DE2354268A1

DE2354268A1 - Brennstoffeinspritzduese

Info

Publication number: DE2354268A1
Application number: DE19732354268
Authority: DE
Inventors: Shoichi Tsuji
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1972-12-31
Filing date: 1973-10-30
Publication date: 1974-07-18
Also published as: CA1003460A; FR2212497A1; US3913845A; GB1445889A; ES420019A1; FR2212497B1

Description

PATENT AMVvALTE
_Dr en nat. DIETER LOUIS

D JAW CLAUS PÖHLAU

S PÖHLA .

S-Sranz lohrentz -.

NÜ RN BERQ ■ 1^381/82

KESSLERPLATZ1

'Islxikawajlraa-Harima Jukogyo. Rabushiki Kaisha, Tokyo Japan

Brennstoffeinspritzdüse

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzdüse»

Bei den herkömmlichen Einspritzdüsen für gasförmigen Brennstoff und bei der Bauart von Einspritzdüsen für flüssigen Brennstoff ₉ bei der der flüssige Brennstoff mit Luft oder Dampf innerhalbeinet Mischkammer der Düse gemischt und durch Austrittsbohrungen in die Brennkammer eingespritzt und zerstäubt wird , sind eine Mehrzahl von Austrittsbohrungen vorgesehen. Diese sind jeweils unter demselben Abspritzwinkel angeordnet, wobei unter. Abspritzwinkel der Winkel zwischen der Achse der Austrittsb.ohrung und der Düsenachse zu verstehen ist_o Das hat zur Folge, daß die Gemischstrahlen des Brennstoff/Luft- oder ßrennstoff/Dampf-Gemisches der einzelnen Austrittsbohrungen sich gegenseitigbeeinflussen und im wesentlichen ein gleichförmiges Sprühbild ergeben_o Daraus resultiert eine einzige große Flamme, deren Plammoberflache im Vergleich zu ihrem Volumen

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relativ klein ist. demzufolge ist auch die Wärineabs traft lung dieser Flamme gering, mit" dem Ergebnis_s öaS die FlaiEisieaiperatur sehr hoefa ist vmä daher in großen Mengen Stickoxyde gebildet werden»

Aufgabe der vorliegeiiöea Erfindung ist es_s die her koisiali eben Einspritzdüsen für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff der vorstehend erläuterten Art dahingehend zu- verbessern, daß eine bessere Wärmeah.strahlung und somit eine !bessere Flaiaiaausnutzung ersielbar ist und die Erzeugung von Stiekexyden vermieden wird«, Erfindmigsgeniäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einer Breimstoffeiiispritzdüse mit einer Mehrzahl von in der Düsexispltze ausgebildeten Ausfrittsbohrungeiä,-die unter eineia Winkel zur Achse der Brennstoffeinspritzdüse geneigt sind_s der Neigungswinkel der Austrittsfoohrun— gen mit deren zoneinaender Entfernung von der Achse öder dem Zentrum der Brennstoffeinspritzdüse größer"ist_o

Durch diese Anordnung der Austritts'bohrungen könneB siefe die eingespritzten Seisisehstralilen des Brennstoff/Luft— oder Brennstoff/Dampf—Gemisches nicht gegenseitig toeeinflussen; es entstehen einzelne kleine Flaiaiaeni derea Wärme— abstrahlung beträchtlich, größer und daher ihre Flaamrteiape— ratur erhehlieh geringer ist_s so daß die_ Erzeuguiag- von Stickoxyden verhindert wird.

Das Wesen der Erfindung bestellt somit darin., daß in der Düsenspitze eine Vielzahl■von Amstrittsbohrungen angeordnet idt,- deren Abspritzwink-el schrittweise mit ά&τ Entfernung der Austrittsbohrungen vom Zentrum der Diisenspitze aus zu-

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nimmt. Die Mündungen können dabei zweckmäßigerweise in einzelnen Reihen, radialen Säulen oder auch längs einer Vielzahl koaxialer Kreise angeordnet weiden.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung . ergeben sieh aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. Soweit in der nachfolgenden Beschreibung auf Einzelheiten der Zeichnung nicht gesondert eingegangen wird, darf ausdrücklich auf die Zeichnung selbst verwiesen werden. ν

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer Brennstoffeinspritzdüse;

Fig. 2 eine Stirnansicht der in Fig. 1 gezeigten Brennstoffeinspritzdüse;

Fig. 3 eine Stirnansicht einer geringfügig modifizierten Brennstoffeinspritzdüse geinäii Fig. 1;

Fig. k einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Brennstoffeinspritzdüse nach der Erfindung;

Fig. 5 eine Stirnansicht der in Fig* k gezeigtenDüse; Fig. 6 eine dritte Aüsführungsform_ iia Längsschnitt und

Fig. 7 in der Stirnansicht einer Brennstoffeinspritzdüse nach der Erfindung. .

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Die eiste Ausführungsform einer Brennstoffeinspritzdüse nach der Erfindung (Fig. 1 bis 3) besitzt einen Düsenhalter 1, an dessen vorderem Ende eine Düsenspitze h in hohler Kastenform fest angeordnet ist. Im Düsenhalter 1 ist längs dessen Achse O, die zugleich die Achse der Brennstoffeinspritzdüse ist,
eine Brennstoffzuleitung 2 ausgebildet, die über einen Brennstoffkanal 2a mit einer ßrennstoff/Luft-Mischkammer 5 in der Düsenspitze k in Verbindung steht. Dei- Düsenhalter i enthält außerdem die Brennstoffzuleitung 2 umgebende Luft-Zuleitungen 3, die über Luftkanäle 3a mit der Mischkammer 5 verbunden
sind.

In der DUsenspitze 4 sind in einer vertikalen Reihe übereinander mehrere Düsenaustrittsbohrungen 6a, 6b, 6c und 6d vorgesehen, deren Achsen zur Achse O der Brennstoffeinspritzdüse
unter den Winkeln Θ, , 9„, Θ, und Θ. liegen. Für diese Winkel gilt die Beziehung:

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, können die Austrittsbohrungen 6 in zwei oder auch mehreren Säulen angeordnet werden. Auch
eine Anordnung der Austrittsbonrungen in Zickzacklinie ist
möglich. Weiterhin versteht sich, daß die Düsenspitze k anstelle der gezeigten Hohlkastenforrn zylindrisch oder von
sonstiger geeigneter Gestalt sein kann.

Die zweite Ausführungsform nach den Fig. k und 5 unterscheidet sich von der eisten dadurch, daß die Düsenspitze zylindrisch ist und die Austrittsbohrungen 6 in deren Seitenwand

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angeordnet sind. Die von den Austrittsbohrungen 6 mit der Achse 0 der zylindrischen Düsenspitze k gebildeten Winkel folgen wieder der Beziehung:

Dies heißt, dall der Winkel Θ, der Achse der Austrittsbohrung 6a, die dem Schnittpunkt V der Achse 0 mit der Stirnfläche der zylindrischen Düsenspitze k am nächsten liegt, am kleinsten ist und daß der Winkel 9„ der dem Punkt V am zweitnächsten, liegenden Austrittsöffnung 6b größer als der Winkel Θ. ist, usw.*

Bei dieser Ausführung weist die Düsenspitze Ί eine obere und eine untere Reihe von Austrittsbohrungen auf. Es versteht sich aber, daß mehrere Reihen solcher Austrittsbohrungen vorgesehen und auch in Zickzacklinie oder in einem sonstigen geeigneten Schema, angeordnet sein können. Auch kann anstelle der kreiszylindrischen Düsenspitze h eine Düsenspitze sonstiger Form eingesetzt werden.

Bei der ersten und zweiten Ausführungsform der erfindungsge— mäßen Brennstoffeinspritzdüse wird der Brennstoff der Mischkammer 5 durch die Brennstoffzuleitung 2 und den Brennstoffkanal 2a zugeführt. Die Zufuhr von Luft oder Dampf in die Mischkammer erfolgt durch die Luftzuleitungen 3 und die Luft— kanäle 3a. In der Mischkammer werden Brennstoff und Luft oder Dampf gemischt und fein verteilt, so^daß das Brennstoff/ Luft-Gemisch in zerstäubter Form durch^die Austrittsöffnungen 6 in eine Brennkammer eingesprüht werden kann. Da die

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Winkel der Austrittsbohrungen 6 sich voneinander unterscheiden, beeinflussen die Brennstoff/Luft-Gemischstrahlen einander nicht und man erhält eine große Anzahl voneinander unabhängiger kleiner Flammen.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine dritte Ausführungsform. Hier besitzt die Brennstoffeinspritzdüse einen Düsenhalter 21, einen Führungsring 24, eine Düsenspitze 25 und eine Muffe 26« In dem Düsenhalter 21 befindet sich eine Brennstoffzuleitung; 22, die längs der Düsenhalterachse Q verläuft. Außerdem sind darin Luft- oder Dampfzuleitungen 23 ausgebildet und um die Brennstoffzuleitung 22 herum angeordnet. Der Führungsring 2k weist einen Brennstoffkanal 22a sowie Luft— oder Dampfkanäle 23a auf, die die Brennstoffzuleitung 22 bzw, die Luft- oder Dampfzuleitungen 23 mit einer Mischkammer 29 in der DUsenspitze 25 verbinden.

Das vordere Ende N der Düsenspitze 25, das über die Muffe 26 hinaus ragt, ist halbkugelig geformt und weist zwei koaxiale Reihen 27 und 28 von Austrittsbohrungen auf, die auf gleichem Winkelabstand voneinander liegen. Der Düsenhalter 21, der Führungsring 2k und die Düsenspitze 25 sind durch die Muffe 26, die auf den Düsenhalter 21 aufgeschraubt ist, luftdicht miteinander verbunden.

Von den Austrittsbohrungen 27 sind vier auf einem Kreis angeordnet, dessen Mittelpunkt in der Achse O der Brennstoffeinspritzdüse liegt. Die vier Austrittsbohrungen liegen in gleichen Winkelabständen, Auf gleiche Weise sind die vier Austrittsbohrungen 28 in gleichen Winkelabständen auf einem

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Kreis angeordnet, jedoch zu den Austrittsbohrungen 27 versetzt (Fig. 7). Der Winkel Θ. zwischen der Achse jeder Austrittsbohrung 27 und der Achse 0 ist kleiner als der Winkel θρ zwischen der Achse jeder der außen liegenden Austrittsbohrungen 28 und der Achse 0.

Bei dieser Ausführungsform werden Brennstoff und Luft oder Dampf durch die Brennstoffzuleitung 22 bzw. die Luft- oder Dampfzuleitungen 23 und den Brennstoffkanal 22a bzw. die Luft- öfter Dampfkanale 23a in die Mischkammer 29 eingeleitet. Von dort wird das Brennstoff/Luft- oder Brennstoff/Dampf-Gemisch duroh die Austrittsbohrungen 27, 28 in eine Brennkammer ausgespritzt. Da die Winkel Θ. und &_o der Austrittsbohrungen 27, 28 sich voneinander unterscheiden und diese Austrittsbo.hrungen außerdem noch gegeneinander versetzt liegen, beeinflussen sich die Geinischstrahlen gegenseitig nicht und es entsteht eine große Anzahl unabhängiger kleiner Flammen. .

Bei dem hier beschriebenen AusfUhrungsbeispiel wird flüssiger Brennstoff mit Luft oder Dampf gemischt und in eine Brennkammer eingespritzt. Es versteht sich aber, daß die eifindungsgemäße Brennstoffeinspritzdüse auch für gasförmigen Brennstoff geeignet ist. Wenn ein solcher verwendet wird, ist es natürlich nioiit notwendig, Luft- oder Dampfzuleitungen und r-kanäle vorzusehen. Vielmehr wären Gas-Einspritzdüsen diesbezüglich in ihrer Konstruktion einfacher.

Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzdüse entsteht eine große Anzahl unabhängiger kleiner

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Flammen, deren Gesamtoberfläche erheblich größer als diejenige einer einzigen Flamme ist, wie sie bei den herkömmlichen Mehrloch-Einspritzdüsen entsteht. Als -Ergebnis davon wird die Wärmeabstrahlung der einzelnen Flammen beträchtlich erhöht und deren Temperatur verringert. Deshalb erfolgt eine vollständige Verbrennung bei relativ niedriger Temperatur und der Austrag von Stickoxyden kann weitgehend reduziert oder ganz verhindert werden. Außerdem ist die Verweildauer der Verbrennungsprodukte in den kleinen Flammen kürzer als in der großen Flamme, was ebenfalls die Erzeugung von Stickoxyden beträchtlich verringert.

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Claims

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Patent- (Schutz-) Ansprüche

[ IJ Brennstoffeinspritzdüse mit einer Mehrzahl von in der Düsen- ^^^ spitze ausgebildeten Austrittsbohrungen, die unter einem Winkel zur Achse der Brennstoffeinspritzdüse geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (^₁ bis 9^) der Austrittsbohrungen (6a, b, c, d) mit deren'zunehmender Entfernung von der Achse (θ) oder dem Zentrum (V) der Brennstoff einspritzdüse größer ist.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsbohrungen in Längsrichtung der Düsenspitze (4) in einer Vielzahl von Reihen nebeneinander angeordnet sind.
3. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsbohrungen in zueinander koaxial liegenden Reihen (27, 28) in gleichen Winkelabständen und in den einzelnen ^ Reihen versetzt zueinander angeordnet sind.

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