DE1113532B

DE1113532B - Jet apparatus that is used to produce a fuel mixture

Info

Publication number: DE1113532B
Application number: DEL29077A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Von Treuenfels; Dipl-Ing Josef Zipf
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-11-15
Filing date: 1957-11-15
Publication date: 1961-09-07
Also published as: CH367264A

Description

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.Jet apparatus used to produce a fuel mixture for Mixing devices are used to produce the combustible gas-air mixture in gas firing systems known that work on the principle of the jet blower. The gas is the mixing device supplied under positive pressure and exits a nozzle with an available gradient appropriate speed. The gas jet is blown into a mixing tube, which is cylindrical or with a conical extension. In the mixing tube the mixing of the gas with the combustion air takes place, which through the drag effect of the gas jet concentrically around the gas nozzle into the mixing tube is sucked in. It is characteristic of the operation of such mixing devices the presence of the same pressure in front of the inlet and behind the outlet cross-section of the mixing tube. The drag effect of the gas jet is only used for acceleration the required combustion air and to overcome the flow losses in the Mixing tube required.

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.If the drag effect is too great and as a result there is too much combustion air sucked in, then the combustion air flow is before the mixing tube inlet through a adjustable throttle cross-section passed through, the setting of the optimal Gas-air throughput ratio permitted. The best-known example of such The mixing device is the Bunsen burner. Throughput always means that in the following weight of the relevant weight flowing through the mixing device in a unit of time Medium.

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.When using mixing devices of the type mentioned for gas firing technical systems, especially for combustion chambers of gas turbines or for many Types of boiler firing, difficulties arise in that the pressure in the room where the flame is located is lower than the pressure in that Collecting space from which the combustion air flows through the aforementioned adjustable throttle cross-section flows to the mixing tube. As a result, it flows in even when the gas supply is shut off certain combustion air throughput continuously through the mixing device. Is this The pressure gradient of the combustion air is large compared to the pressure increase caused by the gas jet causes in the mixing tube, the combustion air throughput changes as a function very little of the gas throughput. A reduction in the gas supply therefore has a decrease the gas-air flow ratio, d. H. an increase in the excess air number for Episode. Since an unacceptable increase in the excess air factor affects the burnout and ultimately results in the extinction of the flame, one is in such cases forced to keep the excess air number approximately constant between Combustion air plenum and mixing tube inlet cross-section arranged throttle cross-section adjust the gas supply accordingly by an additional control device permit.

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.According to the invention, the purpose is pursued with a jet apparatus, which is used to produce a fuel mixture and a propellant nozzle, one after suction chamber closed on the outside and a feed line provided with a throttle point for the medium to be sucked in there is a higher pressure in front of the throttle point than that prevailing in the combustion chamber, over a wide load range approximately constant mixing ratio between the two fuel mixture components obtained without changing the throttle cross-section.

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.According to the invention, therefore, a jet apparatus of the type mentioned above proposed in which the throttle cross-section is so small and constant for all loads it is specified that there is a negative pressure in the suction chamber with the designed throughput rates compared to the flame chamber, which is at least two and a half times (preferably five times) is as large as the difference between the pressure in front of the throttle cross-section and the pressure in the combustion chamber.

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.Thus it is achieved that the maintenance of an approximately constant Mixing ratio disturbing influence of the overpressure prevailing in the supply line opposite to the flame chamber within a wider load range within acceptable limits remain.

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.It has been shown that with a named pressure increase, the smaller is about two and a half times the specified pressure difference, the excess air ratio changes significantly when the fuel flow rate changes. First from one The excess air ratio is essentially about two and a half times the pressure increase constant within a practically required range of 100 to about 3511. the fuel throughput, d. i.e., the pressure drop at the throttle point then proportional to the square of the gas throughput, thus also the combustion air throughput is proportional to the gas throughput due to the throttle point. An exact named The excess air ratio is constant when the pressure increase mentioned is about five times as large as the said pressure difference.

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.To understand the function of the jet apparatus according to the invention is shown in Fig. 1, the map of such. Which in explaining this The reference numerals used come from FIG. 2, in which a jet apparatus is shown according to the invention as an embodiment. It will therefore be first this jet apparatus described.

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. 10 denotes a combustion air collection chamber, 24 a throttle point with constant cross section 11, 12 a suction chamber closed to the outside, which is located in front of an inlet cross section 18 of a mixing tube 14 , 13 a gas nozzle as a driving nozzle and 15 a flame chamber. The gas (arrow 23) flows through the cylindrical tube 21 under excess pressure into the jet apparatus, is expanded in the gas nozzle 13, whereby it comes to high speed, and sucks in the combustion air from the suction chamber 12 via the annular cross-section 25 in which it Air is brought to a higher speed. In the mixing tube 14, which consists of a cylindrical part 16 and an expanding part (diffuser) 17, the air and gas are mixed (arrows 22 and 23) and there is also a pressure increase of five times the pressure difference between the spaces 10 and 15 . the air (arrows 22) flows out of the collecting chamber 10 through the fixed throttle cross-section 11 to the suction space 12.

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. A differential pressure manometer 19 measures the pressure difference d P 'between the spaces 10 and 15, and a differential pressure manometer 20 measures the pressure difference d P between the spaces 12 and 15.

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.The pressure differences AP and A P 'also occur in FIG. 1. GL denotes the combustion air flow rate and GG the gas flow rate. The index A indicates the design point at 100 % gas throughput and the desired excess air ratio. For GG / GG 4 = 100, 75 ° / o etc., operating characteristics are obtained which show A PIA PA as a function of GLIGLA and on which the jet apparatus would work if the throttle cross section 11 were changed. According to the invention, however, the throttle cross-section 11 is set so small and constant that when the gas throughput GG changes, the jet apparatus operates on the curve A-Ai-AZ-B in a constant throttle condition. At the design point A, the pressure gradient A PA -F- A P ' prevails at the fixed throttle point, from which the throughput GLA results.

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.If the gas throughput is reduced to 0.35 GG .. , the jet apparatus works in point B. Since the jet apparatus in point B causes a throttling effect for the 0.35 GLA conveyed air volume in the mixing tube 14 , it can only control the 0.35 GLA air volume enforce if a flow loss A P $ is accepted and part of the pressure drop AP 'is used to overcome this flow loss APB.

Claims

PATENT CLAIM: Jet apparatus for the production of a fuel mixture serves and a driving nozzle, a suction chamber closed to the outside and one with a Has a throttle point-provided feed line for the agent to be sucked in; that before the throttle point has a higher pressure than that prevailing in the flame chamber, as a result characterized in that the throttle cross-section is so small and constant for all loads it is determined that the designed throughput rates of the propellant and agent to be sucked in sets a negative pressure in the suction chamber compared to the flame chamber, which is at least two and a half times (preferably five times) as great as the difference between the pressure in front of the throttle cross-section and the pressure in the combustion chamber.