EP0278115B1 - Zerstäuberdüse - Google Patents

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EP0278115B1
EP0278115B1 EP87119244A EP87119244A EP0278115B1 EP 0278115 B1 EP0278115 B1 EP 0278115B1 EP 87119244 A EP87119244 A EP 87119244A EP 87119244 A EP87119244 A EP 87119244A EP 0278115 B1 EP0278115 B1 EP 0278115B1
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EP
European Patent Office
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outlet openings
chamber
internal chamber
openings
duct
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP87119244A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0278115A1 (de
Inventor
Cornel Füglistaller
Jakob Dr. Keller
Thomas Dr. Sattelmayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BBC Brown Boveri AG Switzerland filed Critical BBC Brown Boveri AG Switzerland
Publication of EP0278115A1 publication Critical patent/EP0278115A1/de
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Publication of EP0278115B1 publication Critical patent/EP0278115B1/de
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    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
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    • B05B7/0892—Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point the outlet orifices for jets constituted by a liquid or a mixture containing a liquid being disposed on a circle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/101—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet
    • F23D11/102—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet in an internal mixing chamber

Definitions

  • the present invention relates to an atomizer nozzle for atomizing liquid fuel with the supply of air.
  • the energy required for atomization is drawn exclusively or at least predominantly from the atomizing air.
  • the atomization takes place for the subsequent combustion of the fuel.
  • the aim is to atomize as finely as possible.
  • the atomizer nozzle is intended to form the head of the burner lance of a gas turbine burner in order to also design it for the combustion of liquid fuel.
  • it is intended to be used in a gas turbine burner with a plurality of burner lances arranged on an annular combustion chamber.
  • the known atomizer nozzles are all unsuitable for the intended use in a gas turbine burner, in particular with a plurality of burner lances arranged on an annular combustion chamber. This is especially true with regard to their spatial atomization characteristics. It is too centered. An atomizer nozzle that can be used within the intended scope must have a considerably more diversified atomization characteristic in order to ensure cross-ignition between adjacent burner lances of the same combustion chamber. On the other hand, despite the wide atomization characteristics, the flame must be maintained when the fuel supply is reduced to very lean fuel / air ratios. With regard to combustion that is as low in pollutants as possible, the atomizer nozzle should also have the highest possible atomization quality.
  • the object of the present invention is to provide an atomizer nozzle for atomizing liquid fuel with air supply, which meets the aforementioned requirements.
  • the atomizing nozzle according to the present invention accordingly has i.a. an inner chamber and an outer chamber surrounding this in the form of a jacket, which are provided with several overlapping outlet openings. Only a part of the air flows into the inner chamber and, in addition to coarse atomization of the liquid fuel also flowing into the inner chamber, serves essentially to distribute it evenly over its outlet openings. The other part of the air flows around the inner chamber through the outer chamber and is mixed in concentrically with the coarsely atomized fuel emerging from the outlet openings of the inner chamber. This prevents liquid fuel fragments from coming into contact with the walls of the outlet opening of the outer chamber. This effect usually occurs with the previously known atomizer nozzles and leads to a serious deterioration in the atomizer quality.
  • the flame stability is directly influenced by the atomizer nozzle.
  • FIG. 1 an atomizer nozzle is shown in a sectional view with an inner chamber 1 and an outer chamber 2.
  • the outer chamber 2 surrounds the inner chamber 1 in a jacket shape. It has an approximately hemispherical shape.
  • the air channel is also connected to the outer chamber 2 via connecting openings 8.
  • the inlet opening 7 of the air duct 5 into the inner chamber either has an annular cross section or is formed by a plurality of individual openings distributed in a ring. The same applies to the connection openings 8.
  • the inner chamber 1 On its side opposite the inlet openings 6 and 7, the inner chamber 1 is provided with a plurality of outlet openings 9, 10.
  • outlet openings 9 and four outlet openings 10 are provided.
  • the outlet openings 9 form an angle (polar angle) in the range between 20 ° and 45 ° , but preferably of 25 °, with the axis 4.
  • the outlet opening gen 10 form an angle with the axis 4 in the range between 45 ° and 70 ° , but preferably of 65 ° .
  • the outlet openings 9 and 10 are offset from one another with respect to a rotation about the axis 4 by an angle of 45 ° (azimuth angle).
  • the cross section of the inner chamber 1 tapers towards its outlet openings 9, 10.
  • the inner chamber In the direction from its inlet openings 6, 7 towards its outlet openings 9, 10, the inner chamber is initially cylindrical, then frustoconical.
  • the outlet openings 9, 10 emanate from the frustoconical part, with respect to the said direction or the axis 4, of the same cross-section and at a corresponding distance from this axis.
  • the outlet openings 9, 10 accordingly form an annular row of holes in the inner chamber 1.
  • the outlet openings 9, 10 of the inner chamber 1 open into the outer chamber 2.
  • the latter has a correspondingly large number of outlet openings 11, 12 which overlap with the outlet openings 9, 10 of the inner chamber.
  • the cross section of the outlet openings 11, 12 of the outer chamber 2 is larger than the cross section of the outlet openings of the inner chamber 1. It preferably corresponds to the sum of the cross section of the outlet openings 9, 10 of the inner chamber 1 and the annular cross section of the openings of the outer chamber 2 towards their outlet openings.
  • the last-mentioned annular cross section results in 1t.D.W, where D is the diameter of the outlet openings 11, 12 of the outer chamber 2 and W is their width at their outlet openings 9,10.
  • the outlet openings 11, 12 of the outer chamber 2 widen outwards in a cone shape.
  • the diameter mentioned, the slight overpressure of the fuel in the fuel channel 3 and the length of the inner chamber 1 from its inlet opening 6 to its opposite wall are coordinated with one another in such a way that a thin fuel jet, approximately hitting the center of the opposite wall, results.
  • the length of the inner chamber 1 should therefore not be greater than approximately 20 times the diameter of its inlet opening 6.
  • Atomizing air is supplied via the air duct 5 and also under excess pressure. This overpressure is approximately 1.05 to 1.3 times, preferably 1.2 times the external pressure in the vicinity of the atomizing nozzle. The atomizing air must supply most of the energy required to atomize the liquid fuel.
  • a particularly good atomization cannot be achieved by being expelled from the outlet openings 9, 10 of the inner chamber 1 alone, since part of the fuel wets the walls of the outlet openings 9, 10 and forms a wall film.
  • the desired high atomization quality is only achieved by the outer chamber 2.
  • the main part of the atomizing air supplied through the air duct 5 enters the outer chamber 2 via the connection openings 8 and flows around the inner chamber 1.
  • This effect reliably prevents the fuel drops of the fuel aerosol emerging from the inner chamber 1 from coming into contact with the walls of the outlet openings 11, 12. This leads to a considerable improvement in the atomizing quality.
  • the main part of the atomizing air preferably approx. 70-80%, flows through the outer chamber 2, its flow resistance and the flow resistance of the connection openings 8 must be dimensioned in a suitable manner in relation to the flow resistance through the inner chamber 1.
  • the diameter of the outlet openings 9, 10 of the inner chamber 1 should be approximately a factor 1.33 larger than the diameter of their inlet opening 6.
  • grooves 13, which are indicated by dashed lines in FIG. 1, are preferably between the outlet openings 9, 10 and 11, 12 in which the in nenhunt 1 provided by the outer chamber 2 separating wall on the side facing the latter.
  • the selected angles of the outlet openings 9, 10 and 11, 12 relative to the axis 4, in particular by dividing the outlet openings 9, 10 and 11, 12 into two groups 9, 11 and 10, 12 with different angles make one in view achieved optimal spatial atomization characteristics for the intended use in a gas turbine combustion chamber.
  • a reliable cross-ignition to neighboring burners of the same type is guaranteed by the outlet openings 10, 12.
  • the selected number of only a total of eight outlet openings 9, 10 or 11, 12 is advantageous to the extent that, given this number, no negative pressure zone constricting its width can form in the center of the flow field. There is enough space between the outlet openings for pressure equalization.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zerstäuberdüse zur Zerstäubung von flüssigem Brennstoff unter Luftzufuhr.
  • Bei der Zerstäubung unter Luftzufuhr wird die zur Zerstäubung erforderliche Energie ausschliesslich oder wenigstens überwiegend der Zerstäuberluft entnommen.
  • Die Zerstäubung erfolgt zur anschliessenden Verbrennung des Brennstoffes. Es wird eine möglichst feine Zerstäubung angestrebt.
  • Die Zerstäuberdüse soll den Kopf der Brennerlanze eines Gasturbinenbrenners bilden, um diesen auch für die Verbrennung flüssigen Brennstoffs auszubilden. Insbesondere soll sie Verwendung finden bei einem Gasturbinenbrenner mit mehreren an einer ringförmigen Brennkammer angeordneten Brennerlanzen.
    • Stand der Technik
  • Aus einem Artikel von Arthur H. Lefebvre, "Airblast Atomization", Prog. Energy Combust. Sci., Vol 6, pp. 233-261, Pergamon Press Ltd, 1980, sind verschiedene Zerstäuberdüsen der eingangs genannten Art bekannt.
  • Für die beabsichtigte Verwendung in einem Gasturbinenbrenner, insbesondere mit mehreren an einer ringförmigen Brennkammer angeordneten Brennerlanzen, sind die bekannten Zerstäuberdüsen jedoch sämtlich ungeeignet. Dies gilt besonders im Hinblick auf ihre räumliche Zerstäubungscharakteristik. Sie ist zu stark zentriert. Eine im beabsichtigten Rahmen einsetzbare Zerstäuberdüse muss eine erheblich weiter aufgefächerte Zerstäubungscharakteristik aufweisen, um die Querzündung zwischen benachbarten Brennerlanzen der gleichen Brennkammer sicherzustellen. Andererseits muss die Flamme trotz der weiten Zerstäubungscharakteristik bei Reduktion der Brennstoffzufuhr bis zu sehr mageren Brennstoff-/Luftverhältnissen erhalten bleiben. Im Hinblick auf eine möglichst schadstoffarme Verbrennung sollte die Zerstäuberdüse zudem eine möglichst hohe Zerstäubungsgüte aufweisen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zerstäuberdüse zur Zerstäubung von flüssigem Brennstoff unter Luftzufuhr anzugeben, die den vorgenannten Anforderungen gerecht wird.
  • Diese sowie weitere Aufgaben werden gemäss der vorliegenden Erfindung gelöst durch die Angabe einer neuen Zerstäuberdüse mit den Merkmalen des Patentnanspruchs 1.
  • Die Zerstäuberdüse nach der vorliegenden Erfindung weist demnach u.a. eine Innenkammer und eine diese mantelförmig umgebende Aussenkammer auf, die mit mehreren sich jeweils überdeckenden Austrittsöffnungen versehen sind. Nur ein Teil der Luft strömt in die Innenkammer und dient dort neben einer Grobzerstäubung des ebenfalls in die Innenkammer einströmenden flüssigen Brennstoffes im wesentlichen zu dessen Gleichverteilung auf ihre Austrittsöffnungen. Der andere Teil der Luft umströmt die Innenkammer durch die Aussenkammer und wird dem aus den Austrittsöffnungen der Innenkammer austretenden grobzerstäubten Brennstoff konzentrisch zugemischt. Damit wird verhindert, dass flüssige Brennstofffragmente in Kontakt mit den Wänden der Austrittsöffnung der Aussenkammer kommen. Dieser Effekt tritt bei den bisher bekannten Zerstäuberdüsen üblicherweise auf und führt zu einer gravierenden Verschlechterung der Zerstäubergüte.
  • Mit der erfindungsgemässen Zerstäuberdüse konnte eine erhebliche Verbesserung der Flammenstabilität erreicht werden. Die Flammenstabilität wird von der Zerstäuberdüse direkt beeinflusst. Je besser die Zerstäubungsgüte, desto schneller können die Brennstofftropfen völlig verdampfen und die Flamme nähren.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Zerstäuberdüse sind in den abhängigen Patentansprüchen gekennzeichnet.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der beigefügten Zeichnungen.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 in geschnittener Darstellung eine Zerstäuberdüse nach der Erfindung mit Innenkammer und Aussenkammer und
    • Fig. 2 in schematischer Darstellung die Art der Strömung im Bereich der Austrittsöffnung der Aussenkammer.
    Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen. In Fig. 1 ist in geschnittener Darstellung eine Zerstäuberdüse dargestellt mit einer Innenkammer 1 und einer Aussenkammer 2. Die Aussenkammer 2 umgibt die Innenkammer 1 mantelförmig. Sie weist eine annähernd halbkugelschalenförmige Form auf.
  • In die Innenkammer 1 münden ein zentraler Brennstoffkanal 3 und ein diesen mit gleicher Achse 4 umgebender Luftkanal 5 über Eintrittsöffnungen 6 bzw. 7. Der Luftkanal steht ausserdem über Verbindungsöffnungen 8 mit der Aussenkammer 2 in Verbindung. Die Eintrittsöffnung 7 des Luftkanals 5 in die Innenkammer weist entweder einen ringförmigen Querschnitt auf oder wird durch mehrere, ringförmig verteilte Einzelöffnungen gebildet. Gleiches gilt für die Verbindungsöffnungen 8.
  • Auf ihrer den Eintrittsöffnungen 6 und 7 gegenüberliegenden Seite ist die Innenkammer 1 mit mehreren Austritssöffnungen 9,10 versehen. Es sind vier Austrittsöffnungen 9 und vier Austrittsöffnungen 10 vorgesehen. Die Austrittsöffnungen 9 schliessen mit der Achse 4 einen Winkel (Polarwinkel) im Bereich zwischen 20° und 45°, vorzugsweise jedoch von 25° ein. Die Austrittsöffnungen 10 schliessen mit der Achse 4 einen Winkel im Bereich zwischen 45° und 70°, vorzugsweise jedoch von 65° ein.
  • Die Austrittsöffnungen 9 und 10 sind bezüglich einer Drehung um die Achse 4 um einen Winkel von 45° (Azimutwinkel) gegeneinander versetzt.
  • Zu ihren Austrittsöffnungen 9,10 hin verjüngt sich der Querschnitt der Innenkammer 1. In Richtung von ihren Eintrittsöffnungen 6,7 zu ihren Austrittsöffnungen 9,10 hin ist die Innenkammer zunächst zylindrisch, dann kegelstumpfförmig. Die Austrittsöffnungen 9,10 gehen von dem kegelstumpfförmigen Teil aus und zwar bezüglich der genanten Richtung bzw. der Achse 4 vom gleichen Querschnitt und mit übereinstimmendem Abstand von dieser Achse. Die Austrittsöffnungen 9,10 bilden demnach in der Innenkammer 1 eine ringförmige Lochreihe.
  • Die Austrittsöffnungen 9,10 der Innenkammer 1 münden in die Aussenkammer 2. Letztere weist entsprechend viele Austrittsöffnungen 11,12 auf, die sich mit den Austrittsöffnungen 9,10 der Innenkammer überdecken. Der Querschnitt der Austrittsöffnungen 11,12 der Aussenkammer 2 ist grässer als der Querschnitt der Austrittsöffnungen der Innenkammer 1. Er entspricht vorzugsweise der Summe des Querschnittes der Austrittsöffnungen 9,10 der Innenkammer 1 und dem ringförmigen Querschnitt der Oeffnungen der Aussenkammer 2 zu ihren Austrittsöffnungen hin. Der letztgenannte ringförmige Querschnitt ergibt sich zu 1t.D.W, wobei D den Durchmesser der Austrittsöffnungen 11,12 der Aussenkammer 2 und W ihre Weite an ihren Austrittsöffnungen 9,10 bedeuten.
  • Die Austrittsöffnungen 11,12 der Aussenkammer 2 erweitern sich nach aussen kegefförmig.
  • Die Wirkungsweise der beschriebenen Zerstäuberdüse ist die folgende:
    • Ueber den Brennstoffkanal 3 wird ein flüssiger Brennstoff, beispielsweise Oel, unter geringem Ueberdruck zugeführt. Durch die Eintrittsöffnung 6 strömt der Brennstoff in die Innenkammer 1 ein. Der Durchmesser der Eintrittsöffnung 6 ist etwa 10- fach kleiner als der Durchmesser des Brennstoffkanals 3 und im Bereich zwischen 0,6 mm und etwa 1,2 mm gewählt. Wesentlich kleinere Durchmesser als 0,6 mm sind aus Gründen der Verstopfungsgefahr der Eintrittsöffnung von Nachteil.
  • Der genannte Durchmesser, der geringe Ueberdruck des Brennstoffs im Brennstoffkanal 3 sowie die Länge der Innenkammer 1 von ihrer Eintrittsöffnung 6 bis zu ihrer gegenüberliegenden Wand sind so aufeinander abgestimmt, dass sich ein dünner, etwa auf die Mitte der gegenüberliegenden Wand treffender Brennstoffstrahl ergibt. Die Länge der Innenkammer 1 sollte deswegen nicht grösser als das ca. 20-fache des Durchmessers ihrer Eintrittsöffnung 6 sein.
  • Beim Auftreffen auf die der Eintrittsöffnung 6 gegenüberliegende Wand wird der flüssige Brennstoff grob zerstäubt.
  • Ueber den Luftkanal 5 wird Zerstäuberluft zugeführt und zwar ebenfalls unter Ueberdruck. Dieser Ueberdruck beträgt etwa das 1,05- bis 1,3-fache, vorzugsweise das 1,2-fache des Aussendruckes in der Umgebung der Zerstäuberdüse. Die Zerstäuberluft muss den grössten Teil der für die Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes erforderlichen Energie liefern.
  • Ein Teil der über den Luftkanal 5 zugeführten Zerstäuberluft tritt über die Eintrittsöffnung 7 in die Innenkammer 1 ein. Sie dient dort dazu, den, wie vorstehend beschrieben, durch Auftreffen auf ihre den Eintrittsöffnungen 6,7 gegenüberliegenden Wand grob zerstäubten Brennstoff durch ihre Austrittsöffnungen 9,10 gleichmässig verteilt auszutreiben.
  • Es sei betont, dass es hier vornehmlich auf eine möglichst gute Gleichverteilung des Brennstoffs auf die einzelnen Austrittsöffnungen 9,10 und weniger bereits auf eine Zerstäubung mit der letztlich gewünschten Güte ankommt.
  • Eine besonders gute Zerstäubung ist durch das Austreiben aus den Austrittsöffnungen 9,10 der Innenkammer 1 allein auch gar nicht erreichbar, da ein Teil des Brennstoffs die Wände der Austrittsöffnungen 9,10 benetzt und einen Wandfilm bildet. Die gewünschte hohe Zerstäubergüte wird erst durch die Aussenkammer 2 erreicht.
  • Der Hauptteil der durch den Luftkanal 5 zugeführten Zerstäuberluft tritt über die Verbindungsöffnungen 8 in die Aussenkammer 2 ein und umströmt in dieser die Innenkammer 1. An ihren sich mit den Austrittsöffnungen 9,10 der Innenkammer 1 überdeckenden Austrittsöffnungen 11,12 legt sich die durch die Aussenkammer 2 strömende Zerstäuberluft konzentrisch um das aus den Austrittsöffnungen 9,10 der Innenkammer 1 austretende Brennstoffaerosol. Dies ist in Fig. 2 verdeutlicht. Durch diesen Effekt wird sicher verhindert, dass die Brennstofftropfen des aus der Innenkammer 1 austretenden Brennstoffaerosols mit den Wänden der Austrittsöffnungen 11,12 in Berührung kommen. Dadurch wird eine erhebliche Verbesserung der Zerstäubergüte erreicht.
  • Damit der Hauptteil der Zerstäuberluft, vorzugsweise ca. 70 - 80 %, durch die Aussenkammer 2 strömt, muss deren Strömungswiderstand und der Strömungswiderstand der Verbindungsöffnungen 8 in geeigneter Weise im Verhältnis zum Strömungswiderstand durch die Innenkammer 1 bemessen sein. Der Durchmesser der Austrittsöffnungen 9,10 der Innenkammer 1 sollte bei insgesamt acht Austrittsöffnungen etwa einen Faktor 1,33 grösser als der Durchmesser ihrer Eintrittsöffnung 6.
  • Von Vorteil ist es, wenn sich in der Aussenkammer 2 an ihren Austrittsöffnungen 11,12 die grösste Strömungsgeschwindigkeit einstellt. Der Strömungsquerschnitt der Aussenkammer 2 sollte deshalb dort am geringsten sein.
  • Weiter ist es von Vorteil, den Strömungsquerschnitt der Aussenkammer 2 zwischen ihren Austrittsöffnungen 11,12 grösser auszubilden als zwischen diesen Austrittsöffnungen und den Verbindungsöffnungen 8. Dadurch wird eine gleichmässige Ummantelung des aus den Austrittsöffnungen 9,10 der Innenkammer 1 austretenden Brennstoffaerosols erreicht. Vorzugsweise werden dazu Nuten 13, die in Fig. 1 strichliert angedeutet sind, zwischen den Austrittsöffnungen 9,10 bzw. 11,12 in der die Innenkammer 1 von der Aussenkammer 2 trennenden Wand auf ihrer der letzteren zugewandeten Seite vorgesehen.
  • Durch die gewählten Winkel der Austrittsöffnungen 9,10 bzw. 11,12 relativ zur Achse 4, insbesondere durch die Aufteilung der Austrittsöffnungen 9,10 bzw. 11,12 auf zwei Gruppen 9,11 und 10,12 mit unterschiedlichen Winkeln wird eine im Hinblick auf die beabsichtigte Verwendung in einer Gasturbinenbrennkammer optimale räumliche Zerstäubungscharakteristik erreicht. Durch die Austrittsöffnungen 10,12 wird eine sichere Querzündung zu benachbarten gleichartigen Brennern garantiert. Die Austrittsöffnungen 9,11 garantieren dagegen durch ihren geringeren Winkel zur Achse 4 die Stabilität der Flamme bis zu sehr mageren Brennstoff-/Luftverhältnissen hin.
  • Schliesslich ist die gewählte Anzahl von lediglich insgesamt acht Austrittsöffnungen 9,10 bzw. 11,12 insoweit von Vorteil, dass sich bei dieser Anzahl im Zentrum des Strömungsfeldes keine, ihre Weite einengende Unterdruckzone ausbilden kann. Zwischen den Austrittsöffnungen ist genügend Raum für einen Druckausgleich.
    • Bezeichnungsliste
    • 1 Innenkammer
    • 2 Aussenkammer
    • 3 Brennstoffkanal
    • 4 Achse
    • 5 Luftkanal
    • 6 Eintrittsöffnung des Brennstoffkanals in die Innenkammer
    • 7 Eintrittsöffnung des Luftkanals in die Innenkammer
    • 8 Verbindungsöffnung zwischen dem Luftkanal und der Aussenkammer
    • 9 Austrittsöffnung der Innenkammer
    • 10 Austrittsöffnung der Innenkammer
    • 11 Austrittsöffnung der Aussenkammer
    • 12 Austrittsöffnung der Aussenkammer
    • 13 Rillen

Claims (8)

1. Zerstäuberdüse zur Zerstäubung von flüssigem Brennstoff unter Luftzufuhr, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- Sie weist eine Innenkammer (1), eine diese umgebende, annähernd halbkugelschalenförmige Aussenkammer (2), einen zentralen Brennstoffkanal (3) und einen diesen mit gleicher Achse (4) umgebenden Luftkanal (5) auf;
- der zentrale Brennstoffkanal (3) und der Luftkanal (5) münden in Eintrittsöffnungen (6,7) der Innenkammer (1);
- der Luftkanal (5) steht ausserdem über mindestens eine Verbindungsöffnung (8) mit der Aussenkammer (2) in Verbindung;
- die Innenkammer (1) weist, ihren Eintrittsöffnungen (6,7) gegenüberliegend, mehrere Austrittsöffnungen (9,10) auf, welche in die Aussenkammer (2) münden;
- die Aussenkammer (2) weist entsprechend viele, mit den Austrittsöffnungen (9,10) der Innenkammer (1) sich überdeckende, nach aussen führende Austrittsöffnungen (11,12) auf.
2. Zerstäuberdüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet weiter durch folgende Merkmale:
- Es sind zwei Gruppen von jeweils vorzugsweise vier Austrittsöffnungen (9,11 bzw. 10,12) der Innenkammer (1) und der Aussenkammer (2) vorgesehen;
- die Austrittsöffnungen (9,11) einer der beiden Gruppen schliessen mit der Achse (4) des Brennstoffkanals (3) bzw. des Luftkanals (5) einen Winkel zwischen 20° und 45°, vorzugsweise jedoch von 25° ein;
- die Austrittsöffnungen (10,12) der anderen Gruppe schliessen mit der genannten Achse (4) einen Winkel zwischen 45° und 70°, vorzugsweise jedoch von 65° ein.
3. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet weiter durch folgende Merkmale:
- Die in die Aussenkammer (2) mündenden Austrittsöffnungen (9,10) der Innenkammer (1) weisen einen geringeren Querschnitt auf als die nach aussen führenden Austrittsöffnungen (11,12) der Aussenkammer (2);
- die Austrittsöffnungen (11,12) der Aussenkammer (2) erweitern sich kegelförmig nach aussen;
- der kleinste Querschnitt der Austrittsöffnungen (11,12) der Aussenkammer (2) entspricht jeweils der Summe aus dem Querschnitt der Austrittsöffnungen (9,10) der Innenkammer (1) und dem ringförmigen Querschnitt der Oeffnung der Aussenkammer (2) zu ihren Austrittsöffnungen (11,12).
4. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
-Die Strömungswiderstände der Innenkammer (1) und der Aussenkammer (2) sind, insbesondere durch geeignet Bemessung der strömungstechnisch wirksamen Querschnitte relativ zueinander derart gewählt, dass ca. 70-90 % der Luft aus dem Luftkanal (5) durch die Aussenkammer (2) und entsprechend nur ca. 10-30 % der Luft durch die Innenkammer (1) strömt.
5. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet weiter durch folgende Merkmale:
- Der Querschnitt der Innenkammer (1) verjüngt sich zu ihren Austrittsöffnungen (9,10) hin;
- die Austrittsöffnungen (9,10) der Innenkammer (1) bilden in ihr eine ringförmige Lochreihe.
6. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet weiter durch folgende Merkmale:
- An ihren Austrittsöffnungen (11,12) weist die Aussenkammer (2) jeweils ihren minimalen Strömungsquerschnitt auf;
- zwischen ihren Austrittsöffnungen (11,12) weist die Aussenkammer (2) jeweils einen grösseren Strömungsquerschnitt auf als zwischen diesen und den Verbindungsöffnungen (8) zum Luftkanal (5).
7. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet weiter durch folgende Merkmale:
- Der Durchmesser der Eintrittsöffnung (6) des Brennstoffkanals (3) in die Innenkammer (1) beträgt wenigstens 0,6 mm und höchstens 1,2 mm;
- die Länge der Innenkammer (1) in Richtung der Achse (4) des Brennstoffkanals (3) bzw. des Luftkanals (5) ist um ca. einen Faktor 20 grösser als der Durchmesser der Eintrittsöffnung (6) des Brennstoffkanals (3) in die Innenkammer (1)
- der Durchmesser der Austrittsöffnungen (9,10) der Innenkammer (1) ist bei insgesamt acht Austrittsöffnungen um ca. einen Faktor 1,33 grösser als der Durchmesser der Eintrittsöffnung (6) des Brennstoffkanals (3) in die Innenkammer (1);
- der Durchmesser des Brennstoffkanals (3) ist um ca. einen Faktor 10 grösser als seine Eintrittsöffnung (6) in die Innenkammer (1).
8. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet weiter durch folgendes Merkmal:
-Sie ist für einen Ueberdruck von mindestens 1,3 bar im Luftkanal (5) gegenüber ihrer äusseren Umgebung ausgebildet.
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