄ , k, . kleiner als ^_1n* k·,-, ^u"d k , ^ kleiner als k^ und k₁₁ und

k, ·, kleiner als Jc, _Λ ist.
11 iO

103843/0070 _BAD ordinal

R/p 6813 . -40- 2015470 24. März 1970 B/We

14. Verfahren zur Herstellung einer logarithmischen Sprühdüse mit einem bestimmbaren Formgebungsindexwert, wobei die Düse an den Einlaßkanal zur Aufnahme des zu versprühenden Strömungsmediums, eine Wirbelkammer mit einer mit dem Einlaßkanal in Verbindung stehenden Einlaßöffnung und eine Ausmündung mit einer mit der Wirbelkammer in Verbindung stehenden Auslaß hat," dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenparameter der Einlaßfläche

2 (B · H) und die Austrittsöffnungsfläche (77 D ) für eine ge-

4 gebene Düsendurchflußgeschwindigkeit und Düsenkonuswin-

kels bestimmt, und die Düse mit den Verhältnissen von Parametern B. und H aufrechterhalten innerhalb bestimmter Grenzen D D

B «- a, und II -- a_o

hergestellt wird, worin a, und a, positive reelle Zahlkonstanten mit a, kleiner als a^ sind, und B die Breite des tangentialen Einlasses dicht an der

Einlaßöffnung der Wirbelkammer,
D der Durchmesser der Austrittsöffnung, und H die Höhe der Wirbelkammer ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse hergestellt wird, wo die Verhältnisse der Parameter R

und |j ebenfalls innerhalb bestimmter Grenzen auf D

B -

D ^N D ^{N 4}

aufrechterhalten werden, wobei a-. und a^ positive reelle Zahlkonstanten sind mit

a, kleiner als a«/ a_ und a* ,
a_o kleiner als a_ und a₄ und
a. kleiner als a_ und

L die Dicke der Ausmündung am Auslaß und R der größte Radius der Wirbelkammer ist.

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BAD ORIGINAL

■2Ö15470

R/p 6813 -41- 24; März 1970 B/We

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse mit den Verhältnissen der folgenden Parameter innerhalb der festgesetzten Bereiche

R s. a_K, RH <* a_a, B

E^a₈ und ι

Jj rl

hergestellt wird, worin a,- bis a~ positive reelle Zahlkonstanten sind, wobei

a_ kleiner als alle anderen Konstanten,

EL_n kleiner als a, bis a_r und a_, ■ , y XDb

a_o kleiner als a, bis a, ,
ο Xo

a-, kleiner als a~ bis a_ß ,

a. kleiner als a„> a_o/ a_c und a^ ,

4 Δ ό D 6

a₂ kleiner als a₃·, a^ und ^_fi'
a_ kleiner als a₃ und a^ und
a_ kleiner als a_ ist.

17. Verfahren zur Herstellung einer Sprühdüse, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper mit einem Einlaßkanal zur Aufnahme des zu zersprühenden Strömungsmedxums und eine Bohrung hergestellt wird, eine Wirbelkammer mit einem Einlaß und einem Teil gebil,-det v/ird, welcher die Form eines Kurvenbogens hat und mit einer Einlaßöffnung für eine Verbindung mit der Bohrung und der Wirbelkammer, wobei die Einlaßöffnung einen Teil hat, welcher im allgemeinen tangential zu einem Bogenteil der Wirbelkammer an ihrer Einlaßöffnung liegt, eine Ausmündung mit einer Auslaßöffnung in Verbindung mit der Wirbelkammer hergestellt wird, und die Düse mit den Parametern B, D, H, L, R und S der Düse hergestellt v/ird, worin ·

B die Breite des tangentialen Einlasses nahe der Einlaßöffnung der Wirbelkammer,

D der Durchmesser der Austrittsöffnung,

BADpHIGlNAL

H die Höhe der Wirbelkammer, ·

L die Dicke der Ausmündung an ihrem Auslaß,

R der größte Radius der Wirbelkammer und

S die Dicke der Rippe ist, welche von der inneren Wand der Wirbelkammer an dem Wirbelkammereinlaß gebildet wird,

so daß die Parameter die Verhältnisse haben

b,< R <b₂ ; L < b₃; B <* b ; H^b.; • D D D D

worin b-, bis b_ positive reelle Zahlen sind und worin b, !deiner X / b

, bis b_ und b_

fc als b, bis b_ und b_ ,

b_ kleiner als b, bis b_, b, kleiner als b₂ bis b_, b- kleiner als b„, b_ und b-.,

4 Δ i 5

b₃ kleiner als b₂ und b₅ und b_g kleiner als b₂ ist,

wobei der Ponngebungsindex Delta der Düse durch die Formel berechenbar ists

2 Delta = -g, L₁ -g_o JB + g, S + g_A L

¹D ²D ³D ⁴ _D2

+g₅ B -g₆ rL + κ,

D² Ώ^Ζ

worin g, bis g_g reelle Zahlenkonstanten sind und K ebenfalls eine Konstante ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der Düse die folgenden zusätzlichen Verhältnisse haben

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R/p 6S13 -43- 24, März 197© B/

S J < V 1 < ^bio ^; - <^bH ^{Und &} Χ' ^bl 2

B H^X B L. ° Ι« H

worin Id.- bis b, positive reelle Zahlen,

b -größter; als b_ aber kleiner als bw, lO ' ■^Lii

b größer als b, » aber kleiner als .b,_Ί # 12 ^{xo χχ}

b-, -. größer als b« / abei? kleiner als b. ,-

"b größer als b_o a/ber kleiner als b_o ist, und 9 ^{2 8}

R der größte Radius der Wirbelkammer und

S die Dicke der Rippe ist, welche von der Innenwand der Wirbelkammer an dem WirbelkamKiereinlaß gebildet ist.

19. Verfahren zum Bestimmen von Parametern für eine Sprühdüse, welche mit einem Einlaßkanal zur Aufnahme des zu zersprühenden Strömungsmediums versehenen Boden und einer Bohrung versehen ist, die Wirbelkammer einen Teil, welcher die Form eines Bogens hat, und eine Einlaßöffnung hat, die Wirbelkammer ferner einen Einlaß zur Verbindung zwischen der Bohrung und der Einlaßöffnung der Wirbelkammer hat, der Einlaß einen Teil, welcher im allgemeinen tangential zu einem Teil des Bogens der Wirbelkammer an der Einlaßöffnung ist und eine Ausmündung hat, welche mit einem Einlaß in Verbindung mit der Wirbelkammer versehen ist, die Düse im Betrieb eine aktive Strömungsgeschwindigkeit (W .) und einen Sprühkonuswinkel (2) in Graden hat, weiche zu dem Verhältnis (x) der Wirbelkammereinlaßfläche (B-H) zu der Düsen-

2
auslaßfläche jpD in Beziehung steht, worin

B die Breite des tangentialen Einlasses nahe der Einlaßöffnung der Wirbelkammer,

BAD ORIGINAL,

R/p 6313 -44- 2OI547O24. März 1970 B/'vve

D der Durchmesser der ?,ustrittsöf fnung, H die Höhe der Wirbelkammer ist,

und forner dadurch, daß eine Mehrzahl von Düsen mit verschiedenen B und II Parametern "bei. unterschiedlichen üin.laßdrücken arbeiten, welche verschiedene tatsächliche Druckabfälle durch die verschiedenen Düsen erzeugen, die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit (tf )

von jeder der bei verschiedenen Drücken bet/ätigten Düsen zur Bestimmung des entsprechenden Düsendurchflußkoeffizienten bei den verschiedenen Drücken gemessen wird, die Sprühkonuswinkel {2 γ ) der verschiedenen Düsen bei verschiedenen Drücken gemessen wird und durch eine Maschine aus den durchgeführten Messungen die Funktionen f,, f21 f-. und f. der folgenden Gleichungen hergestellt werden;

(D ^Kref '■' ^fl ⁽ (2) C — ^f2 ( (3) 2 viz
ref -= ^£3 (4) ^C2u, -- ^f4

worin Λ P der tatsächliche Druckabfall der Düse,

K ρ der Düsendurchflußkoeffizient bei einem Bezugsdruckabfall,

C ein Korrekturfaktor, um den Düsendurchflußkoeffizienten P

bei dem Bozugsdruckabfall (K Λ zu dem Durchflußkoeffizienten bei einen besonderen Druckabfall in Beziehung zu setzen,
2 vp JT der Sprühkonuswinkel an dem Bczugsdruckabfall und

C₂ ^. ein Korrekturfaktor ist, welcher sich auf den Düsensprühkonuswinkel bei dem Bczugedruckabfall auf einen besonderen Abfall bezieht.

1Q9843/0070

BAD ORIGINAL

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