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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Untersuchung des frequenzabhängigen Schwingungsverhaltens eines Brenners gemäß dem einleitenden Teil der unabhängigen Verfahrenspatentansprüche. An Feuerungseinrichtungen oder thermischen Antriebssystemen treten des öfteren thermoakustische Schwingungen oder selbsterregte Verbrennungsschwingungen auf, die mit Hilfe des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeschlossen werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei für alle verschiedenen Feuerungs- und Antriebsausführungen – also hersteller- und bauartunabhängig – eingesetzt werden.
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Im VDI-Fortschrittsbericht Nr. 364 der Reihe 6 für Energietechnik ist beschrieben, dass selbsterregte Verbrennungsschwingungen insbesondere durch eine ungünstige Kombination von Brenner bzw. Flammhalter und der jeweiligen Geometrie der Brennkammer entstehen. Auslöser ist dabei meist eine stochastische Schwankung der thermischen Leistungsfreisetzung in der Verbrennungszone und daraus resultierend eine Erregung des Schallfeldes der Brennkammer. Abhängig von den akustischen Eigenfrequenzen der jeweiligen Brennkammergeometrie werden dabei gewisse Töne oder Schallfrequenzen besonders verstärkt. Dies wird auch als Resonanzeffekt bezeichnet. Aufgrund der Tatsache, dass eine etwa vorhandene Brennerdüse unmittelbar der Brennkammer zugewandt ist, wirkt dieses Schallfeld auf diese Öffnung und führt dort zu einer periodischen Modulation des Zustroms von Brennstoff und Luft in die Brennkammer. Gelangt dieser modulierte Zustrom in die Verbrennungszone, so kommt es dort zu einer periodischen Schwankung der thermischen Leistungsfreisetzung. Für den Fall, dass diese Schwankung der thermischen Leistungsfreisetzung nahezu phasengleich zur Schwankung des akustischen Schallfeldes erfolgt, kommt es, gemäß dem nach Lord Rayleigh bezeichneten Rayleigh-Kriterium, bei Überwindung der im System vorhandenen akustischen Dämpfung zu einer Anregung von selbsterregten Verbrennungsschwingungen. Falls der Brenner von sich aus schon periodische Strömungsschwankungen zeigt oder/und auch auf gewisse Schwankungen des Schallfeldes an der Brennerdüse besonders reagiert, wird dieser Prozess für den Fall, dass sich die Frequenzen von Brennkammer und Brenner decken, um ein Vielfaches begünstigt.
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Die akustische Dämpfung von Brennkammern ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 16 26 146 A bekannt. Aus der deutschen Auslegeschrift
DE 1 173 734 A ist es bekannt, poröses Material in einer Brennkammer zu verwenden. Ein Diffusor für eine Brennkammer ist aus der
deutschen Offenlegungsschrift 2 061 861 A bekannt. Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 199 28 226 A1 offenbart ein Verfahren und ein Verbrennungssystem zur Unterdrückung bzw. Kontrolle von thermoakustischen Schwingungen in einem Verbrennungssystem. Ein akustisches Testverfahren für eine Brennkammer ist aus
US 3,533,485 A bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung und damit Ziel des Verfahrens ist es, durch eine gezielte Verstimmung des Frequenz- bzw. Schwingungsverhaltens von Brenner und Brennkammer das Auftreten von Verbrennungsschwingungen zu vermeiden. Während die Vorhersage der Eigenfrequenzen von Brennkammern mittels moderner akustischer Berechnungsmethoden noch einfach möglich ist, stellt die Identifizierung des Schwingungsverhaltens von Brennern eine neuartige technische Herausforderung dar. Hierzu werden durch geeignete Aktuatoren bzw. Ventile, welche in die Luft- oder/und Brennstoffzuführungen eingebaut werden, die dem Brenner zugeführten Stoffströme moduliert und deren frequenzabhängige Auswirkung auf die Verbrennung untersucht. Für den Fall, dass diese Untersuchung in einer normalen Brennkammer durchgeführt wird, ist aufgrund der Tatsache, dass mit Erregung des Brenners auch gleichzeitig das Schallfeld der Brennkammer angeregt wird und dieses wiederum auf den Brenner zurückwirkt, keine getrennte Untersuchung des Schwingungsverhaltens des Brenners möglich. Vielmehr erhält man hier immer ein Produkt aus dem Verhalten beider Systeme, sprich von Brennkammer und Brenner. Führt man im Gegensatz dazu die Untersuchung im Freifeld (also ohne Brennkammer) durch, so wird dabei das Brennverhalten des Brenners, wie es sich in einer Brennkammer ergibt, z. B. mit möglichen Rezirkulationszonen oder dem Strahlungsaustausch mit den Wänden, nicht geeignet nachgebildet.
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Die Lösung der Aufgabe liegt verfahrensmäßig in erfinderischer Weise in den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs. Derartige Untersuchungen werden also in einer durch technische Mittel möglichst akustikfrei bzw. schalltot gestalteten Brennkammer durchgeführt, wodurch sich die geschilderten Probleme umgehen und die Untersuchungen in gewünschter Form durchführen lassen. Hierzu wird der Auslass bzw. das Ende der Brennkammer, an dem das Abgas sie verlässt, durch technische Mittel möglichst akustisch so gestaltet, dass es zu keiner Reflexion der dort von der Flamme ankommenden Schallwellen kommt.
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Hierdurch lässt sich die Ausbildung von stehenden Schallwellen bzw. von Resonanzen in der Brennkammer vermeiden und das Schwingungsverhalten des Brenners ohne deren Rückwirkung separat untersuchen. Da auch die Vorkammer, also der Raum stromauf des Brenners, auf die Untersuchung des Schwingungsverhaltens des Brenners einen Einfluss ausüben kann, ist es günstig, auch diesen, durch technische Mittel möglichst als schalltoten Raum auszubilden. Hierzu wird vorzugsweise an geeigneter Stelle die Zuluftöffnung zu diesem Raum so gestaltet, dass mögliche vom Brenner stromauf abgestrahlte Schallwellen durch technische Mittel möglichst absorbiert bzw. nicht mehr reflektiert werden und damit die Ausbildung von stehenden Wellen in diesem Raum unterbunden wird.
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Zur Verbesserung der Nachbildung einer möglichen Energiezufuhr in der äußeren Rezirkulationszone des Brenners, wie sie z. B. im realen Einsatz des Brenners von einem benachbarten Brenner oder der Brennkammerauskleidung herrühren kann, verfügt die Versuchsbrennkammer über sogenannte Hilfs- bzw. Eckenbrenner. Diese sind mehrfach über den Umfang angebracht und können geeignet in Betrieb gesetzt werden. Damit lässt sich zum Beispiel eine punktuelle oder eine über den Umfang symmetrische oder asymmetrische Verteilung der Energiezufuhr in der Rezirkulationszone verwirklichen.
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Eine konkrete Ausgestaltung der Erfindung als vorrichtungsmäßige Lösung der Aufgabe ist Gegenstand des unabhängigen Vorrichtungsanspruches.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich verfahrensmäßig aus den abhängigen Verfahrensansprüchen, vorrichtungsmäßig aus den abhängigen Vorrichtungsansprüchen.
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Das Verfahren zur Untersuchung des thermoakustischen Schwingungsverhaltens von Brennern und damit der gezielten Vermeidung von möglichen Verbrennungsschwingungen wird ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung der Untersuchungsanordnung,
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2 eine weitere Schnittdarstellung der Untersuchungsanordnung mit zusätzlicher Modulationsmöglichkeit des Luftstroms,
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3 eine konstruktive Ausführung der schallabsorbierenden Brennkammerwand der Untersuchungsanordnung und
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4 eine konstruktive Ausführung des reflexionsfreien Abschlusses der Untersuchungsanordnung.
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1 zeigt schematisch eine entlang einer Achse 1 gerichtete Untersuchungsanordnung 23. Diese Untersuchungsanordnung 23 besteht aus einer Vorkammer 7, einem Brenner 13 und einer Brennkammer 2. Exemplarisch ist der Brenner 13 in der dargestellten Figur als pilotierter Vormischbrenner ausgeführt. In den Vormischbrenner 14 des Brenners 13 mündet eine Verbrennungsluftzuführung 41. Der ringförmig gestaltete Vormischbrenner 14 umgibt einen mit einer eigenen Verbrennungsluftzuführung 42 versehenen Pilotbrenner 15 ringförmig. Dem Vormischbrenner 14 wird Brennstoff 19 über eine Brennstoffleitung 16 zugeführt. Dem Pilotbrenner 15 wird Brennstoff 20 über eine -Brennstoffleitung 17 zugeführt. Der Brenner 13 ist zum einen Teil in der Brennkammer 2 und zum anderen Teil in der dazu stromauf liegenden Vorkammer 7 angeordnet. Zur Nachbildung der Energiezufuhr in die äußere Rezirkulationszone 29 des Brenners 13 sind ein oder mehrere Hilfsbrenner als Eckenbrenner 26 über den Umfang der Brennkammer 2 und damit senkrecht zur Achse 1 gleichmäßig verteilt in der Brennkammerwand angebracht. Den Hilfs- bzw. Eckenbrennern 26 wird Brennstoff 28 über eine Brennstoffleitung 27 zugeführt. In die -Brennstoffleitung 16 des Vormischbrenners 14 sind ein oder mehrere Stellglieder 21 eingebaut. Alternativ oder in Kombination befindet sich in der Brennstoffleitung 17 des Pilotbrenners 15 ebenfalls ein Stellglied 18. Bei einer prismatischen Querschnittsinnenform der Brennkammer 2 sind die Eckenbrenner 26 in den Innenkanten der Brennkammer 2 angeordnet. Bei einer runden Querschnittsinnenform der Brennkammer 2 sind die Eckenbrenner 26 gleichmäßig über den Innenumfang verteilt am Rand der Brennkammer 2 vorgesehen.
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Die Querschnittsform der Brennkammer 2 und der Vorkammer 7 ist im Prinzip beliebig, vorzugsweise aber rund. Zwischen der Vor- und der Brennkammer befindet sich eine Wand 40, in der der Brenner 13 technisch luftdicht, z. B. über eine Flanschverbindung befestigt wird.
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Der Begriff ”schalltot” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der von der Flamme 12 im Brennkammer-Innenraum 54 in alle Richtungen emittierte Schall 52 durch geeignete schallabsorbierende Mittel oder durch Einsatz von akustisch angepassten bzw. reflexionsfreien Abschlüssen an den Öffnungen 5 und 10 der Untersuchungsanordnung 23 absorbiert und damit nicht mehr in Richtung Flamme 12 zurückreflektiert wird. Da die vollständige Absorption insbesondere auch von niederfrequenten Schallwellen nur begrenzt möglich ist, wird in diesem Zusammenhang mit schalltot eine Anordnung bezeichnet, die den Schall, soweit wie mit technischen Mitteln möglich, absorbiert oder/und an den Öffnungen 5 und 10 nicht reflektiert. Mit anderen Worten, eine Brennkammer gilt auch dann als schalltot, wenn noch ein Teil der von der Flamme 12 emittierten Schallwellen 52 durch die ergriffenen Maßnahmen zu dieser zurückreflektiert bzw. durch geeignete schallabsorbierende Mittel nicht vollständig absorbiert werden.
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Der Begriff ”akustisch angepasster Abschluss” bedeutet, dass die z. B. in Richtung einer Rohröffnung emittierten Schallwellen an dieser Öffnung, aufgrund der speziellen Gestaltung der Öffnung, ungehindert und vollständig entweichen können bzw. an der Öffnung nicht reflektiert werden. Das genaue Gegenteil eines akustisch angepassten Abschlusses ist z. B. ein schallharter Abschluss in Form eines geschlossenen Rohrendes oder ein schallweicher Abschluss in Form eines offenen Rohrendes. In beiden Fällen würde eine auf diese Abschlussform bzw. Randbedingung treffende Schallwelle nahezu vollständig reflektiert werden. Eine ”akustisch angepasster Abschluss” ist damit gleichzeitig ein ”reflexionsfreier Abschluss”. Da eine vollständige akustische Reflexionsfreiheit bzw. eine ideale akustische Anpassung einer Öffnung bzw. eines Ein- oder Auslasses praktisch nicht herstellbar ist, wird in diesem Zusammenhang mit akustisch angepasstem bzw. reflexionsfreiem Abschluss 24 der Brennkammer 2 oder akustisch angepasstem bzw. reflexionsfreiem Abschluss 25 der Vorkammer 7 ein Abschluss bezeichnet, der, soweit wie mit technischen Mitteln erreichbar, diese Eigenschaften erfüllt. Mit anderen Worten, der Abschluss gilt auch dann als angepasst oder reflexionsfrei, wenn noch ein Teil der ankommenden Schallwellen zurückreflektiert wird.
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Für die Funktion der Untersuchungsanordnung ist es wichtig, dass insbesondere im zu untersuchenden Frequenzbereich die Qualität der akustischen Anpassung bzw. Refelxionsfreiheit des Abschlusses und/oder die Schallabsorption in der Brennkammer besonders hochwertig bzw. nahezu vollständig sind.
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Der Untersuchungsanordnung 23 wird über eine Öffnung 10 am Einlass 30 Oxidans oder Luft 11 z. B. mittels eines von einem Elektromotor 37 angetriebenen Gebläses 31 über die Vorkammer 7 zugeführt. Aus der Vorkammer 7 gelangt die Luft 11 in die Verbrennungsluftzuführung 41 des Vormischbrenners 14 und in die Verbrennungsluftzuführung 42 des Pilotbrenners 15. Über die Brennstoffzuleitung 16 wird dem Vormischbrenner 14 Brennstoff 19 zugeführt und mit der Verbrennungsluft 11 vermischt. Über die Brennstoffleitung 17 wird dem Pilotbrenner 15 Brennstoff 20 zugeführt und in der Verbrennungsluft 11 als Pilotflamme verbrannt. An dieser Pilotflamme entzündet sich das aus dem Vormischbrenner 14 in die Brennkammer 2 eintretende Brennstoff-Luft-Gemisch. Stromab vom Brenner 13 stabilisiert sich eine vorgemischte pilotierte Flamme 12, deren Abgas 6 die Brennkammer 2 in Richtung der Öffnung 5 verlässt. Zur Nachbildung der Energiezufuhr in der Rezirkulationszone 29 wird optional über einen oder mehrere der Ecken- bzw. Hilfsbrenner 26 Brennstoff 28 zugeführt und, direkt oder vorher mit Luft vermischt, verbrannt.
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Durch dynamisches Öffnen und Schließen der Stellglieder 18 und/oder 21 wird den Brennstoffen 20 und/oder 19 bzw. deren Massenströmen eine Schwankung bzw. Modulation aufgeprägt, welche zu einer Schwankung der thermischen Leistungsfreisetzung der Flamme 12 führt. Diese Schwankung der thermischen Leistungsfreisetzung wird durch einen geeigneten Sensor 22 gemessen. Als Sensor 22 eignet sich ein Schalldruck- oder Strahlungs- oder schneller Temperatursensor.
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Die Ansteuerung der Stellglieder 18 und/oder 21 erfolgt z. B. mittels eines oder mehrerer Signalgeber 38. Als vom Signalgeber 38 für die Ansteuerung der Stellglieder 18 und 21 erzeugte Signalform eignet sich insbesondere ein Sinussignal, wobei auch andere Signale wie z. B. ein Rechteck- oder Sägezahnsignal verwendet werden können. Welche Stellglieder 18 und/oder 21 aktuell vom Signalgeber 38 angesteuert werden, wird über die Schalter 53 ausgewählt. Durch Variation der Frequenz der vom Signalgeber 38 erzeugten Signalform, prägen die mit diesem Signal angesteuerten Stellglieder 18 und/oder 21 eine entsprechende frequenzabhängige Massenstrommodulation auf die jeweiligen Brennstoffströme 19 und/oder 21 auf, wodurch schlussendlich auch die Frequenz der Schwingung der thermischen Leistungsfreisetzung der Flamme 12 variiert wird. Durch ein gezieltes Durchfahren verschiedener Frequenzen bzw. eines ganzen Frequenzbandes lässt sich damit das frequenzabhängige Schwingungsverhalten der Flamme 12 des jeweils mit dieser Anordnung untersuchten Brenners 13 mittels eines an den Sensor 22 über eine Signalleitung 33 angeschlossene Auswerteeinrichtung 34 vermessen und mittels des an die Auswerteeinrichtung 34 angeschlossenen Druckers 35 in Form eines Frequenzgang- bzw. Bodediagramms dokumentieren. Durch die über die Flamme 12 aufgeprägte thermische Leistungsschwankung werden Schalldruckwellen 52 erzeugt, welche sich in Richtung der Öffnung 5 am Auslass 36 der Brennkammer 2 und der Öffnung 10 am Einlass 30 in der Vorkammer 7 ausbreiten. Durch eine spezielle akustische Anpassung an diesen Öffnungen 5, 10, z. B. in Form einer mit einer zylindrischen zentrischen Ausnehmung 43, 44 versehenen kegelstumpfförmigen Auskleidung 4, 9 aus akustisch dämpfendem bzw. schallabsorbierendem Material, werden diese Schallwellen absorbiert und nicht an den Öffnungen 5 und 10 bzw. am Aus- und Einlass 36 und 30 reflektiert. Damit stellen sich in der Brennkammer 2 und der Vorkammer 7 keine stehenden Schallwellen und daraus resultierende Resonanzeffekte ein. Eine störende Rückwirkung von resonanten Schallfeldern bei der frequenzabhängigen Untersuchung des Brenners 13 unterbleibt damit. Vom Sensor 22 wird somit z. B. im Fall der Verwendung eines Schalldrucksensors nur der über die Modulation der Brennstoffströme 19 oder/und 20 durch die Flamme 12 erzeugte Schall 52 gemessen. Es hat sich weiter als zweckmäßig erwiesen, dass neben der akustischen Anpassung durch die kegelstumpfförmigen schallabsorbierenden Auskleidungen 4, 9 in den kegelförmigen Abschnitten 57, 58 der Brennkammer 2 und der Vorkammer 7 auch noch die Wände in den zylindrischen Abschnitten 55, 56 der Brennkammer 2 und der Vorkammer 7 mit einer schallabsorbierenden Auskleidung 3, 8 versehen sind. Hierdurch werden beide Kammern 2, 7 noch schalltoter.
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Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wurden nur die Brennstoffmassenströme 19, 20 zum Brenner 13 durch ein geeignetes Stellglied 18, 21 moduliert. Alternativ ist es, wie in 2 gezeigt, auch möglich, dass z. B. die zugeführte Luft 11 durch ein geeignetes Stellglied, beispielsweise ein drehzahlgesteuertes Gebläses 31, eine in den Luftstrom 11 geschaltete Lochsirene oder einen in der Vorkammerwand eingebauten Lautsprecher, moduliert und damit der Brenner 13 untersucht wird. Alternativ kann auch eine Erregung des Abgasstroms 6, z. B. mit einer im Abgasstrom 6 befindlichen Lochsirene oder einem in der Wand der Brennkammer 2 eingebauten Lautsprecher erfolgen.
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Ebenfalls möglich ist eine Kombination von Erregungen durch einen oder mehrere Geber 38, z. B. über eine gleichzeitige Modulation des Brennstoffes 19, 20 und des Oxidans oder der Luft 11 oder einer gleichzeitigen Modulation des Brennstoffes 19 und 20. Damit lassen sich ganz gezielt Phänomene wie z. B. eine Schwingung des Brennstoff-Luftverhältnisses künstlich nachbilden. Die diversen gleichzeitigen Erregungen der Stellglieder müssen dabei nicht amplituden- oder phasengleich ausgeführt werden, sondern können auch mit einem gewissen Amplitudenverhältnis, welches z. B. mittels in die Signalstrecke eingebauter Verstärker 32 eingestellt werden kann, und/oder einer gewissen Phasenverschiebung, welche z. B. mittels in die Signalstrecke implementierter Zeitglieder 39 eingestellt werden kann, erfolgen.
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Des weitern ist es z. B. auch möglich, die Modulationen des Brennstoffs 19 und/oder 20 und/oder der Luft 11 mit unterschiedlichen Gebern 38 und damit verschiedenen Signalformen, Frequenzen und Amplituden auszuführen.
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Statt der bisher beschriebenen Untersuchung eines pilotierten Vormischbrenners 13 kann in der Untersuchungsanordnung 23 jeder beliebige Brenner, also z. B. auch ein Mehrstufenbrenner, Kombibrenner, Strahlungsbrenner oder Diffusionsbrenner mit und ohne Drallströmung usw., untersucht werden. Des weiteren kann der zu untersuchende Brenner mit unterschiedlichen Brennstoffen, wie z. B. gasförmigem, flüssigem, staubförmigem oder sonstigem Brennstoff, betrieben werden.
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Wie technisch trotz hoher thermischer Belastung die Wand einer Brennkammer 2 mit einer schallabsorbierenden Auskleidung bzw. mit schallabsorbierendem Material 3 versehen werden kann, zeigt exemplarisch die 3 anhand eines Teilausschnitts aus dem zylindrischen Abschnitt 55 der Brennkammer 2. Die Brennkammerwand besteht dabei aus einem mehrschaligen Aufbau, welcher mit einer Brennkammer-Innenwand 47 beginnt, die z. B. aus einer hitzebeständigen perforierten oder gelochten Keramik-, Stein- oder Metallplatte bestehen kann. Die Perforationen oder Löcher 48 der Innenwand 47 können z. B. aus regelmäßigen Rundlöchern oder aus eher zufällig verteilten, unregelmäßigen Öffnungen, wie sie z. B. ein Metallgeflecht oder ein Sintermaterial aufweist, bestehen. Durch diese Öffnungen 48 strömt eine Blockströmung 51 aus einem Luftkanal 49, welcher durch einen Zwischenraum zwischen der Brennkammer-Innenwand 47 und der Brennkammer-Außenwand 45 gebildet wird, in den Brennkammer-Innenraum 54 ein. Zum Aufbau der Blockströmung 51 wird der Zwischenraum bzw. Luftkanal 49 z. B. mit externer Luft 50 aus einem Gebläse oder Verdichter versorgt. Um eine Beeinflussung der Verbrennungseigenschaften der Flamme 12 des in der Untersuchungsanordnung 23 zu untersuchenden Brenners 13 infolge der Blockströmung 51 zu verhindern, ist der Massenstrom der in die Brennkammer-Innenraum 54 einströmenden Blockströmung 51 so klein zu wählen, dass ein Eindringen der Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungszone der Flamme 12 aus dem Brennkammer-Innenraum 54 in den Zwischenraum 49 sicher vermieden werden kann. Aufgrund der daraus resultierenden niedrigen Strömungsgeschwindigkeit der Blockströmung 51 durch die Öffnungen 48 kann jedoch der von der Flamme 12 bei der Durchführung der Untersuchung emittierte Schall 52 nahezu ungehindert entgegen der Blockströmungsrichtung aus dem Brennkammer-Innenraum 54 in den Zwischenraum 49 eindringen. Durch Anbringen eines schallabsorbierenden Materials 46 zwischen dem Zwischenraum 49 und der Brennkammer-Außenwand 45, werden die Schallwellen 52 absorbiert und nicht mehr in den Brennkammer-Innenraum 54 zurückreflektiert. Durch diesen speziellen Aufbau der Brennkammerwand wird eine Reflexion der in einer Brennkammer 2 von einer Flamme 12 in Richtung der Brennkammerwand abgestrahlten Schallwellen 52 technisch fast vollständig unterbunden.
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Ähnlich wie der in 3 gezeigte Aufbau der schallabsorbierenden Auskleidung 3 der Brennkammer 2 lässt sich am Auslass 36 der Untersuchungsanordnung 23 ein akustisch reflexionsfreier Abschluss 24 verwirklichen. 4 zeigt den zugehörigen Aufbau. Dargestellt ist in dieser Figur ein Teilausschnitt aus dem kegelförmigen Abschnitt 57 der Brennkammer 2. Um eine Reflexion der von der Flamme 12 emittierten Schallwelle 52 am Auslass 36 der Untersuchungsanordnung 23 zu unterbinden, kann der sich in Richtung des Auslasses 36 ausbreitende Schall 52, wie beim zylindrischen Abschnitt 55 der Brennkammer 2, durch Öffnungen 48 in der Brennkammer-Innenwand 47 in den Zwischenraum 49 eindringen, wobei hier gleichfalls durch eine Blockströmung 51 das Eindringen von Abgas 6 in den Zwischenraum 49 vermieden wird. Durch die mit einer zylindrischen zentrischen Ausnehmung 43 versehenen kegelstumpfförmigen Auskleidung 4 der in diesem Abschnitt kegelstumpfartigen Brennkammer-Außenwand 45 mit schallabsorbierendem Material 46 werden die Schallwellen 52 so absorbiert, dass diese am Auslass 36 der Untersuchungsanordnung 23 technisch gesehen nicht mehr reflektiert werden.
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Versieht man eine Brennkammer 2 mit einem Wandaufbau nach 3 und/oder den Abschnitt vor dem Auslass 36 mit einem kegelstumpfförmigen Wandaufbau nach 4, dann erhält man eine technisch schalltote Brennkammer. Die in den 3 und 4 gezeigten konstruktiven Ausführungen sind mögliche Ausführungsbeispiele. Daneben sind natürlich noch weitere Varianten denkbar, die zum gleichen Ergebnis führen.
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Durch Verwendung der beschriebenen Anordnung gelingt es, Brenner unabhängig von den individuellen Akustiken gewisser Brennkammern untersuchen und hinsichtlich ihres Frequenzverhaltens qualifizieren zu können. Kombiniert man die untersuchten Brenner mit Brennkammern, deren Eigenfrequenzen deutlich von der Eigenfrequenz des Brenners entfernt liegen, so kommt es nicht mehr zum Auftreten von thermoakustischen Schwingungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achse der Untersuchungsanordnung 23
- 2
- Brennkammer
- 3
- schallabsorbierende Auskleidung im zylindrischen Abschnitt 55 der Brennkammer 2
- 4
- kegelstumpfförmige Auskleidung aus akustisch dämpfendem bzw. schallabsorbierendem Material am Auslass 36
- 5
- Öffnung am Auslass 36 der Untersuchungsanordnung 23
- 6
- Abgas
- 7
- Vorkammer
- 8
- schallabsorbierende Auskleidung im zylindrischen Abschnitt 56 der Vorkammer 7
- 9
- kegelstumpfförmige Auskleidung aus akustisch dämpfendem bzw. schallabsorbierendem Material am Einlass 30
- 10
- Öffnung am Einlass 30 der Untersuchungsanordnung 23
- 11
- Luft
- 12
- vorgemischte pilotierte Flamme bzw. nur Flamme
- 13
- Brenner
- 14
- Vormischbrenner
- 15
- Pilotbrenner
- 16
- Brennstoffleitung des Vormischbrenners 14
- 17
- Brennstoffleitung des Pilotbrenners 15
- 18
- Stellglied für Pilotbrenner 15
- 19
- Brennstoff für Vormischbrenner 14
- 20
- Brennstoff für Pilotbrenner 15
- 21
- Stellglied für Vormischbrenner 14
- 22
- Sensor
- 23
- Untersuchungsanordnung
- 24
- akustisch reflexionsfreier Abschluss der Brennkammer 2
- 25
- akustisch reflexionsfreier Abschluss der Vorkammer 7
- 26
- Hilfs- bzw. Eckenbrenner
- 27
- Brennstoffleitung für Eckenbrenner 27
- 28
- Brennstoff für Eckenbrenner 27
- 29
- äußere Rezirkulationszone
- 30
- Einlass der Untersuchungsanordnung 23
- 31
- Gebläse
- 32
- Signalverstärker
- 33
- Signalleitung
- 34
- Signalauswerteeinrichtung
- 35
- Drucker
- 36
- Auslass der Untersuchungsanordnung 23
- 37
- Elektromotor
- 38
- Signalgeber
- 39
- Zeitglieder
- 40
- Wand zwischen Vorkammer 7 und Brennkammer 2
- 41
- Verbrennungsluftzuführung des Vormischbrenners 14
- 42
- Verbrennungsluftzuführung des Pilotbrenners 15
- 43
- Zylindrische zentrische Ausnehmung in der kegelstumpfförmigen Auskleidung 4 am Auslass 36
- 44
- Zylindrische zentrische Ausnehmung in der kegelstumpfförmigen Auskleidung 9 am Einlass 30
- 45
- Brennkammer-Außenwand
- 46
- schallabsorbierendes Material
- 47
- Brennkammer-Innenwand
- 48
- Öffnungen in der Brennkammer-Innenwand 47
- 49
- Zwischenraum bzw. Luftkanal zwischen Brennkammer-Innenwand 47 und schallabsorbierendem Material 46 oder der Brennkammer-Außenwand 45
- 50
- Luftzufuhr für Blockströmung 51
- 51
- Blockströmung
- 52
- Von der Flamme 12 emittierte Schallwelle
- 53
- Schalter
- 54
- Brennkammer-Innenraum
- 55
- zylindrischer Abschnitt der Brennkammer 2
- 56
- zylindrischer Abschnitt der Vorkammer 7
- 57
- kegelförmiger Abschnitt der Brennkammer 2
- 58
- kegelförmiger Abschnitt der Vorkammer 7
