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Verfahren und Brenner zur Vergrößerung der Brenngeschwindigkeit Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergrößerung der Brenngeschwindigkeit von aus
einem Brenner austretenden Brenngemischstrahlen mit ringförmigem Querschnitt und
einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens. Das brennbare Gemisch kann ein Gemisch
von Luft oder einem anderen oyxdieren.den Gas mit gasförmigem
Brennstäff# mi-fleinverteiltein flüssigemstoff, z. B. Ünebel, `öder"`vem festeBrennstoff,
z. B. g,-pul-Ff-e7 sein.
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Um#ie BrenngescWvindigkeit der aus dem Brenner austretenden Brenngemischstrahlen
zu vergrößern, wird gemäß der Erfindung vorgeschla-gen, vom Gemischstrahl
durch Verwirbelun beim Eindringen_ in die Brennkammeratmosphär e a gez gt#Flammen
äse als _Ke_hrströme unter de Einfluß des im _Austrittsqüerschntt_ herrsden
Unterdruckes sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite des Strahles
zu der Eintrittsstelle des Brenngemischstrahles zurückzuführen.
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Dabei kann der austretende Gemischstrahl mit ringfJörmigem_
Querschnitt um seine eigene Achse rotieren.
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E bevorzugte Ausführung eines Brenners zur Durchführung des Verfahrens
besteht aus einer Vorkammer, die einen auf der Feuerraumseite offenen Rotationshohlkörper
darstellt mit axial angeordnetemaEintritt von ring förmigem _ Quer-schnitt
für das Brenngemisch. Hierdurch ergibt sich ein schnelles Erhitzen des Brennstoffgemisches
auf eine hohe Temperatur und schnelle Zündung. Das Ergebnis ist, daß sehr hohe Gasgeschwindigkeiten
angewendet werden können, ahne- die Flamme auszublasen. Die. Drehges,chwind'igkeit
der Wirbel vergrößert sich mit dier Zufuhrgeschwindigkeit der Gase. Bei der
Auswahl der@Form _ der Kammer, in
der die Flamme sich
bildet, muß, um das erstrebte Ziel zu erreichen, Rücksicht auf die Form des Schlitzes
und die Richtung des Gasstromes, der aus dem Schlitz austritt, genommen werden.
-Die zweckmäßigste Form. kann durch- Versuche festgestellt werden,
obgleich es auch möglich ist, sie theoretiscli"-fefzulegen. Um zu verhindern, d'aß
Luft aus dem Verbrennungsraum in die Vorkammer gesaugt wird, kann die Größe und
Entfernung des Austrittsquerschnittes der Vorkammer von der Brennermündung derart
bemessen werden, daß dieser OOuerschnitt von dem Flammenstrahl ausgefüllt wird.
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In der Zeichnung sind drei Betriebszustände eines Brenners gemäß der
Erfindung und die Abhängigkeit der Betriebszustände von den Abmes-sungen
der Vorkammer in einem Diagramm dargestellt. Tn'den Fig.i; 2 und 3 bezeichnet z
den ringförmigen Schlitz, aus dem das brennbare Gemisch austritt. Dieses brennbare
Gemisch kann in oder unmittelbar hinter dem Schlitz gebildet `verden. 2 zeigt einen
Zylinder an, der konzentrisch um den ringförmigen Schlitz angeordnet ist, in dem
die Verbrennung zumindest teilweise stattfindet.
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In Fig. i ist eine Flammenform gezeigt, in der die Brenngase vorwärts
schreiten gleich einem sich leicht erweiternden Rohr. Innerhalb dieses Rohres
@vir ein ringf miger Wirbel 3 von verbrannten und brennenden Gasen gebildet, während
außerhalb von ihm Luft oder Gas strömen kann, wie durch die Linien q. angedeutet
ist. Beide Ersclz@eigungen werden durch den beim Austreten aus dem Schlitz e_nEsteh@enderi
Unterdruck hervorge@rüfe_n: In Fig. 2 besitzt die Fl`aTriin@e eine stärker konische
Form, und von außen kann keine Luft oder Gas zwischen dem Flammenkegel und dem Zylinder
:2 eintreten. Ein Innenwirbel 5 aus verbrannten und verbrennenden Gasen bildet sich
innerhalb des Zylinders um die Flamme herum. Gas oder _L_ uft können in die
Innenseite des Kegels äls. Folge der offenenormmme eintreten (Linien 6).
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Endlich zeigt Fig. 3 die Flammenform, die gemäß der Erfindung angestrebt
wird. Eine Flamme, welche sich vom Schlitz aus zuerst öffnet und dann mehr oder
weniger schließt, entsteht, und es werden innen sowohl wie außen. von ihr ringförmige
Wirbel 3 und 5 gebildet. Bei dieser Flammenform wird eine- vollständige Verbrennung
ohne oder mit sehr geringem Luftüberschuß erreicht, und überdies ist die Flamme
sehr stabil. Sie wird nicht vom Schlitz abgerissen, selbst wenn das Gas aus dem
Schlitz mit sehr großer Geschwindigkeit austritt. Somit ist klar, daß die in Fig.
3 gezeigte Form der Flamme große Vorteile bietet.
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Ob die Flamme in der in Fig. 3 gezeigten Form erscheint oder nicht,
wird von mehreren Faktoren bestimmt, von dienen die Ausmaße der Vorka n@M#r, also
in Fig. i bis 3 desylinders-z,in Verbindung mit der Art, in welcher das Gas aus
dem Schlitz austritt, die wichtigsten sind.
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Fig. q. zeigt, wie in gewissen Fällen die Form der Flamme durch die
Ausmaße der die -Märe bildenden vKamMex-hesiirmt wird. Ind- ern- Fäll, auf den sich
die Zeichnung der Fig. .4 bezieht, hatte der ringförmige Schlitz einen Innendurchmesser
von 26 mm und einen Außendurchmesser von 28 mm, d. h. eine Breite von i mm. Das
brennbare Gas bestand aus einem Gemisch aus Butan und Luft, das aus dem Schlitz
mit einer Geschwindigkeit austrat, die eine Komponente sowohl in axialer wie auch
in tangentialer Richtung hatte, und das Verhältnis der axialen zu den tangentialen
Geschwindigkeiten war 4 : i. Das Diagramm der Fig. q. zeigt nun, welche Form die
Flamme in diesem Fall bei verschiedenen Längen L (verzeichnet auf der Horizontalachse)
und den Durchmessern D (verzeichnet auf der Vertikalachse) des Zylinders 2 hatte.
In dem mit I bezeichneten Gebiet ist die Stellung diejenige der Fig. r (ausschließlich
ein Innenwirbel) ; im Gebiet III gemäß der Erfindung diejenige der Fig. 3 (Innen-
und Außenwirbel). Die Stellung der Fig. 2 kann auftreten in den Gebieten, die mit
II bezeichnet sind und welche, wie man sehen kann, einen Übergang zwischen I und
III bilden. In diesem Übergangsgebiet herrschen labile aerodynamische Bedingungen
vor, so daß, wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, bei gewissen L und
D
zwei oder manchmal sogar drei Flammenformen existieren können, von denen
auf Grund einiger äußerer Ursachen oder sonstwie die eine Form plötzlich sich in
die andere ändern kann.
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Es ist aus dem Diagramm der Fig. ¢ klar, daß der Zylinder, um die
gewünschte Flammenart zu erhalten, bei einem gegebenen Durchmesser eine gewisse
Mindestlänge haben muß, während auf der anderen Seite bei einer gegebenen Länge
der Durchmesser nicht über einen gewissen Höchstwert hinausgehen darf. Bei anderen
Verhältnissen der Schlitzdimensionen und des Ausströmens werden ähnliche Diagramme
wie das von Fig. q. erhalten; wenn man z. B. die tangentiale Ausströmungsgeschwindigkeit
anwachsen läßt, während die axiale Geschwindigkeit die gleiche bleibt, so wird es
möglich sein, den Durchmesser bei einer gegebenen Länge des Zylinders größer zu
machen, ohne daß die Flamme die Berührung mit der Kante des Zylinders verliert.
Somit wird die Neigung der Linien in Fig. q. größer werden.
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Wie bereits erwähnt wurde, ist es möglich, verschiedene Arten von
Brennstoffgemischen in der angegebenen Weise zu verbrennen, solche mit gasförmigem,
flüssigem oder festem Brennstoff. Als ein Beispiel eines Systems zum Verbrennen
von flüssigem Brennstoff kann eines mit einer Zer-'stäuberkappe, deren rotierende
Kappe mit einem Luftschlitz umgeben ist, erwähnt werden. Die austretende Luft bildet
dann das brennbare Gemisch mit dem zerstäubten-Brennstoff.