DE1110800B - Steuerung von Schwingbrennern, die nach dem Prinzip einer pulsierenden, d. h. einer periodisch verpuffenden Verbrennung, arbeiten - Google Patents

Description

• Steuerung von Schwingbrennern, die nach dem Prinzip einer pulsierenden, d. h. einer periodisch verpuffenden Verbrennung, arbeiten Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern von Schwingbrennern, die nach dem Prinzip einer pulsierenden, d. h. einer periodisch verpuffenden Verbrennung, arbeiten.
• Zur Steuerung von Schwingbrennern dieser Art werden entweder Plattenventile aus dünnen Stahllamellen oder aerodynamische Ventile benutzt. Für einen Dauerbetrieb sind die Stahllamellen nicht brauchbar, da durch die außerordentlich hohen Beanspruchungen die Lamellen in kurzer Zeit verschleißen.
• Das aerodynamische Ventil ist für einen Dauerbetrieb zwar sehr gut geeignet, ist aber in seiner Ventilwirkung nicht absolut, d. h., es läßt einen geringen Prozentsatz der durchströmenden Gasmenge zurückfließen.
• Man hat bei Verbrennungseinrichtungen, die mit durch Gasgestänge gekoppelten Teller- bzw. Kegelventilen für den Einlaß des Brennstoffes und den Auslaß der Verbrennungsgase versehen sind, vorgeschlagen, den Unterdruck im Verbrennungsraum zum Öffnen von belasteten Luftauslaßventilen auszunutzen. Diese Einrichtung ist äußerst aufwendig und verwickelt, auch ergeben sich durch die Gestänge zeitliche Verzögerungen der Ventilbewegungen. Überdies erfolgt das Schließen und Öffnen der Luftventile nicht mit der erforderlichen Genauigkeit, so daß der Wirkungsgrad verringert wird.
• Es besteht daher bei der Steuerung von Schwingbrennern, die nach dem Prinzip einer pulsierenden, d. h. einer periodisch verpuffenden Verbrennung arbeiten, die Aufgabe, einerseits einen guten Ventilwirkungsgrad zu erreichen, andererseits aber einen Dauerbetrieb ohne Störungen und Reparaturen durchzuführen.
• Diese Aufgabe der Steuerung von Schwingbrennern wird nach dem Verfahren der Erfindung dadurch gelöst, daß die Druckänderungen im Brennraum des Schwingbrenners über einen Geber, der Druckschwingungen in der Brennkammer in elektrische Impulse umwandelt, verschließbare Durchlässe für den Eintritt der Verbrennungsluft in den Brennraum steuern bzw. öffnen und schließen. Hierdurch wird infolge einer guten Ausnutzung der Druckenergie der heißen Verpuffungsgase ein hoher Wirkungsgrad - höher als bei den Einrichtungen mit den bisher bekannten aerodynamischen Ventilen -erreicht. Es ist ferner von wesentlicher Bedeutung, daß ein ungestörter Dauerbetrieb möglich ist. überdies kann die Frequenz der Verpuffungen nach dem Verfahren gesteigert werden.
• In weiterer Entwicklung des Verfahrens wirken die elektrischen Impulse, verstärkt über einen Frequenzgenerator und einen Synchronmotor, auf die verschließbaren Durchlässe ein.
• Die Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens besteht darin, daß durch einen Geber, dessen Impulse in elektrische Impulse umgewandelt werden -gegebenenfalls durch einen Verstärker verstärkt -, über einen Frequenzgenerator die Frequenz eines Synchronmotors geregelt wird, der periodisch den Luftstrom der Verbrennungsluft zum Brennraum freigibt oder sperrt. Auf diese Weise wird die Luft im Augenblick des geringsten Druckes dem Brennraum zugeführt.
• Im zweckmäßigen Ausbau der Erfindung sind als verschließbare Durchlässe für den Durchtritt der Verbrennungsluft in den Brennraum achsparallele Schlitze einer feststehenden Trommel vorgesehen, in oder über welcher koaxial eine ebenfalls mit Schlitzen gleicher Teilung versehene, von dem Synchronmotor angetriebene Trommel angeordnet ist. Die Anordnung der Durchgangsöffnungen auf dem Umfang der Trommeln gemäß der Erfindung vermeidet jede Abnutzung an diesen Durchlässen, da keine mechanische Berührung wie bei den bekannten Ventilen vorhanden ist.
• Auch können in Abwandlung der Erfindung als verschließbare Durchlässe für den Durchtritt der Verbrennungsluft in den Brennraum radial verlaufende Schlitze einer feststehenden Scheibe dienen, die mit einer ähnlichen, jedoch umlaufenden und gleichfalls mit radialen Schlitzen versehenen runden Scheibe zusammenarbeiten.
• Die Wirkung besteht also darin, daß die Druckänderungen in dem Brennraum auf einen elektrischen Impulsgeber wirken, in dem entsprechende elektrische Impulse erzeugt werden, die - gegebenenfalls verstärkt - derart auf einen Frequenzgenerator einwirken, daß dieser einen der Druckschwingung synchronen Wechselstrom erzeugt.
• Dieser wird dem Synchronmotor zugeleitet, der eine Steuertrommel antreibt.
• Durch einen mechanisch oder elektrisch wirkenden Phasenverschieber, der zwischen dem Impulsgeber und den verschließbaren Durchlässen angeordnet ist, kann in gewissen Grenzen eine Anpassung der Luftmenge an die entsprechende Wärmeleistung erfolgen.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Abb. 1 eine Einrichtung zur Steuerung von Schwingbrennern mit einem elektrischen Phasenverschieber, Abb. 2 eine ähnliche Einrichtung, bei der jedoch ein mechanisch wirkender Phasenverschieber vorgesehen ist.
• In dem Ausführungsbeispiel nach der Abb. 1 zeigt 1 den Brennraum und 2 das nur teilweise dargestellte Schwingrohr eines Schwingbrenners. Eine mit Steuerschlitzen 3 versehene umlaufende Tromme14 wird von einer zweiten feststehenden Trommel 5, die mit der gleichen Anzahl von Schlitzen 6 bzw. Durchlässen (für den Eintritt der Verbrennungsluft in den Brennraum 1) wie die Trommel 4 versehen ist, umschlossen. Die feststehende Trommel 5 bildet einen Teil des Brennraumes 1.
• Die umlaufende Trommel 4 wird von einem Synchronmotor 7 angetrieben, dessen Polpaarzahl in einem bestimmten ganzzahligen Verhältnis zur Anzahl der Schlitze 3 und 6 in den Trommeln 4 und 5 steht. Der Synchronmotor 7 wird von einem in einem Frequenzgenerator 8 erzeugten Wechselstrom angetrieben. Der Frequenzgenerator8 ist mit einem Verstärker 9 synchronisiert, der einen elektrischen Impuls verstärkt, den ein Impulsgeber 10 aus den Druckschwingungen des Brennraumes 1 erzeugt.
• Es kann ferner zum An- bzw. Hochfahren auf Nenndrehzahl des Synchronmotors 7 ein in einem Impulsgeber 11 erzeugter Impuls mit veränderlicher Frequenz im Verstärker 9 verstärkt werden.
• Ein elektrisch wirkender Phasenverschieber 12 läßt eine Veränderung des Phasenwinkels zwischen der Steuertrommel 3 und 4 und der Druckschwingung im Brennraum 1 bzw. im Rohr 2 zu.
• Die Wirkungsweise ist folgende. Mit dem Impulsgenerator 1 wird beim Anfahren eine stetig veränderliche Frequenz erzeugt, mit deren Hilfe der Synchronmotor 7 auf etwa die Drehzahl gebracht wird, bei der die Frequenz des Schwingrohres 1 und 2 im Anfahrzustand gleich der Frequenz der Ventilöffnungen 6 ist. Jetzt wird der Impulsgenerator 11 abgeschaltet und ein in dem Brennraum 1 vorhandenes explosibles Gemisch durch eine Zündkerze 14 zur Entzündung gebracht. Die dadurch erfolgende Verpuffung erzeugt eine Druckschwingung, welche einen elektrischen Impuls im Impulsgeber 10 auslöst. Dieser etwa sinusförmige Impuls wird nach der Verstärkung 9 dazu benutzt, in einem Frequenzgenerator 8 einen mit der Druckschwingung synchronen Wechselstrom zu erzeugen, der dann den Synchronmotor 7 antreibt. Dadurch wird die Drehzahl der Ventiltrommel 4 mit der Druckschwingung im Rohr synchronisiert. Das heißt, man kann durch einen Phasenverschieber 12 die umlaufende Trommel 4 so einstellen, daß sich die in der feststehenden Trommel 5 und umlaufenden Trommel 4 vorhandenen Schlitze 3 und 6 zu der Zeit gegenüberstehen, in der im Schwingrohr 2 ein Unterdruck vorhanden ist. Es wird dann Luft in den Brennraum 1 des Schwingrohres 2 gesaugt. Schwingt die Gassäule des Rohres 2 zurück, und baut in dem Brennraum 1 wieder einen Druck auf, so werden die Schlitze 6 der feststehenden Trommel 5 durch die Stege 15 der umlaufenden Trommel 4 verschlossen. Durch die Synchronisation wird erreicht, daß die Steuertrommel 4 jede Frequenzänderung im Schwingbrenner berücksichtigt. Die Verwendung der Steuertrommeln mit Schlitzen hat den besonderen Vorteil, daß keine axialen Kräfte auftreten, die die Lager zusätzlich beanspruchen. Mithin kommt man mit den geringsten Leistungen des Steuermotors aus; es sind also nur die Reibungskräfte in den Lagern und die Massenkräfte der umlaufenden Trommel zu überwinden.
• Das Ausführungsbeispiel nach der Abb.2 unterscheidet sich von dem nach Abb. 1 dadurch, daß an Stelle des elektrisch wirkenden Phasenschiebers 12 ein mechanisch wirkender Phasenschieber 12 zwischen den Wellen des Synchronmotors 7 und der umlaufenden Trommel 4 angeordnet ist. Außerdem umgreift hier im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der Abb.l die umlaufende Trommel 4 die feststehende Trommel5.
• Durch die Phasenschieber 12 und 13 kann eine Anpassung des Eintrittsquerschnittes und damit der Luftmenge an die jeweils gewünschte Wärmeleistung erfolgen.
• Auch ist es möglich, daß als verschließbare Durchlässe für den Durchtritt der Verbrennungsluft in den Brennraum radial verlaufende Schlitze einer feststehenden Scheibe dienen, die mit einer umlaufenden, jedoch ähnlichen und gleichfalls mit radialen Schlitzen versehenen runden Scheibe zusammenarbeitet.
• Es ist nicht unbedingt notwendig, daß ein elektrischer Impulsgeber verwendet wird, sondern es kann auch eine pneumatische, hydraulische oder mechanische Einrichtung verwendet werden, die eine Synchronisierung der Trommelfrequenz mit der Brennraumfrequenz erzwingt.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Steuerung von Schwingbrennern, die nach dem Prinzip einer pulsierenden, d. h. einer periodisch verpuffenden Verbrennung arbeiten, mit Einrichtungen, um die Druckschwankungen im Brennraum zur Ventilbetätigung auszunutzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckänderungen im Brennraum des Schwingbrenners über einen Geber, der Druckschwingungen in der Brennkammer in elektrische Impulse umwandelt, verschließbare Durchlässe für den Eintritt der Verbrennungsluft in den Brennraum steuern bzw. öffnen und schließen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Impulse verstärkt über einen Frequenzgenerator und einen Synchronometer auf verschließbare Durchlässe einwirken.
3. 3. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Geber (10), dessen Impulse in elektrische Impulse umgewandelt werden, über einen Frequenzgenerator (8) die Frequenz eines Synchronmotors (7) geregelt wird, der periodisch den Zustrom der Verbrennungsluft zum Brennraum (1) freigibt oder sperrt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Geber (10) und den verschließbaren Durchlässen (6) ein mechanisch (13) oder elektrisch (12) wirkender Phasenschieber angeordnet ist.
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als verschließbare Durchlässe (6) für den Durchtritt der Verbrennungsluft in den Brennraum (1) achsparallele Schlitze (6) einer feststehenden Trommel (5) dienen, in oder über welcher koaxial eine ebenfalls mit Schlitzen gleicher Teilung versehene, von dem Synchronmotor (7) angetriebene Trommel (4) angeordnet ist.
6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als verschließbare Durchlässe für den Durchtritt der Verbrennungsluft in den Brennraum radial verlaufende Schlitze einer feststehenden Scheibe dienen, die mit einer ähnlichen, jedoch umlaufenden und gleichfalls mit radialen Schlitzen versehenen runden Scheibe zusammenarbeiten. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 94 396.