CH670297A5

CH670297A5 -

Info

Publication number: CH670297A5
Application number: CH586/86A
Authority: CH
Inventors: Siegfried W Dipl-Ing Schilling
Original assignee: Schilling Siegfried W
Priority date: 1986-02-13
Filing date: 1986-02-13
Publication date: 1989-05-31
Also published as: DE3702359A1; IT8712413A0; IT1208240B

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufbereitung eines brennbaren Gemisches aus flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen und Luft an Brennern von Wärmeerzeugern. DESCRIPTION The present invention relates to a device for processing a combustible mixture of liquid or gaseous fuels and air on burners of heat generators.

Derartige Einrichtungen finden in Kesseln, Lufterhitzern u. dgl. Anwendung. Dabei erfolgt die Gemischbildung, in Strömungsrichtung gesehen, hinter einem sog. Flammenhalter durch Zusammenführen von Brennstoff und Luft in Einzelströmen, wobei mindestens ein Luftteilstrom durch Verstellen des Strömungsquerschnittes beeinflussbar ist. Such devices can be found in boilers, air heaters and. Like application. The mixture formation, seen in the flow direction, takes place behind a so-called flame holder by combining fuel and air in individual flows, at least one partial air flow being able to be influenced by adjusting the flow cross-section.

Es ist bekannt, dass eine gute, gleichmässige Vermischung von Brennstoff mit Verbrennungsluft, und damit die Sicherstellung des Sauerstoffangebotes, entsprechend der Brennstoffverteilung, für die nachfolgende Verbrennung und ihre Qualität von entscheidender Bedeutung ist. It is known that good, uniform mixing of fuel with combustion air, and thus ensuring the supply of oxygen, in accordance with the fuel distribution, is of crucial importance for the subsequent combustion and its quality.

Nach dem gültigen Stand der Technik wird diese Gemischbildung in sog. Mischeinrichtungen eingeleitet und in den Feuerräumen der Wärmeerzeuger fortgesetzt und beendet. According to the current state of the art, this mixture formation is initiated in so-called mixing devices and continued and ended in the fireboxes of the heat generators.

Im allgemeinen sind die Mischeinrichtungen so ausgebildet, dass die Gemischbildung unmittelbar hinter den Brennstoffdüsen in der Ebene eines sogenannten Flammenhalters einsetzt, wobei die Verbrennungsluft in der Regel mit relativ hohem Impuls durch Löcher, Schlitze und/oder koaxiale Ringspalte in den Brennstoffstrom turbulent einge-blasen wird. In general, the mixing devices are designed in such a way that the mixture formation begins immediately behind the fuel nozzles in the plane of a so-called flame holder, the combustion air being blown turbulently into the fuel stream with holes, slots and / or coaxial annular gaps with a relatively high momentum .

Die Anpassung des Luftmassenstroms an den entsprechenden Brennstoffmassenstrom erfolgt entweder durch festeingestellte Strömungsquerschnitte und zusätzliche Verstellung von Luftdrosseln oder durch Veränderung der Strömungsquerschnitte in der Ebene des Flammenhalters (Mischebene). Beide Arten sind Stand der Technik und bekannt als starre und verstellbare Mischeinrichtungen. The air mass flow is adapted to the corresponding fuel mass flow either by means of fixed flow cross sections and additional adjustment of air restrictors or by changing the flow cross sections in the level of the flame holder (mixing level). Both types are state of the art and known as rigid and adjustable mixing devices.

Die starre Mischeinrichtung hat den Vorteil, dass für einen Leistungsbereich optimale Strömungsquerschnitte erprobt und vorgegeben sind. Der Nachteil liegt in der starken Begrenzung des Leistungsbereiches und der damit verbundenen grösseren Anzahl von Typen für einen grösseren vorgegebenen Leistungsbereich. The rigid mixing device has the advantage that optimal flow cross sections have been tested and specified for a performance range. The disadvantage is the strong limitation of the performance range and the associated larger number of types for a larger specified performance range.

Vorteilhaft bei der verstellbaren Mischeinrichtung ist die Möglichkeit der Leistungsanpassung. An advantage of the adjustable mixing device is the possibility of adjusting the output.

Der Nachteil liegt in ihrer Handhabung, da Bedienungsfehler nicht auszuschliessen sind. The disadvantage is their handling, since operating errors cannot be ruled out.

Das Gemeinsame beider Mischeinrichtungsarten ist, dass der funktionswichtige Strömungsquerschnitt zwischen Flam-menhalterrand und Flammrohr in der Montage-Schnittstelle der Einrichtung liegt und von den Lagetoleranzen der Bauteile abhängig ist. The common feature of both types of mixing device is that the functionally important flow cross-section between the flame holder edge and the flame tube lies in the assembly interface of the device and depends on the positional tolerances of the components.

Hieraus ergeben sich bei der Montage und besonders bei der Service-Montage unkontrollierbare Ringspaltkonfigurationen, die bei Ungleichförmigkeit des Ringquerschnittes zu Verschlechterungen der Verbrennungsqualität führen. This results in uncontrollable annular gap configurations during assembly and especially during service assembly, which lead to deterioration in the quality of combustion if the ring cross-section is not uniform.

Insbesondere im Klein- und Kleinstleistungsbereich (10-30 kW) einer Ölfeuerung ist die Luftverteilung über den Ringspalt-Querschnitt für die Verbrennung von entscheidender Bedeutung. Especially in the low and very low power range (10-30 kW) of an oil burner, the air distribution over the annular gap cross-section is of crucial importance for the combustion.

Im folgenden wird an einem Beispiel die Auswirkung einer üblichen Lagetoleranz erläutert: The effect of a normal position tolerance is explained below using an example:

Bei einem mittleren, radialen Versatz von 0,3 mm zwischen dem Flammenhalter und dem Flammrohr, bezogen auf einen Ringspalt von 0,5 mm sowie einen Bezugsdurchmesser von 65 mm, beträgt die Fläche der einen Ringhälfte 31 mm2 und die der anderen Hälfte 71 mm!, d. h. durch die Ringflächenhälften strömen die Lüftmassenanteile von 30% : 70%. With an average radial offset of 0.3 mm between the flame holder and the flame tube, based on an annular gap of 0.5 mm and a reference diameter of 65 mm, the area of one ring half is 31 mm2 and the other half is 71 mm! , d. H. the ventilation mass fractions of 30%: 70% flow through the ring halves.

Bei gleicher Geschwindigkeit wirkt damit ein entsprechend unterschiedlicher Luftimpulsstrom (Luftmassenstrom x Luftgeschwindigkeit) auf die Flamme, was zu Ablenkungen aus der Flammenachse (Schiefbrennen) und in der Regel zu überhöhten Russ- und CO-Gehalten im Abgas führt. At the same speed, a correspondingly different air pulse flow (air mass flow x air speed) acts on the flame, which leads to deflections from the flame axis (oblique burning) and usually to excessive soot and CO contents in the exhaust gas.

Um diese letztgenannten Probleme einzuschränken, werden Mischeinrichtungen mit engen Fertigungs- und Lagetoleranzen gebaut, was den Nachteil mit sich bringt, dass bei Verzug der Bauteile durch Wärmespannungen die axiale Beweglichkeit der Flammenhalter in den Flammrohren stark eingeschränkt wird. In order to limit these latter problems, mixing devices with tight manufacturing and position tolerances are built, which has the disadvantage that the axial mobility of the flame holders in the flame tubes is severely restricted if the components are warped by thermal stresses.

Die Praxis hat gezeigt, dass derartige Mischeinrichtungen für den automatischen Betrieb nicht geeignet sind, da die aufzuwendenden Kräfte zum Verschieben des Flammenhalters bei Deformationen des Flammrohres zu gross werden und die erforderlichen Antriebe zum Verschieben der Einrichtungen zu gross und zu teuer. Practice has shown that such mixing devices are not suitable for automatic operation, since the forces to move the flame holder become too great when the flame tube is deformed and the drives required to move the devices become too large and too expensive.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die Vorteile der starren mit denen der verstellbaren Mischeinrichtung zu The aim of the present invention is to combine the advantages of rigid with those of the adjustable mixing device

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

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kombinieren und die beschriebenen Nachteile weitgehendst zu eliminieren. Darüberhinaus soll das axiale Führungsproblem beim Verstellen der Mischeinrichtung gelöst werden. combine and largely eliminate the disadvantages described. In addition, the axial guidance problem when adjusting the mixing device is to be solved.

Eine erfindungsgemässe Einrichtung zeichnet sich aus durch den Wortlaut eines der Ansprüche. A device according to the invention is characterized by the wording of one of the claims.

Diese Einrichtung wird anschliessend beispielsweise anhand einer Zeichnung erläutert. This device is then explained, for example, using a drawing.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 einen Meridianschnitt durch eine Einrichtung nach der Schnittlinie I-I der Fig. 3, 1 shows a meridian section through a device according to section line I-I of FIG. 3,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Schnittlinie II-II der Fig. 1, 2 shows a cross section along the section line II-II of FIG. 1,

Fig. 3 eine Ansicht auf die Einrichtung in Pfeilrichtung X der Fig. 1. 3 is a view of the device in the direction of arrow X of FIG. 1st

Ein Flammenhalter 1 üblicher Bauart sitzt koaxial in einem Führungsrohr 2. Das Führungsrohr 2 hat im Einbaubereich des Flammenhalters 1 einen Innendurchmesser, der im Minimum 0,4 mm grösser ist als der Aussendurch-messer des Flammenhalters 1. Hierdurch entsteht im Minimum ein innerer Ringspalt 3 von 0,2 mm Breite, der mit geeigneten Vorrichtungen in der Produktion werkzeuggebunden und reproduzierbar mit hoher Genauigkeit wirtschaftlich hergestellt werden kann. Dieser Ringspalt 3 weist am Umfang keine Unterbrechung auf. A flame holder 1 of conventional design sits coaxially in a guide tube 2. The guide tube 2 in the installation area of the flame holder 1 has an inside diameter which is at least 0.4 mm larger than the outside diameter of the flame holder 1. This creates an internal annular gap 3 as a minimum with a width of 0.2 mm, which can be produced economically with reproducible tools and with high accuracy using suitable devices. This annular gap 3 has no interruption on the circumference.

Die dem Flammenhalter 1 abgewandte Seite des Führungsrohres 2 hat eine Zentriervorrichtung 4 - im ausgeführten Beispiel ein Zentrierstern aus Blechlamellen mit einer Nabe 5 - zur Aufnahme einer Brennstoff- bzw. Düsenleitung 6 sowie, zur Aufnahme von Überwachungs- und Zündelektroden 7, eine Haltevorrichtung 8. The side of the guide tube 2 facing away from the flame holder 1 has a centering device 4 - in the example shown, a centering star made of sheet metal lamellae with a hub 5 - for receiving a fuel or nozzle line 6 and, for receiving monitoring and ignition electrodes 7, a holding device 8.

Das komplette Führungsrohr (2) sitzt in einem Flammrohr 9 und wird durch einen offenen Wellring 10 elastisch in koaxialer Lage achsparallel zum Flammrohr 9 geführt. Die Ausbildung der Rohrmündung 11 des Flammrohres 9 ist so, dass durch Verschieben des Führungsrohres 2 bzw. des Flammrohres 9 ein Ringspalt 12 zwischen dem Aussendurchmesser des Führungsrohres 2 und dem Innendurchmesser der Rohrmündung 11 entsteht, welcher von 0 bis zu einem durchmesserabhängigen Maximalwert verändert werden kann. The complete guide tube (2) sits in a flame tube 9 and is guided through an open corrugated ring 10 elastically in a coaxial position axially parallel to the flame tube 9. The design of the tube mouth 11 of the flame tube 9 is such that by moving the guide tube 2 or the flame tube 9, an annular gap 12 is formed between the outer diameter of the guide tube 2 and the inner diameter of the tube mouth 11, which can be changed from 0 to a diameter-dependent maximum value .

Das Flammrohr 9 weist mithin eine verengte Rohrmündung auf, deren Innendurchmesser kleiner oder gleich dem grössten Aussendurchmesser des Führungsrohres 2 ist. The flame tube 9 therefore has a narrowed tube mouth, the inside diameter of which is smaller than or equal to the largest outside diameter of the guide tube 2.

Mit dieser Anordnung wird der Gesamtluftstrom, im Gegensatz zu üblichen Mischeinrichtungen, in drei Teilströme geteilt: With this arrangement, in contrast to conventional mixing devices, the total air flow is divided into three partial flows:

1. Teilstrom 13 strömt durch den Flammenhalter 1 1. Partial stream 13 flows through the flame holder 1

2. Teilstrom 14 durch den fixen Ringspalt 3 2. Partial stream 14 through the fixed annular gap 3

3. Teilstrom 15 durch den variablen Ringspalt 12. 3. Partial stream 15 through the variable annular gap 12.

s Wird die Mischeinrichtung so eingestellt, dass der Ringspalt 12 Null ist, wird gewährleistet, dass der Teilstrom 13 den Rand des Flammenhalters 1 weiterhin umströmt und die notwendige Flammenstabilität sichergestellt ist. Die Flamme, hebt dann nicht vom Flammenhalter ab. s If the mixing device is set so that the annular gap 12 is zero, it is ensured that the partial flow 13 continues to flow around the edge of the flame holder 1 and the necessary flame stability is ensured. The flame, then does not lift off the flame holder.

io Weiterhin ist gegenüber üblichen verstellbaren Mischeinrichtungen der für Kleinstleistungen notwendige Minimalringspalt mit einer äusserst genauen Koaxialität, die mit werkzeuggebundenen Toleranzen sichergestellt ist, gewährleistet. io Furthermore, compared to the usual adjustable mixing devices, the minimum ring gap required for very small outputs is guaranteed with an extremely precise coaxiality, which is ensured with tool-specific tolerances.

15 Eine den Leistungen angemessene Genauigkeit des variablen Ringspaltes 12 ist durch den federnden Wellring 10 gegeben, da dieser unter Spannung zwischen dem Führungsrohr 2 und dem Flammrohr 9 sitzt. 15 An adequate accuracy of the variable annular gap 12 is given by the resilient corrugated ring 10, since this sits under tension between the guide tube 2 and the flame tube 9.

Eine Anfasung 16 an der Wellenkante des Wellringes 10 20 erleichtert das Einführen des Führungsrohres 2 bei der Service-Montage. Bei Verzug des Flammrohres 9 durch Wärmespannungen oder ungenügendem Rundlauf des Flammrohres 9, gleichen die Wellen des Wellringes 10 ihre unterschiedlichen Belastungen durch elastische Verformungen 25 aus, was die Koaxialität zwischen Flammrohr 9 und Führungsrohr 2 im Rahmen einer zulässigen Abweichung gewährleistet. A chamfer 16 on the shaft edge of the corrugated ring 10 20 facilitates the insertion of the guide tube 2 during service assembly. If the flame tube 9 is warped due to thermal stresses or insufficient rotation of the flame tube 9, the corrugations of the corrugated ring 10 compensate for their different loads due to elastic deformations 25, which ensures the coaxiality between the flame tube 9 and the guide tube 2 within the scope of a permissible deviation.

Der Wellring 10 ist ferner am Umfang offen. Seine Enden sind dazu vorgesehen, sich erst bei radialer Maximalbela-30 stung der Wellen zu berühren und sich gegenseitig abzustützen. The corrugated ring 10 is also open at the periphery. Its ends are intended to touch and support each other only when the shafts are at maximum radial load.

Weiterhin werden die Radialkräfte zwischen dem Flammrohr 9 und dem Führungsrohr 2 durch die wählbare Elastizität des Wellringes 10 in den erforderlichen Grenzen 35 gehalten. Furthermore, the radial forces between the flame tube 9 and the guide tube 2 are kept within the required limits 35 by the selectable elasticity of the corrugated ring 10.

Der Wellring 10 ist im Flammrohr 9 an einer Stelle am Umfang, z. B. in Richtung der Längsachse, eingeschweisst. The corrugated ring 10 is in the flame tube 9 at one point on the circumference, for. B. welded in the direction of the longitudinal axis.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, dass die Wellringe 10 mit einer Vielzahl von Wellen versehen sind, z. B. 24 40 Wellen auf einen mittleren Durchmesser von 75 mm bezogen, bzw. mindestens 12 Wellen. In this context, it is advantageous that the corrugated rings 10 are provided with a plurality of waves, e.g. B. 24 40 shafts based on an average diameter of 75 mm, or at least 12 shafts.

Alle in der Beschreibung und/oder den Figuren dargestellten Einzelteile und Einzelmerkmale sowie deren Permutationen, Kombinationen und Variationen sind erfinderisch 45 und zwar für n Einzelteile und Einzelmerkmale mit den Werten n = 1 bis n — All the individual parts and individual features shown in the description and / or the figures, as well as their permutations, combinations and variations, are inventive 45 for n individual parts and individual features with the values n = 1 to n -

B B

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

670 297 PATENT CLAIMS

1. Device for processing a combustible mixture of liquid or gaseous fuels and air on burners of heat generators, characterized in that a spacer designed as a corrugated ring (10) is arranged between a flame tube (9) and a guide tube (2).

2. Device for processing a combustible mixture of liquid or gaseous fuels and air in burners of heat generators, comprising a flame holder (1) seated in a guide tube (2) and a flame tube (9) in which the guide tube (2) is coaxial, is displaceable in the longitudinal axis, characterized in that the inner diameter of the guide tube (2) in the area of the flame holder (1) is at least 0.4 mm larger than the outer diameter of the flame holder (1), the resulting annular gap (3 ) has no interruptions in the circumference, and that the entire guide tube (2) is held in an coaxial position with the flame tube (9) by an elastic spacer (10).

3. Device according to claim 2, characterized in that the spacer (10) is designed as a corrugated ring.

4. Device according to one of claims 1 and 3, characterized in that the corrugated ring (10) has at least twelve waves.

5. Device according to one of claims 1, 3 and 4, characterized in that the shafts of the corrugated ring (10) have a run-on slope (16) on the end faces.

. 6. Device according to one of claims 1,3-5, characterized in that the corrugated ring (10) in the flame tube (9) at one point on the circumference, for. B. is welded in the direction of the longitudinal axis.

7. Device according to one of claims 1 and 3-6, characterized in that the corrugated ring (10) is open at the periphery and its ends are intended to touch and support each other only at maximum radial loading of the shafts.

. 8. Device according to one of claims 1-7, characterized in that the guide tube (2) has a centering device (4) for a nozzle line (6) and a holding device (8) for the electrode (7).

9. Device according to one of claims 1-8, characterized in that the flame tube (9) has a narrowed tube mouth, the inner diameter of which is smaller than or equal to the largest outer diameter of the guide tube (2).