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BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Brennereinrichtungen
von Feuerungsanlagen und betrifft insbesondere Leitvorrichtungen von Brennern zur
Ausbildung der Aerostruktur der Ringströme gasförmiger Medien.
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Die Erfindung kann in den Brennern von Brennstoffverbrennungsanlagen,
vorzugsweise Kesselanlagen verwendet werden, wo es zur Optimierung des Wärmeaustausches
erforderlich ist, die Aerodynailc und das Flammenausbrennverhalten zu regeln.
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Mit besonderem Nutzeffekt kann man die Erfindung in mit mehreren
Brennstoffarten betriebenen Brennereinrichtungen verwenden, in denen Brennstoffe
mit stark unterschiedlIchen wärmephysikalischen Kennwerten, beispielsweise Hochofengas
und Heizöl verbrannt werden.
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Die Tendenz zur Erweiterung der zu Feuerungszwecken verwendeten Brennstoffarten
ist für viele Länder und insbesondere für die hochentwickelten kennzeichnend.
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Es sind Leitvorrichtungen von Brenneranlagen bekannt, die dazu bestimmt
sind,rotierende Ringströme mit vorgegebenen Werten der Drallintensität, des Geschwindigkeitsfeldes
und des Verwirbelungsgrades auszubilden. Jede dieser Leitvorrichtungen zeichnet
sich durch festgelegte Kennlinien der Einwirkung auf den Strom, durch einen Strömungswiderstand,
eine Geschwindigkeitsungleichmäßigkeit des Feldes im Austrlttaquerachaitt und den
Charakter des Feldes aus.
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Diese Kennlinien stehen ihrerseits mit den geometrischen Ausmaßen
der Element der Leitvorrichtung in Zusammenhang.
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Gegenwärtig werden Leitvorrichtungen in der Heiztechnik als Intensivierungsmittel
des Brennvorganges benutzt.
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Es ist eine Leitvorrichtung eines Brenners einfachen Tangentialtyps
bekannt (siehe z.B. das Buch von J.W. Iwanow "Brennereinrichtungen", Moskau-Leningrad,
"Nedra"-Verlag, 1972). Die erwähnte Leitvorrichtung bildet den Strom mit einer Drallintensität
aus, die durch das Verhältnis der geometrischen Ausmaße (Breite und Länge des Zufuhrstutzens,
Tangentialitätsgrad der Stromeinführung in die Drallkammer und so weiter) bestimmt
wird.
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Im Ausbilden eines Drallstroms gemäß den erwähnten Ausmaßen bei gemäßigten
hydraulischen Verlusten (# = 3 bis 5) erhält man in der Leitvorrichtung eine verwirbelte
Flamme mit einer achsennahen Zone von Rückströmen, die den Brennvorgang stabilisieren.
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Nachteilig bei der Leitvorrichtung solcher Art ist eine starre Abhängigkeit
der Stromkennlinien von den geometrischen Ausmaßen. Darüber hinaus führt die einseitige
Einführung des Stroms in die Drallkammer zu beachtlichen Verlusten der Stromgeschwindigkeit
in den wandnahen Bereichen, so daß der verdrehte Strom eine bedeutende Ungleichmäßigkeit
am Umfang bekommt und der wirksame Drall gering ist.
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Bekannt ist auch eine Leitvorrichtung von Schneckentyp, die mit einem
Zungenschieber zur Regelung der Eingangsbreite und des Tangentialitätsgrades des
in die Drallkammer eintretenden Stromes versehen ist (siehe z.B. das Buch D.N. Achmedow
"Blasgasbrennereinrichtungen", Leningrad, "Nedra"-Verlag, 1970).
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Mit dem Zungenschieber im Eintrittsstutzen besteht die Möglichkeit,
die Drallintensität eines Ringstromes in weiten Grenzen zu regeln und entsprechende
FlSmmenkennlinien zu ändern.
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Ein Nachteil der Leitvorrichtung solcher Art ist wiederum in einer
wesentlichen Geschwindigkeitsungleichmäßigkeit zu sehen, die von der einseitigen
Stromeinführung in die Drallkammer herrührt.
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Win gemeinsammer Nachteil dieser Vorrichtungen ist die fehlende Möglichkeit,
die Drallrichtung zu ändern.
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Es ist ferner eine Leitvorrichtung eines Brenners bekannt, mit der
die Drallintensität und -richtung geregelt werden können. (siehe den SU-Urheberschein
Nr. 375447, Int.Xl.F 23 d, 17/00,1971).
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Diese Leitvorrichtung des Brenners enthält eine zylindrische Drallkammer
mit gleichgroßen symmetrisch angeordneten Gaseinlaußfenstern, die mit Wendeschiebern
versehen sind. Die Achsen der Wendeschieber sind auf den beitenlinien der Drallkammer
parallel zu ihrer Längsachse angeordnet.
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Diese Leitvorrichtung gestattet es, durch Änderung der Stellung der
Wendeschieber die Breite der durch die Schieber kanten und die ortsfesten Elemente
der Leitvorrichtung gebildeten Gaseinlaßfenster in einem weiten Bereich zu regeln.
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Somit kann die Drallintensität in weiten Grenzen sowie die Drallrichtung
geregelt werden. Der Regelungsbereich der Flammenkennlinien der mit solchen Leitvorrichtungen
versehenen Brenneranlagen ist bei gemäßigten Druckverlusten weit genug.
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Eine solche Leitvorriohtung des Brenners weist den Nachteil einer
erhöhten Geschwindigkeitsungleichmäßigkeit und eines bei annehmbaren Druckverlusten
nicht ausreichenden wirksamen Dralles auf.
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Dies laß't sich durch eine konzentrierte Stromeinführung in die Drallkammer
und das Vorhandensein örtlicher Widerstände an den Wendeschieber-Drallkammer-Kopplungsstellen
erklären.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Regelungsbereich zu erweitern
und die Drallintensität zu erhöhen.
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Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, eine l,eitvorrichtung
eines Brenners zu schaffen, die den Ausnutzunggrad der Stromenergie zu erhöhen und
den Ringstrom mit einer vorgegebenen Richtung und Drallintensität auszubilden gestattet
und infolge einer verteilten Stromeinführung in die Drallkammer und ins Gleichgewicht
gebrachter Druck- und Schwerkrafteinwirkungen auf die Wendeschieber eine hohe Zuverlässigkeit
und kleine Werte der Umstellkräfte zur Schieberechwenkung aufweist.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Leitvorrichtung
eines Brenners, die ein Gehäuse, das mit einem Zufuhrstutzen und einer zylindrischen
Drallkgnmer mit gleichgroßen symmetrisch angeordneten Gaseinlaßefenstern versehen
iet, und Wendeschieber mit Achsen auf den Seitenlinien der Drallkammer enthält,
erfindungsgemäß die Wendeschieber einen Krümmungshalbmesser aufweisen, der I,2 bis
1,6 mal so groß wie der Krümmungshalbmesser der Drallkammer ist, und mit ihren Mittelteilen
an Achsen befestigt sind, die in den NJittelbereichen der diametral entgegengesetzt
angeordneten Gaseinlassfenster
angebracht sind.
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Es ist zweckmässig, zur weiteren Ausdehnung des Regelungsbereiches
jeden Wendeschieber mehrteilig mit der Möglichkeit einer unabhängigen Schwenkung
seiner Teile auszubilden.
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Dadurch kann man vorgegebene Kombinationen offener Schlitzkanäle
zur Einführung in die Drallkammer und deren Offnungsgrad festlegen und somit die
Drallintensität in einem weiten Bereich sowie die Drallrichtung regeln.
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Des weiteren soll die Erfindung durch einige Ausführungsbeispiele
an Hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigt: Fig. I eine
erfindungsgemässe Leitvorrichtung eines Brenners im Längsschnitt, Fig. 2 den Schnitt
gemäss der Linie II-II der Fig. I, Fig. 3, 4, 5 unterschiedliche Stellungen der
Wendeschieber bei deren Ausführung aus zwei Teilen, die um eine gemeinsame Achse
unabhängig voneinander drehbar sind.
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Die Leitvorrichtung eines Brenners enthält gemäss der Erfindung ein
Gehäuse I (Fig. I und 2), ausgebildet in Form einer Zylinderhälfte 2, die mit einem
Kasten 3 rechtwinkligen Schnittes (Zufuhrstutzen) gekoppelt ist, oder in Form eines
für eine Brennergruppe gemeinsamen Kastens (in den Zeichnungen ist diese Ausführungform
nicht gezeigt). Im Gehäuse 1 ist gleichachsig mit der Schnittfläche 4 (Fig. I) des
Austrittsquerschnittes des Brenners eine zylindrische l)rallk m ner 5 (Fig. I, 2,
3, 4 und 5) eingebaut, innerhalb deren und gleichachsig damit Verbindungen 6 der
Leitvorrichtung
des Brenners, beispielsweise ein Luftgemischkanal,
ein Rohr zum Einbau einer Heizöldüse usw. angeordnet sind.
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Die zylindrische Drallkammer 5 enthält ortsfeste Bogenabschnitte 7
und 8, deren Kanten Gaseinlasfenster 9 und 10 bilden. Im mittleren Bereich der gleichgrossen
und diametral entgegengesetzt angeordneten Gaseinlassfenster 9 und 10 sind auf den
Seitenlinien der Drallkammer 5 die Achsen II und 12 der Wendeschieber 13 und 14
(Fig. 2) vorgesehen, deren Krümmungshalbmesser das 1,2- bis 1,6-fache der Krümmungshalbmesser
der ortsfesten Bogenabschnitte 7 und 8 der Drallkammer 5 beträgt.
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Es sind zwei Ausführungsformen der Wendeschieber 13 und 14 möglich,
In Fig. 2 sind diese Wendeschieber 13 und 14 einteilig mit ihren Mittelteilen an
den Achsen II bzw. 12 befestigt gezeigt.
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Um den Regelungsbereich für die Strömungsstruktur zusätzlich zu erweitern
und den wirksamen Drall zu erhöhen, können die Wendeschieber zweckmgssigerweise
aus zwei Teilen 15, 16 und 17, 18 (Fig. 3, 4, 5) ausgeführt werden, welche Teile
15, 16, 17, 18 mit der Möglichkeit einer unabhängigen Schwenkweg um dieselben Achsen
II und 12 gehalten sind.
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Nachstehend soll die Wirkungsweise der Leitvorrichtung eines Brenners
auseinandergesetzt werden.
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Der Gasstrom wird dem Gehause 1 (Pig. I,2) in seinen Kasten 3 rechtwinkligen
Schnittes zugeführt. Weiter wird der Strom an der Kante des offenen Schiebers 13
in zwei Teile geteilt (Pfeile A und B in der Fig. 2). Ein Teil des Stromes nach
dem Pfeil A tritt in die zylindrische Drallkammer 5
Uber den Kanal
rechtwinkligen Schnittes ein, der durch die Kanten des Wendeschiebers 13 und des
ortsfesten Bogenabschnittes 7 der Drallkammer 5 gebildet ist, während der andere
Teil des Stromes nach dem Pfeil B zwischen die Wände des Kastens 3 und die konvexe
Seite des Wendeschiebers 13 und weiter zwischen den zylindrischen Teil des Gehäuses
I, des Wendeschiebers 13 und des ortsfesten Bogenabschnittes 8 strömt und über den
entsprechenden Kanal zwischen den Kanten des Wendeschiebers 14 und des Bogenabschnittes
8 (Fig. 2) in die zylindrische Drallkammer 5 eintritt.
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Der Xangentialitåtsgrad und die Breite der Eintrittskanäle für die
Ströme (nach den Pfeilen A und B) sind von den konstruktiven Charakteristiken der
Leitvorrichtung des Brenners abhängig. Durch das Wenden des Schiebers 14 (Fig.2)
um die Achse 12 bis zur Stellung II wird die Herabsetzung der Drallintensität erzielt,
weil in der zylindrischen Drallkammer 5 ein Gegenstrom (Pfeil B') entsteht, der
das Hauptmoment der Bewegungsgrösse bei gleichbleibendem Wert der letzteren vermindert.
Bei einer Gleichheit der mit den Pfeilen A und B' angedeuteten Ströme nähert sich
der Drall iier Ringkanalströmung dem Wert Null.
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Um die Drallrichtung zu ändern, soll der Schieber 14 im Uhrzeigersinn
in die Stellung II und der Schieber 13 um die Achs ei in der der Stellung des Schiebers
14 zentralsymmetrisch entsprechende Stellung III geschwenkt werden.
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Bei der Ausführung der Schieber 13 und 14 mit einem Krümmungshalbmesper,
der I,2 bis I,6 so gross wie der Krümmungshalbmesser der ortsfesten Bogenabschnitte
7 und 8 der
zylindrischen Drallkammer 5 ist, strömt das Gas in
der Drallkammer 5 ohne Ablösungserscheinungen und ohne örtliche Widerstände. Die
Drallintensität des Ringstromes ist beachtlich, denn die auseinandergezogene tangentiale
Einführung in die Drallkammer 5 sorgt für einen hohen Wert der tangentialen Geschwindigkeitskomponente
in ihr, der bei gleicher Bewegungsgrösse die Drallintensität ansteigen lässt. Die
symmetrische und diametral entgegengesetzte Anordnung der Gaseinlassfenster 9 und
10 bringt eine praktische Gleichheit in den Kennlinien der Ströme nach den Pfeilen
A und B mit sich, so dass man bei grossen Drallwerten den Ringstrom mit nur wenig
Geschwindigkeitsungleichm'ssigkeit bekommt.
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Durch das Anordnen der Achsen der Wendeschieber 13 und 14 mitten
in den Gaseinlassfenstern 9 und 10 kommt es zum Ausgleich der Bewegungs- und der
Schwerkraft, die auf die Wendeschieber 13 und 14 relativ zu ihren Achsen einwirken.
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Eine weitere Ausdehnung des Regelungsbereiches der Drallintensität
wird erzielt, wenn jeder Wendeschieber mehrteilig, beispielsweise aus zwei Teilen
15 und 16, 17 und 18 (Fig. 3, 4, 5) zusammengesetzt ausgebildet wird.
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In der Fig. 3 ist dargestellt, dass durch das Drehen des Teiles 17
des Wendeschiebers ein zusätzlicher Eintritt für einen dritten Luftstrom (Pfeil
C) zwischen der konkaven Oberfläche des Bogenabschnittes -7 und der Auslassoberfläche
des Teiles 17 des Wendeschiebers zustande kommt. Ein hoher
Tangentialitätsgrad
der Stromeinführung nach dem Pfeil C in die Drallkammer 5 gestattet es, die Drallintensität
unter gleichzeitiger Herabsetzung des Strömungswiderstandes zu erhöhen, u.z. dadurch
dass die zusätzliche Stromeinführung in die Drallkammer 5 den Intensitätsabfall
der tangentialen Geschwindigkeitskomponente weniger vermindert, als diese Grösse
von der Senkung der Geschwindigkeit der Stromeinführung beeinflusst wird.
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Die Ausbildung eines jeden Wendeschiebers aus zwei Teilen ermöglicht
es,ainenvierten Eintritt für den Strom in die Drallkammer 5 zu schaffen. Beim Gleichstrombetrieb
(Fig. 4) ist der wirksame Drall annähernd gleich Null. Dadurch wird es gestattet,
das Stromfeld mit einer kleineren Geschwindigkeitsungleichmässigkeit zu erzeugen,
als dies bei der Anwendung eines einstückigen Schiebers 13 oder 14 (Fig.2) der Fall
ist. Die Eintrittsströme nach den Pfeilen A und B (Fig. 4) lenken aufgrund der dynamischen
Zusammenwirkung mit den Innenwänden der Schieberteile 15, 16 und 17, 18 unter Mitwirkung
der Ströme nach den Pfeilen C und D die Stromresultante in Eingangsrichtung, d.h.
auf den Kasten 3 zu, ab.
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Die in der Fig. 5 gezeigte Einstellung der Schieberteile 15, 16 und
17, 18 weist aufgrund eines hohen Tangentialitätsgrades der Eintritte der Ströme
(Pfeile A,B, C,D), insbesondere der Ströme nach den Pfeilen B und D, die grösstmögliche
Drallintensität auf. Ausserdem wird infolge der Ablenkung der Ströme zur Mitte hin
durch die konkaven Flächen der Schieberteile 16, 17 eine Umverteilung der Radialwerte
der Dichte des gedrehten Stromes in der Drallkammer 5
erzielt,
weswegen der AusnutzungBgrad der Druckhöhe vor der Leitvorrichtung des Brenners
ansteigt.
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Die vorliegende Ausführung der Leitvorrichtung eines Brenners, geschaffen
für die Brenner mit individueller Gasmedienzufuhr und für die Brenner mit einem
gemeinsamen Kasten, gewährleistet einen weiten Regelungsbereich der Aerodynamik
des Ringstromes bei einem hohen Ausnutzungsgrad der Druckhöhe und zeichnet sich
durch eine hohe Zuverlässigkeit und geringe Werte der Umstellkräfte aus.