Brenner für flüssige Brennstoffe. Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe mit einem dem Brenn- raum unmittelbar vorgelagerten, mit einer Ablaufleitung für den Brennstoff versehenen Düsenraum und besteht darin, dass Mittel vor gesehen sind, durch die dem Brennstoff im Düsenraum eine so stark rotierende Bewe gung erteilt werden kann, dass im Düsenraum ein Wirbelkern-Hohlraum entsteht, durch ,
dessen Grösse die in den Brennraum einge spritzte Brennstoffmenge unter ,dem Einfluss einer in der an den Düsenraum angeschlosse nen Ablaufleitung angeordneten, verschieden einstellbaren Drosselvorrichtung bestimmt wird.
Es kann die Öffnung, durch die der Brennstoff aus dem Düsenraum in die Ab laufleitung gelangt, so viel grösser als die Einspritzöffnung gewählt sein, @dass bei ganz geöffneter Drosselvorrichtung keine Brenn stoffeinspritzung stattfindet und somit die Brennstaffeinspritzun.g in den Brennraum erst beginnt, wenn unter dem Einfluss der Drosselvorrichtung der Durchmesser des Wirbelkern.-Hohlraumes. kleiner als der Durchmesser der Einspritzöffnung ausfällt. Auf der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform ,des Brenners nach der Er findung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt ,durch -den Brenner, Fig. 2 eine Ansicht der dem Düsenraum vorgelagerten Spira:lnuten, Fig. 3 bis 5 den Düsenraum in grösserem Massstab für drei verschiedene Betriebszu stände.
Der Brenner 1, Fig. 1, der in den Brenn- raum 2 eines Kessels, einer Gasturbinenan- lage oder dergleichen eingebaut sein kann, ist von der an die Luftleitung 3 angeschlossenen Luftdüse 4 umgeben und an die Brennstoff leitung 5 angeschlossen, aus welcher der Brennstoff durch den Ringraum 6 über die Spiralnuten 7 in :den dem Brennraum 2 un mittelbar vorgelagerten Düsenraum 8 ein strömt.
Die Spiralnuten münden angenähert tangential in den Düsenraum 8 ein. Aus dem Raum 8 gelangt der Brennstoff einerseits durch die Ablauföffnung 9 in die mit dem Drosselventil 10 versehene Ablaufleitung 11, anderseits wird er unter dem Einfluss de: < Drosselventils 10 durch die Einspritzöffnung 12 in kleinerer oder grösserer Menge in .den Brennraum 2 eingespritzt.
Für die Ein- @spritzöffnung 12 ist die Abschlussnadel 13 vorgesehen, die .durch den Brennstoffdruck auf den Kolben 14 geöffnet. und bei Verrin- erung dieses Druckes durch die Schliessfeder g<B>o</B> l:5 geschlossen wird.
Der Betrieb des Brenners 1 gestaltet. sich -wie folgt: Beim Inbetriebnehmen der nicht gezeich neten Pumpe, nachdem die Luftzufuhr durch die Düse 4 geöffnet isst, wird der Brennstoff im Raum 6 unter Druck gesetzt und .die Na del 13 geöffnet.
Bei voll geöffnetem Drossel ventil 10 strömt aber die gesamte über die Leitung 5 zugeführte Brennstoffmenge durch den Raum 6, den Düsenraum 8, die Ablauf öffnung 9 und die Ablaufleitung 11 zuriick zur Pumpe. Nicht nur kreist infolge des Druckabfalles in den Einströmnuten 7 der Brennstoff mit grosser Geschwindigkeit im Raum 8 und bildet einen Wirbel mit einem hohlen Kern 16, Fig. 3, sondern die Ablauf öffnung 9 hat einen Durchmesser dl, der so gross ist,
dass bei völlig geöffnetem Drossel ventil 10 der Durchmesser d. des Hohlraumes 16 grösser ist als der Durchmesser d2 der Ein- spritzöffnung 12.
Die Brennstoffeinspritzung beginnt erst, wenn durch das Betätigen des Drosselventils 10 der Brennstoffablauf so verringert und der Gegendruck in der Ablaufleitung 11 so erhöht wird, dass der neue Durchmesser d.-.' des Hohlraumes 16 kleiner ausfällt als der Durchmesser d, der Einspritzöffnung 12, Fig. 4.. Die eingespritzte Brennstoffmenge entspricht dem für den Durelifluss verfüg- baren Ringquerschnitt 17 der Einspritzöff nung 12 mit dem Aussendurchmesser d., und dem Innendurchmesser d:;
', und zwar im Zu sammenhang mit der infolge der Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse im Düsenraum 8 sich einstellenden Durchflussgesehwindi"- keit im Ringquerschnitt 17. Da die in .den Düsenraum 8 geförderte Brennstoffmenge grösser ist als die eingespritzte Menge, wird die überschüssige Menge von der gedrosselten Ablaufleitung 11 aufgenommen und zur Pumpe zurückgeleitet.
Beim weiteren Schliessen des Drosselven tils erhöht sich der Gegendruck in der Lei tung 11 und verkleinert sich .der Hohlraum 16 immer mehr, bis beim gänzlichen Schlie ssen des Ventils 10 die gesamte .geförderte Brennstoffmenge eingespritzt wird und der Wirbelkern-Hohlraum 16 nicht mehr vor banden ist, wie in Fig. 5 gezeigt. Bei der grössten Belastung des, Brenners ist somit die Drosselvorrichtung 10 ganz geschlossen.
Um die einzuspritzende Brennstoffmenge zu verkleinern, wird das Drosselventil 10 im öffnenden Sinne betätigt, die beschriebenen Vorgänge verlaufen im entgegengesetzten Sinne, der Durchmesser des Hohlraumes 16 wächst von Null bis dl, die eingespritzte Brennstoffmenge verringert sich von der maximalen Menge bis auf Null.
Beim Abstellen des Brenners wird un abhängig von der Stellung des Drosselventils 10 durch Abstellen der Pumpe der Druck des zugeführten Brennstoffes gesenkt, so dass die Nadel 13 infolge des verringerten Gegen druckes auf den Kolben 14 unter dem Druck der Schliessfeder 15 die Einspritzöffnung 12 abschliesst, wodurch ein Nachtropfen von Brennstoff in den Brennraum 2 vermieden wird.
Sowohl für das Inbetriebsetzen als auch für das Abstellen des Brenners 1 ist es vor- ti-ilhaft, wenn die Nadel 13 erst bei einem höheren Druck öffnet. Dieser Druck wird zweckmässig so hoch sein, dass er dem aus den Nuten 7 austretenden Brennstoff minde- sIens die Rotationsgeschwindigkeit erteilt, welche beim Offnen der Nadel 13 soglcicli eine einwandfreie Zerstäubng der eingespritz ten Brennstoffmenge gewährleistet, auch wenn diese sehr klein ist,
wobei der Durch- fliissquerschnitt der Nuten 7 für grössere Mengen bemessen sein muss. Beim Abstellen wirkt =ich dies so aus, dass der aus der Ein spritzöffnung austretende Zerstäubungrskegel ohne Nachtropfen scharf abgeschnitten wird. Um ein Aufschäumen -des durch die Lei tung 11 ablaufenden Brennstoffes beim Durchgang durch das Drosselventil 10 zu verhindern, ist vor diesem Ventil der Kühler 19 angeordnet.
Das unmittelbar an den Düsenraum 8 an- schliessende Rohrstück 20 der Ablaufleitung 11 ist verschiebbar im Gehäuse des Brenners 1 gelagert und mit einem -den Düsenraum abschliessenden Körper 21 versehen, der so wohl die Ablauföffnung 9 als auch die Spiral- n'uten 7 enthält.
Dieses Ablaufrohr 20 kann sich an seinem dem Brennraum abgekehrten Ende frei ausdehnen und wird mittels der Feder 22 .gegen die Brennerkappe 23 gepresst, @.o dass auch bei im Betrieb auftretenden ver schiedenen Dehnungen des Brennermantels 24 und des Ablaufrohres 20 ein absolut dich ter Sitz zwischen dem Kopfteil 21 und der Brennerkappe 23 erzielt wird. Eine Urdich- tigkeit an dieser Stelle würde die Wirkung der Spiralnuten 7 und damit den Betrieb des Brenners 1 stark beeinträchtigen.
Der Brenner 1 ist in seinem Aufbau sehr einfach und daher betriebssicher. Es sind keine komplizierten Teile vorhanden, die Schwierigkeiten bei der Herstellung ergeben. Die empfindlichsten Teile, nämlich die Dich tungen 25 und 26 der Nadel 13, :sowie die Dichtung 27 des Ablaufrohres 20, sind in den äussern kalten Teilen des Brenners 1 ange- ordnet und erfordern daher eine geringere Genauigkeit in der Herstellung. Da die Rege lungdes Brennstoffes durch dass Drosselven til 10 ausserhalb des Brenners 1 angeordnet sein kann, kann die Anordnung des Brenners 1 am Brennraum 2 ohne jede Rücksicht auf die Handhabung des Regulierventils 10 be stimmt werden.
Die kleinste einzuspritzende Brennstoff menge wird in keiner Weise bestimmt durch die für die höchste Belastung des Brenners .erforderliche Brennstoffmenge, so dass der Brenner im Gegensatz zu dem bisher bekann ten Bereich von<B>100%</B> bis<B>30%</B> den grösst möglichen Regelbereich von<B>100%</B> bis 0 % aufweist. Dabei kann,die in den Düsenraum 8 eingeführte Brennstoffmenge entweder für alle Belastungen des Kessels, der Gasturbine oder -dergleichen, in dem der Brenner einge baut ist, konstant öder in Funktion dieser Belastung veränderlich sein.
Um ein Verlö schen des Brenners mit Sicherheit auszu schliessen, kann ausserdem das Q,uerschnitts- verhältnis zwischen der Ablauföffnung 9 und der Einspritzöffnung 12 so. gewählt werden, dass während des Betriebes :des Bren ners 1 vom Moment des Öffners der Nadel 13 an dauernd eine Brennstoffmenge eingespritzt wird, die zur Erhaltung einer Stichflamme genügt.
Auch bei völlig ,geöffneter Drossel vorrichtung 10 hat ,dann der Hohlraum 16 einen kleineren Durchmesser als die Ein- spritzöffnung 12. Die die rotierende Bewe gung im Düsenraum 8 bewirkenden Spiral- nuten können auf einer Kegelfläche ange ordnet sein, wodurch die Zerstäubung ver bessert und die Öffnung des Zerstäubungs- kegels in einfacher Weise beeinflusst werden kann.
Das Drosselventil 10 kann sowohl Hand betätigung aufweisen, als auch selbsttätig in Abhängigkeit von einem Betriebsfaktor ein stellbar sein.
Liquid fuel burners. The invention relates to a burner for liquid fuels with a nozzle chamber immediately upstream of the combustion chamber and provided with a discharge line for the fuel, and consists in the fact that means are provided by which the fuel in the nozzle chamber can be given such a strongly rotating movement that a vortex core cavity is created in the nozzle space by,
the size of which is determined by the amount of fuel injected into the combustion chamber under the influence of a differently adjustable throttle device arranged in the discharge line connected to the nozzle chamber.
The opening through which the fuel flows from the nozzle chamber into the discharge line can be selected to be so much larger than the injection opening that when the throttle device is fully open, no fuel injection takes place and fuel injection into the combustion chamber only begins when under the influence of the throttle device, the diameter of the vertebral core.-cavity. is smaller than the diameter of the injection opening. In the drawing, for example, an embodiment of the burner according to the invention is shown schematically.
Fig. 1 shows a longitudinal section through the burner, Fig. 2 shows a view of the Spira upstream of the nozzle space: grooves, Fig. 3 to 5 the nozzle space on a larger scale for three different Betriebszu states.
The burner 1, FIG. 1, which can be installed in the combustion chamber 2 of a boiler, a gas turbine system or the like, is surrounded by the air nozzle 4 connected to the air line 3 and connected to the fuel line 5, from which the Fuel flows through the annular space 6 via the spiral grooves 7 into: the nozzle space 8 which is indirectly upstream of the combustion space 2.
The spiral grooves open approximately tangentially into the nozzle space 8. From the space 8, on the one hand, the fuel passes through the outlet opening 9 into the outlet line 11 provided with the throttle valve 10, and on the other hand, it is injected into the combustion chamber 2 in smaller or larger quantities under the influence of the throttle valve 10 through the injection opening 12.
For the injection opening 12, the terminating needle 13 is provided, which is opened by the fuel pressure on the piston 14. and when this pressure is reduced by the closing spring g <B> o </B> l: 5 is closed.
The operation of the burner 1 is designed. As follows: When the pump is not shown, after the air supply is opened through the nozzle 4, the fuel in space 6 is pressurized and the needle 13 is opened.
When the throttle valve 10 is fully open, however, the entire amount of fuel supplied via the line 5 flows through the space 6, the nozzle space 8, the drain opening 9 and the drain line 11 back to the pump. As a result of the pressure drop in the inflow grooves 7, the fuel not only circles at high speed in the space 8 and forms a vortex with a hollow core 16, FIG. 3, but the outlet opening 9 has a diameter dl that is so large that
that when the throttle valve 10 is fully open, the diameter d. of the cavity 16 is larger than the diameter d2 of the injection opening 12.
The fuel injection only begins when the fuel flow is reduced by actuating the throttle valve 10 and the counterpressure in the discharge line 11 is increased so that the new diameter d.-. ' of the cavity 16 is smaller than the diameter d of the injection opening 12, FIG. 4 .. The injected fuel quantity corresponds to the ring cross-section 17 of the injection opening 12 with the outer diameter d., and the inner diameter d :;
', namely in connection with the flow rate in the ring cross-section 17 which is established as a result of the pressure and speed conditions in the nozzle space 8 throttled drain line 11 added and returned to the pump.
As the throttle valve closes further, the back pressure in the line 11 increases and the cavity 16 becomes smaller and smaller, until the entire amount of fuel delivered is injected when the valve 10 is completely closed and the vortex core cavity 16 is no longer bound is as shown in FIG. With the greatest load on the burner, the throttle device 10 is thus completely closed.
In order to reduce the amount of fuel to be injected, the throttle valve 10 is actuated in the opening direction, the processes described run in the opposite direction, the diameter of the cavity 16 increases from zero to dl, the amount of fuel injected decreases from the maximum amount to zero.
When the burner is turned off, regardless of the position of the throttle valve 10, the pressure of the fuel supplied is lowered by turning off the pump, so that the needle 13 closes the injection opening 12 as a result of the reduced counter pressure on the piston 14 under the pressure of the closing spring 15, whereby a dripping of fuel into the combustion chamber 2 is avoided.
It is advantageous for both starting up and shutting down the burner 1 if the needle 13 only opens at a higher pressure. This pressure is expediently so high that it gives the fuel emerging from the grooves 7 at least the rotational speed which, when the needle 13 is opened, also ensures perfect atomization of the injected fuel quantity, even if this is very small.
the flow cross-section of the grooves 7 must be dimensioned for larger quantities. When it is switched off, this has the effect that the atomizing cone emerging from the injection opening is cut off sharply without dripping. In order to prevent foaming of the fuel flowing through the line 11 when passing through the throttle valve 10, the cooler 19 is arranged in front of this valve.
The pipe section 20 of the drainage line 11 directly adjoining the nozzle space 8 is slidably mounted in the housing of the burner 1 and is provided with a body 21 closing off the nozzle space, which contains both the drainage opening 9 and the spiral grooves 7.
This drain pipe 20 can expand freely at its end facing away from the combustion chamber and is pressed against the burner cap 23 by means of the spring 22, so that even with different expansions of the burner jacket 24 and the drain pipe 20 during operation, an absolutely tight fit between the head part 21 and the burner cap 23 is achieved. A tight seal at this point would greatly impair the effect of the spiral grooves 7 and thus the operation of the burner 1.
The burner 1 is very simple in its structure and therefore reliable in operation. There are no complicated parts that create manufacturing difficulties. The most sensitive parts, namely the seals 25 and 26 of the needle 13, as well as the seal 27 of the drain pipe 20, are arranged in the outer cold parts of the burner 1 and therefore require less precision in manufacture. Since the Rege treatment of the fuel can be arranged by the Drosselven valve 10 outside the burner 1, the arrangement of the burner 1 on the combustion chamber 2 can be true without any regard to the handling of the regulating valve 10.
The smallest amount of fuel to be injected is in no way determined by the amount of fuel required for the highest load on the burner, so that the burner, in contrast to the previously known range of <B> 100% </B> to <B> 30% </B> has the largest possible control range from <B> 100% </B> to 0%. The amount of fuel introduced into the nozzle space 8 can either be constant or variable as a function of this load for all loads on the boiler, the gas turbine or the like in which the burner is built.
In order to prevent the burner from going out with certainty, the cross-sectional ratio between the outlet opening 9 and the injection opening 12 can also be set as follows. be chosen that during operation: the burner 1 from the moment the needle 13 is opened, an amount of fuel is continuously injected that is sufficient to maintain a jet flame.
Even when the throttle device 10 is fully open, the cavity 16 then has a smaller diameter than the injection opening 12. The spiral grooves effecting the rotating movement in the nozzle chamber 8 can be arranged on a conical surface, which improves the atomization and the opening of the atomization cone can be influenced in a simple manner.
The throttle valve 10 can have manual actuation as well as be adjustable automatically depending on an operating factor.