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Regelbarer Druckzerstäuber für Großbrenner Die Erfindung betrifft
einen regelbaren Druckzerstäuber für Großbrenner, mit einer Düsenplatte, einer zwischen
dieser und einer axial benachbarten Wirbelscheibe begrenzten Wirbelkammer und einer
der der Düsenplatte abgewandten Seite der Wirbel scheibe benachbarten Lochscheibe
mit einer öffnung, über die die Wirbelscheibe und damit die Wirbelkammer mit einem
Brennstoff-Förderkanal in Verbindung stehen.
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Derartige regelbare Druckzerstäuber sind allgemein als sog. Rücklaufbrenner
ausgebildet (Ewald Lenz, ölfeuerungen für Dampfkessel und Heizungsanlagen, Industrieverlag
von Hernhaussen KG - Hamburg, 2. Auflage 1959, S. 62, Abb. 6 und S. 68, Abb. 11).Der
Brennstoff wie Heizöl oder Butangas wird der Wirbelkammer über einen äußeren Kanal
zugeführt, um dann in der Wirbelkammer in einen die Düsenplatte durch deren Düsenöffnung
verlassenden ersten Teilstrom sowie einen über die Öffnung der Lochscheibe in den
Brennstoff-Förderkanal zurückkehrenden zweiten Teilstrom aufgespalten zu werden.
Das Verhältnis von erstem Teilstrom zu zweitem Teilstrom kann innerhalb bestimmter
Grenzen geändert werden, so daß sich die gewünschte Regelung herbeiführen läßt.
Der erzielbare Regelbereich beträgt dabei etwa 1:6. Durch die Möglichkeit, den nicht
für die Flamme verbrauchten Brennstoff in Form des zweiten Teilstroms abführen zu
können, kann weitgehend innerhalb des Regelbereiches
konstante Brennstoffmenge
zugeführt werden, so daß auch in der Wirbelkammer ein entsprechend konstanter Druck
über den Regelbereich aufrechterhalten werden kann, wie er zur Erzielung einer einwandfreien
Zerstäubung des Brennstoffs grundsätzlich erforderlich ist. Solche Rücklaufbrenner
müssen jedoch einen besonderen Rücklaufkanal haben, über den der zweite Teilstrom
abgeführt werden kann, und überdies ist es notwendig, den zweiten Teilstrom ständig
mit umzuwälzen, obwohl er an dem eigentlichen Brennvorgang überhaupt nicht beteiligt
ist, nur, um in der Wirbelkammer den notwendigen Zerstäubungsgrad zu erzielen. Hinzu
kommt, daß der Regelbereich 1 : 6 immer noch verhältnismäßig klein ist und damit
einer Reihe Forderungen, wie sie in der Praxis auftreten, nicht zu genügen vermag.
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Neben Rücklaufbrennern sind als regelbare Druck zerstäuber auch sog.
Spaltregelbrenner bekannt geworden, bei denen die Tangentialschlitze, durch die
der Brennstoff in die Wirbelkammer eintritt, in ihrem Querschnitt geändert werden
können. Zur Änderung des Querschnitts der Tangentialschlitze sind hydraulische oder
mechanische (beispielsweise federbelastete) gesteuerte Kolben erforderlich. Die
Tangentialgeschwindigkeit in der Wirbelkammer bleibt dann unabhängig von der Flammengröße
im wesentlichen für alle Brennstoffdurchsätze gleich. Der maximale Regelbereich
liegt bei 1 : 10. Ein solcher Spaltregelbrenner erfordert zwar im Gegensatz zum
Rücklaufbrenner keinen besonderen Kanal, über den eine nicht benötigte Brennstoffmenge
laufend wieder abgezogen werden kann, jedoch müssen zur Änderung des Tangentialschlitz-Querschnitts
entsprechende Bauteile gegeneinander bewegt werden, die eine entsprechend hohe Fertigungsgenauigkeit
bedingen, außerdem vergleichsweise störanfällig sind. Es kann dabei zum Fressen
kommen, insbesondere, wenn als Brennstoff Gas verwendet wird, das keine Schmiereigenschaften
hat. Wird mit größeren Toleranzen gearbeitet, um die Gefahr des Fressens zu verringern,
so erhöht sich die Regelungenauigkeit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen regelbaren Druckzerstäuber der
eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß ohne zusätzlichen Rücklaufkanal ausgekommen
werden kann und kein am eigentlichen Brennvorgang unbeteiligter Brennstoff unnötig
umgewälzt
zu werden braucht, ohne daß andererseits unter Gleitreibung
aneinander angreifende Bauteile benötigt würden, und insbesondere soll es mit diesem
Druckzerstäuber möglich sein, einen wesentlich größeren Regelbereich als bisher
zu erzielen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der
Brennstoff-Förderkanal an seinem der Lochscheibe abgewandten Ende in an sich bekannter
Weise einen Anschluß für die Zufuhr von Brennstoff aufweist und der Öffnung der
im übrigen dichten Lochscheibe-eine unter Verringerung bzw. Vergrößerung des wirksamen
Querschnitts der Öffnung in axialer Richtung zu der Lochscheibe hin bzw. von dieser
weg verschiebbare Regeldüsennadel zugeordnet ist.
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Dadurch ist es möglich, wie bei dem erwähnten Spaltregelbrenner ohne
Rücklaufkanal auszukommen, dennoch aber die Regelung mit Hilfe zweier einander zugeordneter
Bauteile vorzunehmen, die sich beim Regelvorgang nicht berühren, also keiner gegenseitigen
Gleitreibung ausgesetzt sind, die sonst zum Fressen führen könnte.
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Da ähnlich wie beim Spaltregelbrenner der (wirksame) Querschnitt,
über den der Brennstoff in die Wirbelkammer gelangt, bei kleinem Brennstoffdurchsatz
klein und bei großem Brennstoff groß ist, behält der Brennstoff in der Wirbelkammer
unabhängig von dem eingestellten Regel- bzw. Durchsatzwert im wesentlichen die gleiche
Tangentialgeschwindigkeit und damit den gleichen Zerstäubungsgrad. Gleichwohl läßt
sich mit diesem neuen regelbaren Druckzerstäuber entsprechend der Erfindung ein
Regelbereich erzielen, der weit über den bisher realisierbaren Werten liegt und
für Gas in der Größenordnung von 1 : 100 liegen kann. Dabei ist die Regelung stufenlos
möglich.
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Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in
Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Längsschnitt eine Teil-Seitenansicht
eines Druckzerstäubers nach der Erfindung.
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Im einzelnen läßt die Zeichnung einen allgemein mit 10 bezeichneten
Druckzerstäuber (Düsenlanze) mit einem grundsätzlich zylindrischen Gehäuse 12 und
einem in diesem koaxial angeordneten Brennstoff-Förderkanal 14 erkennen. Der Förderkanal
14 geht an seinem einen Ende in einen radialen Anschluß 16 für den Brennstoff über.
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Das Gehäuse 12 weist an seinem dem Anschluß 16 abgewandten Ende einen
Gewindeabschnitt 18 verringerten Durchmessers auf, über den ein Gewindering 20 geschraubt
ist. Uber den Gewindering 20 ist wiederum eine Gewindekappe 22 geschraubt, deren
Außendurchmesser im wesentlichen gerade dem Außendurchmesser des Gehäuses 12 entspricht.
Zwischen den Gewindering 20 und die Gewindekappe 22 ist, wiederum etwa koaxial mit
dem Gehäuse 12, eine Düsenplatte 24 sowie eine Wirbelscheibe 28 eingespannt. Die
Düsenplatte 24, die mit einer Düsenöffnung 26 mit der Umgebung in Verbindung steht,
schließt an ihrem in der Zeichnung linken Ende etwa bündig mit der Stirnfläche der
Gewindekappe 22 ab, während sie an ihrem gegenüberliegenden inneren Ende im wesentlichen
plan an der in üblicher Weise ausgebildeten Wirbelscheibe 28 anliegt und zusammen
mit dieser eine Wirbelkammer 30 begrenzt.
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Zwischen Gewindering 20 und Gewindeabschnitt 18 ist koaxial zum Gehäuse
12 eine Lochscheibe 34 eingespannt. Zwischen der Lochscheibe 34 und der Wirbelscheibe
28 ist eine Druckkammer 36 begrenzt, die mit der Wirbelkammer 30 über in der Wirbelscheibe
28 vorgesehene axial ausgerichtete Eintrittsöffnungen 32 in Verbindung steht. Die
Druckkammer 36 kann über eine kanalartige Leitung 38 mit einem Anschluß 40 in Verbindung
stehen, über den bei besonders geringem Brennstoffdurchsatz Druckluft von außen
zusätzlich zugeführt werden kann, um einen gewünschten Mindestdruck in der Druckkammer
auch noch bei niedrigen Durchsatzmengen aufrechtzuerhalten. Im Normalfall ist dieser
Hilfsdruck allerdings nicht notwendig.
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Die Lochscheibe 34 ist mit einer im wesentlichen zentrischen Öffnung
42 versehen, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
einen sich
zur Düsenplatte 24 hin verjüngenden, etwa kegelstumpfförmigen Verlauf hat. In die
Öffnung 42 greift eine an ihrem freien Ende abgerundete Regeldüsennadel 44, die
an ihrem der Lochplatte 34 abgewandten Ende in eine Kolbenstange 46 übergeht.
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Die Kolbenstange, die wiederum koaxial mit dem Gehäuse 12 ist, durchsetzt
eine in dem Brennstoff-Förderkanal 14 angeordnete Führungsscheibe 48 mit Durchlaßöffnungen
50, die den ungehinderten Durchtritt von Brennstoff vom Anschluß 16 zur Düsenplatte
24 hin sicherstellen.
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Am der Lochscheibe 24 abgewandten Ende des Förderkanals 14 stützt
sich das eine Ende einer Spiralfeder 54 ab, die mit ihrem anderen Ende an einem
Flanschring 56 angreift, der mit der Kolbenstange 46 fest verbunden ist. Diese Spiralfeder
54 steht unter einer gewissen Vorspannung, so daß im Ruhezustand, d. h. wenn kein
Brennstoff den Förderkanal 14 durchströmt, die Regeldüsennadel 44 mit ihrem abgerundeten
Ende so weit in bzw. an die zentrische Öffnung 42 gedrängt wird, daß deren wirksamer
Querschnitt Null ist. Da die Lochscheibe 34 im übrigen, d. h. also mit Ausnahme
der öffnung 42, dicht ausgebildet ist, besteht keinerlei Verbindung zwischen der
Druckkammer 36 bzw. der Wirbelkammer 30 und dem Förderkanal 14 mehr.
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Statt die Nadel abzurunden und die öffnung 42 zu verjüngen, können
auch andere Konturierungen gewählt werden, so lange nur durch Axialbewegung der
Nadel eine Änderung des gewünschten Öffnungsquerschnitts möglich ist.
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An seinem rückwärtigen Ende geht das Gehäuse 12 in einen weiteren
Gewindeabschnitt 58 mit ebenfalls verringertem Außendurchmesser über, der eine zylindrische
Ausnehmung 60 mit Innengewinde hat, in die eine Dichtungsscheibe 62 eingesetzt ist,
die ein Sicherungsring 64 festhält. Die Kolbenstange durchsetzt diese Dichtungsscheibe
62 sowie den Sicherungsring 64. Dieser Dichtungsscheibe kann gegebenenfalls ein
hier ebenfalls mit 62 bezeichneter O-Ring zugeordnet sein, der zwischen Dichtungsscheibe
62 und Feder 54 in dem Gehäuse 12 angeordnet und in eine Umfangsnut der Kolbenstange
46 eingelassen ist.
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Auf den rückwärtigen Gewindeabschnitt 58 ist eine Stellmutter 66 aufgeschraubt,
deren Außendurchmesser wieder etwa dem Außendurchmesser des Gehäuses 12 entspricht.
Diese Stellmutter 66, die einen Boden aufweist, der von der Kolbenstange 46 durchsetzt
ist, bildet mit der Innenseite ihres Bodens eine Anschlagfläche 68 für einen die
Kolbenstange konzentrisch umgebenden Bund 70, der mit der Kolbenstange fest verbunden
ist. Zwischen der Anschlagfläche 68 und der dieser gegenüberliegenden Begrenzungsfläche
des Sicherungsrings 64 verbleibt ein freier Raum, dessen axiale Länge größer als
die axiale Länge des Bundes 70 ist.
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Außer in den Anschluß 16 geht der Förderkanal 14 an seinem rückwärtigen
Ende noch in einen weiteren Anschluß 72 für ein Magnetventil über.
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Tritt nun Brennstoff mit dem üblichen Druck über den Anschluß 16 in
den Förderkanal 14, so baut sich in diesem dann durch das Magnetventil abgeschlossenen
Förderkanal 14 ein Druck auf, der die Vorspannung der Spiralfeder 54 überwindet
und die Kolbenstange 46 so weit in axialer Richtung von der Lochscheibe 34 weg bewegt,
bis der Bund 70 an der Anschlagfläche 68 der Stellmutter 66 anliegt. Dadurch wird
auch die Regeldüsennadel 44 aMs der zentrischen Öffnung 42 heraus bewegt, so daß
der Querschnitt der Öffnung 42 teilweise freigegeben wird und ein wirksamer Querschnitt
zur Verfügung steht, über den der Brennstoff in die Druckkammer 36 und von dort
über die Eintrittsöffnungen 32 in die Wirbelkammer 30 eintreten kann, um in üblicher
Weise zerstäubt zu werden und über die Düsenöffnung 26 der Düsenplatte auszutreten.
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Durch Verdrehen der Stellmutter 66 in der einen oder anderen Richtung
kann der Weg, um den die Kolbenstange 46 zur Anschlagfläche 68 hin ausgelenkt werden
kann, stufenlos verkleinert bzw.
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vergrößert werden, so daß sich auch in der gewünschten Weise ein kleinerer
bzw. größerer wirksamer öffnungsquerschnitt für die Lochscheibe 34 bzw. deren Öffnung
42 ergibt.
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Wird die Brennstoffzufuhr zum Anschluß 16 unterbrochen, so öffnet
das mit dem Anschluß 72 gekoppelte Magnetventil, und der
im Förderkanal
14 aufgebaute Druck kann praktisch unverzüglich abgebaut werden, so daß die Spiralfeder
54 die Regeldüsennadel 44 wieder an der Öffnung 42 angreifen läßt und damit die
Öffnung 42 vollständigwsperrt, somit die Regeldüsennadel 44 in Verbindung mit der
Lochscheibe 34 auch als Schnellschlußeinrichtung zu wirken vermag.
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Patentansprüche: