Düsenvorrichtung zur Steuerung eines Gasstromes

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Gasdüse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Eine derartige Gasdüse - allerdings zur Verwendung in einem Allgasbrenner - ist aus der DE-B-1 959 677 bekannt. Diese bekannte Düse ermöglicht einen Betrieb des Allgasbrenners sowohl mit Stadtgas wie auch mit Erdgas oder Flüssiggas.

[0003] Ein Brenner für einen Glasschmelzofen mit einem vor der Mündung des Brennergasrohres liegenden Stellkegel ist aus der DE 32 02 105 A1 bekannt.

[0004] Schließlich ist in der US 2,785,926 eine Zerstäubervorrichtung beschrieben.

[0005] Bisher wurde der Gasstrom mit einer Düse meist durch ein in der Düse vorgesehenes Ventil gesteuert, das im Strömungsweg des Gasstroms angeordnet wird. Diese Art der Steuerung ist jedoch häufig unzureichend oder kompliziert.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasdüse zur Steuerung eines Gasstromes zu schaffen, die mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine zufriedenstellende Steuerung ermöglicht, wobei der austretende Gas- Gesamtstrom hinsichtlich Durchsatz und Strömungsgeschwindigkeit veränderbar sein soll.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

[0008] Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasdüse wird im folgenden anhand der Zeichnungen zusammen mit Abwandlungen hiervon näher beschrieben.

[0009] In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1

einen Gasbrenner mit der erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 2

den Gasbrenner gemäß Fig. 1 mit Darstellung seiner Halterung im Schnitt und

Fig. 3

den Mehrfachdüsenkopf des Gegenstandes von Fig. 1 und 2 in vergrößerter Darstellung im Schnitt.

[0010] Der Brenner gemäß Fig. 1 und 2 besteht aus einem Düsenrohr 1, an das einerseits ein seitlich angesetztes Zuleitungsrohr 2 zum Einleiten eines Gasstromes in das Düsenrohr 1 angeschlossen ist und das andererseits ein düsenartiges Kopfteil 3 aufweist, an dem der Gasstrom aus dem Brenner austritt. Das Düsenrohr 1 ist in eine zylindrische Aufnahme la eingesetzt, die mit einem Montageflansch 1b an einen nicht dargestellten Träger anschraubbar ist und an einem Ende einen Abschlußflansch lc und am anderen Ende einen weiteren Montageflansch 1d aufweist, mit dem das Düsenrohr 1 an eine ebenfalls nicht dargestellte Feuerungsanlage ansetzbar ist. Ferner ist an das Düsenrohr 1 an der dem Zuleitungsrohr 2 benachbarten Stirnseite ein Getriebeblock 4 mit zwei unabhängig voneinander manuell betätigbaren Stellrädern 5, 6 angesetzt, deren Funktion weiter unten näher beschrieben wird. Die Stellräder 5, 6 sind nur in Fig. 1 gezeigt, während sie in Fig. 2 vom Getriebeblock 4 abgenommen sind.

[0011] Wie vor allem Fig. 3 zeigt, besteht das Düsenrohr 1 in seinem mittleren Abschnitt aus zwei Rohrabschnitten 7, 8, die mittels eines Gewindes 8a miteinander verschraubt sind. Das über das Zuleitungsrohr 2 in das Düsenrohr 1 eingeleitete Gas strömt in der Darstellung gemäß Fig. 2 von links nach rechts, was durch Pfeile verdeutlicht ist.

[0012] Während der Rohrabschnitt 7 eine in Richtung des Gasstromes konstante lichte Weite aufweist, verjüngt sich die lichte Weite des Rohrabschnittes 8 in Strömungsrichtung unter Bildung einer konischen Innenfläche 9, die das Kopfteil 3 übergeht, dessen lichte Weite geringer ist als die lichte Weite des Rohrabschnittes 7. Der Rohrabschnitt 8 bildet somit eine äußere Düse, die nachfolgend auch als Außendüse 8 bezeichnet ist.

[0013] Innerhalb der Rohrabschnitte 7, 8 befindet sich eine erste innere Düse 11, die nachfolgend als erste Innendüse bezeichnet ist. Diese erste Innendüse ist koaxial zum Düsenrohr 1 angeordnet und auf das Ende einer rohrförmigen Schubstange 12 aufgesetzt. Die Schubstange 12 verläuft innerhalb des Rohres 1 ebenfalls koaxial zu diesem und ist im Getriebeblock 4 axial verstellbar gelagert. Die Schubstange 12 kann durch Betätigen des Stellrades 5 am Getriebeblock 4 axial verstellt werden, wodurch auch die erste Innendüse 11 relativ zur Außendüse 8 axial verstellt wird.

[0014] Die an die Schubstange 12 angesetzte erste Innendüse 11 gliedert sich an ihrer Außenfläche in einen konischen Haltering 13 mit Gaseintrittsöffnungen 14, 15, einen zylindrischen Flächenabschnitt 16, einen ersten konischen Flächenabschnitt 17 mit in Strömungsrichtung zunehmendem Durchmesser und einen zweiten konischen Flächenabschnitt 18 mit in Strömungsrichtung abnehmendem Durchmesser, weshalb die Flächenabschnitte 17 und 18 zusammen einen Doppelkonus bilden.

[0015] Dabei haben die konische Fläche 9 der Außendüse 8 und der zweite konische Flächenabschnitt 18 der Innendüse 11 etwa gleiche Öffnungswinkel, so daß ihre Mantellinien in den die Mittelachse aufnehmenden Schnittebenen jeweils etwa parallel zueinander verlaufen. Der zweite konische Abschnitt 18 der Innendüse 11 bildet somit mit der konischen Innenfläche 9 der Außendüse 8 einen Ringspalt 19.

[0016] Die Innenfläche der Innendüse 11 gliedert sich im Anschluß an den konischen Haltering 13 in einen ersten konischen Abschnitt 20 mit in Strömungsrichtung abnehmendem Durchmesser, einen zylindrischen Abschnitt 21 und einen zweiten konischen Abschnitt 22, der sich in Strömungsrichtung erweitert und endseitig eine Gasaustrittsöffnung 23 bildet.

[0017] Der über das Zuleitungsrohr 2 in den Rohrabschnitt 7 eingeleitete Gasstrom tritt beim Anströmen gegen die erste Innendüse 11 teilweise durch die Gaseintrittsöffnungen 14, 15 am konischen Haltering 13 in die erste Innendüse 11 ein und durchströmt sie als Innenstrom, während der restliche Teil des Gasstromes an der Außenfläche der Innendüse 11 als Außenstrom entlangströmt und den Ringspalt 19 passiert.

[0018] Da die Weite des Ringspaltes 19 bei Verstellung der Innendüse 11 in Strömungsrichtung des Gases abnimmt und bei Verstellung in entgegengesetzter Richtung zunimmt, kann durch axiale Verstellung der Innendüse 11 der Anteil des an der Innendüse außen entlangströmenden Teilstromes (Außenstrom) im Verhältnis zu dem die Innendüse durchströmenden Teilstrom (Innenstrom) verändert werden. Hierbei ändern sich in den beiden Teilströmen sowohl der Gasdurchsatz, d. h. die Strömungsmengen pro Zeiteinheit, als auch die Strömungsgeschwindigkeiten am Ende des Ringspaltes 19 bzw. an der Austrittsöffnung 23 der ersten Innendüse 11 in absoluten Beträgen und in der Relation von Außenstrom zu Innenstrom.

[0019] Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform ändert sich zwar die Weite des Ringspaltes 19 bei axialer Verstellung der Innendüse 11, jedoch bleibt sie bei jeder Einstellung der Innendüse 11 relativ zur Außendüse 8 wegen der Gleichheit der Öffnungswinkel des konischen Flächenabschnittes 18 der Innendüse 11 und der konischen Fläche 9 der Außendüse 8 über die axiale Länge des Ringspaltes 19 hinweg konstant.

[0020] Hingegen können bei einer Abwandlung der vorbeschriebenen Ausführungsform die Konusfläche des zweiten konischen Flächenabschnittes 18 der Innendüse 11 und die Konusfläche 9 der Außendüse 8 unterschiedliche Öffnungswinkel aufweisen, so daß die eineinander zugeordneten Mantellinien dieser Flächen in den jeweiligen Schnittebenen einen spitzen Winkel zwischen sich bilden. In diesem Fall nimmt die Weite des Ringspaltes 19 über dessen axiale Länge hinweg zu oder ab, wodurch die Strömungsverhältnisse in den die Innendüse 11 durchströmenden und umströmenden Teilströmen zusätzlich beeinflußbar sind. Ähnliche Wirkungen sind erreichbar, wenn die Flächen 9 und/oder 18 nur annähernd konisch sind oder von der konischen Form weiter abweichen.

[0021] Bei der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform ist innerhalb des die Außendüse 8 bildenden Rohrabschnittes im Strömungsweg hinter der ersten Innendüse 11 eine zweite Innendüse 24 vorgesehen. Diese ist an einer zusätzlichen Schubstange 25 befestigt, welche ihrerseits die erste Innendüse 11 und deren rohrförmige Schubstange 12 axial durchläuft und im Getriebeblock 4 ebenfalls axial verstellbar gelagert ist. Die zweite Schubstange 25 und mit ihr die daran befestigte zweite Innendüse 24 sind mittels des zweiten Stellrades 6 unabhängig von der ersten Schubstange 12 und der daran befestigten ersten Innendüse 11 relativ zu ihr axial verstellbar. Dabei ist die Anordnung so gewählt, daß zumindest bei Einstellung der beiden Innendüsen 11, 24 auf kürzestmöglichen gegenseitigen Abstand die zweite Innendüse 24 teilweise in den durch die konische Innenfläche 22 der ersten Innendüse 11 gebildeten Raum ragt.

[0022] Die zweite Innendüse 24 besitzt ebenfalls einen mit Gaseintrittsöffnungen 27, 28 versehenen Haltering 26 sowie anschließend hieran an ihrer Außenfläche einen ersten konischen Abschnitt 28 mit in Strömungsrichtung zunehmendem Durchmesser und einen zweiten konischen Abschnitt 29 mit in Strömungsrichtung abnehmendem Durchmesser. Die Flächenabschnitte 28 und 29 der zweiten Innendüse 24 bilden somit ebenfalls einen Doppelkonus.

[0023] Die Innenfläche der zweiten Innendüse 24 weist einen konischen Abschnitt 30 mit in Strömungsrichtung zunehmendem Durchmesser auf.

[0024] Der konische Flächenabschnitt 29 der zweiten Innendüse 24 bildet mit der konischen Innenfläche 9 der Außendüse 8 einen zweiten Ringspalt 31 für den vorerwähnten Außenstrom des Gesamt-Gasstromes, während der äußere konische Flächenabschnitt 35 der zweiten Innendüse 24 mit dem inneren konischen Flächenabschnitt 22 der ersten Innendüse einen Ringspalt 32 für den Innenstrom des Gesamt-Gasstromes bildet.

[0025] Für die Gestalt und auch für die Veränderung der Ringspalte 31 und 32 gelten die obigen Ausführungen zum Ringspalt 19 analog.

[0026] In der zweiten Innendüse 24 befindet sich eine feststehende Düsennadel 33, die mit der konischen Innenfläche 30 der zweiten Innendüse 24 einen Ringspalt 34 bildet.

[0027] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3 ist die Düsennadel 34 als Doppelkonus ausgebildet. Jedoch können ihr zur Veränderung der Form der am Kopfteil 3 des Brenners entstehenden Flamme auch andere geometrische Formen zugewiesen werden.

[0028] Durch axiale Verstellung der zweiten Innendüse 24 verändern sich gleichzeitig die Weiten der Ringspalte 31, 32 und 34. Damit werden die Anteile des die zweite Innendüse 24 außen umströmenden Teilstromes und des die zweite Innendüse 24 durchströmenden Teilstromes an dem die erste Innendüse 11 teils umströmenden, teils durchströmenden Gas-Gesamtstromes hinsichtlich Durchsatz und Strömungsgeschwindigkeit verändert.

[0029] Die axiale Einstellung der ersten und zweiten Innendüsen 11, 24 kann so vorgenommen und aneinander angepaßt werden, daß am Kopfteil 3 des Brenners bei unverändertem Brennstoffdurchsatz eine hohe Gasaustrittsgeschwindigkeit erzielt wird, wodurch der Mischimpuls zwischen dem aus dem Brenner austretenden Brennstoffstrom und einem außerhalb des Brenners zugeführten Luftstrom verbessert wird mit dem Ziel einer Intensivierung der Verbrennung und Wärmeübertragung in einer mit dem erfindungsgemäßen Brenner ausgerüsteten Ofenanlage.

[0030] Andererseits kann bei variabler Brennstoffleistung der Gasaustrittsimpuls am Kopfteil 3 des Brenners durch entsprechend angepaßte Veränderung der für die Gasteilströme gebildeten Querschnitte in den Ringspalten 9, 31, 32 und 34 durch entsprechende axiale Einstellung der beiden Innendüsen 11, 24 auf gleichem Niveau gehalten werden, wodurch bei Laständerungen eine stabile Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemischbildung erhalten bleibt. Dies ist ein großer regeltechnischer Vorteil in allen feuerungstechnischen Bereichen.

[0031] Für eine automatische Regelung können in einer weiteren Abwandlung der in Fig. 1 bis 3 offenbarten Ausführungsform anstelle der manuell betätigbaren Stellräder 5, 6 für die axiale Verstellung der Schubstangen 12, 25 und der daran befestigten Innendüsen 11, 24 auch Elektromotore vorgesehen werden, die beispielsweise im Getriebeblock 4 untergebracht oder auf Zahnräder wirken, die anstelle der Stellräder 5, 6 vorgesehen werden können. Die Elektromotore können über Meßglieder im Brenner oder Brennraum automatisch angesteuert werden.

[0032] Mit der aus Außendüse 8, erster verstellbarer Innendüse 18, zweiter verstellbarer Innendüse 24 und Düsennadel 33 bestehenden Düsenvorrichtung für den Brenner können störende Gasabrißwirbel im Brenner und im Brennraum weitgehend vermieden werden. Andererseits werden durch die Einstellechanismen für die ersten und zweiten Innendüsen 11, 24 auch Differenzgeschwindigkeiten der Gasströme in den einzelnen Ringspaltquerschnitten ermöglicht. Es kann ein sauberer Flammenausbrand bewirkt werden, was zu verbesserter Wärmenutzung und reduzierter NO_x-Schadstoffbildung führt.

[0033] Der oben beschriebene Brenner eignet sich insbesondere zur Anwendung bei Glasschmelzöfen und anderen Arten von Industrieöfen, und zwar sowohl in Unterport- als auch in Sideportsystemen.

[0034] Bei geringeren Ansprüchen an den Steuerungsumfang kann in weiterer Abwandlung der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform anstelle von zwei Innendüsen 11, 24 auch nur eine dieser Innendüsen vorgesehen werden, wobei auch auf die Düsennadel 33 ggf. verzichtet werden kann. Wird nur die Innendüse 11 vorgesehen, kann die Düsennadel 33 bei entsprechender Anpassung ihrer Form auch in die Innendüse 11 eingesetzt werden.

[0035] Für die Düsennadel 33 kann anstelle einer festen Lagerung auch eine axaiale Verstellbarkeit vorgesehen werden. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn in der Außendüse 8 nur eine Innendüse 11 bzw. 24 in Verbindung mit einer Düsennadel 33 vorgesehen wird.

[0036] Schließlich kann in einer weiteren Abwandlung der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform eine Änderung des die Innendüse 11 bzw. 24 durchfließenden Teilstromes anstatt durch axiale Verstellung der Innendüse auch durch eine oder mehrere im Strömungsweg verstellbar angeordnete Ventilklappen herbeigeführt werden, welche den Strömungsquerschnitt verändern.

[0037] Die in Fig. 2 und 3 dargestellte Düsenvorrichtung und ihre vorbeschriebenen Abwandlungen sind nicht nur bei Gasbrennern vorteilhaft anwendbar, sondern auch bei Gebläsen und anderen Vorrichtungen, bei denen der Mengendurchsatz und/oder die Austrittsgeschwindigkeit eines einheitlichen Gasstromes steuerbar sein sollen.

Ansprüche

1. Gasdüse für einen Glasschmelzofen, mit

- einer Außendüse (8);

- einer in der Außendüse (8) vorgesehenen Innendüse (24), welche Innendüse (24) in dem in die Außendüse (8) eingeleiteten Gasstrom derart angeordnet ist, daß sie von ihm teils durchströmt und teils umströmt wird, wobei

- der umströmende Querschnitt (31) durch Verschiebung der Innendüse (24) in der Außendüse (8) veränderbar ist,

   dadurch gekennzeichnet, daß

- der umströmende Querschnitt (19) durch eine zweite Innendüse (11) zusätzlich veränderbar ist, und daß

- beide Innendüsen (24; 11) unabhängig voneinander verstellbar sind.

2. Gasdüse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Veränderung der Teilströme durch eine axiale Verstellung der Innendüsen (11, 24) relativ zur Außendüse (8) erfolgt.

3. Gasdüse nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Außendüse (8) und/oder die Innendüsen (11, 24) konisch sind.

4. Gasdüse nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnungswinkel konischer Flächen der Außendüse (8) und einer Innendüse (11, 24) gleich sind.

5. Gasdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Innendüse (11, 24) einen Doppelkonus bildet.

6. Gasdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Innendüse (11, 24) in der Außendüse (8) mittels einer Schubstange (12, 25) axial verstellbar ist und die Schubstange (12, 25) eine Verstelleinrichtung (5, 6) aufweist.

7. Gasdüse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest bei Einstellung der zwei Innendüsen (11, 24) auf kürzestmöglichen gegenseitigen Abstand die zweite Innendüse (24) in einen Innenraum der ersten Innendüse (11) ragt.

8. Gasdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
in der Innendüse (24) eine Düsennadel (33) axial angeordnet ist und eine Einrichtung (6, 25) zur Relativverstellung von Innendüse (24) und Düsennadel (33) vorgesehen ist.

9. Gasdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
sie in einen Gasbrenner zur Steuerung des Brennstoffstromes eingesetzt ist.

Claims

1. Gas nozzle for a glass furnace having

- an outer nozzle (8);

- an inner nozzle (24) provided in the outer nozzle (8), which inner nozzle (24) is arranged in the stream of gas introduced into the outer nozzle (8) such that it in part flows through it and in part circulates around it,

- the flow circulating cross section (31) being variable by displacing the inner nozzle (24) in the outer nozzle (8),

characterised in that

- the flow circulating cross section (19) can be varied additionally by means of a second inner nozzle (11) and that

- both inner nozzles (24; 11) can be adjusted independently of one another.

2. Gas nozzle according to Claim 1,
   characterised in that the variation of the partial streams is effected by an axial displacement of the inner nozzles (11, 24) relative to the outer nozzle (8).

3. Gas nozzle according to Claim 1 or 2,
   characterised in that the outer nozzle (8) and/or the inner nozzles (11, 24) are conical.

4. Gas nozzle according to Claim 3,
   characterised in that the aperture angles of conical surfaces of the outer nozzle (8) and of an inner nozzle (11, 24) are equal.

5. Gas nozzle according to one of the preceding claims,
   characterised in that an inner nozzle (11, 24) forms a double cone.

6. Gas nozzle according to one of the preceding claims,
   characterised in that an inner nozzle (11, 24) is axially displaceable in the outer nozzle (8) by means of a connecting rod (12, 25) and the connecting rod (12, 25) has an adjustment device (5, 6).

7. Gas nozzle according to Claim 1,
   characterised in that at least on adjustment of the two inner nozzles (11, 24) to the shortest possible mutual separation the second inner nozzle (24) projects into an interior space of the first inner nozzle (11).

8. Gas nozzle according to one of the preceding claims,
   characterised in that a jet needle (33) is arranged axially in the inner nozzle (24) and a device (6, 25) is provided for the relative displacement of the inner nozzle (24) and the jet needle (33).

9. Gas nozzle according to one of the preceding claims,
   characterised in that it is inserted in a gas burner for controlling the stream of fuel.

Revendications

1. Buse à gaz pour un four de fusion de verre, comportant

- une buse extérieure (8);

- une buse intérieure (24) prévue dans la buse extérieure (8), buse intérieure (24) disposée dans le courant de gaz introduit dans la buse extérieure (8), de manière à être partiellement traversée par son écoulement et partiellement contournée par son écoulement, où

- la section transversale (31) correspondant à l'écoulement de contournement est modifiable par un déplacement de la buse intérieure (24) dans la buse extérieure (8),

   caractérisée en ce que
   - la section transversale (19) du courant de contournement est en plus modifiable au moyen d'une deuxième buse intérieure (11), et en ce que les deux buses intérieures (24; 11) sont réglables indépendamment l'une de l'autre.

2. Buse à gaz selon la revendication 1, caractérisée en ce que la modification des courants partiels s'effectue par un réglage axial des buses intérieures (11, 24) par rapport à la buse extérieure (8).

3. Buse à gaz selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la buse extérieure (8) et/ou les buses intérieures (11, 24) sont coniques.

4. Buse à gaz selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'angle d'ouverture des faces coniques de la buse extérieure (8) et d'une buse intérieure (11, 24) sont égaux.

5. Buse à gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une buse intérieure (11, 24) constitue un cône double.

6. Buse à gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une buse intérieure (11, 24) est réglable axialement dans la buse extérieure (8) au moyen d'une tige de manoeuvre (12, 25), et la tige de manoeuvre (12, 25) présente un dispositif de réglage (5, 6).

7. Buse à gaz selon la revendication 1, caractérisée en ce que, au moins lors du réglage des deux buses intérieures (11, 24), pour obtenir le plus petit espacement mutuel possible, la deuxième buse intérieure (24) pénètre dans l'espace intérieur de la première buse intérieure (11).

8. Buse à gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que dans la buse intérieure (24) est disposée axialement une aiguille à buse (33), et il est prévu un dispositif (6, 25) destiné à assurer le réglage relatif entre la buse intérieure (24) et l'aiguille à buse (33).

9. Buse à gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est utilisée dans un brûleur à gaz, pour assurer la régulation du débit de combustible.

Zeichnung