DE10118336B4

DE10118336B4 - Gebläse für eine Gas-Brennwertkesseltherme

Info

Publication number: DE10118336B4
Application number: DE10118336.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Rotert; Prof. Dr.-Ing. Hellmann Dieter-Heinz; Mathias Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2016-03-24
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: EP1249615A3; EP1249615A2; DE10118336A1

Abstract

Gebläse für eine Gas-Brennwertkesseltherme zur Zuführung der Verbrennungsluft oder des Gas-Luftgemisches für den Brenner in der Brennkammer, wobei dem Brenner ein Wärmeüberträger nachgeordnet ist, durch den das Abgas geleitet einem Abgassystem zugeführt wird, wobei das Gebläse mehrstufig mit Laufrädern (11, 12) und jeweils einem zwischen aufeinander folgenden Laufrädern (11, 12) angeordnetem, feststehendem Leitrad (20) ausgebildet ist und eine druckfeste Gebläsekennlinie mit großer Steilheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitrad (20) mit auf einer Scheibe (22) angeordneten, gekrümmten Schaufeln (21.1 bis 21.n) ausgeführt ist, die in Umfangsrichtung der Scheibe (22) in unterschiedlicher Teilung (t1, t2, t3) und mit unterschiedlicher Krümmung ausgeführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gebläse für eine Gas-Brennwertkesseltherme zur Zuführung der Verbrennungsluft oder des Gas-Luftgemisches für den Brenner in der Brennkammer, wobei dem Brenner ein Wärmeüberträger nachgeordnet ist, durch den das Abgas geleitet einem Abgassystem zugeführt wird.
Stand der Technik
In den bekannten gebläseunterstützten Gas-Brennwertkesselthermen werden in der Regel einstufige Radialgebläse eingesetzt, Diese Gebläse sind vor dem Brenner angeordnet und fördern Verbrennungsluft oder ein Gas-Luftgemisch durch den Brenner, den Wärmeüberträger und das Abgassystem. Bei diesen Gas-Brennwertkesselthermen treten unter gewissen Betriebsbedingungen systembedingt selbsterregte Brennkammerschwingungen auf. Als energieumsetzendes Element des Gesamtsystems besitzt die Funktionseinheit Gebläse einen Einfluss auf dieses instabile Verhalten der Gas-Brennwertkesseltherme.
Aus DE 38 42 697 A1 ist ein Hochdruck-Gebläse für eine Gasheizeinrichtung bekannt, das mehrstufig ausgeführt ist und zwei Laufräder und ein zwischen den Laufrädern angeordnetes Leitrad aufweist. Die Laufräder sind mit Schaufeln ausgeführt, die eine unsymmetrische Teilung aufweisen. Mit dieser Anordnung wird eine steile Druck-Volumenstrom-Kennlinie des Gebläses erzeugt.
Aus DE 196 29 220 A1 ist ein Hochdruckgebläse bekannt, bei dem das zu fördernde Medium im Wesentlichen axial angesaugt, radial beschleunigt und axial ausgeblasen wird. Dabei ist einem Gebläserad eine scheibenförmige Einströmdüse vorgeschaltet und eine feststehende Umlenkscheibe als Leitrad nachgeschaltet.
Ein mehrstufiger Turboverdichter mit an mehreren Wellen angeordneten Laufrädern ist aus DE 29 08 774 A1 bekannt, wobei die einzelnen Laufräder den gleichen Durchmesser aufweisen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gebläse für eine Gas-Brennwertkesseltherme der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das beim Einsatz im Gesamtsystem das Auftreten von selbsterregten Brennkammerschwingungen verhindern hilft
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass das Leitrad mit Schaufeln unterschiedlicher Krümmung und unterschiedlicher Teilung versehen ist, lassen sich Helmholtz-Resonatoren ausbilden, die charakteristische Frequenzen von systembedingten selbsterregten Schwingungen des Gesamtsystems auslöschen.
Durch die zumindest zweistufige Ausbildung des Gebläses mit einem derart ausgebildeten Leitrad zwischen den beiden Laufrädern wird eine höhere Steilheit der Gebläsekennlinie erzielt, so dass äußere Störungen, wie Druckpulsationen, auf den geforderten Volumenstrom praktisch vernachlässigbar sind und keinen Einfluss mehr ausüben. Es wird dadurch eine Stabilisierung des Gesamtsystems der Gas-Brennwertkesseltherme erreicht und so werden instabile Betriebszustände eliminiert. Zudem wird mit dem so ausgelegten, mehrstufigen Gebläse der Arbeitsbereich bei vollvormischendem, gebläseunterstütztem Brenner vergrößert, da es aufgrund der steilen Gebläsekennlinie durch Störungen im System zu deutlich geringeren Druck-Pulsationen kommt und daher über dem gesamten Modulationsbereich ein stabilerer Betrieb ermöglicht wird.
Das neue Gebläse bringt im Vergleich zu dem einstufigen Gebläse die Vorteile einer geringeren Geräuschentwicklung und eines höheren Wirkungsgrades bei der Luft- oder Gas-Luftgemisch-Zuführung. Durch die geänderte Strömungsführung im Gebläse wird auch eine höhere Rückschlagsicherheit gewährleistet.
Die mehrstufige Ausbildung des Gebläses ermöglicht kleinere Laufraddurchmesser bei gleichem Fördervolumen, so dass das Gebläse in einer kompakten Bauform erstellt werden kann.
Durch einen Betrieb des mehrstufigen Gebläses bei vom Optimum abweichenden, geringeren Volumenströmen entsteht im Saugbereich eine Sekundärströmung, welche zur Verbesserung der Gas-Luftmischung führt (Teillastwirbel).
Mit dem mehrstufigen Gebläse können Gas-Brennwertkesselthermen mit größeren Längen der Abgasrohre im Abgassystem betrieben werden. Der Aufwand und die Kosten für den Gebläsemotor können reduziert werden, da eine geringere, nutzbare Drehzahlbandbreite erforderlich ist.
Durch die vorhandene Drucksteife des Gebläses verringern sich auch die Einstellarbeiten vor Ort bei der Inbetriebnahme der Gas-Brennwertkesseltherme. Die Unterschiede der Anlagenverluste bei einer Variation des Abgassystems wirken sich bei dem mehrstufigen, drucksteifen Gebläse in sehr viel geringerem Maße auf den geförderten Volumenstrom aus. Daher verringert sich oder entfällt der Vorgang der einmaligen Anpassung der Gebläsedrehzahl vor Ort an das verwendete Abgassystem.
Die Gebläsekennlinie gibt die Abhängigkeit der spezifischen Förderarbeit Δptot/ς vom Fördervolumen V an, wobei die Förderarbeit durch den Gesamt-Förderdruck Δptot, bezogen auf die Dichte ς des Fördermediums (Luft oder Gas-Luftgemisch), definiert ist.
Die Steilheit der Gebläsekennlinie ist durch den Winkel α zwischen der Gebläsekennlinie und der gesamten Systemkennlinie der Gas-Brennwertkesseltherme definiert.
Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Laufräder auf einer gemeinsamen Antriebswelle drehfest aufgebracht sind.
Die Gebläsekennlinie läßt sich nach einer weiteren Ausgestaltung dadurch zusätzlich beeinflussen, dass die Laufräder auf getrennten Antriebswellen drehfest aufgebracht und individuell antreibbar sind.
Die Sicherheit gegen selbsterregte, systembedingte Schwingungen läßt sich dadurch erhöhen, dass die Laufräder und/oder das Leitrad mit Schaufeln unterschiedlicher Breite und/oder Länge in Umfangsrichtung in unterschiedlicher Teilung versehen und als Helmholtz-Resonatoren mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen ausgebildet sind, da diese Resonatoren charakteristische Frequenzen derartiger Schwingungen auslöschen. Die Gestaltung dieser Resonatoren = Schwingungsdämpfer wird durch die Variation der Schaufelteilung und/oder der Breite und/oder der Länge der Kanäle in Umfangsrichtung erzielt, wobei die Laufräder und/oder das Leitrad entsprechend gestaltet sein können.
Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten zweistufigen Gebläses näher erläutert. Es zeigen:
1 Gebläsekennlinie und Systemkennlinie beim Einsatz eines einstufigen Gebläses bei einer Gas-Brennwertkesseltherme,
2 im Schnitt ein zweistufiges Gebläse mit einem zwischen den beiden Laufrädern angeordneten Leitrad,
3 in schematischer Ansicht ein Leitrad und
4 Gebläsekennlinie und Systemkennlinie eines Gebläses nach 2.
Ausführungsbeispiel
Im Diagramm nach 1 ist eine konventionelle Gebläsekennlinie eines einstufigen Gebläses bei konstanter Drehzahl η wiedergegeben, sowie die Systemkennlinie der gesamten Gas-Brennwertkesseltherme. Die Kennlinien geben die Abhängigkeit der spezifischen Förderarbeit Δptot bezogen auf die Dichte ς des Fördermediums vom Volumenstrom V wieder. Beide Kennlinien schneiden sich im Arbeitspunkt B und lassen erkennen, dass kleine Schwankungen der spezifischen Förderarbeit beachtliche Veränderungen im geförderten Volumenstrom V nach sich ziehen.
Ein Gebläse nach der Erfindung ist mindestens zweistufig ausgebildet und weist in einem Gehäuse 10 zwei auf einer Antriebswelle 13 drehfest aufgebrachte Laufräder 11 und 12 auf. Zwischen diesen beiden Laufrädern 11 und 12 ist ein Leitrad 20 feststehend angeordnet. Der Durchmesser Da der Laufräder 11 und 12 wird mit der Gestaltung der Schaufeln so gewählt, dass eine steilere Gebläsekennlinie nach 4 erreicht wird. Dabei spielen die Schaufelteilung in Umfangsrichtung und die Breite und/oder die Länge der Kanäle zwischen den Schaufeln eine Rolle. Im Ergebnis wird jedoch der Außen-Durchmesser Da der Laufräder 11 und 12 gegenüber einem einstufigen Gebläse reduziert, so dass das Gebläse als kompakte Einheit gebaut werden kann. Entscheidend ist für das geförderte Volumen auch der Schaufelaustrittswinkel β nach 3, der sowohl bei den Laufrädern 11 und 12 als auch bei dem Leitrad 20 als Parameter für die Gebläsekennlinie mit einbezogen werden kann. Der Schaufelaustrittswinkel β ist definiert durch den Winkel zwischen Tangente am Schaufelende und der Kreistangente am Schaufelende.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 ist die Zuströmung des Volumenstromes axial und die Abströmung radial, wie die Pfeilbündel E und A zeigen. Es sind jedoch sämtliche Kombinationen von axialer und radialer Zu- und Abströmung des Volumenstromes möglich. Zudem kann das Gebläse auch mehr als 2 Stufen aufweisen, wobei zwischen aufeinander folgenden Laufrädern jeweils ein feststehendes Leitrad angeordnet wird.
Die Laufräder 11 und 12 können über eine gemeinsame Antriebswelle 13 in Drehbewegungen versetzt werden. Jedes der Laufräder 11 und 12 kann aber auch auf einer individuellen Antriebswelle drehfest aufgebracht und daher individuell angetrieben werden, um die Gebläsekennlinie zu optimieren.
3 zeigt die Ansicht eines Leitrades 20 mit auf einer Scheibe 22 angeordneten, gekrümmten Schaufeln 21.1; 21.2; 21.3; 21.4 .... 21.n, die in Umfangsrichtung der Scheibe 22 in unterschiedlicher Teilung t1, t2, t3 aufgebracht und auch in verschiedener Krümmung ausgeführt sind. Auf diese Weise bilden sich zwischen den Schaufeln unterschiedliche Kanäle, wobei auch die Längen 11, 12, 13 der Schaufeln 21.1 bis 21.n und die Teilungen t1, t2, t3 eine Rolle spielen. Eine derartige Schaufelanordnung können auch die Leiträder 11 und 12 aufweisen. Damit lassen sich Helmholtz-Resonatoren bilden, die charakteristische Frequenzen von systembedingten selbsterregten Schwingungen des Gesamtsystems auslöschen, zudem läßt sich bei kleinem Außendurchmesser Da der Laufräder 11 und 12 der geforderte Volumenstrom erreichen.
Wie 4 zeigt, wirken sich äußere Druckpulsationen Δp nur noch in kleinen Volumenstromanalogen ΔV aus, wenn die Steilheit α, der Winkel zwischen den Tangenten an die Gelbäsekennlinie und die Systemkennlinie größer ist als bei einem einstufigen Gebläse, wie 1 dokumentiert.

Claims

Gebläse für eine Gas-Brennwertkesseltherme zur Zuführung der Verbrennungsluft oder des Gas-Luftgemisches für den Brenner in der Brennkammer, wobei dem Brenner ein Wärmeüberträger nachgeordnet ist, durch den das Abgas geleitet einem Abgassystem zugeführt wird, wobei das Gebläse mehrstufig mit Laufrädern (11, 12) und jeweils einem zwischen aufeinander folgenden Laufrädern (11, 12) angeordnetem, feststehendem Leitrad (20) ausgebildet ist und eine druckfeste Gebläsekennlinie mit großer Steilheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitrad (20) mit auf einer Scheibe (22) angeordneten, gekrümmten Schaufeln (21.1 bis 21.n) ausgeführt ist, die in Umfangsrichtung der Scheibe (22) in unterschiedlicher Teilung (t1, t2, t3) und mit unterschiedlicher Krümmung ausgeführt sind.
Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebläsekennlinie die Abhängigkeit der spezifischen Förderarbeit (Δptot/ς) vom Fördervolumen (V) angibt, wobei die Förderarbeit durch den Gesamt-Förderdruck (Δptot) bezogen auf die Dichte (ς) des Fördermediums definiert ist.
Gebläse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steilheit (α) der Gebläsekennlinie durch den Winkel α zwischen der Gebläsekennlinie und der gesamten Systemkennlinie der Gas-Brennwertkesseltherme im Betriebspunkt (Schnittpunkt der beiden Kennlinien) definiert und möglichst groß ist.
Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufräder (11, 12) auf einer gemeinsamen Antriebswelle (13) drehfest aufgebracht sind.
Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufräder (11, 12) auf getrennten Antriebswellen drehfest aufgebracht und individuell antreibbar sind.
Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufräder (11, 12) und das Leitrad (20) mit Schaufeln (21.1 bis 21.n) unterschiedlicher Breite und/oder Länge (11, 12, 13) in Umfangsrichtung in unterschiedlicher Teilung (t1, t2, t3) versehen und als Heimholtz-Resonator mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen aufgebildet sind.
Gebläse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenzen der Helmholtz-Resonatoren im Frequenzbereich der systembedingten, selbsterregten Schwingungen des Gesamtsystems der Gas-Brennwertkesseltherme gewählt sind.