DE3136911C2 - Leitvorrichtung eines Brenners zur Zuführung eines gasförmigen Mediums - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen ist die Leitvorrichtung eines Brenners, die ein Gehäuse (1) mit einem Zufuhrstutzen enthält, der gleichachsig zur Schnittfläche (4) des Austrittquerschnittes des Brenners eine zylindrische Drallkammer (5) aufweist. Die zylindrische Drallkammer (5) weist gleichgroße symmetrisch und diametral entgegengesetzt angeordnete Gaseinlaßfenster (9 und 10) auf, in deren Mittelbereich auf der Seitenlinie der Drallkammer (5) Achsen (11 und 12) angeordnet sind. An den Achsen (11 und 12) sind mit ihren Mittelteilen Wendeschieber (13 und 14) befestigt, deren Krümmungshalbmesser 1,2 bis 1,6 mal so groß wie der Krümmungshalbmesser der Drallkammer (5) ist. Mit besonderem Effekt läßt sich die vorliegende Erfindung in mit mehreren Brennstoffarten betriebenen Brenneranlagen zur Verbrennung von Brennstoffen mit stark unterschiedlichen wärmephysikalischen Charakteristiken verwenden.

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leitvorrichtung eines Brenners zur Zuführung eines gasförmigen Mediums mit einem einen Zufuhrstutzen für das Gas aufweisender Gehäuse und mit einer zylindrischen Drallkammer mit gleichgroßen symmetrisch angeordneten Gaseinlaßfenstern, weiche !-^herrscht sind von Schwenkklappen, deren Schwenkachse η auf Mantellinien der Drallkammer liegen.

Eine solche Leitvorrichtung ist aus dem SU-ES 3 75 447 bekannt.

Brenner mit solchen Leitvorrichtungen dienen insbesondere zur Beheizung von Kesselanlagen, und zwar vor allem, wenn Brennstoffe mit stark unterschiedlichen wärmephysikalischen Kennwerten, beispielsweise Hochofengas und Heizöl verfeuert werden.

Die Leitvorrichtungen sollen dabei den Strömen des zugeführten Gases einen bestimmten Drall erteilen und ein bestimmtes Geschwindigkeitsfeld und einen bestimmten Verwirbelungsgrad verwirklichen, wobei diese Einflußfaktoren im Sinne einer maximalen Intensivierung des Verbrennungsvorgangs wirken sollen.

In diesem Sinne gestattet die bekannte Leitvorrichtung, die Drallintensität und -richtung zu ändern. Hierzu sind zwei Schwenkklappen an jeweils einem Ende aneinander diametral gegenüberliegenden Achsen angelenkt und weisen zueinander hin, so daß sie auf einer Umfangshälfte symmetrisch zueinander angeordnet sind. Zwischen diesen sitzt eine dritte Schwenkklappe mit i.-i ihrer Mitte gelegener Schwenkachse. Alle Schwenkklappen sind entsprechend dem Krümmungsradius der zylindrischen Drallkammer gekrümmt.

Diese Leitvorrichtung gestattet es, durch Änderung der Stellung der Schwenkklappen die Breite, um die die Gaseinlaßfenster freigegeben werden, in einem weiten Bereich zu ändern. Somit kann die Drallintensität in weiten Grenzen gewählt werden. Die Drallrichtung kann durch öffnen nur einer der symmetrisch gelegenen Schwenkklappen geändert werden, da die über diese eintretenden Gasströme in entgegengesetzten Richtungen rotieren. Auch sind die Druckverluste, die beim Durchströmen der bekannten Leitvorrichtung mit allen Schwenkklappen in geöffneter Stellung auftreten, mäßig.

Nachteilig ist bei dieser Leitvorrichtung jedoch die Ungleichmäßigkeit der Geschwindigkeit der eintretenden Ströme. Wenn alle Schwenkklappen geöffnet sind, steht zwar jeweils eine Umfangshälfte fast vollständig für den Gaseintritt zur Verfügung, es wird jedoch wegen der sich gegenseitig aufhebenden Wirkung der symmetrischen Schwenkklappen kein wesentlicher Drill erzeugt. Wenn dagegen zur Erzielung eines kräftigen Dralls nur eine der Schwenkklappen geöffnet wird, ist wegen der an nur einer Umfangsstelle konzentrierten Gaszufuhr die Geschwindigkeitsungleichmäßigkeit hoch. Auch sind die StrömLngsverluste dabei höher, wobei noch hinzukommt, daß an der Stelle der Anlenkung der geöffneten Schwenkklappe ein Knick auftritt, der zur Strömungsablösung und somit zu nochmals höheren Verlusten führt

Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, eine Leitvorrichtung eines Brenners der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei besserer Füllung des Strömungsquerschnitts der Drallkammer und bei verringerten Strömungsverlusten das Gas in weitgehend gleichmäßiger Verteilung über dem Umfang zuzuführen gestattet

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schwer"iklappen einen Krümmungsradius aufweisen, der das 1,2- bis l,6fache des Krümmungsradius' der Drallkammer beträgt, und daß die Schwenkachsen in der Mitte der Schwenkklappen und der einander diametral gegenüberliegenden Gaseinlaßfenster angeordnet sind.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung kommt es nicht zu scharfen Knickstellen am Übergang von der Schwenkklappenfläche zur Wandfläche der zylindrischen Drallkammer, und es können die einander gegenüberliegenden Gaseinlaßfenster für beliebige Einströmungsrichtungen weit geöffnet werden, wobei der Drall der eingeleiteten Gasringströmung in weiten Bereichen geändert werden kann. Außerdem erzeugen bei einteiliger Schwenkklappenausbildung die auf die Schwenkklappen wirkenden Strömungs- und Gewichtskräfte nur geringe Momente an der Schwenkachse, so daß die zu installierende Antriebsleistung klein bleibt.

Noch weitergehende Möglichkeiten der Strömungsbeeinflussung ergeben sich, wenn in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung jede Schwenkklappe zweiteilig ausgebildet ist und ihre Teile unabhängig voneinander schwenkbar sind. Dadurch wird eine nochmals weitere Ausdehnung des Regelungsbereiches erzielt.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Leitvorrichtung eines Brenners im Längsschnitt;

Fig. 2 den Schnitt gemäß der Linie 11-11 der Fig. 1;

F i g. 3,4, 5 unterschiedliche Stellungen der Schwenkklappen bei deren Ausführung aus zwei Teilen, die um eine gemeinsame Achse unabhängig voneinander drehbar sind.

Die Leitvorrichtung eines Brenners besteht aus einem Gehäuse 1 in Form einer Zylinderhälfte 2, die in einen kastenförmigen Zufuhrstutzen 3 übergeht. Der Zufuhrstutzen kann dabei für eine Brennergruppe gemeinsam sein. Im Gehäuse 1 ist gleichachsig mit der Austrittsquerschnittfläche 4 des Brenners eine zylindrische Drallkammer 5 eingebaut, innerhalb der wiederum koaxiale Kanäle 6 angeordnet sind, beispielsweise ein Luft-

gemischkanal und ein Rohr zum Einbau einer Heizöldüse.

Die zylindrische Drallkammer 5 hat ortsfeste Wandabschnitte 7 und 8, zwischen denen Gaseinlaßfenster 9 und 10 verbleiben, welche gleich groß sind und einander diametral gegenüberliegen. Sie sind beherrscht von Schwenkklappen 13,14, welche um auf dem Umfang der Drallkammer 5 liegende mittige Achsen 11 und 12 schwenkbar sind. Die Krümmungsradien der Schwenkklappen betragen das 1,2- bis l,6fache der Krümmungsradien der ortsfesten Wandabschnitte 7 und 8 der Drallkammer 5.

In der in F i g. 2 dargestellten Ausbildung sind die Schwenkklappen 13, 14 einstückig ausgebildet, d. h. die beidseits der Schwenkachsen 11, 12 gelegenen Teile einer Schwenkklappe sind starr miteinander verbunden. In F i g. 3 bis 5 ist eine Ausbildung gezeigt, bei der zur weitergehenden Beeinflussung der Strömungsstruktur und zur Ermöglichung einer zusätzlichen Erhöhung des wirksamen Dralls jede Schwenkklappe aus zwei Teilen 15 und 16 bzw. 17 und 18 besteht, welche mit der Möglichkeit einer unabhängigen Schwenkung an den Achsen 11 und 12 angelenkt sind.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Leitvorrichtungen ist folgende:

Der Gasstrom tritt in den Zufuhrstutzen 3 des Gehäuses 3 ein. Bei Betrachtung von zunächst F i g. 2 teilt sich der Strom am freien Rand der Schwenkklappe 13 und der mit A bezeichnete Teilstrom tritt sofort in die zylin drische Drallkammer 5 ein, wobei er eine im Querschnitt rechteckige Strömung zwischen dem freien Rand der Schwenkklappe 13 und dem ortsfesten Wandabschnitt ⁷ der Drallkammer 5 bildet. Der andere Teilstrom B durchströmt den Kanal zwischen zunächst der Wand des Zufuhrstutzens 3 und der Schwenkklappe 13 und sodann zwischen der Zylinderhälfte 2 und dem ortsfesten Wandabschnitt 8, um dann zwischen dem freien Rand der Schwenkklappe 14 und dem Wandabschnitt 3 an einer gegenüberliegenden Stelle in die zylindrische Drallkamr^er 5 einzutreten.

Die Verteilung der Ströme und ihr Eintrittswinkel sowie die Breite der Eintrittsspalte sind von den konstruktiven Charakteristiken der Leitvorrichtung und der Winkelstellung der Schwenkklappen abhängig. So wird durch Schwenken der Schwenkklappe 14 im Uhrzeigersinn eine Herabsetzung der Drallintensität erzielt, weil der dann gemäß dem gestrichelten Pfeil B' in die zylirdrische Drallkammer 5 eintretende Teilstrom ein Gegenstrom ist. der dem Drall des Stroms A und des verbleibenden Stroms B entgegenwirkt. Wenn die Schwenkklappe 14 in die mit III bezeichnete gestrichelte Lage verschwenkt wird, werden die mit den Pfeilen A und B' angedeuteten Ströme einander etwa gleich und der resultierende Drall der Ringkanalströmung nähen sich dem Wert N-ill.

Um die Drallrichtung zu ändern, wird die Schwenkklappe 14 im Uhrzeigersinn in die Stellung III und die Schwenkklappe 13 um die Achse 11 ebenfalls im Uhrzeigersinn in die der Stellung der Schwenkklappe 14 zentralsymmetrisch entsprechende Stellung III geschwenkt.

Da der Krümmungsradius der Schwenkklappen dem 1,2- bis l,6fachen des Krümmungsradius der ortsfesten Wandabschnitte 7 und 8 der zylindrischen Drallkammer 5 entspricht, strömt das Gas ohne Ablösungserscheinungen und ohne wesentliche örtliche Widerstände in die Drallkammer 5. Die Drallintensität des Ringstromes ist beachtlich, denn die v.entralsymmetrisch einander geeenüberlieeende und sich über einen beträchtlichen Umfangsabscbnitt erstreckende tangentiale Einführung in die Drallkammer 5 sorgt für einen hohen Wert der tangentielen Geschwindigkeitskomponente in ihr, der bei gleichem Durchsatz die Drallintensität ansteigen läßt Die Ströme nach den Pfeilen A und B sind einander praktisch gleich, so daß hohe Drallwerte des Ringstroms mit nur wenig Geschwindigkeitsungleichmäßigkeit erzielt werden.

Wegen der Anordnung der Schwenkachsen der

ίο Schwenkklappen 13 und 14 mittig in den Gaseinlaßfenstern 9 und 10 wirken auf die beidseits der Achsen liegenden Schwenkklappenteile etwa gleich große Strömungs- und Gewichtskräfte, so daß an den Achsen keine großen Momente auftreten.

Eine weitere Ausdehnung des Regelungsbereiches der Drallintensität wird erzielt, wenn jede Schwenkklappe gemäß Fig.3 bis 5 aus zwei Teilen 15 und 16 bzw. 17 und 18 zusammengesetzt und unabhängig voneinander schwenkbar ausgebildet ist Dabei zeigt F i g. 3, wie durch Schwenken des Teiles 17 ein zusätzlicher Eintritt für einen dritten Luftstrom (^r '-Al C) zwischen der konkaven Oberfläche des Wandabschnittes 7 und der Rückenfläche des Teiles 17 der Schwenkklappe zustandekommt. Die fast völlig tangentiale Stromeinleitung nach dem Pfeil C in die Drallkammer 5 gestattet es, die Dralli"tensität unter gleichzeitiger Herabsetzung des Strömungswiderstandes zu erhöhen.

Fig.4 zeigt, wie für den Fall eines Gleichstrombetriebs vier Eintritte für die Ströme A, B, C, D in die Drallkammer 5 gebildet werden. Dabei wird der wirksame Drall annähernd gleich Null, und es werden Teilströme mit einer kleineren Geschwindigkeitsungleichmäßigkeit erhalten, als dies bei Anwendung einstückiger Schwenkklappen der Fall ist.

Die in F i g. 5 gezeigte Einstellung der Schwenkklappenteile 15,16 und 17,18 weist aufgrund fast vollständiger Tangentialität der Eintritte der Ströme A, B, C und D, insbesondere der Ströme nach den Pfeilen B und D, die größtmögliche Drallintensität auf. Außerdem wird infolge der Ablenkung der Ströme durch die konvexen Flächen der Schwenkklappenteile 16, 17 zur Mitte hin eine Umverteilung der Radialwerte der Dichte des rotierenden Stromes in der Drallkammer 5 erzielt, weswegen die Druckhöhe vor der Leitvorrichtung des Brenners besser genutzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Leitvorrichtung eines Brenners zur Zuführung eines gasförmigen, Mediums mit einem einen Zufuhrstutzen für das Gas aufweisenden Gehäuse und mit einer zylindrischen Drallkammer mit gleichgroßen symmetrisch angeordneten Gaseinlaßfenstern, welche beherrscht sind von Schwenkklappen, deren Schwenkachsen auf Mantellinien der Drallkammer Hegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkklappen (13, 14) einen Krümmungsradius aufweisen, der das 1,2- bis l,6fache des Krümmungsradius' der Drallkammer (5) beträgt, und daß die Schwenkachsen (11, 12) in der Mitte der Schwenkklappen (13,14; 15/16,17/18) und der einander diametral gegenüberliegenden Gaseinlaßfenster (9,10) angeordnet sind.

2. Leitvorrichtung eines Brenners nach Anspruch 1, ds-iurch gekennzeichnet, daß jede Schwenkklappe zweiteilig ausgebildet ist und ihre Teile (15, 16 und 17, 18) unabhängig voneinander schwenkbar sind.

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