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Vorrichtung zum Mischen strömender Medien Die Erfindung betrifft bei
einer Vorrichtung zum Mischen strömender Medien die Veränderung der Eintrittsöffnungen
des Mischraumes, die an dessen Umfang verteilt sind.
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Bei Gasbrennern in Industrieöfen, in denen Gas und Verbrennungsluft
gemischt werden, wird die Forderung gestellt, die Eintrittsgeschwindigkeit eines
am Umfang des Mischraumes einzuführenden Gasstromes unabhängig von der einzuführenden
Gasmenge konstant zu halten, um den Mischeffekt auch bei geringer Menge des einzuführenden
Gases nicht zu verschlechtern.
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Bei einer bekannten Vorrichtung, die die Lösung dieser Aufgabe bezweckt,
ist zur Veränderung der Eintrittsöffnungen des Mischraumes ein bewegliches Rohrstück
vorgesehen, dessen Stirnseite einen Teil der Umfangsbegrenzung der Eintrittsöffnungen
bildet und gegen die Stirnseite eines feststehenden, die übrige Umfangsbegrenzung
der Eintrittsöffnungen bildenden Teil bewegbar ist.
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Diese Mischvorrichtung enthält einen: konischen, durchgehend ringförmigen,
veränderlichen Spalt, welchem ein mit festen Ansätzen versehener Ring nachgeschaltet
ist.
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Es hat sich gezeigt, daB eine solche Vorrichtung noch nicht die gewünschte
vielseitige und weitgehend verlustlose Regelbarkeit erlaubt. Die eintretenden Gasstrahlen
haben in dem der Wandstärke des verschiebbaren Rohrstückes entsprechenden konischen
Spalt keine Führung im geWünschten
Sinne, so daB vor dem Eintreten
des Gases ir die Führungsquerschnitte unerwünschte Drosselungsverluste auftreten.
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Gemäß der Erfindung ist eine solche Vorrichtung zur Veränderung der
Eintrittsöffnungen eines Mischraumes, die -an dessen Umfang verteilt sind, mittels
eines beweglichen: Rohrstückes, dessen Stirnseite einen Teil der Umfangsbegrenzung
der Eintrittsöffnungen bildet und das gegen die Stirnseite eines feststehenden,
die übrige Umfangsbegrenzung der Eintrittsöffnungen bildenden Teiles bewegbar ist;
derart ausgebildet, daß die Stirnseite des feststehenden Teiles des Rohrstückes
sowie die ihr gegenüberliegende Stirnseite des beweglichen Rohrstückes im wesentlichen
gleiche Durchmesser haben und aus je einem Kranz von Zähnen bestehen, die der Form
der Zahnlücken der gegenüberliegenden Stirnseite entsprechen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist jeder Zahn eine Zahnflanke
auf, die in einer einen gedachten koaxialen Zylinder tangierenden Ebene liegt, und
hat eine aus einer Schraubenfläche bestehende Zahnflanke, deren vorzugsweise schräg
zur Achse liegende Erzeugende den gedachten Zylinder tangiert, wobei beide Zahnflanken
einander am Zahnkopf schneiden.
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Auch kann das bewegliche Rohrstück so ausgebildet sein, daß es während
seiner Bewegung mit der schräubenflächenförmigen Zahnflanke im Eingriff bleibt,
so daß jede Eintrittsöffnung seitlich von je einer ebenen Fläche begrenzt wird und
durch Lageveränderung des beweglichen Rohrstückes der Abstand dieser Flächen voneinander
und somit die Breite jeder Eintrittsöffnung geändert wird.
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Gegenüber der bekannten Vorrichtung hat die Erfindung den Vorteil,
daß die Strahlen über den ganzen Umfang der Ausströmquerschnitte geführt sind, so
daß das Einströmen in den Mischraum wesentlich verlustloser erfolgen kann.
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Auch ist durch die Erfindung der Vorteil gegeben, daß die Veränderung
der Öffnungsquerschnitte durch Veränderung der Breite und nur in geringem Maße auch
der Länge der Ausströmöffnungen erfolgt, während bei der bekannten Vorrichtung die
Änderung der Querschnittsflächen ausschließlich durch Veränderung der Länge der
Löcher erfolgt. Dadurch ist in erwünschter Weise erreicht, daß die Strahlen auch
bei geringen Gasmengen gegen Ablenkung in axialer Richtung stabil bleiben und somit
einen besseren Mischeffekt ergeben.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist sehr vielseitig verwendbar.
So ermöglicht sie insbesondere in vorteilhafter Weise, die Mischungsgeschwindigkeit
und die -Flammenlänge während des Betriebes zu regeln. Man kann daher ein und denselben
Brenner für jeden Zustand des Verbrennungsmediums und der Verbrennungsluft und jeden
Heizwert des Verbrennungsmediums, z. B. bei verschiedenen Mischungsverhältnissen
von Gasen, verwenden. Neben den betrieblichen Vorteilen. ergeben sich Vereinfachungen
in der Fertigung, da die Zahl der Modelle eingeschränkt werden kann. Obwohl die
Vorrichtung an Hand des bevorzug ten Beispieles eines Gasbrenners erläutert ist,
karr die Vorrichtung zum Mischen und Regeln außer füt Gase auch für Dämpfe, Flüssigkeiten,
Kohlenstaul: oder andere pulverisierte Stoffe verwendet werden In der Zeichnung
sind als Ausführungsbeispiele der Erfindung zwei Gasbrenneranordnungen dargestellt.
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Fig. i zeigt einen erfindungsgemäß ausgestalteten Gasbrenner im Längsschnitt;
Fig. z zeigt eine weitere Ausführungsform eines Gasbrenners mit zusätzlichem Drosselorgan;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Gasbrenners der Fig.a; Fig. 4 zeigt einen Schnitt
durch Fig. i und a entlang der Linie IV-IV; Fig. 5 zeigt zwei verzahnte Düsenteile
im Längsschnitt;.
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Fig.6 ist eine Draufsicht eines verzahnten Düsenteiles der Fig. 5.
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Der Brenner in Fig. i besteht aus dem Brennergehäuse i mit dem Gasstutzen
a und dem Luftstutzen 3. lm Innern des Gehäuses i ist eine Hülse 4 dreh- und axialverschiebbar
gelagert, die an ihrem vorderen Ende als Düsenteil 5 ausgebildet ist. Ein weiterer
Teil 7 der Düse ist mit einem Zwischenstück 6 zwischen dem Brennergehäuse i und
dem Brennerstem 24 eingeklemmt.
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Die beiden sich gegenüberliegenden Düsenteile 5 und 7 sind in ihrer
Teilungsebene am Rand in Art einer Klauenkupplung verzahnt. Die Zähne der Verzahnung
bestehen aus einer senkrechten oder nahezu senkrechten Stirnflanke 8 und einem geneigten
Zahnrücken 9, der unter einem Winkel gegenüber der allgemeinen Strömungsachse geneigt
und als Schraubenfläche z8 ausgebildet ist (Fig. 5). Die Stirnflanken 8 können radial
gerichtet sein, vorzugsweise stehen sie jedoch unter einem gewissen Anstellwinkel
3o, derart, daß die Ebenen 29 der Stirnflanken 8 im wesentlichen parallel zur Brennerachse
liegen und einen hypothetischen Wirbelkreis io (Fig.4 und 6) tangieren. Zahnkopf
und Zahngrund sind ferner unter einem Winkel gegen die Brennerachse geneigt. Wie
bei einer Klauenkupplung berühren sich bei vollkommenem Eingriff sowohl die Stirnflanken
8 als auch die Zahnrücken 9 und bilden einen geschlossenen Ring.
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Da die als Schraubenflächen 28 ausgebildeten Zahnrücken 9 sich
auch bei nicht vollkommenem Eingriff der beiden Düsenhälften 5, 7 stets abdichtend
berühren, kann man die beiden Hälften auseinanderdrehen, wobei je nach dem Verdrehungswinkel
zwischen den Stirnflanken mehr oder minder große Öffnungen 25 entstehen.
Durch diese Öffnungen 25 strömt; gemäß dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung,
die Luft in gegen die Brennerachse geneigten Strahlen und einen kleinen Wirbelkreis
io tangierend mit hoher regelbarer Geschwindigkeit in das langsamer strömende Gas
ein. Es bildet sich dabei ein intensiver Kernwirbel, dessen Energie in von innen
nach außen laufenden Bahnen allmählich aufgezehrt wird. Im Brennerstein 24 kann
sich infolgedessen ein natürliches Geschwindigkeits-
Profil ausbilden,
welches auch bei hoher Axialgeschwindigkeit ein Abreißen der Flamme verhindert.
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Die Hülse 4 kann mit Hilfe des am freien Ende aufgesetzten Bedienungshebels
i i verschwenkt und mit -der am Gehäuse i befestigten Stiftschraube 12 mit den Muttern
13 auch in axialer Richtung bewegt werden, da ein Ansatz 14 des Hebels i i auf der
Stiftschraube 12 zwischen den Muttern 13 in einem kreisringsegmentartigen
Schlitz geführt ist. Die Muttern 13 dLenen gleichzeitig dazu, den Betätigungshebel
i i in einer gewählten Stellung festzusetzen. Die Hülse 4 ist mit einem radialen
Durchbruch 15 versehen, über den das dem Stutzen 2 zugeleitete Gas der Brennerdüse
zugeführt werden känn. Eine ringförmige Dichtung 16 zwischen dem Brennergehäuse
und der Hülse 15 bewirkt einen gasdichten Abschluß. An dem von der Düse -5, 7 abgelegenen
Ende der Hülse 4 ist ein Schauglas 17
zur optischen Kontrolle det Brennereinstellung
vorgesehen.
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Während bei der geschilderten Brennereinstellung die Luft Hartstrahlen
mit großer kinetischer Energie bildet, kann auch eine längere und weichere Flamme
erzeugt werden, indem man die Hülse 4 mit dem Düsenteil 5 nur in axialer Richtung
verschiebt und die Stirnflanken 8 der Verzahnung in abdichtender Berührung hält.
Es entstehen dadurch bereits, in Richtung der geneigten Zahnrücken 9 schraubenförmig
in das Gas eintretende Luftstrahlen, die dem- Gas eine große Mischfläche darbieten
und dadurch die Diffusion beschleunigen, so daß' man mit geringerem Strömungsdruck
eine im Endeffekt zwar ebenso gute, jedoch verzögerte Verbrennung erzielt.
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Die geschilderten Einstellmöglichkeiten lassen sich auch kombinieren,
indem sowohl zwischen den Stirnflanken 8 als auch zwischen den Zahnrücken 9 der
Verzahnung Zwischenräume belassen werden.
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Bei dem Brenner gemäß Fig. 2 ist eine weitere Regelmöglichkeit dadurch
gegeben, daß in der Gaszuführung ein Drosselventil in Art eines Ringschiebers vorgesehen
ist. Zu diesem Zweck ist in die Hülse 4 ein Rundschieber 18 konzentrisch angeordnet,
der an seinem äußeren Ende, in ähnlicher Weise in die Hülse 4, mit einem Bedienungshebel
i9 versehen ist. Die Feststellung des Rundschiebers erfolgt dabei in gleicher Weise
mit einer in einem kreisringsegmentartigen Schlitz 22 geführten Stiftschraube :#o
und Mutter 2i. Das Schauglas 17 ist in diesem Falle an der Stirnseite des innenliegenden
Rundschiebers 18 vorgesehen. Die Dichtung zwischen der Hülse 4 und dem Rundschieber
18 erfolgt durch einen weiteren Dichtungsring 23.
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Durch diese zusätzliche Regelmöglichkeit kann außer der Mischgeschwindigkeit
auch das Mengenverhältnis der zu mischenden Gase, ohne den Druck der getrennt an
den Stutzen z und 3 zugeführten Gase zu ändern, unabhängig eingestellt werden.
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Zur Kontrolle der jeweiligen Einstellungen kann, wie in Fig. 3 dargestellt,
am Ansatz 14 des Einstellhebels i i eine Skala 26 und am Gehäuse i ein Zeiger 27
angebracht sein. Eine gleiche Anordnung läßt sich ebenfalls auch für den Hebel i9
des Rundschiebers 18 treffen.
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Wie schon zuvor erläutert, können bei dem Brenner die Gas- und Luftwege
auch miteinander vertauscht werden, wenn dies aus technischen Gründen zweckmäßig
sein sollte. Ganz allgemein kann die beschriebene Regel- und Mischeinrichtung zum
Mischen von Gasen, Dämpfen, Flüssigkeiten oder pulverisierten Stoffen dienen, vor
allen Dingen, wenn es darauf ankommt, die Intensität der Mischung unabhängig vom
der Belastung zu regeln.