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Brenner zur Erzeugung von Inertgas
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Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Erzeugung von Inertgas mit
den Merkmalen des Obe-rbegriffes des Anspruches 1.
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Mit einem solchen, zum Beispiel aus der eigenen Firmendruckschrift
"Inertgas-Generatoren" Nr. 1824-4/83 bekannten Brenner läßt sich Inertgas aus flüssigen
oder gasförmigen Brennstoffen erzeugen, wobei eine fast -stöchiometrische Verbrennung
möglich ist. Das wird durch eine besonders intensive und gleichmäßige Vermischung
der beiden Reaktionspartner Brennstoff und Verbrennungsluft unter Verwendung der
besonderen Brennkammer-Brennerkonstruktion erreicht. In dieser Konstruktion erfolgt
eine intensive Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft in einem Feld
räumlicher Gegenstromturbulenz, die durch die tangential eintretende, drallbehaftete
Verbrennungsluft inder besonders gestalteten Brennkammer erzeugt wird. Die bekannten
Brenner wurden bis heute im wesentlichen für die Erzeugung einer konstanten Inertgasmenge
gebaut, so daß der Regelbereich einer derartigen Anlage zwar in Grenzen möglich
ist, jedoch durch den mit der Last quadratisch ansteigengen luftseitigen Druckverlust
begrenzt wird.
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Mit kleiner werdender Last geht die für die Erzeugung der Gegenstromturbulenz
notwendige Impulsstromdichte sehr stark zurück, so daß -auch der Regelbereich nach
unten begrenzt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Brenner
derart zu verbessern, daß eine Lastregelung unter Beibehaltung der Strömung innerhalb
der Brennkammer möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Durch die Möglichkeit, den Querschnitt der Kanäle der Luftmenge anzupassen,
wird erreicht, daß immer mit möglichst gleicher Luftgeschwindigkeit über den gesamten
Regelbereich des Brenners in den Kanälen des Schaufelkranzes gefahren werden kann.
Der Querschnittsveränderung für den tangential zugeführten Anteil der Verbrennungsluft
kann dem Querschnitt, der dem axial und in geringerer Menge zugeführten Verbrennungsluftanteil
zur Verfügung steht, angepaßt werden. Dadurch bleibt die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft,
die tangential in die Brennkammer eintritt, gleich, so daß sich in der Brennkammer
auch- bei Teillast das gewünschte Strömungsgebiet der räumlichen Gegenstromturbulenz
ausbilden kann.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargstellt
und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt durch
einen Brenner gemäß der Erfindung, wobei die Schaufeln in der rechten und linken
Bildhälfte jeweils in einer der beiden Endstellungen gezeigt sind, Fig. 2-den Schnitt
II-II nach Fig. 1, Fig. 3 den Schnitt III-III nach Fig. 1, Fig. 4 den Längsschnitt
durch eine andere Ausführungsform des Brenners gemäß der Erfindung.
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Der Brenner weist ein Gehäuse 1 auf, durch dessen Stirnwand 2 eine
Brennstofflanze 3 mit einer Düse geführt ist. Im dargestellten Fall ist die Brennstofflanze
3 durch eine öllanze gebildet.
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In der gleichen Achse wie die Brennstofflanze 3 ist innerhalb des
Gehäuses 1 eine Brennkammer 4 angeordnet.
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Die Brennkammer 4 besteht aus einem sich konisch erweiternden Teil
5, der in einen sich konisch verengenden Teil 6 hineinragt. Die Wand der Brennkammer
4 ist metallisch. Der Brenner mündet in eine nicht dargestellte Kühl- und Waschvorrichtung
zur Reinigung des Inertgases.
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In-dem oberen Teil weist die Brennkammer 4 eine axiale Einlaßöffnung
7 für den Eintritt von Brennstoff zum Beispiel zerstäubtem bl und einer Teilmenge
von Verbrennungsluft auf und einen tangentialen Einlaß 8 für den Eintritt der Hauptmenge
an Verbrennungsluft. Das Gehäuse 1 ist mit zwei Stutzen 9, 10 für die Zuführung
von Verbrennungsluft versehen. Der eine Stutzen 9 ist in der Nähe der Stirnwand
2 angeordnet und steht mit der axialen Einlaßöffnung 7 für den Brennstoff und eine
Teilmenge der Verbrennungsluft in Verbindung. Der andere Stutzen10 ist in der Seitenwand
des Gehäuses 1 vorgesehen und steht mit dem tangentialen Einlaß 8 der Brennkammer
4 in Verbindung. Zwischen dem Stutzen 10 und der Brennkammer 4 ist eine zylindrische
Umfangswand 11 vorgesehen. In der Wand der Brennkammer 4- sind Bohrungen 12 angebracht,
durch die eine Teilmenge der durch den Stutzen 10 zugeführten Verbrennungsluft in
die Brennkammer 4 eintritt. Die Strömungsrichtung des Brennstoffes und der Verbrennungsluft
ist in den Fig. 1 und 4 durch Pfeile gekennzeichnet.
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Der tangentiale Einlaß 8 der Brennkammer 4 ist von einem Schaufelkranz
13 umgeben. Der Schaufelkranz 13 enthält zwei mit Abstand voneinander angeordnete
Platten 14, 15. Die eine Platte 14 ist fest mit dem sich erweiternden Teil 5 der
Brennkam-mer 4 verbunden. Zwischen den Platten 14, 15 sind gebogene Schaufeln 16,
17 angeordnet, die Kanäle 18 begrenzen. Vorzugsweise sind die Schaufeln 16, 17 spiralenförmig
gebogen, wobei eine logarithmische Spirale eingehalten ist.
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Die Schaufeln 16 und 17 sind bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsform paarweise angeordnet. Eine Schaufel 16 eines jeden Schaufelpaares
ist an der mit der Brennkammer 4 verbundenen Platte 14 befestigt.
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Diese Schaufel 16 ist damit feststehend.- Die der Stirnwand 2 zugewandten
Platte 15 ist drehbar in dem Gehäuse 1 gehalten. Zwischen der drehbaren Platte 15
und dem Gehäuse 1 sind Dichtungen vorhanden. An der drehbaren Platte 15 sind die
Schaufeln 17 befestigt, so daß diese Schaufeln 17 ezenfalls drehbar sind.
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Die Platte 15 ist um die Längsachse des Brenners zu drehen. Die Drehung
kann durch ein Antriebsritzel, das an der Platte 15 befestigt ist, bewirkt werden.
Nach den Fig. -1 bis 3 wird für die Drehung ein Mitnehmer 19 verwendet, der auf
der Platte 15 befestigt ist und an den ein durch das Gehäuse 1 geführtes, nicht
dargestelltes Gestänge angreift.
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Die drehbaren Schaufeln 17 sind an der Eintrittskante mit einem kreisbogenförmigen
Abschnitt 20 versehen. E>er Radius dieses Abschnittes entspricht dem radialen
Abstand der Eintrittskanten der feststehenden Schaufeln 16 von der Längsachse des
Schaufelkranzes 13 bzw. des Brenners.
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Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt,-wird bei einer Drehung der Platte
15 und damit der Schaufeln 17 der Abstand zwischen den Schaufeln 16, 17 eines Schaufel-.-paares
verändert. In der einen Endstellung nach Fig. 2 und der linken Bildhälfte in Fig.
1 liegen die Schaufeln 16, 17 eines Schaufelpaares eng nebeneinander. In dieser
Endstellung weisen die Kanäle 18 zwischen den Schaufeln 16, 17 die größte Breite
auf. Mit kleiner werdender Last und damit mit sinkender Luftmenge wird die Platte
15 gedreht und erreicht dabei die andere, in Fig. 3 und in der rechten Bildhälfte
der Fig. - 1 dargestellte Endstellung. Bei der Drehung verschiebt sich der kreisbogenförmige
Abschnitt 20 der drehbaren Schaufeln 17 zunehmend vor die Eintrittskanten der feststehenden
Schaufeln 16. - Der Abstand zwischen den Schaufeln 16, 17 eines Schaufelpaares vergrößert
sich, und der kreisbogenförmige Abschnitt 20 verschließt den sich zwischen den Schaufeln
16, 17 des betreffenden Schaufelpaares bildender Zwischenraum 21. Damit wird der
freie Querschnitt der Kanäle 18, der dem Durchtritt der Verbrennungsluft zur Verfügung
steht, verringert. Durch den so verringerten Strömungsquerschnitt kann bei sich
verringernder Menge die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft in den Kanälen 18 im
wesentlichen konstant gehalten werden. Durch eine Veränderung der Länge des kreisbogenförmigen
Abschnittes 20 läßt sich die Breite des verschließbaren Zwischenraumes 21 zwischen
zwei Schaufeln 16, 17 eines Schaufelpaares verändern. In den Fig. 2 und 3 ist durch
die Pfeile die Drehrichtung angedeutet, in der die Platte 15 jeweils in die andere
Endstellung gedreht wird.
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Damit bei der beschriebenen Verstellung der Kanalbreite auch die prozentuale
Verteilung von axial zu tangential zugeführter Verbrennungsluft eingestellt werden
kann, ist der Querschnitt der axialen Einlaßöffnung 7 in einem
entsprechenden
Ausmaß zu verstellen. Zu diesem Zweck ist die axiale Einlaßöffnung 7 durch eine
Eintrittsdüse 24 begrenzt. Diese Eintrittsdüse 24 erweitert sich konisch in Richtung
auf die Brennstofflanze 3. Die Brennstofflanze 3 ist axiale verschiebbar und kann
in die Eintrittsdüse 24 hineingeschoben werden. Je nach der Stellung der Brennstofflanze
3 innerhalb der E-intrittsdüse 24 wird der dem Durchtritt der Verbrennungsluft zur
Verfügung stehende Querschnitt vergrößert oder verengt. Durch eine axiale Verstellung
der Brennstofflanze 3 wird damit der Querschnitt der axial zugeführten Verbrennungsluft
passend zur Schaufelstellung gedrosselt.
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In der Fig. 4 ist eine andere Möglichkeit zur Verstellung des Querschnittes
der Kanäle j 8 innerhalb des Schaufel kranzes 13 dargestellt. Diese Ausführungsform
stimmt in-dem Grundprinzip mit der Ausführungsform nach Fig. 1 mit der Ausnahme
überein, daß die drehbare Platte 15 nach Fig. 1 durch eine axial in dem Gehäuse
1 verschiebbare Platte 22 ersetzt ist. Diese Platte 22 weist Ausnehmungen auf, durch-die
die feststehenden, an der Platte 14 befestigten Scnaufeln 16 hindurchgeführt sind.
Auf der der feststehenden Platte 14 abgewandten Seite sind die Schaufeln 16 durch
einen Deckel 23 abgedichtet. Die axiale Verschiebung der Platte 22 erfolgt über
ein Gestänge 25 von außerhalb des Gehäuses 1. Durch eine axiale Verschiebung der
Platte 22 gegenüber der feststehenden Platte 14 des Schaufelkranzes 13 wird der
Querschnitt der Kanäle 18 in der Weise verändert, daß die Kanalhöhe bei gleichbleibender
Kanalbreite geändert wird. Auch bei dieser Ausführungsform wird zur-Anpassung an
die Querschnittsveränderung der Kanäle 18 die Brennstofflanze 3 gegenüber der Eintrittsdüse
24 axial verschoben.