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Strahlapparat, der der Herstellung eines Brenngemisches dient Für
die Herstellung des brennfähigen Gas-Luft-Gemisches von Gasfeuerungen sind Mischeinrichtungen
bekannt, die nach dem Prinzip des Strahlgebläses arbeiten. Das Gas wird der Mischeinrichtung
unter Überdruck zugeführt und tritt aus einer Düse mit einer dem verfügbaren Gefälle
entsprechenden Geschwindigkeit aus. Der Gasstrahl wird in ein Mischrohr eingeblasen,
das zylindrisch oder mit konischer Erweiterung ausgeführt ist. In dem Mischrohr
findet die Durchmischung des Gases mit der Verbrennungsluft statt, welche durch
die Schleppwirkung des Gasstrahles konzentrisch um die Gasdüse herum in das Mischrohr
eingesaugt wird. Kennzeichnend für den Betrieb derartiger Mischeinrichtungen ist
das Vorhandensein gleichen Drucks vor dem Eintritts- und hinter dem Austrittsquerschnitt
des Mischrohres. Die Schleppwirkung des Gasstrahles wird nur zur Beschleunigung
der erforderlichen Verbrennungsluft und zur Überwindung der Strömungsverluste im
Mischrohr benötigt.
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Ist die Schleppwirkung zu groß und wird infolgedessen zuviel Verbrennungsluft
angesaugt, dann wird der Verbrennungsluftstrom vor dem Mischrohreintritt durch einen
verstellbaren Drosselquerschnitt hindurchgeführt, der die Einstellung des optimalen
Gas-Luft-Durchsatzverhältnisses gestattet. Das bekannteste Beispiel einer derartigen
Mischeinrichtung ist der Bunsenbrenner. Durchsatz bedeutet im folgenden immer das
in einer Zeiteinheit durch die Mischeinrichtung strömende Gewicht des betreffenden
Mediums.
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Bei dem Einsatz von Mischeinrichtungen der-genannten Art für Gasfeuerungen
technischer Anlagen, insbesondere f ür Brennkammern von Gasturbinen oder für viele
Arten von Kesselfeuerungen, ergeben sich Schwierigkeiten dadurch, daß der Druck
in dem Raum, in dem sich die Famme befindet, niedriger ist als der Druck in dem
Sammelraum, aus dem die Verbrennungsluft über den genannten verstellbaren Drosselquerschnitt
zum Mischrohr strömt. Es strömt infolgedessen auch bei abgesperrter Gaszufuhr ein
bestimmter Verbrennungsluftdurchsatz laufend durch die Mischeinrichtung. Ist dieses
Druckgefälle der Verbrennungsluft groß gegenüber dem Druckanstieg, den der Gasstrahl
im Mischrohr hervorruft, so verändert sich der Verbrennungsluftdurchsatz in Abhängigkeit
vom Gasdurchsatz sehr wenig. Eine Verminderung der Gaszufuhr hat demnach ein Absinken
des Gas-Luft-Durchsatzverhältnisses, d. h. ein Ansteigen der Luftüberschußzahl zur
Folge. Da ein unzulässiges Ansteigen der Luftüberschußzahl den Ausbrand beeinträchtigt
und schließlich das Erlöschen der Flamme zur Folge hat, ist man in solchen Fällen
gezwungen, zum näherungsweisen Konstanthalten der Luftüberschußzahl einen zwischen
Verbrennungsluftsammelraum und Mischrohreintrittsquerschnitt angeordneten Drosselquerschnitt
durch eine zusätzliche Regeleinrichtung der Gaszufuhr entsprechend verstellen zu
lassen.
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Gemäß der Erfindung wird der Zweck verfolgt, mit einem Strahlapparat,
der der Herstellung eines Brenngemisches dient und aus einer Treibdüse, einem nach
außen geschlossenen Saugraum und einer mit einer Drosselstelle versehenen Zuleitung
für das anzusaugende Mittel besteht, das vor der Drosselstelle einen höheren Druck
als den im Flammraum herrschenden hat, über einen weiten Belastungsbereich ein etwa
konstantes Mischungsverhältnis zwischen den beiden Brenngemischbestandteilen zu
erhalten, ohne den Drosselquerschnitt zu verändern.
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Gemäß der Erfindung wird daher ein Strahlapparat obengenannter Art
vorgeschlagen, bei dem der Drosselquerschnitt so klein und für alle Lasten konstant
festgelegt ist, daß sich bei den ausgelegten Durchsatzmengen im Saugraum ein Unterdruck
gegenüber dem Flammraum einstellt, der mindestens zweieinhalbmal (vorzugsweise fünfmal)
so groß ist wie die Differenz zwischen dem Druck vor dem Drosselquerschnitt und
dem Druck im Flammraum.
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Somit ist erreicht, daß der die Aufrechterhaltung eines etwa konstanten
Mischungsverhältnisses störende Einfluß des in der Zuleitung herrschenden Überdrucks
gegenüber
dem Flammraum innerhalb eines weiteren Belastungsbereiches in tragbaren Grenzen
bleibt.
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Es hat sich gezeigt, daß bei einem genannten Druckanstieg, der kleiner
ist als etwa das Zweieinhalbfache der genannten Druckdifferenz, die Luftüberschußzahl
sich bei Veränderung des Brennmediumdurchsatzes wesentlich ändert. Erst von einem
etwa zweieinhalbfachen Druckanstieg an ist die Luftüberschußzahl im wesentlichen
konstant innerhalb eines in der Praxis erforderlichen Bereiches von 100 bis etwa
3511. des Brennmediumdurchsatzes, d. h., das Druckgefälle an der Drosselstelle ist
dann dem Quadrat des Gasdurchsatzes proportional, womit also auch der Verbrennungsluftdurchsatz
durch die Drosselstelle dem Gasdurchsatz proportional ist. Eine genaue genannte
Konstanz der Luftüberschußzahl wird dann erzielt, wenn der genannte Druckanstieg
etwa fünfmal so groß ist wie die besagte Druckdifferenz.
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Zum Verständnis der Funktion des Strahlapparates gemäß der Erfindung
ist in Fig. 1 das Kennfeld eines solchen dargestellt. Die bei der Erklärung dieses
Kennfeldes benutzten Bezugszeichen stammen aus Fig. 2, in der ein Strahlapparat
gemäß der Erfindung als Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es wird daher zuerst
dieser Strahlapparat beschrieben.
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Mit 10 ist ein Verbrennungsluftsammelraum bezeichnet, mit 24
eine Drosselstelle mit konstantem Querschnitt 11, mit 12 ein nach
außen geschlossener Saugraum, der sich vor einem Eintrittsquerschnitt 18 eines Mischrohres
14 befindet, mit 13 eine Gasdüse als Treibdüse und mit 15 ein Flammraum.
Das Gas (Pfeil 23) strömt durch das zylindrische Rohr 21 unter Überdruck in den
Strahlapparat ein, wird in der Gasdüse 13 entspannt, wobei es auf hohe Geschwindigkeit
kommt, und saugt die Verbrennungsluft aus dem Saugraum 12 über den Ringquerschnitt
25 an, in dem diese Luft auf höhere Geschwindigkeit gebracht wird. Im Mischrohr
14, das aus einem zylindrischen Teil 16 und einem sich erweiternden Teil
(Diffusor) 17 besteht, erfolgt die Mischung zwischen Luft und Gas (Pfeile 22 und
23) und des weiteren ein Druckanstieg um das Fünffache der Druckdifferenz zwischen
den Räumen 10 und 15. Die Luft (Pfeile 22) strömt aus dem Sammelraum
10 über den unveränderlichen Drosselquerschnitt 11 dem Ansaugraum
12 zu.
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Ein Differenzdruckmanometer 19 mißt die Druckdifferenz d P' zwischen
den Räumen 10 und 15, und ein Differenzdruckmanometer 20 mißt die Druckdifferenz
d P zwischen den Räumen 12 und 15.
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Auch in Fig. 1 treten die Druckdifferenzen A P und A P' auf.
GL bezeichnet den Verbrennungsluftdurchsatz und GG den Gasdurchsatz. Der Index
A kennzeichnet den Auslegungspunkt bei 100 % Gasdurchsatz und gewünschter
Luftüberschußzahl. Für GG/GG 4
= 100, 75 °/o usw. erhält man Betriebskennlinien,
die A PIA PA als Funktion von GLIGLA zeigen und auf denen der Strahlapparat
arbeiten würde, wenn der Drosselquerschnitt 11 verändert würde. Gemäß der Erfindung
aber ist der Drosselquerschnitt 11 so klein und konstant festgelegt, daß
bei Änderung des Gasdurchsatzes GG der Strahlapparat auf der Kurve A-Ai-AZ-B konstanten
Drosselzustandes arbeitet. Im Auslegungspunkt A herrscht an der fest eingestellten
Drosselstelle das Druckgefälle A PA -F- A P', aus dem sich der Durchsatz
GLA ergibt.
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Wird der Gasdurchsatz auf 0,35 GG.. gesenkt, so arbeitet der
Strahlapparat in Punkt B. Da der Strahlapparat im Punkt B bei der geförderten Luftmenge
0,35 GLA im Mischrohr 14 eine Drosselwirkung hervorruft, kann er die Luftmenge
0,35 GLA nur durchsetzen, wenn ein Strömungsverlust A P$ in Kauf genommen
und ein Teil des Druckgefälles A P' zur Überwindung dieses Strömungsverlustes APB
verwendet wird.