DE1457146B2

DE1457146B2 - Device for mixing at least two flowable media

Info

Publication number: DE1457146B2
Application number: DE19621457146
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-09-28
Filing date: 1962-09-28
Publication date: 1970-11-19
Also published as: DE1457146A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum feuerungstechnische Apparate, beispielsweise Gas-The invention relates to a device for firing equipment, for example gas

Mischen von mindestens zwei strömungsfähigen turbinen-Brennkammern, in denen ein Hauptströ-Mixing of at least two fluid turbine combustion chambers in which a main flow

Medien, bestehend aus einem rohrförmigen Gehäuse mungsmedium, vorzugsweise Luft, mit einem Brenn-Media, consisting of a tubular housing, medium, preferably air, with a combustion

mit einer stirnseitigen Zuführung und einer Drall- stoff vermischt und zur Reaktion gebracht wird. Dieis mixed with an end feed and a twist substance and made to react. the

Vorrichtung für ein Medium, mit einer an der gegen- 5 an der Innenwandung des Gehäuses entlangströ-Device for a medium, with a flow along the opposite 5 on the inner wall of the housing

überliegenden Stirnseite des Gehäuses vorgesehenen, mende Luft nimmt hierbei am Vermischungsprozeßoverlying end face of the housing provided, mende air takes this in the mixing process

koaxial zu dieser wirkenden Einlaßöffnung für ein noch nicht teil, sondern dient der Kühlung diesercoaxially to this acting inlet opening for a not yet part, but serves to cool this

weiteres Medium und mit einer in einer zur Gehäuse- Wandung, so daß deren Verzunderung durch dieanother medium and with one in one to the housing wall, so that its scaling through the

achse senkrechten Ebene verlaufenden Entnahme- Flamme unterbunden wird. Diese bekannte Vorrich-Axis vertical plane extending removal flame is prevented. This well-known device

leitung für die gemischten Medien. io tung dient daher in erster Linie zum Bilden einesmixed media line. io tung is therefore primarily used to form a

Eine bekannte Vorrichtung der genannten Art brennbaren Gasgemisches, das außerhalb der Brenn-(französische Patentschrift 1 096 378) ist derart aus- kammer ausbrennen kann. Die Intensität und Homogebildet, daß die Medien nach dem Vermischen ent- genität der Durchmischung in der Brennkammer ist weder axial oder tangential austreten. Dies ermög- daher nicht von gravierender Bedeutung,
licht jedoch, daß die sehr nahe an der Innenwand 15 Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe des Gehäuses fließenden und an der Vermischung zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten nicht teilnehmenden Anteile des ersten durch die Art mit geringem Konstruktionsaufwand so weiter-Drallvorrichtung einströmenden Mediums unver- zubilden, daß eine besonders intensive und gleichmischt bzw. unverbrannt aus dem Gehäuse ent- mäßige Durchmischung beliebiger strömungsfähiger weichen können. 20 Medien gewährleistet ist. Dies wird dadurch erreicht,A known device of the type mentioned is a combustible gas mixture that can burn out outside the combustion chamber (French patent specification 1 096 378) in this way. The intensity and homogeneity that the media after mixing counter to mixing in the combustion chamber is neither axial nor tangential. This makes it possible, therefore not of major importance,
light, however, that the very close to the inner wall 15. In contrast, the invention is based on the task of the housing flowing and mixing, a device of the initially mentioned non-participating portions of the first medium flowing through the type of swirl device so on with little construction effort. to form that a particularly intensive and evenly mixed or unburned from the housing appropriate intermixing of any flowable can give way. 20 media is guaranteed. This is achieved by

Bei einer weiterhin bekannten Vorrichtung zum daß die Entnahmeleitung radial am Gehäuse ange-Mischen von wenigstens zwei Medien ist das rohr- bracht ist und im wesentlichen gleichen Durchmesser förmige Gehäuse axial justierbar in einem geschlos- wie das Gehäuse aufweist und daß der Übergang senen Außengehäuse angeordnet, das mit der Ent- zwischen Gehäuse und Entnahmeleitung auf Seiten nahmeleitung ausgestattet ist. Im Abstand vom inne- 25 der Drallvorrichtung als Abreißkante ausgebildet ist. ren Ende des rohrförmigen Gehäuses ist koaxial mit Auf Grund dieser Maßnahmen bildet sich bei der diesem eine Düse vorgesehen, durch die ein gas- erfindungsgemäßen Vorrichtung im Strömungsbeförmiges Medium mit hohem Druck einpreßbar ist. reich des in der einen Richtung in das rohrförmige Ein Strömungsregler zwischen der Düse und dem Gehäuse einführbaren Mediums hinter der Drallinneren Ende des rohrförmigen Gehäuses bewirkt 30 vorrichtung ein Nabentotwasser, in das mindestens eine fächerförmige Ausweitung des aus der Düse ein beliebiges strömungsfähiges Medium in entgegenausströmenden Mediums und die Bildung einer gesetzter Richtung einführbar ist. Im Nabentot-Unterdruckzone im Mündungsbereich des inneren wasser herrscht eine heftige Turbulenz, die zu einer Endes des rohrförmigen Gehäuses. Diese Vorrich- besonders intensiven Durchmischung der Medien tung ist daher auf das Vorhandensein mindestens 35 führt. Durch die Abreißkante im Übergangsbereich eines gasförmigen Mediums beschränkt. Da die zwischen Gehäuse und Entnahmeleitung wird be-Förderung des durch das rohrförmige Gehäuse ein- wirkt, daß der fliehkraftbedingt an der Innenwanströmenden Mediums lediglich durch die Diffusor- dung des Gehäuses verlaufende und am Verwirkung des Strömungsreglers erfolgt, findet keine mischungsprozeß noch nicht teilnehmende Strahl Turbulenz im Düsenbereich, sondern lediglich ein 40 von Mediumsanteilen der rechtwinkligen Änderung geradliniges Mitreißen des angesaugten Mediums der Strömungsrichtung nicht folgen kann und abdurch den fächerförmigen Gasstrahl statt. Eine inten- reißt. Hierbei bilden sich sekundäre Wirbel, in denen sive und gleichmäßige Medienvermischung ist somit ein Transport der ursprünglich wandnahen Mediumsnicht erzielbar. Zur Homogenisierung des Medium- anteile auf die Strömungsachse erfolgt, so daß auch gemisches ist weiterhin im Außengehäuse eine 45 diese Mediumsanteile mit dem bereits vorher ent-Expansionskammer vorgesehen, die durch eine Zwi- standenen Gemisch vollkommen durchmischt werschenwand im Außengehäuse gebildet wird. Das den. Dies gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad Außengehäuse muß demzufolge mehrteilig sowie mit der Vorrichtung, die trotzdem baulich einfach und druckfesten Verbindungen zwischen den einzelnen einteilig ausbildbar ist, da keinerlei Leitwände im Teilen ausgebildet sein, so daß die Vorrichtung 50 Gehäuse vorgesehen werden müssen,
sowohl in bezug auf die Fertigung als auch Wartung Es ist auch zweckmäßig, wenn bei Verwendung einen hohen Aufwand erfordert. zweier gasförmiger Medien der Einlaßöffnung ein Außerdem ist noch eine Vorrichtung (deutsche einen Heißgasstrom als zweites Medium erzeugender Auslegeschrift 1 035 306) zum Mischen von Medien Brenner unmittelbar vorgeschaltet ist. Mittels einer bekannt, welch letztere einem im wesentlichen 55 derartig ausgebildeten Vorrichtung ist Heißgas erzylindrischen sowie beiderseits offenen Gehäuse zeugbar, wobei in wirtschaftlicher Weise eine intenkoaxial und in entgegengesetzten Richtungen zu- sive Erhitzung des kalt in das Gehäuse einströmengeführt werden. Die Zuführung eines der Medien den Mediums gewährleistet ist.
erfolgt mit einem leichten Drall, so daß dieses Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Medium das Gehäuse fliehkraftbedingt längs dessen 60 Zeichnung dargestellt. Es zeigt
Innenwandung durchströmt und im Zentrum des F i g. 1 eine Mischungsvorrichtung nach der Er-Eintrittsquerschnitts eine Unterdruckzone aufgebaut findung, die zum Erzeugen von Heißgas dient, in wird. Der Unterdruck bewirkt, daß das mit einem schematischer Schnittdarstellung,
Drall einströmende Medium das Gehäuse am gegen- F i g. 2 eine andere Ausführungsform einer erfinüberliegenden offenen Ende nicht verläßt, sondern 65 dungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls zum Erzeugen umgelenkt und mit im Bereich dieses offenen Endes von Heißgas in schematischer Darstellung und
einströmenden anderen Medien vermischt wird. Fig. 3 eine teilweise Draufsicht auf die Vorrich-Diese Vorrichtung eignet sich insbesondere für tungen nach F i g. 1 und 2.In a further known device for mixing at least two media radially on the housing, the tube is brought in and has essentially the same diameter-shaped housing axially adjustable in a closed housing like the housing and that the transition is arranged with its outer housing, which is equipped with the distance between the housing and the sampling line on the side of the sampling line. At a distance from the inside of the swirl device is designed as a tear-off edge. Ren end of the tubular housing is coaxial with. Due to these measures, a nozzle is provided in the latter through which a gas device according to the invention can be injected into the medium in the form of a flow at high pressure. A flow regulator between the nozzle and the housing behind the swirl inner end of the tubular housing causes a hub dead water into which at least one fan-shaped expansion of the medium flowing out of the nozzle into the counter-flowing medium and the formation of a set direction can be introduced. In the Nabentot negative pressure zone in the mouth area of the inner water there is violent turbulence, which leads to one end of the tubular housing. This device, particularly intensive mixing of the media, is therefore due to the presence of at least 35 leads. Limited by the tear-off edge in the transition area of a gaseous medium. Since the between the housing and the extraction line is conveyed through the tubular housing, the centrifugal force-induced medium flowing through the diffuser of the housing and the effect of the flow regulator takes place, there is no jet turbulence that is not yet participating in the mixing process in the nozzle area, but only a 40 of medium proportions of the right-angled change in rectilinear entrainment of the sucked-in medium cannot follow the flow direction and takes place through the fan-shaped gas jet. One is tearing. This creates secondary eddies in which the medium, which was originally close to the wall, cannot be transported in a sive and uniform mix. In order to homogenize the medium portion on the flow axis, there is also a mixture in the outer housing. That the. This ensures a high degree of efficiency. The outer housing must therefore consist of several parts and with the device, which can nevertheless be designed in one piece from one piece to the other, structurally simple and pressure-resistant, since no guide walls whatsoever are formed in parts, so that the device 50 housing must be provided,
both in terms of manufacture and maintenance. It is also expedient when it requires a lot of effort in use. two gaseous media the inlet opening is also a device (German Auslegeschrift 1 035 306 generating a hot gas flow as a second medium) for mixing media burner is connected directly upstream. By means of a known device, which is essentially a device designed in this way, hot gas cylindrical housing open on both sides can be generated, with an intencoaxial and positive heating of the cold flowing into the housing in opposite directions in an economical manner. The supply of one of the media to the medium is guaranteed.
takes place with a slight twist, so that these embodiments of the invention are shown in the medium, the housing due to centrifugal force along its 60 drawing. It shows
Flows through the inner wall and in the center of the FIG. 1 a mixing device according to the Er inlet cross-section, a negative pressure zone is constructed, which is used to generate hot gas. The negative pressure causes that with a schematic sectional view,
Swirl inflowing medium hits the housing at the opposite side. 2 does not leave another embodiment of an inventive open end, but rather the device according to the invention is also deflected for generating and with hot gas in the area of this open end in a schematic representation and FIG
inflowing other media is mixed. Fig. 3 is a partial plan view of the device. This device is particularly suitable for lines according to F i g. 1 and 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Mischen zweier Medien weist einen Rohrkrümmer 1 auf, der rechtwinklig abgeknickt ist. Der Rohrkrümmer 1 besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse 2 mit einer Entnahmeleitung 3. Ein erstes Medium wird durch eine stirnseitige Zuführung des Gehäuses 2 axial in Richtung des Pfeiles A eingeführt. Ein zweites Medium strömt ebenfalls axial in das Gehäuse 2 ein, jedoch in entgegengesetzter Richtung, wie in F i g. 1 durch den Pfeil B angedeutet. Im Strömungsweg des ersten Mediums befindet sich eine Drallvorrichtung 4, die dem axial dahinströmenden Medium eine Umfangskomponente verleiht. Das zweite Medium tritt in das Gehäuse 2 durch eine koaxiale Einlaßöffnung 5 ein. Das in der nachfolgend beschriebenen Weise entstehende Gemisch kann aus der Entnahmeleitung 3 entnommen werden.The device shown in Fig. 1 for mixing two media has a pipe bend 1 which is bent at right angles. The pipe bend 1 consists of a tubular housing 2 with a removal line 3. A first medium is introduced axially in the direction of the arrow A through an end feed of the housing 2. A second medium also flows axially into the housing 2, but in the opposite direction, as in FIG. 1 indicated by the arrow B. In the flow path of the first medium there is a swirl device 4 which gives the axially flowing medium a circumferential component. The second medium enters the housing 2 through a coaxial inlet opening 5. The mixture that is produced in the manner described below can be removed from the removal line 3.

Hinter der Drallvorrichtung 4 bildet sich im Gehäuse 2 eine Strömungszone 7 aus, die man als Nabentotwasser bezeichnet. In dem Nabentotwasser findet eine teilweise Rückströmung des ersten Mediums entgegen der Fließrichtung A statt. Infolge I) der Anordnung der Einlaßöffnung 5 im Bereich der Achse 6 des Gehäuses 2 strömt das zweite Medium in das Nabentotwasser ein. Es unterstützt dadurch die Rückströmung des ersten Mediums und reißt einen großen Teil des in Richtung A fließenden Mediums aus den wandnäheren Bereichen nach innen, so daß im Nabentotwasser 7 bereits ein erheblicher Teil des ersten Mediums mit dem zweiten Medium durchmischt wird. Die sich einstellenden Strömungsverhältnisse sind in Fig. 1 durch'Pfeile schematisch angedeutet. An der Durchmischung nehmen lediglich die sehr nahe an der Innenwand des Rohrkrümmers 1 fließenden Anteile des ersten Mediums nicht teil. Diese wandnahen Anteile des ersten Mediums vermögen jedoch dem scharfen Knick des Rohrkrümmers 1 nicht zu folgen, dessen Entnahmeleitung 3 radial am Gehäuse 2 angeordnet und etwa mit dessen Durchmesser ausgebildet ist.Behind the swirl device 4, a flow zone 7, which is referred to as hub dead water, is formed in the housing 2. In the hub dead water there is a partial backflow of the first medium against the direction of flow A. As a result of I) the arrangement of the inlet opening 5 in the area of the axis 6 of the housing 2, the second medium flows into the hub dead water. It thereby supports the return flow of the first medium and tears a large part of the medium flowing in direction A inwards from the areas closer to the wall, so that in the hub dead water 7 a considerable part of the first medium is already mixed with the second medium. The resulting flow conditions are indicated schematically in FIG. 1 by arrows. Only the portions of the first medium flowing very close to the inner wall of the pipe bend 1 do not participate in the mixing. These near-wall portions of the first medium, however, are unable to follow the sharp kink of the pipe bend 1, the extraction line 3 of which is arranged radially on the housing 2 and is formed approximately with its diameter.

Dadurch entsteht im Übergang zwischen dem Gehäuse 2 und der Entnahmeleitung 3 eine Abreißkante 8, an der die wandnahe Strömung des ersten ^K, Mediums abreißt. In der Entnahmeleitung 3 treten dadurch sogenannte Sekundärwirbel auf, wie sie in F i g. 3 durch die Pfeile C angedeutet sind. In den Sekundärwirbeln erfolgt ein Transport der ursprünglich wandnahen Strömungsanteile auf die Strömungsachse zu, so daß der Rest des ersten Mediums mit dem vorher im Nabentotwasser 7 entstandenen Gemisch der beiden Medien vollkommen durchmischt wird.This creates a tear-off edge 8 in the transition between the housing 2 and the extraction line 3, at which the near-wall flow of the first ^K , medium breaks off. As a result, so-called secondary eddies occur in the extraction line 3, as shown in FIG. 3 are indicated by the arrows C. In the secondary vortices, the originally near-wall flow components are transported towards the flow axis, so that the rest of the first medium is completely mixed with the mixture of the two media previously created in the hub dead water 7.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Drallvorrichtung 4 als Axialgebläse 9 ausgebildet, was den Vorteil hat, daß durch die Drallvorrichtung zugleich das erste Medium gefördert werden kann.In the embodiment of FIG. 1 is the Swirl device 4 designed as an axial fan 9, which has the advantage that the swirl device at the same time the first medium can be promoted.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 unterscheidet sich von demjenigen nach F i g. 1 lediglich dadurch, daß die Drallvorrichtung 4 ein im Gehäuse 2 angeordnetes Axialgitter 10 ist, das dem ersten Medium eine Umfangskomponente erteilt. Die Vorrichtung wird dadurch besonders einfach im Aufbau. Die übrigen Teile der Vorrichtung stimmen mit denjenigen der Vorrichtung nach F i g. 1 überein und sind dementsprechend mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auch die Strömungsverhältnisse sind die gleichen.The embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 only by that the swirl device 4 is arranged in the housing 2 axial grille 10, the first Medium granted a scope component. This makes the device particularly simple in structure. The other parts of the device agree with those of the device according to FIG. 1 match and are accordingly provided with the same reference numerals. The flow conditions are also the same same.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen dienen zum Erzeugen von Heißgas. Das erste Medium ist daher kalte Luft oder ein anderes verhältnismäßig kaltes Gas, während das zweite Medium aus den heißen Abgasen eines Brenners 11 besteht. Der Brenner 11 ist zweckmäßig koaxial zum Gehäuse 2 am Rohrkrümmer 1 angeordnet und auf die Einlaßöffnung 12 zu gerichtet. Um eine besonders intensive Durchmischung und starke Erhitzung der Gase zu erhalten, werden zweckmäßigerweise solche Brenner verwendet, bei denen ein Teil der Verbrennung bereits im Brennerinneren 13 stattfindet. Den Brennern 11 wird hierzu der Brennstoff bei 14 und die Luft bei 15 zugeführt, und der Brennraum erweitert sich vorteilhafterweise zunächst konisch in Richtung auf die Einlaßöffnung 5 des Brenners. An den Brennerinnenraum 13 schließt sich dann eine Beschleunigungsdüse 16 an, die den heißen Abgasen eine besonders große Geschwindigkeit verleiht. Die vom Brenner 11 ausgehenden Flammgase brennen im Bereich des Nabentotwassers 7 aus, so daß eine intensive Erhitzung auch der bei 12 eintretenden kalten Gase stattfindet. Um das Axialgebläse 9 vor den heißen Flammgasen zu schützen, ist zweckmäßig ein Schild 17 vorgesehen.The devices shown in Fig. 1 and 2 are used to generate hot gas. The first Medium is therefore cold air or another relatively cold gas, while the second medium consists of the hot exhaust gases from a burner 11. The burner 11 is expediently coaxial with the housing 2 arranged on the pipe bend 1 and directed towards the inlet opening 12. To one special To obtain intensive mixing and strong heating of the gases are expediently such Burner used in which part of the combustion already takes place in the burner interior 13. The For this purpose, burners 11 are supplied with fuel at 14 and air at 15, and the combustion chamber is expanded advantageously initially conically in the direction of the inlet opening 5 of the burner. At the burner interior 13 is then followed by an acceleration nozzle 16, which feeds the hot exhaust gases gives a particularly high speed. The flame gases emanating from the burner 11 burn out in the area of the hub dead water 7, so that intensive heating also occurs at 12 cold gases takes place. To protect the axial fan 9 from the hot flame gases a shield 17 is expediently provided.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere könnte an Stelle eines Rohrkrümmers auch ein solcher mit einer scharfen stetigen Krümmung verwendet werden, wobei lediglich sichergestellt sein muß, daß die wandnahe Strömung an einer Abreißkante des Krümmers abreißt. Ferner kann die Vorrichtung zum Mischen von strömungsfähigen Medien beliebiger Art verwendet werden. Beispielsweise können an Stelle gasförmiger Medien auch flüssige Medien miteinander oder gasförmige und flüssige Medien gemischt werden.The invention is not limited to the illustrated embodiments. In particular, could Instead of a pipe bend, one with a sharp, continuous curve can also be used, it only has to be ensured that the flow close to the wall is at a tear-off edge of the Tears off the manifold. Furthermore, the device for mixing flowable media can be any Kind be used. For example, instead of gaseous media, liquid media can also be mixed with one another or gaseous and liquid media are mixed.

Claims

Patent claims:

1. Device for mixing at least two flowable media, consisting of a tubular housing with an end feed and a swirl device for a Medium, with one provided on the opposite end face of the housing coaxially to this acting inlet opening for a further medium and with one in one to the housing axis extraction line running in a vertical plane for the mixed media, characterized in that that the extraction line (3) is attached radially to the housing (2) and has essentially the same diameter as the housing has and that the transition between the housing and extraction line on the part of Twist device (4) is designed as a tear-off edge (8).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that when using two gaseous Media of the inlet opening (5) a generating a hot gas flow as a second medium Burner (11) is connected immediately upstream.

1 sheet of drawings