DE2339125A1 - Drallscheibe fuer einen brenner - Google Patents

Description

TOLKSVASEItWEEK
Aktiengesellschaft
5180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 1552 1702-Pt-Hu/Sa

31.7 /i

Drallscheibe für einen Brenner

Die Erfindung betrifft eine mit drallerzeugenden Öffnungen
versehene Scheibe zum Einsatz im Strömungsweg der Verbrennungsluft in einem mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebenen
Brenner. In derartigen Brennern, wie sie beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten Anmeldung P 22 50 7^6.0 beschrieben sind, erfolgt in radialer Richtung vor der eigentlichen Brennkammer die Zufuhr der Verbrennungsluft, die dann umgelenkt
und durch eine mit drallerzeugenden Öffnungen versehene Scheibe in die Brennkammer geleitet wird. Dort wird der also eine
Drall komponente enthaltenden Luftströmung der Kraftstoff mittels einer Einspritzvorrichtung zugeführt, und infolge des
Dralls besitzt die Luftströmung auch bei relativ kurzer Brennkammer eine zur Erzielung eines homogenen Kraftstoff-Luft-Gemischs ausreichende Verweilzeit.

Eine Scheibe der der Erfindung zugrundeliegenden Art hat also die Aufgabe^ eine axiale Luftströmung, die durch vorgeschaltete Mittel, beispielsweise eine Lochscheibe, homogenisiert sein kann, in eine möglichst rotationssymmetrische Drallströmung um-

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zuwandeln. Außerdem "bewirkt diese Drallströmung eine aerodynamische Stabilisierung der in der Brennkammer vonstatten gehenden Verbrennung.

Schwierigkeiten bietet eine diese Aufgabe auch im Bereich der Scheibenachse lösende Ausbildung der Scheibe, da im Bereich der Scheibenachse die Mittel zur Zuführung von Kraftstoff angeordnet sein müssen. Wie erfindungsgemäß angestellte Überlegungen und Versuche gezeigt haben, erhält man eine die beschriebenen günstigen Eigenschaften auch in achsnahen Zonen hervorrufende Scheibe der eingangs bezeichneten Art bei einer dadurch gekennzeichneten Ausbildung, daß die drallerzeugenden Öffnungen durch Schlitze mit längs einer ihrer Seitenkanten verlaufenden Leitwänden gebildet sind, die, in Umfangsrichtung betrachtet, in Strömungsrichtung Neigungen gleichen Vorzeichens gegen die Scheibenebene besitzen, daß die Schlitze ferner einen gedachten Kreis um die Scheibenachse tangierend sich parallel zu die Scheibenachse senkrecht durchsetzenden Linien erstrecken, und daß in Umfangsrichtung abwechselnd Schlitze aufeinanderfolgen, die sich hinsichtlieh Durchmesser des zugeordneten gedachten Kreises und/oder Schlitzlänge unterscheidenden Schlitzgruppen angehören.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist also in der gruppenweisen Zusammenfassung von Schlitzen zu sehen, wobei sich die Gruppen durch die Längen der Schlitze und/oder die Durchmesser der Kreise unterscheiden, die die Schlitze im Bereich der Scheibenachse tangieren. Es handelt sich also hierbei um Unterschiede hinsichtlich des Strömungsquerschnitts der Schlitze und/oder hinsichtlich der Lage der Schlitze. Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die verschiedenen Schlitzgruppen nicht in sich geschlossene Anordnungen bilden, sondern daß in Umfangsrichtung Schlitze der ver-

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Bchiedenen Gruppen aufeinanderfolgen. Schließlich ist ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Scheite in der nicht streng radialen Anordnung der Schlitze zu sehen; diese verlaufen vielmehr parallel zu Radien der Scheibe (sofern es sich um eine Kreisseheibe handelt) bzw. die Achse senkrecht durchsetzenden Linien (eine allgemeine Definition, der auch der möglichen Ausbildung der Scheibe als Rechteckscheibe oder quadratische Scheibe Rechnung trägt) in einem Abstand von der betreffenden Linie, der gegeben ist durch den Radius des Kreises, den sie tangieren.

Entsprechend der Anzahl der Schlitzgruppen erhält man eine bestimmte Anzahl von Drei-Komponenten-Strömungen, d.h. Strömungen, die eine axiale, eine radiale und eine- tangentiale Komponente aufweisen. Wie sich gezeigt hat, lassen sich gute Ergebnisse schon mit zwei Schlitzgruppen aus unterschiedlich langen Schlitzen und demgemäß zwei derartigen Strömungen erzielen. Durch diese Art der Strömung entstehen in achsnahen Zonen des Brennraumes Gasrückströmungen zur Scheibe hin. Diese Rezirkulation eines Teils des Kraftstoff-Luft-Gemischs gewährleistet in Verbindung mit der Drallströmung schlechthin die oben diskutierten--Ziele einer homogenen Mischung von Kraftstoff und Luft sowie der Flammenstabilisierung.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die achsfernen Enden der Schlitze aller Gruppen den gleichen Abstand von der Scheibenachse haben. Wenn also die verschiedenen Schlitzgruppen unterschiedliche Schlitzlängen aufweisen, bedeutet dies, daß die achsnahen Enden der Schlitze unterschiedliche Achsabstände haben. Um einen die Drallerzeugung verringernden Einfluß eines zentralen Durchtrittslochs in der Scheibe zur Aufnahme der Kraftstoffzuführung auszuschließen, können achsnahe Bereiche der Schlitze einer Gruppe zwischen den achsnahen

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Enden der Schlitze einer anderen Gruppe und der Scheibenachse liegen. Die Schlitze der einen Gruppe verlaufen dann also parallel beispielsweise zu einem Radius der jetzt als Kreisscheibe angenommenen Scheibe mit ihren achsnahen Enden bis zu den senkrecht zu diesem Radius verlaufenden Radien.

Im einzelnen können die Leitwände durch aus der Scheibenebene in Strömungsrichtung mit durch die Neigung gegebener Schräge herausgedrückte Leitstege gebildet sein. Das Torsehen derartiger, einem schrägen Dach ähnelnder, aus der Scheibenebene herausgedrückter Leitstege empfiehlt sich bei einer aus biegsamem Material, beispielsweise Blech, bestehenden Scheibe. Besteht die fest im Brenner eingebaute Scheibe aus dickerem Material, so können die Leitwände durch schräge Begrenzungen der Schlitze gebildet sein, die dann innerhalb der Wand liegen.

Wie bereits bemerkt, hat sich die Verwendung von zwei Schlitzgruppen bereits als günstig erwiesen, wobei jede Schlitzgruppe vier um 90 gegeneinander versetzte Schlitze enthält. Die Neigungen der Schlitze können ungefähr zwischen 15 und 30 liegen, stets gemessen gegen die Scheibenebene.

"Figur 1 zeigt in Draufsicht von der Brennraumseite her ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scheibe für den Fall einer Kreisscheibe, während die Figuren 2 und 3 die in Figur 1 mit H-II bzw. IH-III bezeichneten Schnitt ansicht en wiedergeben. Figur 4 zeigt in diesem Zusammenhang interessierende !Teile eines Brenners, der mit der erfindungsgemäßen Scheibe ausgerüstet ist, während Figur 5 in einem Querschnitt durch den Brenner den Verlauf der erwünschten Rezirkulationsströmung andeutet .

Betrachtet man zunächst die Kreisscheibe nach den Figuren 1 bis 3, so ist die Scheibe allgemein mit 1 bezeichxiet. In diesem Aus-

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_ 5 —

führungsbeispiel sind zwei Schlitzgruppen vorgesehen, und zwar bilden die langen Schlitze 2-5 eine erste Schlitzgruppe und die kurzen Schlitze 6-9 eine zweite Schlitzgruppe. Jeder der Schlitze ist, wie nur bezüglich der Schlitze 2 und 8 durch Bezugszeichen und in den Figuren 2 und 5 besonders hervorgehoben, gebildet durch eine schrägdachähnliche Ausdrückung 10 bzw. 11 längs der hinteren Schlitzkante 12 bzw. 15· Me der Scheibenebene jeweils zugekehrte Fläche der Leitstege 10 und 11 bildet eine Leitwand 14 bzw. 15 für die in Figur 1 von hinten kommende Luftströmung, so daß dieser eine Drall komponente überlagert wird. In dem hier angenommenen Fall des Vorhandenseins von zwei Schlitzgruppen werden der Strömung zwei Drall komponenten überlagert .

Wie Figur 1 deutlich zeigt, verlaufen die verschiedenen Schlitze nicht streng radial, sondern parallel zu Radien in Abstand von diesen. Betrachtet man beispielsweise die Schlitze 3 und 5> so verlaufen sie parallel zu der Durchiaesserlinie 16, aber in einem Abstand von dieser, der gegeben ist durch den gedachten Kreis 17 um die durch ihre Spur 18 angedeutete Scheibenachse. In diesem Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß beiden Schlitzgruppen 2-5 sowie 6-9 derselbe Kreis 17 gemeinsam ist, d.h. daß alle diese Schlitze oder die Verlängerungen ihrer freien Längskanten diesen Kreis tangieren. Grundsätzlich ist es auch · möglich, jeder der Schlitzgruppen einen derartigen Kreis zuzuordnen. Während die der Achse 18 der Scheibe fernen Enden aller Schlitze auf einem Kreis um die Achse liegen, sind jedoch die Längen der Schlitze der verschiedenen Gruppen und damit ihre Strömungsquerschnitte dadurch unterschiedlich groß gewählt, daß die achsnahen Enden der Schlitze der verschiedenen Gruppen unterschiedliche Abstände von der Scheibenachse 18 besitzen. So reichen die großen Schlitze 2-6 bis zu dem anderen Durchmesser 1'9, der also senkrecht zv. dem Durchmesser 16 verläuft, zu

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dem die Schlitze 3 und 5 parallel angeordnet sind. Mit ihren aehsnahen Endbereichen decken also diese Schlitze - ebenso wie die derselben Gruppe angehörenden Schlitze 2 und 4 - die Öffnung 20 im Zentralbereich der Scheibe 1 gleichsam ab. Diese Öffnung dient zur Aufnahme eines Kraftstoffeinspritzorgans, das nur in Figur 4 angedeutet ist.

Gemeinsam ist den Schlitzen aller Gruppen, daß die Neigung der Leitwände in Umfangsrichtung gesehen dieselbe ist, demgemäß auch die Richtung der durch die beiden Schlitzgruppen erzeugten Drallkomponenten dieselbe ist. Dies schließt nicht aus, daß die Neigungen der Leitwände der Schlitze verschiedener Gruppen unterschiedliche Größe besitzen.

Figur 4 zeigt ein Brennergehäuse 21, das mit dem Stutzen 22 zum Anschluß einer Zufuhr für die Verbrennungsluft versehen ist. Man erkennt in dem Brenner 21 vor der eigentlichen Brennkammer 23, die mit einer nicht dargestellten Zündkerze bestückt ist, die erfindungsgemäß ausgebildete Scheibe 24 mit Schlitzen in der anhand der Figuren 1-3 beschriebenen Ausgestaltung und Anordnung. Die zentrale Öffnung 25 dieser Scheibe 24 nimmt den Endbereich des Kraftstoffeinspritzorgans 26 auf, das einen an sich bekannten und daher nicht dargestellten Aufbau besitzt.

Zwischen der Scheibe 24 und der Verbrennungsluftzufuhr 22 ist die Lochscheibe 2J angeordnet. Sie hat die Aufgabe, die radial einströmende Verbrennungsluft möglichst gleichmäßig über den gesamten Querschnitt im Brennergehäuse 21 in Strömungsrichtung vor der erfindungsgemäßen Scheibe 24 zu verteilen, so daß eine weitgehend homogene axiale Strömung vorliegt. Die erfindungsgemäße Scheibe 24 hat die Aufgabe, diese axiale Strömung in eine solche mit in diesem Ausführungsbeispiel zwei Drallkomponenten umzusetzen, so daß die bei 28 angedeutete Strömung in der Brenn-

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kammer 25 entsteht. Durch diese Strömung wird durch Rezirkulation auch im Bereich der Achse 29 von Brenner und Scheite eine gute Durchmischung von Kraftstoff und Luft zu einem homogenen Gemisch erreicht; in Verbindung mit der Drallströmung insgesamt ergibt sich auch eine gute Flammenstabilisierung.

In Figur 5 deuten die Pfeile den Verlauf der Strömung in dem Brennraum 23 an. Man erkennt die Rezirkulation im achsnahen Bereich. Die zentrale Öffnung 25 in der Scheibe 24 hat, wie aus Figur 5 ersichtlich, keinen nachteiligen Einfluß, da die langen Schlitze, wie anhand Figur 1 erläutert, diese Öffnung gleichsam seitlich überdecken.

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Claims (7)

1. ANSPRÜCHE

   Mit drallerzeugenden Öffnungen versehene Scheibe zum Einsatz im Strömungsweg der Verbrennungsluft in einem mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch "betriebenen JBrenner, dadurch gekennzeichnet, daß die drallerzeugenden Öffnungen durch Schlitze (2-9) mit längs einer ihrer Seitenkanten verlaufenden Leitwänden (14» 15) gebildet sind, die, in Umfangsrichtung betrachtet, in Strömungsrichtung Neigungen gleichen Vorzeichens gegen die Scheibenebene besitzen, daß die Schlitze (2-9) ferner einen gedachten Kreis (I7) um die Scheibenachse (18) tangierend sich parallel zu die Scheibenachse (18) senkrecht durchsetzenden Linien (16, 19) erstrecken, und daß in Umfangsrichtung abwechselnd Schlitze (2-9) aufeinanderfolgen, die sich hinsichtlich Durchmesser des zugeordneten gedachten Kreises (I7) und/oder Schlitzlänge unterscheidenden Schlitzgruppen (2-5; 6-9) angehören.
2. 2. Scheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die achsfernen Enden der Schlitze (2-9)aller Gruppen (2-5; 6-$) den gleichen Abstand von der Scheibenachse (18) haben.
3. 3. Scheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß achsnahe Bereiche der Schlitze (2-5) einer Gruppe zwischen den achsnahen Enden der Schlitze (6-9) einer anderen Gruppe und der Scheibenachse (18) liegen.
4. 4. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwände (14»15) durch aus der Scheibenebene in Strömungsrichtung mit durch die Neigung gegebener

   ^Schräge herausgedrückte Leitstege (1O, 11) gebildet sind.
5. 5« Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekenn-

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   zeichnet, daß die Neigungen zumindest ungefähr zwischen und 50° liegen.
6. 6. Scheite nach einem der Ansprüche 1 "bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (24) eine zentrale Öffnung (25) für eine Kraft stoff zuführung (26) "besitzt.
7. 7. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 Ms 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) eine Kreisscheibe ist.

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