DE2710494A1

DE2710494A1 - OPENING FOR THE DOSING OF GASEOUS FUELS

Info

Publication number: DE2710494A1
Application number: DE19772710494
Authority: DE
Inventors: Robert D Reed
Original assignee: John Zink Co
Current assignee: Zinklahoma Inc
Priority date: 1976-03-11
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1977-09-22
Also published as: JPS52111034A; IT1080011B; FR2343969A1; NL7702282A; GB1567501A

Description

Licht, Schmidt Hansmann & HerrmannLicht, Schmidt Hansmann & Herrmann PatentanwältePatent attorneys H»rn»nn-Po«tfKh 701206 Θ000 München 70 'H »rn» nn-Po «tfKh 701206 Θ000 Munich 70 '

Dipl.-Ing. Martin Licht Dr. Reinhold Schmidt Dipl.-Wirtsch.-lng. Axel Hansmann Dipl.-Phys. Sebastian HerrmannDipl.-Ing. Martin light Dr. Reinhold Schmidt Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Albert-Roehaupter-Str. 8000 München 70Albert-Roehaupter-Str. 8000 Munich 70

Telefon: (088)7803091 Telex: 5 212 284 pats dTelephone: (088) 7803091 Telex: 5 212 284 pats d

jpwtli Münchenjpwtli Munich

JOHN ZINK COMPANY 4401 South Peoria Tulsa, Oklahoma U.S.A.JOHN ZINK COMPANY 4401 South Peoria Tulsa, Oklahoma UNITED STATES.

10. März 1977 Ke /B aMarch 10, 1977 Ke / B a

öffnung zur Dosierung gasförmiger Brennstoffeopening for metering gaseous fuels

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Deutsch· Bank MOnchan, Kto.-Nr. 82/08060 (BLZ 70070010) Deutsch · Bank MOnchan, account no. 82/08060 (BLZ 70070010)

Postscheck München Nr. 163397-802Postal check Munich No. 163397-802

Die Erfindung betrifft eine Öffnung zur Dosierung gasförmiger Brennstoffe, mit der Gasströme Brennern zugeleitet werden können , an denen zur Einführung von Verbrennungsluft die Geschwindigkeit, mit der das Gas aus der Öffnung oder einer Düse austritt, so nahe wie möglich an der Schallgeschwindigkeit liegen muß, ohne daß auf der Eintrittsseite ein Oberdruck vorhanden ist und an der Austrittsseite ein zu hoher Druck in Schallwellen umgesetzt werden muß.The invention relates to an opening for metering gaseous fuels, with the gas streams burners can be fed, at which for the introduction of combustion air the speed with which the Gas emerging from the opening or a nozzle must be as close as possible to the speed of sound without being on the inlet side there is an overpressure and too high a pressure on the outlet side Pressure must be converted into sound waves.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Öffnung oder spezielle Düse zu schaffen, die aus zwei oder mehr aneinandergrenzenden Zwillingsabschnitten oder Öffnungen besteht, von denen der jeweils folgende eine größere Querschnittsfläche hat als der vorausgehende, so daß ein absolutes Druckverhältnis des Eintrittsdruckes P1 zum Austrittsdruck P2 größer als 2,0 wirksam und ohne zu starke Geräuschentwicklung verwendet werden kann.The object of the invention is to provide an opening or special To create a nozzle which consists of two or more adjoining twin sections or openings, each of which is followed by one has a larger cross-sectional area than the preceding one, so that an absolute pressure ratio of the inlet pressure P1 to the outlet pressure P2 greater than 2.0 used effectively and without generating too much noise can be.

Bei der Verbrennung gasförmiger Brennstoffe wird die Energie zum Ansaugen von Verbrennungsluft und zum Vermischen der Luft mit den gasförmigen Brennstoffen der Strömungsenergie entnommen, die entsteht, wenn ein gasförmiger Brennstoff bei der Vorbereitung der Verbrennung zwecks Ansaugen der Luft und Vermischen ausgetragen wird.When gaseous fuels are burned, the energy is sucked in of combustion air and for mixing the air with the gaseous Fuels are taken from the flow energy that arises when a gaseous fuel is used in preparation for combustion is discharged for the purpose of sucking in the air and mixing.

Die Energie eines gasförmigen Strömungsmittels ist kinetische Energie,The energy of a gaseous fluid is kinetic energy,

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die in mkp als mv /2 gemessen wird, wobei m die Masse des strömenden Gases und ν die Strömungsgeschwindigkeit in m/sec. sind. Aus der Formel ist ersichtlich, daß die Geschwindigkeit, die in der zweiten Potenz vorliegt, ein wesentlicher Faktor für die Energie ist. ο
which is measured in mkp as mv / 2, where m is the mass of the flowing gas and ν is the flow velocity in m / sec. are. From the formula it can be seen that the speed, which is present in the second power, is an essential factor for the energy.

Beim Austrag von kompressiblen Strömungsmitteln durch eine Öffnung nimmt die Strömungsgeschwindigkeit in der Öffnung mit steigendem Druckabfall zu, bis sie die Schallgeschwindigkeit oder kritische Geschwindigkeit erreicht. Es gibt dann keinen weiteren Geschwindigkeitsanstieg,When compressible fluids are discharged through an opening the flow velocity in the opening increases as the pressure drop increases to until it reaches the speed of sound or critical speed achieved. Then there is no further increase in speed

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sobald dieser Zustand erreicht ist, und er wird erreicht, sobald das Verhältnis des Absolutdruckes auf der Zustromseite zum Absolutdruck auf der Abstromsei te annähernd 2 beträgt. Wenn der Druck auf der Zustromseite auf über 1,03 kp/cm² absolut ansteigt, vergrößert sich die Strömungsgeschwindigkeit durch die öffnung gemäß der Quadratwurzel des Druckanstiegs auf einen Manometerdruck von 1,03 kp/cm² oder einen Absolutdruck von 1,03 kp/cm² plus 1 Atmosphäre. Wenn also der zustromsei ti ge Manometerdruck 1,03 kp/cm² beträgt, dann ist der absolute zustromsei ti ge Druck 1,03 kp/cm² plus 1£3 kp/cm² oder 206 kp/cm², und 2,06 dividiert durch 1,03 ist gleich 2.as soon as this state is reached, and it is reached as soon as the ratio of the absolute pressure on the inflow side to the absolute pressure on the downstream side is approximately 2. If the pressure on the inflow side ^{rises above 1.03 kp / cm 2} absolute, the flow velocity through the opening increases according to the square root of the pressure increase to a pressure gauge of 1.03 kp / cm ² or an absolute pressure of 1.03 kp / cm ² plus 1 atmosphere. So if the upstream gauge pressure is 1.03 kp / cm ² , then the absolute upstream pressure is 1.03 kp / cm ² plus 1 £ 3 kp / cm ^2, or 206 kp / cm ² , and 2.06 divided by 1.03 equals 2.

Bei einem Manometerdruck von 1,03 kp/cm² (2,06 kp/cn? absolut) ist die Gasströmung durch die öffnung kritisch bzw. sie hat Schallgeschwindigkeit. Die kritische oder Schallgeschwindigkeit kann nicht vergrößert werden. Wenn aber der zustromsei ti ge Druck auf ein Verhältnis zu dem abstromseitigen Druck vergrößert wird, das über 2/1 liegt, wird das Gas komprimiert, und der Massenstrom steigt bei kritischer Geschwindigkeit an. Beim Austreten aus der öffnung expandiert dann das komprimierte Gas schlagartig. Die zusätzliche Massenenergie bewirkt sofort eine Stoßwelle, die das von dem Gasstrom herrührende Geräusch erheblich verstärkt. Aufgrund der OSHA-Vorschriften ist die durch den Gasstrom verursachte Geräuschbildung ein ernsthaftes Problem.At a manometer pressure of 1.03 kp / cm ² (2.06 kp / cn? Absolute) the gas flow through the opening is critical or it has the speed of sound. The critical or speed of sound cannot be increased. However, if the upstream pressure is increased to a ratio to the downstream pressure which is above 2/1, the gas is compressed and the mass flow increases at critical speed. When exiting the opening, the compressed gas then expands suddenly. The additional mass energy immediately causes a shock wave, which considerably amplifies the noise caused by the gas flow. Noise caused by the gas flow is a serious problem because of OSHA regulations.

Es ergibt sich somit, daß die größte kinetische Energie des GaStroms dann vorhanden ist, wenn das Gas mit Schallgeschwindigkeit oder geringfügig unter der Schallgeschwindigkeit ausgetragen wird, wobei die nachteilige Stoßwelle vermieden werden kann.It thus results that the greatest kinetic energy of the GaStrom is present when the gas is discharged at the speed of sound or slightly below the speed of sound, the disadvantageous Shock wave can be avoided.

Die Erfindung befasst sich demnach mit einer Vorrichtung, die ein Absolutdruckverhältnis von größer als 2/1 zur Erzeugung einer Gasaustrittsgeschwindigkeit benutzt, die der Schallgeschwindigkeit entspricht oder sehr nahe an der Schallgeschwindigkeit liegt, und zwar letztlich von der Gasöffnung aus, wobei die Geräuschbelästigung vermieden wird.The invention is therefore concerned with a device that has an absolute pressure ratio of greater than 2/1 is used to generate a gas exit velocity that corresponds to the speed of sound or is very close to the speed of sound, ultimately of the gas opening, avoiding the noise nuisance.

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Wenn das Absolutdruckverhältnis größer als 2/1 ist, findet keine Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit statt, sondern eine Vergrößerung des Gesamtstroms und damit des stündlichen Volumens, das den öffnungsquerschnitt passiert. Dies ist auf die Erhöhung der Dichte oder der Einheitsmasse des strömenden Gases zurückzuführen. Wie bereits erwähnt wurde, wird die Strömungsenergie nicht vergrößert, weil die zusätzliche Druckenergie in Form einer Stoßwelle und Geräusch verbraucht wird. Was erforderlich ist, ist die Tatsache, daß die Strömungsenergie abstromseitig der öffnung nahezu Schallgeschwindigkeit entspricht. Daher ist die optimale Strömungsgeschwindigkeit Schallgeschwindigkeit oder beinahe Schallgeschwindigkeit, und erfiηdungsgemäß wird eine einfach und leicht herzustellende öffnungsvorrichtung geschaffen, die die Schallgeschwindigkeit der Strömung ohne Stoßwellenenergieverlust auch dann aufrechterhält, wenn das Verhältnis des Absolutdruckes auf der Zustromseite zum Absolutdruck auf der Abstromseite größer als 2/1 ist. Wenn dieses Verhältnis größer als 2/1 ist, ergibt sich weiter der Vorteil der besseren Steuerung des Brennstoffgasstroms, was die erforderliche Wärmefrei Setzung anbelangt, und zwar wenigstens in den Fällen, in denen automatische Verbrennungssteuerungen zur Anwendung gelangen, und dies ist gewöhnlich der Fall.If the absolute pressure ratio is greater than 2/1, no enlargement takes place the flow velocity instead, but an increase in the total flow and thus the hourly volume that the opening cross-section happened. This is due to the increase in the density or unit mass of the flowing gas. As already mentioned, the flow energy is not increased because the additional pressure energy is consumed in the form of a shock wave and noise. What What is required is the fact that the flow energy on the downstream side of the opening corresponds almost to the speed of sound. thats why the optimal flow velocity is the speed of sound or almost Speed of sound, and according to the invention, a simple and easy to be produced opening device created that the speed of sound the flow maintains without loss of shock wave energy even then, if the ratio of the absolute pressure on the upstream side to the absolute pressure on the downstream side is greater than 2/1. If this relationship is greater than 2/1, there is also the advantage of better control of the fuel gas flow in terms of the required heat release, at least in those cases where automatic combustion controls apply, and this is usually the case.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is illustrated below with reference to the in the drawing Embodiments explained in more detail. In the drawing show:

Fig. 1 eine herkömmliche einzelne öffnung, wie sie bekanntlich Verwendung findet,1 shows a conventional single opening as is known to be used finds

Fig. 2 eine Ausführungsform mit zwei hintereinander-geschalteten öffnungen, wobei die zweite einen größeren Querschnitt aufweist als die erste, und2 shows an embodiment with two openings connected in series, the second having a larger cross section than the first, and

Fig. 3 eine Ausführungsform für eine Vielzahl N solcher öffnungen.3 shows an embodiment for a multiplicity of N such openings.

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In Fig. 1 ist eine typische gebohrte Gasöffnung oder Gasdüse dargestellt, wie sie, von wenigen Ausnahmen abgesehen, für den Brennstofffluß zum Brenner Uberlicherweise verwendet wird. Die öffnung ist scharfkantig, und daher betragt der Gasstrom am kleinsten Querschnitt der Einschnürung 1m wesentlichen 85% der öffiungsfläche. Aus diesem Grunde wird üblicherweise als Öffnungskoeffizient 0,85 gewählt. Wenn also in F1g. 1 P1/P2 gleich 2 ist, ist V1 Schallgeschwindigkeit, jedoch betragt die Geschwindigkeit der Strömung bei V2 Schallgeschwindigkeit multipliziert mit 0,85 oder 58% der Schallgeschwindigkeit, wenn sowohl P1 als auch P2 Absolutdrücke sind.Referring to Figure 1, there is shown a typical drilled gas port or nozzle of the type commonly used, with a few exceptions, for fuel flow to the burner. The mouth is sharp-edged, and therefore the gas flow at the smallest cross section of the constriction 1m amounts to substantially 85% of the opening area. For this Basically, the opening coefficient chosen is usually 0.85. So if in F1g. 1 P1 / P2 equals 2, V1 is the speed of sound, however is the speed of the flow at V2 the speed of sound multiplied by 0.85 or 58% of the speed of sound when both P1 and P2 are absolute pressures.

Um unter Bezugnahme auf Fig. 1 bei V2 Schallgeschwindigkeit zu erreichen, muß P1/P2 vergrößert werden, so daß der Absolutdruck bei PI 2,06/0,85 = 2,42 kp/cm² beträgt, was gleichbedeutend mit einem Manometerdruck von 1,40 kp/cm² ist. Dieser Druckanstieg über 1,03 kp/cm² eignet sich jedoch nicht zur Steuerung einer besseren Betriebsweise, und ist außerdem aufgrund seiner geringen Höhe über der unteren Grenze bei einem typischen automatisch gesteuerten Betrieb, bei dem der Manometerdruck zustromsei tig der Steuervorrichtung gewöhnlich 2,81 kp/cm² beträgt, Ursache für Oberdruckbildung und zu starke Geräuschentwicklung.In order to achieve the speed of sound at V2 with reference to FIG. 1, P1 / P2 must be increased so that the absolute pressure at PI is 2.06 / 0.85 = 2.42 kp / cm ² , which is equivalent to a manometer pressure of 1 , 40 kgf / cm ² . However, this pressure increase above 1.03 kgf / cm ² is not suitable for controlling a better mode of operation, and is also due to its small height above the lower limit in a typical automatically controlled operation, in which the gauge pressure upstream of the control device is usually 2.81 kp / cm ² is the cause of overpressure and excessive noise.

Die beste und verlässlichste Steuerung erfolgt dann, wenn der Manometerdruck am Eintritt der öffnung bei maximalem Gasstrom wenigstens 1,76 kp/cm² oder mehr beträgt. Hier wird das P1/P2-Verhältnis größer als 2/1, und wenn Lärm vermieden werden soll, muß die öffnung oder Düse die in Fig. 2 gezeigte Form annehmen, um dadurch eine zweifache Expansion der Gase innerhalb der öffnungen zwischen P1 und P2 zu bewirken. In Fig. 2 tritt die Einschnürstelle bei D1 auf, und sobald V2 erreicht ist, hat eine Expansion des Gases nach der Einschnürstelle stattgefunden, und zwar innerhalb des ersten Teils von A der öffnung. Die Wirkung des zweiten Teils B der öffnung überlagert die des ersten Teils. Die Fläche der nachgeschalteten öffnung B ist kleiner als dasThe best and most reliable control takes place when the manometer pressure at the inlet of the opening is at least 1.76 kp / cm ² or more at the maximum gas flow. Here the P1 / P2 ratio is greater than 2/1, and if noise is to be avoided, the opening or nozzle must assume the shape shown in FIG. 2 in order to thereby allow the gases to expand twice within the openings between P1 and P2 cause. In FIG. 2 the constriction occurs at D1, and as soon as V2 is reached, an expansion of the gas has taken place after the constriction, to be precise within the first part of A of the opening. The effect of the second part B of the opening is superimposed on that of the first part. The area of the downstream opening B is smaller than that

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1,17-fache der Fläche der ersten Öffnung, und das Gas expandiert bei V2 in die zweite Öffnung hinein. Dies gilt jedoch bei P1 für einen Manometerdruck von 1,76 kp/cm² bei einem Absolutdruck von 2,78 kp/cm², der für einen Zuflußdruck von 1,76 kp/cm², jedoch nicht ftjr andere Zufuhrdrücke stimmt.1.17 times the area of the first opening, and the gas expands into the second opening at V2. However, this applies to P1 for a gauge pressure of 1.76 kp / cm ² at an absolute pressure of 2.78 kp / cm ² , which is correct for a feed pressure of 1.76 kp / cm ² , but not for other feed pressures.

Das heißt, das Verhältnis der Flächen der Öffnung B zur Öffnung A muß entsprechend dem Druckverhältnis P1/P2 eingestellt werden. Dies bereitet allen auf diesem Gebiet tätigen Fachleuten keinerlei Schwierigkeiten. Bei einem manometergemessenen Gaszufuhrdruck von 1,76 kp/cm² bewirkt das Flächenverhältnis der Öffnung B zur Öffnung A von 1,17/1, daß V1 sowie V2 Schallgeschwindigkeit bedeuten, und daß V3 wenigstens 98% der Schallgeschwindigkeit beträgt, obgleich dieser Wert niemals ganz 100% Schallgeschwindigkeit sein kann. Es wird darauf hingewiesen, daß in der Öffnung A von Fig. 2 die Geschwindigkeit V1 aufgrund der Tatsache, daß der Absolutdruck größer ist als 2/1 Schallgeschwindigkeit ist. Auch die Geschwindigkeit V2 ist aus demselben Grunde Schallgeschwindigkeit, während V3 aufgrund der Expansion des Gases von der Öffnung A in die Öffnung B hinein kleiner als Schallgeschwindigkeit ist.That is, the ratio of the areas of the port B to the port A must be set in accordance with the pressure ratio P1 / P2. This does not cause any difficulties for all those skilled in the art. At a gas supply pressure measured by a manometer of 1.76 kgf / cm ² , the area ratio of opening B to opening A of 1.17 / 1 means that V1 and V2 mean the speed of sound, and that V3 is at least 98% of the speed of sound, although this value is never quite 100% speed of sound can be. It should be noted that in the opening A of Fig. 2 the speed V1 is due to the fact that the absolute pressure is greater than 2/1 the speed of sound. The speed V2 is also the speed of sound for the same reason, while V3 is smaller than the speed of sound due to the expansion of the gas from the opening A into the opening B into.

Die verbesserte Düse weist zwei oder mehr Öffnungen A, B...N auf, die in Reihe geschaltet sind und vom Eintritt beim Druck P1 zum Austritt beim Druck P2 einen koaxialen Kanal bilden. Eine solche Öffnungskonfiguration ist das einzige Mittel, das ermöglicht, daß das Absolutdruckverhältnis P1/P2 in ausreichender Weise größer als 2 ist, während die Geschwindigkeit V3 unmittelbar unter der Schallgeschwindigkeit ist, um dadurch den geringsten Lärm zu erzeugen und eine maximale Energierückgewinnung zu erreichen. Diese Konstruktion gewährleistet außerdem einen maximalen Einzug und eine maximale Mischung sowie einen Betrieb bei einem aus Steuergründen bevorzugten Druck P1. Da die ganze Strömung von P1 bis P2 durch die Öffnungen begrenzt ist, entsteht keine Stoßwelle.The improved nozzle has two or more orifices A, B ... N, the are connected in series and form a coaxial channel from the inlet at pressure P1 to the outlet at pressure P2. Such an opening configuration is the only means that enables the absolute pressure ratio P1 / P2 to be sufficiently greater than 2 while the speed V3 is just below the speed of sound, thereby reducing the generate the least amount of noise and achieve maximum energy recovery. This construction also ensures a maximum Draw-in and maximum mixing and operation at a pressure P1, which is preferred for control reasons. Since the whole flow from P1 to P2 is limited by the openings, there is no shock wave.

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Bei der herkömmlichen öffnung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, wird die öffnung von einer gleichmäßigen Bohrung des Durchmessers D gebildet und weißt scharfe Ränder oder Kanten 15 auf der zustromsei ti gen Stirnfläche 10 und auch auf der abstromseitigen Stirnfläche 14 auf. Aufgrund der scharfen Kanten 15 entsteht etwa an der Stelle 13 zwischen der zustromsei ti gen und der abstromseitigen Stirnfläche eine Strömungseinschnümng, die durch einen Durchmesser D1 gekennzeichnet ist, welcher bei einem quadratischen oder viereckigen Öffnungsquerschnitt eine Strömungsfläche darstellt, die das 0,85-fache der Fläche von D_Q beträgt. An der Stelle 13, an der der Durchmesser des Gasstroms am kleinsten ist, ist die Geschwindigkeit V1 Schallgeschwindigkeit. Da zwischen der Stelle 13 und der abstromseitigen Stirnfläche 14 eine Expansion stattfindet, ist die Geschwindigkeit V2 dort, wo der Druck P2 dem Atmosphärendruck entspricht (1,03 kp/cm²) unterkritisch, liegt also unterhalb der Schallgeschwindigkeit, und der Manometerdruck P1 ist 1,03 kp/cm² oder 2,06 kp/cm² absolut.In the conventional opening, as shown in FIG. 1, the opening is formed by a uniform bore of diameter D and has sharp edges or edges 15 on the upstream end face 10 and also on the downstream end face 14. Due to the sharp edges 15, a flow constriction arises approximately at the point 13 between the inflow side and the downstream end face, which is characterized by a diameter D1 which, with a square or rectangular opening cross section, represents a flow area that is 0.85 times the Area of D _Q is. At the point 13 at which the diameter of the gas flow is smallest, the speed V1 is the speed of sound. Since an expansion takes place between the point 13 and the downstream end face 14, the speed V2 is ^{subcritical where the pressure P2 corresponds to atmospheric pressure (1.03 kp / cm 2} ), i.e. is below the speed of sound, and the pressure gauge P1 is 1 .03 kp / cm ² or 2.06 kp / cm ² absolute.

Aufgrund der Tatsache, daß es schwierig ist, den richtigen Druck an der zustromsei ti gen Stirnfläche bei der automatischen Steuerung aufrechtzuerhalten, wird verlangt, daß der zustromsei ti ge Druck höher ist. Es entsteht jedoch, wie oben ausgeführt, auf der abstromseitigen Stirnfläche 14, wo die überschlissige Druckenergie in Form von Stoßwellen und Geräusch vergeudet wird, ein zu starker Lärm.Due to the fact that it is difficult to get the right pressure to maintain the inflow end face with the automatic control, it is required that the upstream pressure is higher. However, as stated above, it occurs on the downstream end face 14, where the excess pressure energy is wasted in the form of shock waves and noise, too much noise.

Bei der Konstruktion nach Figur 2 wird ein Druckverhältnis P1/P2 verwendet, das größer als 2 ist. Um dies zu erreichen, wird ein Manometerdruck von wenigstens 1,76 kp/cm² oder höher gewählt, der einen ausreichenden Spielraum aufweist, so daß gewähnliche Schwankungen im Zufuhrdruck das Verhältnis nicht unter 2 absinken lassen und damit nicht zu einer Verkleinerung der Austrittsgeschwindigkeit V3 unter einen Wert führen, der nicht in der Nähe der Schallgeschwindigkeit liegt.In the construction according to FIG. 2, a pressure ratio P1 / P2 that is greater than 2 is used. To achieve this, a pressure gauge of at least 1.76 kp / cm ² or higher is selected, which has sufficient margin so that normal fluctuations in the supply pressure do not allow the ratio to drop below 2 and thus not lead to a reduction in the outlet speed V3 lead a value that is not close to the speed of sound.

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In Fig. 2 ist eine verbesserte öffnung oder Düse dargestellt, die auf dem erfindungsgemäßen Prinzip aufbaut. Sie weist eine erste öffnung A auf, auf die eine benachbarte koaxiale öffnung B größeren Querschnitts folgt. Das Absolutdruckverhältnis P1/P2 ist größer als 2/1, und P1 wird im allgemeinen wenigstens einen Manometerdruck von 1,76 kp/cm² anzeigen, während P2 einen Manometerdruck 0 anzeigt, und zwar bei einem typischen Brennerbetrieb. In Fig. 2, an improved opening or nozzle is shown, which is based on the principle according to the invention. It has a first opening A, which is followed by an adjacent coaxial opening B of larger cross section. The absolute pressure ratio P1 / P2 is greater than 2/1 and P1 will generally ^{indicate at least 1.76 kgf / cm 2} while P2 will indicate zero gauge pressure for typical burner operation.

Wie im Falle von Figur 1, so verursacht auch hier die viereckige Randkante 15 der öffnung A eine Einschnürung an der Stelle 28, wo der Durchmesser D1 kleiner als D ist, und wiederum beträgt das Verhältnis der Querschnittsflächen annähernd 0,85. Von der Ebene 28 zur Ebene 24, die die Teilungsebene zwischen den beiden aufeinanderfolgenden öffnungen darstellt, findet eine Expansion des Gasstroms in der öffnung A statt. Da jedoch bei P1 der Druck größer war, ist die Geschwindigkeit bei P2 noch kritisch, und es findet noch eine Gaskompression statt, wobei ein Massenüberschuss auftritt.As in the case of FIG. 1, the square edge also causes here 15 of the opening A is a constriction at the point 28 where the diameter D1 is smaller than D, and again the ratio is of the cross-sectional areas approximately 0.85. From plane 28 to plane 24, which is the plane of division between the two successive openings represents, an expansion of the gas flow in the opening A takes place. However, since the pressure was greater at P1, the speed is at P2 is still critical, and gas compression is still taking place, with an excess of mass occurring.

An der Grenzfläche V2 tritt eine plötzliche Öffnungsvergrößerung auf, wobei beim Obergang zur öffnung B eine viereckige Ecke 25 vorhanden ist. In der zweiten öffnung B tritt keine Strömungseinschnürung auf, aber es findet von der Hinterkante der ersten öffnung A aus eine Expansion statt, so daß die überschüssige Masse in der Strömung am Austritt der öffnung A zur Verfügung steht, um die Geschwindigkeit bei V3 aufrechtzuerhalten, die nicht ganz Schallgeschwindgkeit ist, aber nahe an der Schallgeschwindigkeit liegt. Solange in der Strömung durch die erste öffnung eine größere Dichte vorhanden ist, wird die Austrittsgeschwindigkeit bei V3 nahe an der Schallgeschwindigkeit liegen, während die Masse nicht zu groß ist, und der Druck P2 dem Atmosphärendruck nahekommt, d.h. dem Absolutdruck 1,03 kp/cm².A sudden enlargement of the opening occurs at the interface V2, a square corner 25 being present at the transition to the opening B. In the second opening B there is no constriction of the flow, but expansion takes place from the rear edge of the first opening A, so that the excess mass in the flow is available at the outlet of opening A to maintain the speed at V3, which is not quite the speed of sound, but is close to the speed of sound. As long as there is a greater density in the flow through the first opening, the exit velocity at V3 will be close to the speed of sound, while the mass is not too great and the pressure P2 is close to atmospheric pressure, ie the absolute pressure 1.03 kp / cm ² .

Obgleich in den Figuren 2 und 3 die beiden aufeinanderfolgenden öffnungenAlthough in FIGS. 2 and 3 the two successive openings

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koaxial angeordnet sind, brauchen diese nicht notwendigerweise koaxial zu sein. Die Austrittsflache der zustromsei ti gen Öffnung muß jedoch Innerhalb des freien Offnungsquerschnitts der folgenden öffnung liegen.are arranged coaxially, they do not necessarily need to be coaxial to be. The exit area of the inlet side opening must, however Lie within the free opening cross-section of the following opening.

Die Konstruktion der beiden aufeinanderfolgenden öffnungen ist so ausgebildet, daß die Länge der öffnung A, d.h. also der Abstand zwischen den Ebenen 20 und 24, größer ist als der Durchmesser D einer öffnung A. Die Länge der zweiten öffnung B, also der Abstand zwischen den Ebenen 24 und 26, ist größer als der Durchmesser D2 der öffnung B. Die Werte D₀ und D2 werden wie folgt erhalten:The construction of the two successive openings is such that the length of the opening A, ie the distance between the planes 20 and 24, is greater than the diameter D of an opening A. The length of the second opening B, that is, the distance between the Levels 24 and 26, is larger than the diameter D2 of the opening B. The values D ₀ and D2 are obtained as follows:

D wird so berechnet, daß der Koeffizient für den Druck P1 0,85 beträgt. D2 wird so berechnet, daß der Koeffizient 0,95 beträgt und der Manometerdruck 1,03 kp/cm² groß ist.D is calculated so that the coefficient for the pressure P1 is 0.85. D2 is calculated so that the coefficient is 0.95 and the gauge pressure is 1.03 kgf / cm ² .

Typische liierte für eine Strömung mit einem unteren Heizwert von 504 000 Kcal bei einem Manometerdruck Pt von 1,76 kp/cm² für Naturgas sind: öffnung A: 504 000:910=0,0622 m³/hi0,062?:0,85=0,0732. Dies erfordert eine Bohrung "B^H mit einer Fläche von 0,284 cm², öffnung B: 0,0622:0,95=0,0654. Dies erfordert eine "F"-Bohrung mit einer Fläche von 0,335 cm² bei einem Manometerdruck von 1,03 kp/cm².Typical relationships for a flow with a lower calorific value of 504,000 Kcal at a pressure gauge Pt of 1.76 kp / cm ² for natural gas are: opening A: 504 000: 910 = 0.0622 m ³ / hi0.062?: 0, 85 = 0.0732. This requires a bore "B ^H with an area of 0.284 cm ² , opening B: 0.0622: 0.95 = 0.0654. This requires an" F "bore with an area of 0.335 cm ² at a pressure gauge of 1 .03 kp / cm ² .

Die Längen der öffnungen A, B sind vorzugsweise größer als ihre Durchmesser.The lengths of the openings A, B are preferably greater than their diameters.

Obgleich bei der Ausführungsform nach Figur 2 die dargestellte zweiteilige öffnung un eine einzelne Platte eingebohrt ist, stellt die Verwendung zweier Öffnungsplatten 32, 34, die längs der Ebene 30 einander berühren, wobei sich in der Platte 32 die Vierecköffnung A und 1n der Platte 34 die Vierecköffnung B befinden, eine bequeme Herstell ungsmöglichkeit dar.Although in the embodiment according to FIG. 2 the illustrated two-part opening is drilled into a single plate, Use of two opening plates 32, 34 which touch one another along the plane 30, the square opening A and In the plate 34, the square opening B is located, a convenient manufacturing ungs option.

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- ¹² - 27 1 0A9A- ¹² - 27 1 0A9A

Obgleich in Figur 2 nur zwei hintereinander geschaltete öffnungen A, B dargestellt bzw. beschrieben sind, besteht die Möglichkeit, drei oder mehr in den Fällen zu verwenden, in denen aus irgendeinem Grund ein noch höherer Druck P 1 verlangt wird. In Figur 3 sind N solcher hintereinandergesrtialteter oder Unteröffnungen A, B...N gezeigt. Wie im Falle der Ausführungs form nach Figur 2 so sind auch hier LA > DA, LB ^- DB, LN > DN. Ebenfalls ist AN > AB > AA.Although only two openings A, B connected one behind the other in FIG are shown or described, there is the option of using three or more in those cases where for some reason an even higher pressure P 1 is required. In FIG. 3, N of these are arranged one behind the other or sub-openings A, B ... N shown. As in the case of the embodiment according to FIG. 2, LA are also here > DA, LB ^ - DB, LN> DN. It is also ON > AB> AA.

Obgleich das bevorzugte Verhältnis von L/D größer als eine Einheit ist, arbeitet die Doppelöffnungsdüse auch dann, freilich mit geringerem Wirkungsgrad, wenn das Verhältnis L/D kleiner als eine Einheit ist.Although the preferred ratio of L / D is greater than one unit is, the double orifice nozzle also works, albeit with a lower efficiency, when the ratio L / D is less than one unit.

Im obigen wurde die Erfindung anhand der Verwendung bei Brennstoff düsen in öfen dargestellt. Ein weiterer wichtiger Anwendungsfall ist der Einsatz der Düsen in Hochdruckdampfleitungen, um die Geräuschentwicklung auf ein Mindestmaß zu beschränken.In the foregoing, the invention has been based on its use in fuel nozzles shown in ovens. Another important use case is the use of the nozzles in high-pressure steam lines in order to limit the noise development to a minimum.

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Claims

PATENT CLAIMS

1.) opening for metering gaseous fuels which are blown axially through the opening, the absolute supply pressure being greater than twice the atmospheric pressure and noise development being prevented, characterized by an opening plate (32, 34) with at least two coaxial, one behind the other, openings A, B passing through the plate, of which the first opening A has a constant diameter D _Q over the length L1 and the second opening B has a constant diameter D2 over its length L2, the length L1 being greater than the diameter D and the length L2 is greater than the diameter D2, and the area of D2 is greater than the area of D _Q.

2. Opening according to claim 1, characterized in that the area of D is based on an opening constant of 0.85 and a pressure gauge P1 greater than 1.03 kp / cm ² , and that the area of D2 is based on an opening constant of 0.95 and on a pressure gauge P2 of 1.02 kp / cm ² .

3. opening according to claim 1, characterized in that the opening plate has two separate plates (32, 34) which are in contact with one another at their end faces (24), one opening A in the plate (32) and the other opening B in the plate (34) are formed.

4. opening according to claim 1, characterized by more than two successive, adjoining openings A, B ... N, in which DN greater than DB, DB greater than DA and LN greater than DN, LB greater than DB and LA greater than DA.

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

5. Opening according to claim 4, characterized in that the pressure P1 zustromsei term of the opening A is greater than a gauge pressure of 1.03 kp / cnr *, and that the discharge pressure P2 downstream of the opening N is atmospheric pressure.

6. Opening according to claim 5, characterized in that the inflow egg ti ge pressure Lp drops successively in N-stages across the N-openings until the outlet pressure P2.

7. Opening according to claim 1, characterized in that the openings A and B are formed in a single plate.

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