DE202006008760U1

DE202006008760U1 - Gasbrennerdüse

Info

Publication number: DE202006008760U1
Application number: DE202006008760U
Authority: DE
Original assignee: Egon Evertz KG GmbH and Co
Current assignee: Egon Evertz KG GmbH and Co
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2016-06-03
Also published as: WO2007140740A1; JP2009539055A; EP2024681A1; BRPI0711720A2; CN101460781A; AU2007256799A1; MX2008015030A; US20090186310A1; EA200802264A1; KR20090023593A

Abstract

Gasbrennerdüse für Flämmarbeiten mit einer zentralen, aus mehreren Rohren bestehenden Sauerstoffzufuhr und mit mehreren ringsum die genannte Sauerstoffzufuhr angeordneten Rohren für die Brenngaszufuhr, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre für die Sauerstoffzufuhr jeweils gruppenweise angeordnet sind, wobei die einzelnen Gruppen (11, 12, 13) koaxial und zueinander beabstandet angeordnet sind und jede Gruppe (11, 12, 13) aus mindestens zwei ringförmig angeordneten Reihen von Rohren besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasbrennerdüse für Flämmarbeiten, mit einer zentralen, aus mehreren Rohren bestehenden Sauerstoffzufuhr und mit mehreren ringsum die genannte Sauerstoffzufuhr angeordneten Rohren für eine Brenngaszufuhr.
Gasbrennerdüsen werden in Flämmgeräten verwenden, die entweder als Automaten oder als Handflämmgeräte ausgebildet sind. Flämmarbeiten sind insbesondere zum Brennputzen von Brammenoberflächen erforderlich. So entstehen beim Abkühlen der durch Gießen hergestellten Brammen an deren Oberfläche häufig unerwünschte Risse, die durch eine Oberflächenbehandlung entfernt werden. Entsprechendes gilt auch für Grate oder Bärte, die beim Bearbeiten der Brammen, z. B. durch Schneiden entstehen. Die verwendeten Flämmbrenner werden zur Beseitigung der Oberflächenfehler entlang der betroffenen Flächen geführt.
Bei Gasbrennerdüsen der beschriebenen Art besteht die Gefahr, dass während des Brennerbetriebs die Flamme zurückschlägt. Um dies zu verhindern ist bereits vorgeschlagen worden, im Inneren des Düsenkörpers weit hinter der Austrittsöffnung ein poröses Element vorzusehen, das eine Sicherheitsbarriere bilden soll (vgl. CH-A-472 632 oder FR-A-1 448 292).
Weiterhin wird in der EP 0 043 822 vorgeschlagen, beim Brennflämmen mittels eines Sauerstoffstrahls von regelbarer Leistung und Ausrichtung, der von einer Heizflamme umgeben ist, im Verlauf des Brennflämmens den Querschnitt des Strahls hinsichtlich seiner Form und Oberfläche unabhängig von seiner Leistung zu verändern. Der hierzu ausgebildete Brenner besitzt eine Sauerstoffdüse, die in mehrere aneinander grenzende und als kompaktes Bündel gruppierte Düsen unterteilt ist. Dieses Bündel von Düsen ist von weiteren Düsen umgeben, die jeweils einen Brenner für das Heizen bilden, wobei diese Düsen und Brenner mit Einrichtungen versehen sind zum einzelnen Speisen mit Gas bzw. Sauerstoff oder Heizgemisch. Jede Speiseeinrichtung ist einzeln regelbar. Wie aus dem Ausführungsbeispiel ersichtlich ist, werden 65 konzentrisch angeordnete Sauerstoffzuführrohre mit jeweils gleichem Abstand zum benachbarten Rohr verwendet, die wiederum von 12 Rohren mit jeweils größerem Durchmesser zur Heizgaszuführung umgeben sind. Durch die vorgesehene Steuerung sollen wirksame Brennerquerschnitte erzeugt werden, die kreisförmig, rechteckig oder oval sind.
Weiterhin sind Gasbrenner bekannt, die mehrere koaxial zueinander angeordnete Rohre für eine Sauerstoffzufuhr aufweisen, die von mehreren ringsum angeordneten Rohren für eine Brenngaszufuhr umgeben sind.
Bei Gasbrennern der beschriebenen Art sind nach dem Stand der Technik Durchmesser der im Querschnitt kreisförmigen Brenner von 200 bis 250 mm üblich. Dies hat zum Nachteil, dass Schmalseiten von Brammen mit solchen Brennerdüsen mehrfach überfahren werden müssen. Eine schlichte Vergrößerung des Brennerdurchmessers auf beispielsweise 300 mm reicht keineswegs aus, da dann aufgrund der höheren Wärme im Zentrum des Brennerstrahls bzw. Brennerstrahlkegels die Temperatur am größten und dementsprechend das Abschmelzen am Werkstück stärker als am Rand sei, was bei längsgeführten Brennern zu einer im Querschnitt konkaven Oberfläche führt. Ein weiteres technisches Problem ist der relativ hohe Sauerstoffverbrauch.
Es ist daher Aufgabe der vorlegenden Erfindung eine Gasbrennerdüse anzugeben, die bei möglichst geringem Sauerstoffverbrauch und geringer Bearbeitungszeit eine optimale Oberflächengüte des zu behandelnden Werkstückes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Gasbrennerdüse nach Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß sind die Rohre für die Sauerstoffzufuhr nicht äquidistant bzw. auf vom Zentrum gleich entfernten Ringen angeordnet, sondern gruppenweise, wobei die einzelnen Gruppen koaxial und zueinander beabstandet angeordnet sind und jede Gruppe aus mindestens zwei ringförmig angeordneten Reihen von Rohren besteht. Insbesondere sind drei Gruppen von Rohren zur Sauerstoffzufuhr vorgesehen. Mit anderen Worten, es sind vorzugsweise 3 Ringbereiche vorgesehen, die zueinander beabstandet sind und innerhalb denen jeweils einzelne Rohre angeordnet sind, deren Abstand zueinander kleiner ist als der Abstand der Ringbereiche voneinander. Zu jeder Gruppe können 2 oder 3 Ring-Reihen von Rohren zur Sauerstoffzufuhr gehören. Um die genannten Rohre zur Sauerstoffzufuhr ist auf einem Außenring eine Gruppe von Düsenöffnungen mit jeweils geringerem Durchmesser vorgesehen, über die das Brenngas zugeführt wird.
Überfährt man mit einer solchen Düse, die einen Durchmesser von 280 bis 400 mm hat, eine Brammenlängsseite, so kann diese in einem einzigen Arbeitsgang bearbeitet werden, wobei sich eine weitestgehend plane Brammenoberfläche ergab. Bereits durch das eingesparte nochmalige Überfahren dieser Längsseite wird nicht unerheblich Sauerstoff eingespart. Überraschender Weise ergab sich zusätzlich eine Sauerstoffersparnis von ca. 25% pro Zeiteinheit, die nur durch die neu geschaffene Düsenanordnung möglich ist.
Vorzugsweise hat jedes einzelne Rohr zur Sauerstoffzufuhr einen Ausgangsinnendurchmesser von 6 bis 12 mm, insbesondere 8 mm. Wie grundsätzlich nach dem Stand der Technik bekannt, verfügt der Gasbrenner über getrennte Sauerstoffzuleitungen, die getrennt steuerbar sind. Im vorliegenden Fall ist jede separate Gaszufuhr mit einer Gruppe von Zuleitungen, d. h. einem Ringbereich verbunden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind einzelne Rohre einer Gruppe, vorzugsweise zwei bis drei Rohre zu einer Untergruppe zusammengefasst, die jeweils einen einstückigen Körper bildet, der austauschbar in der Gasbrennerdüse angeordnet ist. Auf diese Weise lassen sich geschädigte Oberflächenbereiche an der Stirnfläche partiell durch Austausch betreffender Untergruppen erneuern.
Die genannten Gruppen von Rohren sind nach einer Weiterbildung der Erfindung in einem einzigen Endstück angeordnet, an das ein Vorblock angeschlossen ist, der drei koaxial zueinander angeordnete Vorkammern zur Sauerstoffzufuhr aufweist, die jeweils mit den Rohren einer (Ring-)Gruppe verbunden ist. Durch diese Maßnahme kann das Gasbrennerdüsengewicht erheblich minimiert werden. Aus Standzeitgründen sind die Gaszufuhrrohre aus Kupfer hergestellt.
Die Länge eines jeden Rohres wird durch die Strecke bestimmt, die benötigt wird, um Turbulenzen am distalen Rohrende zu vermeiden, die zu einem explosionsartigen Abbrand mit entsprechender Düsenschädigung führen können. Insbesondere hat sich eine optimale Ausbildung der einzelnen (am Ausgang vorzugsweise 8 mm breiten) Rohre ergeben, wenn jedes Rohr zur Sauerstoffzufuhr als Kombination einer Lavaldüse mit einem zum Ausgang hin gerichteten Zylinderrohr ausgebildet ist. Die Lavaldüse, die nach dem Stand der Technik prinzipiell bekannt ist, verfügt über zwei konusartige Bereiche, wobei in Strömungsrichtung gesehen der erste Konus sich verjüngend und der darauf folgende Konus sich erweiternd ausgebildet ist. Am Ende des Erweiterungsbereiches setzt ein Zylinderohr mit gleich bleibendem Durchmesser bis zum Rohrausgang an.
Aus der Strömungslehre ist bekannt, dass bei laminaren Strömungen in einem Rohr, in dem ein konstanter Druck anliegt, sich die Fließgeschwindigkeit reziprok zur Durchmesserverringerung erhöht. In Folge der Rohrausbildung wird der hierin geführte Gasstrom zum Schwingen angeregt, wobei aufgrund der Wechselwirkung der Strömung hochfrequente Impulsfolgen erzeugt werden. Die erreichbaren Impulsfrequenzen sowie die Amplituden hängen im Einzelnen von dem Eingangsdruck, dem Grad der Verjüngung und dem Grad der Erweiterung des Rohrdurchmessers sowie der Länge des dritten Bereiches mit einem konstanten Durchmesser ab. Die stoßartigen Impulse, die das Düsenaustrittsende verlassen, führen beim Flämmbrennen dazu, dass durch Einschmelzen der zu behandelnde Werkstückoberfläche entstehende Flüssiggut sowie etwa enthaltene Feststoffpartikel von der Oberfläche weggeblasen werden. Dies führt sowohl zu einer Erhöhung der Oberflächengüte des behandelten Werkstückes, z. B. einer Brammenoberfläche, als auch zu einer weiteren Verringerung des Sauerstoffverbrauches. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann auf den ersten Verjüngungsbereich des Innenquerschnitts unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Teilstückes mit gleich bleibendem Durchmesser der divergierende Bereich folgen. Sofern ein Teilstück mit gleich bleibendem Durchmes ser vorhanden ist, bleibt in diesem Bereich die Fließgeschwindigkeit erhalten, ohne dass es zu Überlagerungen kommt, die im divergierenden Bereich und im darauf folgenden Verlängerungsrohr erwünscht sind. Vorzugsweise sollte jedenfalls das kurze Teilstück mit gleich bleibendem Durchmesser kleiner sein als die jeweiligen Längen des konvergierenden und des divergierenden Bereiches.
Weitere Erläuterungen zur vorliegenden Erfindung sowie Vorteile werden anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Gasbrennerdüse,
2 einen Teilquerschnitt durch diese Gasbrennerdüse,
3a bis d jeweils Querschnitte durch ein Rohr zur Sauerstoffzufuhr mit unterschiedlichen Gasstrom-Strukturen.
Die in 1 dargestellte Gasbrennerdüse für Flämmarbeiten besitzt einen zentralen Sauerstoffzufuhrbereich mit mehreren Rohren, die in Gruppen angeordnet sind. Im vorliegenden Fall wird der äußere Ringbereich 11 von einzelnen Rohren gebildet, wobei die Rohre 111 auf einem äußeren Ring, die Rohre 112 auf einem nächst folgenden Ring und Rohre 113 auf einem inneren Ring angeordnet sind. Die Rohre 112 und 111 bzw. 113 sind jeweils versetzt zueinander „auf Lücke" angeordnet. Der Rohrdurchmesser beträgt 8 mm, der Rohrabstand der Rohre 111, 112 und 113 von dem benachbarten Rohr jeweils ca. 4 mm.
In dem mittleren Ringbereich 12 sind zwei Reihen von einzelnen Rohren auf verschiedenen Durchmessern angeordnet, die ebenfalls zueinander versetzt sind, so dass sich ein Abstand von dem jeweils nächsten Rohr von 4 mm ergibt.
Im zentralen Ringbereich sind im innersten Ring 4 Rohre und in den darauf folgenden Ringen jeweils 12 Rohre angeordnet. Im vorliegenden Fall ergibt dies eine Gesamtzahl von 148 Rohren zur Sauerstoffzufuhr. Auf zwei koaxial angeordneten Reihen 14 und 15 befinden sich ringsum Rohre zur Brenngaszufuhr, die einen deutlich kleineren Durchmesser besitzen. Der gesamte Düsenkopf 10 besteht aus Kupfer, wobei die Gasbrennerdüse als Vollkörper ausgebildet sein kann, in dem eine entsprechende Anzahl von Bohrungen gefertigt worden ist.
2 zeigt demgegenüber einer Variante, bei der nur ein äußerer vorderer Bereich massiv ausgeführt ist, dem sich ein Vorblock anschließt, in dem eine zentrale Sauerstoffzufuhr 16 zu den Rohren der Ringgruppe 13, eine koaxial hierzu liegende Gaszuführung 17, die zu den Rohren der Ringgruppe 12 führt, und eine äußere koaxiale Gaszuführung 18 angeordnet sind, die zu der Gruppe 11 von Rohren führt. Jede der drei Gaszuführungen 16, 17 und 18 ist separat regelbar, so dass die Gasgeschwindigkeit in den einzelnen Rohren entsprechend steuerbar ist.
Vorzugsweise wird jedes einzelne Rohr, z. B. 111, 112, 113, derart ausgebildet, dass sich an eine Lavaldüse 100 mit der Länge L_C ein Zylinderrohr 101 mit einer Länge L_K anschließt. Diese Lavaldüse besitzt einen ersten konvergierenden Bereich 121, der sich über eine Länge L₂ erstreckt und einen divergierenden Bereich 122, der eine Länge L₃ hat. Dazwischen kann ein Teilbereich mit einer Länge L₄ angeordnet sein, der einen konstanten minimalen Durchmesser d_min besitzt. Der Durchmesser des Zylinderrohres 101 ist mit d_k gekennzeichnet und hat die Größe des größten Durchmessers der konusförmigen Erweiterung 122. Die Länge L_K bzw. L₅ kann variiert werden, beispielsweise zwischen den Längenmaßen 72 mm, 65 mm und 25 mm. Die Länge L₂ kann beispielsweise mit 10 mm, die Länge L₄ mit 2 mm und die L₃ mit 25 mm gewählt werden. Das in das Rohr einströmende Gas hat einen Druck P₀ von beispielsweise 1,3 × 10⁶ Pa und eine Temperatur T₀ (z. B. Raumtemperatur). Durch Variation des Druckes P₀ im Verhältnis zum Außendruck (Umgebungsdruck) lässt sich der Strahlkegel des austretenden Sauerstoffstromes zu konvergenten, divergenten oder im Wesentlichen parallelen Formen variieren. Über den Eingangsdruck P₀ werden zudem die unterschiedlich entstehenden Schwingungsfrequenzen und Schwingungsamplituden variiert.

Claims

Gasbrennerdüse für Flämmarbeiten mit einer zentralen, aus mehreren Rohren bestehenden Sauerstoffzufuhr und mit mehreren ringsum die genannte Sauerstoffzufuhr angeordneten Rohren für die Brenngaszufuhr, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre für die Sauerstoffzufuhr jeweils gruppenweise angeordnet sind, wobei die einzelnen Gruppen (11, 12, 13) koaxial und zueinander beabstandet angeordnet sind und jede Gruppe (11, 12, 13) aus mindestens zwei ringförmig angeordneten Reihen von Rohren besteht.
Gasbrennerdüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 3 Gruppen (11, 12, 13) von Rohren zur Sauerstoffzufuhr.
Gasbrennerdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne Rohr zur Sauerstoffzufuhr einen Ausgangsinnendurchmesser von 6 bis 12 mm, vorzugsweise 8 mm aufweist.
Gasbrennerdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gruppe von Zuleitungen eine separate Gaszufuhrsteuerung aufweist.
Gasbrennerdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Rohre einer Gruppe, vorzugsweise zwei bis drei Rohre zu einer Untergruppe zusammengefasst sind, die jeweils einen einstückigen Körper bilden, der vorzugsweise austauschbar in der Gasbrennerdüse angeordnet ist.
Gasbrennerdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen von Rohren in einem Endstück angeordnet sind, das an einen Vorblock angeschlossen ist, der drei koaxial zueinander angeordnete Vorkammern (16, 17, 18) zur Sauerstoffzufuhr aufweist, die jeweils mit den Rohren einer der Gruppen (11, 12, 13) verbunden ist.
Gasbrennerdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhrrohre aus Kupfer bestehen.
Gasbrennerdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser 250 bis 400 mm beträgt, vorzugsweise 300 mm.
Gasbrennerdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rohr zur Sauerstoffzufuhr als Kombination einer Lavaldüse (100) mit einem Zylinderrohr (101) ausgebildet ist.
Gasbrennerdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L₂) des ersten Bereiches (121) kleiner ist als die Länge (L₃) des zweiten Bereiches (122) und/oder des dritten Bereiches (123).
Gasbrennerdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der drei Bereiche sowie deren Längen so aufeinander abgestimmt sind, dass an dem Düsenaustrittsende das Gas impulsförmig ausströmt.
Gasbrennerdüse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfrequenz am Düsenaustrittsende bei 100 bis 650 Hz, vorzugsweise bei 150 bis 250 Hz liegt.
Gasbrennerdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Gasströmgeschwindigkeit in jedem Rohr 2 Mach (gleich doppelte Schallgeschwindigkeit) beträgt.