DE3780916T2

DE3780916T2 - Zerstaeubungsduese.

Info

Publication number: DE3780916T2
Application number: DE8787310020T
Authority: DE
Inventors: Adam J Bennett; Charles E Capes; John D Hazlett; Kevin A Jonasson; William L Thayer
Original assignee: National Research Council of Canada
Current assignee: National Research Council of Canada
Priority date: 1986-11-13
Filing date: 1987-11-12
Publication date: 1993-03-25
Anticipated expiration: 2007-11-13
Also published as: DE3780916D1; EP0268432B1; EP0268432A3; EP0268432A2; JPS6488019A; JPH0325690B2; CA1277585C

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Zerstäuberdüsenanordnung.
Es wurde bereits in der US-Patentschrift 4,592,506 vom 3. Juni 1986, "Wear Resistant Nozzle Assembly", von C.E. Capes, A.J. Bennett, K.A. Jonasson und W.L. Thayer vorgeschlagen, eine abriebresistente Düsenanordnung zu schaffen mit einem auswärts divergierenden kegelstumpfförmigen Deflektorkern aus verschleißfester Keramik und einem Düsenreifen aus verschleißfester Keramik sowie mit einer sich nach außen erweiternden inneren Oberfläche, die den Kern umgibt zur Bildung einer sich erweiternden zerstäubenden Düsenöffnung mit ihm. Der Kern wird in einem sich erweiternden Sockel eines Deflektorkernhalters montiert und eine innere und eine äußere Hülse führen beispielsweise Zerstäubungsluft zu der Deflektorkernoberfläche und beispielsweise eine Kohleflüssigkeitsmischung als Brennstoff nach innen rings um den Düsenreifen, so daß der Brennstoff von der Luft als ein Film gehalten wird gegen die Innenoberfläche des Düsenreifens und danach zerstäubt wird, wenn er aus dem Düsenreifen austritt.
Es wurde von dem Patentanmelder bereits in den Proceedings of the Fifth international Workshop on Coal-Liquids Fuels Technology, S. 364 bis 378, Halifax, Nova Scotia, Canada, October 1985, vorgeschlagen, eine Brennerbaugruppe für Kohleflüssigkeitsmischungen vorzusehen, bei dem die Geometrie einer abrupt endenden Mischzone eingestellt wird mittels einer Verschraubung am stromaufwärts liegenden Ende von Koaxialrohren, welche die Zerstäubungsluft und den Brennstoff der Düse an dem stromabwärts liegenden Ende dieser Rohre zuführen.
Die Brennerbaugruppen gemäß US-Patent Nr. 4,592,506 und gemäß der oben erwähnten Veranstaltung sind zwar brauchbar, doch besteht eine Notwendigkeit für eine Zerstäuberdüsenanordnung, bei der ein Einstellmechanismus den Deflektorkern an dem Düsenreifen in dichter Nähe zu der Mischzone montiert und Mittel vorgesehen sind für das Auffangen unterschiedlicher thermischer Expansion zwischen Bauteilen, die an dem Deflektorkern und dem Düsenreifen angebracht sind und für die Einspeisung von Fluiden in die Mischzone dazwischen angebracht sind sowie sich rückwärts von dem Einstellmechanismus erstrecken, damit die Effekte dieser differenziellen Expansion der Düseneinstellungen vernachlässigbar sind bei im wesentlichen konstanter Zerstäubung und wobei eine Beschädigung der keramischen Düsenteile infolge dieser unterschiedlichen thermischen Expansionen vermieden werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Zerstäuberdüsenanordnung vorgeschlagen, umfassend:
1. Eine Zerstäuberdüsenanordnung, umfassend:
a) einen kegelstumpfförmigen Deflektorkern aus einem verschleißfesten Keramikmaterial, welcher Deflektor eine nach außen divergierende Oberfläche aufweist, die zu einem abgefasten Ende führt, in einer Stromabwärtsrichtung für zu zerstäubende Flüssigkeit, wobei ein äußerer Abschnitt der divergierenden Oberfläche des Deflektorkerns eine nach außen ablenkende Oberfläche bildet für das Fließenlassen eines Zerstäubungsfluids im Betrieb in ungestörter Weise längs der gesamten Länge derselben,
b) einen Düsenreifen aus einem verschleißfesten Keramikmaterial, welcher Reifen eine keilförmige Einwärtsauswölbung mit einer stromabwärts liegenden Seite der keilförmigen Auswölbung aufweist mit einer sich nach außen erweiternden Innenoberfläche, die im wesentlichen parallel zu und koextensiv verlaufend mit einem stromabwärts liegenden Abschnitt der nach außen divergierenden Oberfläche des Deflektorkerns ist, um mit dieser eine Mischzone zu bilden, welche zu einem Zerstäuberdüsenbohrungsauslaß führt, so daß im Betrieb zu zerstäubende Flüssigkeit gegen die die Mischzone begrenzenden Oberflächen gehalten wird, bis sie im wesentlichen vollständig durchmischt ist und zerstäubt wird, wenn sie aus dem Bohrungsauslaß austritt,
c) einen Deflektorkernhalter mit einem stromaufwärts liegenden Schraubgewindeende und einem sich erweiternden Sockelabschnitt an einem stromabwärts liegenden Ende, welcher sich erweiternde Sockelabschnitt ein äußeres zylindrisch geformtes Ende aufweist, wobei der sich erweiternde Sockel einen stromaufwärts liegenden Abschnitt des Deflektorkerns dicht passend und ausgefluchtet darin aufnimmt, wobei der sich erweiternde Sockelabschnitt im Betrieb eine glatte Außenoberfläche bereitstellt für das Führen zu zerstäubenden Fluids in Richtung und längs der auswärts ablenkenden Oberfläche des äußeren Abschnitts des Deflektorkerns, welcher aus dem sich erweiternden Sockelabschnitt herausragt,
d) Befestigungsmittel zum Befestigen des Deflektorkerns in dem sich erweiternden Sockelabschnitt,
e) eine innere zylindrische Hülse mit einem mit Schraubgewinde versehenen inneren stromaufwärts liegenden Endabschnitt, der nahe der Mischzone liegt und in einstellbarem Schraubeingriff steht mit dem mit Gewinde versehenen stromaufwärts liegenden Endabschnitt des Deflektorkernhalter, welche innere zylindrische Hülse einen stromabwärts liegenden Endabschnitt aufweist mit einer vergrößerten Bohrung, der an einem stromabwärts liegenden Ende endet, das innere und äußere Abfassungen aufweist, welcher stromabwärts liegende Endabschnitt um den sich erweiternden Sockelabschnitt herum angeordnet ist zur Ausbildung eines Fluiddurchlasses rings um das zylindrisch geformte Ende des Deflektorkernhalters für den im Betrieb erfolgenden Durchlaß eines im wesentlichen konstanten Stromes von Zerstäubungsfluids längs desselben zu einer Zerstäubungsfluidöffnung, ausgebildet zwischen der inneren Abfassung und der äußeren ablenkenden Oberfläche des sich erweiternden Sockels, so daß im Betrieb ein Strahl von Zerstäubungsfluid aus der Zerstäubungsfluidöffnung austritt und gerichtet wird längs des äußeren Abschnitts der nach außen ablenkenden Oberfläche des Deflektorkerns,
f) einen stromaufwärts liegenden Kragen, der ein Montagemittel an dem Frontende der inneren zylindrischen Hülse bildet,
g) eine äußere zylindrische Hülse, die abgedichtet und gegen Relativbewegung durch den stromaufwärts liegenden Kragen auf dem Frontende der inneren Hülse ist und einen abgestuften ringförmig ausgenommenen Abschnitt am stromabwärts liegenden Ende aufweist, wohin der Düsenreifen montiert ist und sich radial von ihm einwärts erstreckt, wobei ein Abschnitt der äußeren Hülse einen relativ größeren Bohrungsdurchmesser aufweist als der Außendurchmesser der inneren Hülse und um diese herum einen ungestörten Flüssigkeitsdurchlaß bildet für die betriebsmäßige Oberführung von zu zerstäubender Flüssigkeit in Richtung der stromaufwärts liegenden Seite und einwärts rings herum bezüglich der keilförmigen Auswölbung des Düsenreifens,
h) Mittel, die den Düsenreifen in dem abgestuften ringförmig ausgenommenen Abschnitt befestigen,
i) ein Einstellmittel, verbunden mit dem Deflektorkernhalter für die Einstellung des Gewindeeingriffs zwischen dem Deflektorkernhalter und der inneren zylindrischen Hülse, um dadurch die Breite (W) der Mischzone einzujustieren,
j) Mittel für die Einspeisung von Zerstäubungsfluid in den Fluiddurchlaß,
k) Mittel für die Einspeisung von zu zerstäubender Flüssigkeit in den Durchlaß für zu zerstäubende Flüssigkeit, und
l) Eine unterschiedliche thermische Expansion auffangende Buchse, die gleitbeweglich auf einem Zwischenabschnitt der inneren zylindrischen Hülse montiert ist in einem rückwärtigen Endabschnitt der äußeren zylindrischen Hülse.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Einstellmittel in der Lage, die Weite der Mischzone auf einen L/W Bereichsverhältnis einzustellen, das innerhalb eines Bereichs von etwa 5 : 1 bis etwa 10 : 1 liegt, wobei L die Länge der Mischzone in Richtung der hindurch verlaufenden Strömung ist und W die Breite der Mischzone.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die das abgefaste Ende des Reflektorkranz bildende Seite und eine stromabwärts liegende Seite des Düsenreifens symmetrisch geneigt an jeder Umfangsposition bezüglich einer Zentrallinie, die sich längs der Mischzone an jener Umfangsposition erstreckt unter einem eingeschlossenen Winkel (αº) in einem Verhältnis bezüglich des Winkels (Rº), unter welchem das zerstäubende Fluid auf die auswärts divergierende Oberfläche des Deflektorkerns unter etwa 130º : 50º etwa 100º : 80º gerichtet ist.
Das Einstellmittel kann umfassen einen Schaft für das Drehen des Deflektorkerns, welcher sich von diesem nach hinten erstreckt längs einer inneren zylindrischen Hülse, eine Buchse, die gleitbeweglich an dem hinteren Endabschnitt des Schaftes montiert, welcher sich hindurch erstreckt in die innere zylindrische Hülse, Mittel für das Drehen des rückwärtigen Endes des Schaftes.
Ein Wärmeaustauschgehäuse kann rings um die äußere zylindrische Hülse und um diese herum montiert sein an einem Frontende mittels der Montagemittel und eine thermische differenzialexpansionsaufnehmende Muffe kann gleitbeweglich montiert sein an einem rückwärtigen Endabschnitt des Wärmetauschergehäuses auf der äußeren zylindrischen Hülse.
In den beigefügten Zeichnungen, die als Beispiel eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustrieren, zeigen
Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht einer Zerstäuberdüse und
Fig. 2 eine vergrößerte seitliche Schnittansicht der Düsenkomponenten der Düsenbaugruppe, die in Fig. 1 gezeigt ist.
In Fig. 1 und 2 ist eine Zerstäuberdüsenanordnung dargestellt umfassend:
a) einen kegelstumpfförmigen Deflektorkern 1 aus einem verschleißfesten Keramikmaterial, welcher Deflektor eine nach außen divergierende Oberfläche 2 aufweist, die zu einem abgefasten Ende 4 führt in einer Stromabwärtsrichtung für die zu zerstäubende Flüssigkeit, wobei ein äußerer Abschnitt 5 der divergierenden Oberfläche des Deflektorkerns eine nach außen ablenkende Oberfläche 6 bildet für das Fließenlassen eines zerstäubenden Fluidstrahls in ungestörter Weise längs der gesamten Länge derselben im Betrieb,
b) einen Düsenreifen 8 aus einem verschleißfesten Keramikmaterial, welcher Reifen eine keilförmige Einwärtsauswölbung 10 mit einer stromabliegenden Seite 12 der keilförmigen Auswölbung 10 aufweist mit einer sich nach außen erweiternden Innenoberfläche 14, die im wesentlichen parallel und koextensiv verlaufend mit einem stromabwärts liegenden Abschnitt der nach außen divergierenden Oberfläche 2 des Deflektorkerns 1 ist zur Bildung einer Mischzone 16 mit diesem, die zu einem Zerstäuberdüsenbohrungauslaß 18 führt, so daß im Betrieb zu zerstäubende Flüssigkeit gegen die Oberflächen 2 und 14 gehalten wird, welche die Mischzone 16 begrenzen, bis sie im wesentlichen vollständig durchmischt und dann zerstäubt wird, wenn sie aus dem Bohrungsauslaß 18 austritt,
c) einen Deflektorkernhalter 20 mit einem stromauf liegenden Schraubgewindeende 22 und einem sich erweiternden Sockelabschnitt 24 am stromab liegenden Ende, welcher sich erweiternde Sockelabschnitt 24 ein äußeres zylindrisch geformtes Ende 26 aufweist, wobei der sich erweiternde Sockel 24 einen stromauf liegenden Abschnitt 28 aufweist, der den Deflektorkern 1 dicht passend und ausgefluchtet aufnimmt, wobei der sich erweiternde Sockelabschnitt 24 im Betrieb eine glatte Außenoberfläche bereitstellt für das Führen des zerstäubenden Fluids zu und längs der auswärts ablenkenden Oberfläche 6 des äußeren Abschnitts 5 des Deflektorkerns 1, der aus dem sich erweiternden Sockelabschnitt herausragt,
d) Befestigungsmittel in Form einer Kappe 32 und eines Bolzens 34, die den Deflektorkern 1 in dem sich erweiternden Sockelabschnitt 24 befestigen,
e) eine innere zylindrische Hülse 36 mit einem mit Gewinde versehenen stromaufwärts liegenden Endabschnitt 38 in Schraubeingriff in einstellbarer Weise mit dem mit Gewinde versehenen stromaufwärts liegenden Endabschnitt 22 des Deflektorkernhalters 20 und mit einem stromabwärts liegenden Endabschnitt 40 mit einer sich erweiternden Bohrung und endend an einem stromab liegenden Ende mit inneren und äußeren Abfassungen 42 bzw. 44, welcher stromab liegende Endabschnitt 46 ringsum den sich erweiternden Sockelabschnitt 24 angeordnet ist zur Bildung eines Fluiddurchtritts 46 rings um das zylindrisch geformte Ende 26 des Deflektorkernhalters 20 für den Durchlaß eines im wesentlichen konstanten Stroms von zerstäubender Luft im Betrieb längs des Durchtritts zu einer Öffnung für zerstäubendes Fluid, ausgebildet zwischen der inneren Fase 42 und der äußeren ablenkenden Oberfläche 6 des sich erweiternden Sockels, so daß im Betrieb ein Strahl von zerstäubendem Fluid aus der Öffnung für zerstäubendes Fluid ausgebracht wird und längs des äußeren Abschnitts 5 der nach außen ablenkenden Oberfläche des Deflektorkerns 1 gerichtet wird,
f) einen stromaufwärts liegenden Kragen 50, der ein Montagemittel am Frontende der inneren zylindrischen Hülse 36 bildet,
g) eine äußere zylindrische Hülse 48, die abgedichtet und gegen Relativbewegung mittels des stromauf liegenden Kragens 50 auf dem Frontende der inneren Hülse 36 ist und einen abgestuften ringförmig ausgenommenen Abschnitt 52 an dem stromab liegenden Ende aufweist, in dem der Düsenreifen 8 montiert ist und radial einwärts davon ragt, wobei ein Abschnitt 54 der äußeren Hülse 48 einen relativ größeren Bonusdurchmesser aufweist als der Außendurchmesser der inneren Hülse 36 und um diese herum eine ungestörte Flüssigkeitspassage 56 ausbildet für die Förderung von zu zerstäubender Flüssigkeit im Betrieb in Richtung der stromauf liegenden Seite und einwärts ringsherum bezüglich der keilförmigen Auswölbung 10 des Düsenreifens 8,
h) Mittel in Form eines Gewindekragens 58, die den Düsenreifen 8 in dem abgestuften ringförmig ausgenommenen Abschnitt 52 halten,
i) ein Einstellmittel in Form eines Schaftes 64 und eines Laufes 66 (Fig. 1), verbunden mit dem Deflektorkernhalter 20 für die Einstellung des Gewindeeingriffs zwischen dem Deflektorkernhalter 20 und der inneren zylindrischen Hülse 36, um dadurch die Breite W der Mischzone einzustellen,
j) Mittel in Form eines Rohres 68, die in dieser Ausführungsform einen Zwischenabschnitt der zylindrischen Hülse 36 bilden und Öffnungen, wie der Öffnung 70, für die Einspeisung von zerstäubendem Fluid in den Fluiddurchtritt 46,
k) Mittel in der Form eines Rohres 72, das in dieser Ausführungsform einen rückwärtigen Endabschnitt der äußeren zylindrischen Hülse 49 bildet und Öffnungen wie Öffnung 74 im Kragen 50 für die Einspeisung von zu zerstäubender Flüssigkeit in den Durchlaß für zu zerstäubende Flüssigkeit und
l) eine Buchse 106 zum Auffangen unterschiedlicher thermischer Expansion, welche Buchse gleitbeweglich den Zwischenabschnitt 68 der inneren zylindrischen Hülse 36 in dem rückwärtigen Endabschnitt 72 der äußeren zylindrischen Hülse 48 montiert.
Der Deflektorkern 1 hat eine Bohrung 76, in der eine Spinne der Kappe 32 positioniert ist und der Kopf des Bolzens 34 ist in die Kappe 32 mit dieser bündig versenkt.
Der Düsenreifen 8 befindet sich in einem Haltering 80, der in eine Positionierhülse 82 geschweißt ist. Die Positionierhülse 82, deren innere Oberfläche 84 einen Teil der Begrenzung der Flüssigkeitspassage 56 bildet, ist in dem ringförmig ausgenommenen Abschnitt 52 mittels des Gewindekragens 58 festgelegt.
Der Deflektorkernhalter 20 weist eine Ausnehmung 86 auf, in der der Schacht 64 mittels eines Stiftes 8 festgelegt ist.
Der Kragen 50 der inneren Hülse 36 befindet sich in einer Ausnehmung 90 in der äußeren Hülse 48 und besitzt Ringe 92 und 94, welche die Rohre 68 bzw. 72 positionieren, die an Ort und Stelle geschweißt sind.
Die äußere Hülse 48 weist eine Abstufung 96 auf, die ein äußeres zylindrisches Gehäuse 98 positioniert, das mit der äußeren Hülse 48 verschweißt ist.
Wie in Fig. 1 dargestellt, trägt und dichtet das Gehäuse 98 das stromaufwärts liegende rückwärtige Ende des Rohres 72 in einer relativ kleinen beweglichen Weise mittels einer Packung 100 ab und bildet ein Wärmetauschergehäuse mit einem Wärmetauschfluideinlaß 102 und Auslaß 104. Das Wärmetauschfluid kann Kühlwasser sein zum Kühlen der Düsenbaugruppe oder Dampf zum Aufheizen der zu zerstäubenden Flüssigkeit (beispielsweise ein Kohleschlammbrennstoff) zum Absenken ihrer Viskosität, und die Packung 100 nimmt unterschiedliche thermische Expansion zwischen dem Rohr 72 und dem Gehäuse 98 auf.
Wie oben angegeben, dichtet das Rohr 72 rings um einen rückwärtigen Endabschnitt des Rohres 68 relativ gleitbeweglich ab infolge der Muffe 106, die unterschiedliche thermische Expansion aufnimmt und bei der es sich um eine Packung handelt und weist einen Einlaß 108 für zu zerstäubende Flüssigkeit auf.
Das Rohr 68 ist gleitbeweglich abgedichtet rings um einen rückwärtigen Endabschnitt des Schaftes 64 mittels einer Packung 110 und weist einen Einlaß 112 für Zerstäubungsfluid auf.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung war primär ausgelegt zur Verwendung bei Tests als Zerstäuber für ein flüssiges Brennstoffgemisch und wird beschrieben im Betrieb zur Zerstäubung eines Mischbrennstoffs aus entaschter pulverisierter Kohle und Flüssigkeit unter Verwendung der Zerstäubungsluft eines konventionellen Ölbrenners (nicht dargestellt), wo sekundäre Verbrennungsluft rings um den zerstäubten Brennstoff wirbelt.
Wenn die Vorrichtung wie in Fig. 1 und 2 angeordnet in Betrieb ist, wird zerstäubende Luft längs der Bohrung des Rohres 64 über die Öffnungen, wie Öffnung 70, zu dem Fluiddurchlaß 46 geführt, von wo sie als Strahl in ungestörter Weise durch die Mischzone 16 längs der Oberfläche 6 des Deflektorkerns 1 gerichtet wird. Gleichzeitig wird das Brennstoffgemisch aus pulverisierter Kohle und Flüssigkeit längs der Bohrung des Rohres 72 durch die Öffnungen wie die Öffnung 74 zu der Flüssigkeitspassage 56 geführt, von wo sie längs der Mischzone 16 gerichtet wird.
Der Luftstrahl von dem Fluiddurchlaß 46 bewirkt, indem er längs der Oberfläche 6 des Deflektorkerns 1 strömt, daß das Gemisch aus pulverisierter Kohle und Flüssigkeit zunächst als hohler konusförmiger Film gegen die sich erweiternde Innenoberfläche 14 des Düsenreifens 8 gehalten wird, so daß nur vernachlässigbarer Kontakt zwischen dem Brennstoff und dem Deflektorkern vorliegt. Während sich der konusförmige Brennstoffilm längs der Mischzone 16 bewegt, wird er innig gemischt mit der Luft und tritt aus der Mischzone 16 als ein zerstäubter Strahl aus.
Die Breite W (Fig. 2) der Mischzone 16 kann eingestellt werden, während die Düsenbaugruppe in Betrieb ist, mittels des Laufs 66 und des Schraubeingriffs zwischen dem Deflektorkernhalter 20 und der inneren zylindrischen Hülse 36.
Es sollte festgehalten werden, daß eine vernachlässigbare Änderung in der Breite W der Mischzone 16 infolge unterschiedlicher thermischer Expansion wegen der dichten Nähe des Schraubeingriffs zwischen dem Deflektorkernhalter 20 und der inneren zylindrischen Hülse 36 der Mischzone 16 besteht und wegen der Tatsache, daß unterschiedliche thermische Expansionen zwischen dem Schacht 64, den Rohren 68 und 72 und dem Gehäuse 98 mittels der Packungen 66, 106 bzw. 100 aufgefangen werden.
Tests unter Verwendung der in Fig. 1 und 2 gezeigten Düse und eines Kohlewasserbrennstoffs von 70 : 30 im Gewichtsverhältnis und Bunkerölbrennstoff Nr. 6 wurden durchgeführt, um die Wirksamkeit der Düse gemäß der Erfindung zu zeigen.
Diese Tests wurden in einer vorhandenen ölgefeuerten Anlage durchgeführt.
Der Düsenreifen 8 hatte einen minimalen inneren Durchmesser von 2,25 Zoll (57,15 mm) und einen maximalen inneren Durchmesser in Stromabwärtsrichtung von 2,539 Zoll (64,49 mm). Der Deflektorkern 1 hatte einen maximalen Durchmesser von 2,460 Zoll (62,48 mm) am Auslaß der Mischzone 16. Die Mischzone 16 hatte eine nominelle Breite W von 0,035 Zoll und das Längen/Breitenverhältnis (L/W, Fig. 2) wurde zwischen 7 und 12 verändert.
Diese Tests demonstrierten die Fähigkeit der Zerstäuberdüsen gemäß der vorliegenden Erfindung, Kohleschlammbrennstoffe zu zerstäuben, die mittels bekannter Zerstäuberdüsen schwierig zu zerstäuben waren. Die gute Zerstäubung dieser Brennstoffe durch Zerstäuberdüsen gemäß der Erfindung wird demonstriert durch die sauberen rezirkulierten Flammen, die man mit geringem Fallout erreicht infolge unvollständiger Verbrennung.
Aus den Tests ergab sich, daß mit einem Brennstoff, bestehend aus 70 : 30 Gewichtsverhältnis Kohle : Wasser und einem L : W Verhältnis von 7 : 1, eine Kohlenstoffumsetzung von mehr als 99,5% stattfand, und zwar aus der Analyse des Aschegehalts der Abgase, während die Kohlenstoffumsetzung unter ähnlichen Bedingungen bei bekannten Zerstäuberdüsen 96,2% betrug.
Die Tests zeigten, daß mit der von den Anmeldern vorgesehenen Kombination von:
i) einer inneren, zylindrischen Hülse mit einem mit Gewinde versehenen inneren stromaufliegenden Endabschnitt, der in dichter Nachbarschaft zur Mischzone liegt und in Schraubeingriff steht in einstellbarer Weise mit dem mit Gewinde versehenen stromaufliegenden Ende des Deflektorkernhalters;
ii) einem stromauf liegenden Kragen, der ein Montagemittel bildet auf dem frontseitigen Ende der inneren zylindrischen Hülse für die äußere zylindrische Hülse und
iii) einer thermische Differenzialexpansion aufnehmenden Packung, die gleitbeweglich einen Zwischenabschnitt der inneren zylindrischen Hülse in einem rückwärtigen Endabschnitt der äußeren zylindrischen Hülse lagert;
es möglich ist, die Breite W der Mischzone auf den gewünschten Spalt einzustellen, sogar bevor die Betriebstemperatur der Düsenkomponenten erreicht ist, weil nur eine vernachlässigbare Änderung der Breite W infolge unterschiedlicher thermischer Expansion der Düsenkomponenten eintritt. Darüberhinaus vermeiden die Merkmale ii) und iii), indem sie einen erheblichen Anteil der unterschiedlichen thermischen Expansion durch die differenzialexpansionsaufnehmende Packung bewirken, jegliche Beschädigung durch unterschiedliche thermische Expansion an dem keramischen konusförmigen Deflektorkern und dem keramischen Düsenreifen.

Claims

1. Eine Zerstäuberdüsenanordnung, umfassend:

a) einen kegelstumpfförmigen Deflektorkern aus einem verschleißfesten Keramikmaterial, welcher Deflektor eine nach außen divergierende Oberfläche aufweist, die zu einem abgefasten Ende führt, in einer Stromabwärtsrichtung für zu zerstäubende Flüssigkeit, wobei ein äußerer Abschnitt der divergierenden Oberfläche des Deflektorkerns eine nach außen ablenkende Oberfläche bildet für das Fließenlassen eines Zerstäubungsfluids im Betrieb in ungestörter Weise längs der gesamten Länge derselben,

b) einen Düsenreifen aus einem verschleißfesten Keramikmaterial, welcher Reifen eine keilförmige Einwärtsauswölbung mit einer stromabwärts liegenden Seite der keilförmigen Auswölbung aufweist mit einer sich nach außen erweiternden Innenoberfläche, die im wesentlichen parallel zu und koextensiv verlaufend mit einem stromabwärts liegenden Abschnitt der nach außen divergierenden Oberfläche des Deflektorkerns ist, um mit dieser eine Mischzone zu bilden, welche zu einem Zerstäuberdüsenbohrungsauslaß führt, so daß im Betrieb zu zerstäubende Flüssigkeit gegen die die Mischzone begrenzenden Oberflächen gehalten wird, bis sie im wesentlichen vollständig durchmischt ist und zerstäubt wird, wenn sie aus dem Bohrungsauslaß austritt,

c) einen Deflektorkernhalter mit einem stromaufwärts liegenden Schraubgewindeende und einem sich erweiternden Sockelabschnitt an einem stromabwärts liegenden Ende, welcher sich erweiternde Sockelabschnitt ein äußeres zylindrisch geformtes Ende aufweist, wobei der sich erweiternde Sockel einen stromaufwärts liegenden Abschnitt des Deflektorkerns dicht passend und ausgefluchtet darin aufnimmt, wobei der sich erweiternde Sockelabschnitt im Betrieb eine glatte Außenoberfläche bereitstellt für das Führen zu zerstäubenden Fluids in Richtung und längs der auswärts ablenkenden Oberfläche des äußeren Abschnitts des Deflektorkerns, welcher aus dem sich erweiternden Sockelabschnitt herausragt,

d) Befestigungsmittel zum Befestigen des Deflektorkerns in dem sich erweiternden Sockelabschnitt,

e) eine innere zylindrische Hülse mit einem mit Schraubgewinde versehenen inneren stromaufwärts liegenden Endabschnitt, der nahe der Mischzone liegt und in einstellbarem Schraubeingriff steht mit dem mit Gewinde versehenen stromaufwärts liegenden Endabschnitt des Deflektorkernhalter, welche innere zylindrische Hülse einen stromabwärts liegenden Endabschnitt aufweist mit einer vergrößerten Bohrung, der an einem stromabwärts liegenden Ende endet, das innere und äußere Abfassungen aufweist, welcher stromabwärts liegende Endabschnitt um den sich erweiternden Sockelabschnitt herum angeordnet ist zur Ausbildung eines Fluiddurchlasses rings um das zylindrisch geformte Ende des Deflektorkernhalters für den im Betrieb erfolgenden Durchlaß eines im wesentlichen konstanten Stromes von Zerstäubungsfluids längs desselben zu einer Zerstäubungsfluidöffnung, ausgebildet zwischen der inneren Abfassung und der äußeren ablenkenden Oberfläche des sich erweiternden Sockels, so daß im Betrieb ein Strahl von Zerstäubungsfluid aus der Zerstäubungsfluidöffnung austritt und gerichtet wird längs des äußeren Abschnitts der nach außen ablenkenden Oberfläche des Deflektorkerns,

f) einen stromaufwärts liegenden Kragen, der ein Montagemittel an dem Frontende der inneren zylindrischen Hülse bildet,

g) eine äußere zylindrische Hülse, die abgedichtet und gegen Relativbewegung durch den stromaufwärts liegenden Kragen auf dem Frontende der inneren Hülse ist und einen abgestuften ringförmig ausgenommenen Abschnitt am stromabwärts liegenden Ende aufweist, wohin der Düsenreifen montiert ist und sich radial von ihm einwärts erstreckt, wobei ein Abschnitt der äußeren Hülse einen relativ größeren Bohrungsdurchmesser aufweist als der Außendurchmesser der inneren Hülse und um diese herum einen ungestörten Flüssigkeitsdurchlaß bildet für die betriebsmäßige Überführung von zu zerstäubender Flüssigkeit in Richtung der stromaufwärts liegenden Seite und einwärts rings herum bezüglich der keilförmigen Auswölbung des Düsenreifens,

h) Mittel, die den Düsenreifen in dem abgestuften ringförmig ausgenommenen Abschnitt befestigen,

i) ein Einstellmittel, verbunden mit dem Deflektorkernhalter für die Einstellung des Gewindeeingriffs zwischen dem Deflektorkernhalter und der inneren zylindrischen Hülse, um dadurch die Breite (W) der Mischzone einzujustieren,

j) Mittel für die Einspeisung von Zerstäubungsfluid in den Fluiddurchlaß,

k) Mittel für die Einspeisung von zu zerstäubender Flüssigkeit in den Durchlaß für zu zerstäubende Flüssigkeit, und

l) Eine unterschiedliche thermische Expansion auffangende Buchse, die gleitbeweglich auf einem Zwischenabschnitt der inneren zylindrischen Hülse montiert ist in einem rückwärtigen Endabschnitt der äußeren zylindrischen Hülse.

2. Eine Düsenbaugruppe nach Anspruch 1, bei der das Einstellmittel in der Lage ist, die Breite der Mischzone auf ein L zu W Bereichsverhältnis einzustellen, das innerhalb des Bereichs von etwa 5: 1 bis etwa 10 : 1 liegt, worin L die Länge der Mischzone in Richtung der hindurch verlaufenden Strömung ist und W die Breite der Mischzone.

3. Eine Düsenbaugruppe nach Anspruch 2, bei der das L : W Bereichsverhältnis innerhalb des Bereichs von etwa 7 : 1 bis etwa 8 : 1 ist.

4. Eine Düsenbaugruppe nach Anspruch 1, bei der die das abgefaste Ende des Deflektorkerns bildende Seite und eine stromabwärts liegende Seite des Düsenreifens symmetrisch geneigt sind an jeder Umfangsposition bezüglich einer Zentrallinie, die sich längs der Mischzone an jeder Umfangsposition erstreckt, unter einem eingeschlossenen Winkel (αº) im Verhältnis bezüglich des Winkels (0º), an welchem das Zerstäubungsfluid in Richtung der auswärts divergierenden Oberfläche des Deflektorkerns gerichtet wird, von etwa 130º : 50º bis etwa 100º : 80º.

5. Eine Düsenbaugruppe nach Anspruch 1, bei der das Einstellmittel einen Schaft umfaßt für das Drehen des Deflektorkerns, welcher sich von diesem nach hinten erstreckt längs der inneren zylindrischen Hülse, eine Buchse, die gleitbeweglich einen hinteren Endabschnitt des Schaftes montiert, welcher sich hindurcherstreckt in die innere zylindrische Hülse, Mittel für das Drehen des rückwärtigen Endes des Schaftes.

6. Eine Düsenbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Wärmeaustauschgehäuse rings um die äußere zylindrische Hülse und um diese herum montiert an einem Frontende an den Montagemitteln und eine unterschiedliche thermische Expansion aufnehmende Muffe, die gleitbeweglich einen rückwärtigen Endabschnitt des Wärmetauschergehäuses auf einem rückwärtigen Endabschnitt der äußeren zylindrischen Hülse montiert.