DE2720688A1

DE2720688A1 - Automatically operated flap for flue gas channel - has pivoting shaft ensuring unstable equilibrium in any flap open position

Info

Publication number: DE2720688A1
Application number: DE19772720688
Authority: DE
Inventors: Alois Steimer; Franz Steimer
Original assignee: Individual
Current assignee: Steimer Franz Josef 8900 Augsburg De
Priority date: 1977-05-07
Filing date: 1977-05-07
Publication date: 1978-11-09

Abstract

The automatically operated closing arrangement is used for flue gas channels, especially in heating plants. A swivel flap is opened before firing starts and it is closed after furnace is shut down. This prevents the danger of thermal overloading of boiler parts by radiant heat after shutting down the burner. The flap (2) is made of lightweight material such as sheet metal. The axis of rotation of the flat shaft (3) is in the plane (d) parallel to the channel mid plane (x) so that the flap (2) is in unstable equilibrium in any opening position. The axis of rotation of the shaft is a distance from the flap (2) so that the flap is approximately in the mid plane (x) of the flue gas channel when the flap is fully opened.

Description

Verschlußorgan für Rauchgasabzüge Closure device for smoke exhausts

Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbsttätig schaltbares Verschlußorgan für den Rauchgasabzug, z.B. Fuchs, Abgasleitung o.dgl., von Feuerungen, insbesondere von Heizungsanlagen, bestehend aus einer schwenkbar gelagerten Klappe, die vor oder bei Inbetriebsetzung der Feuerung in eine Öffnungsstellung und nach Außerbetriebsetzung in die Schließstellung gebracht wird.The present invention relates to an automatically switchable closure member for smoke evacuation, e.g. fox, exhaust pipe or the like, from furnaces, in particular of heating systems, consisting of a pivoting flap that is in front of or when the furnace is started up in an open position and after it has been shut down is brought into the closed position.

Vor allem bei Feuerungen für kleine und mittlere Kessel von Heizungsanlagen erfolgt die Regelung der Wärmeerzeugung in der Weise, daß beim Erreichen einer bestimmten Höchsttemperatur im Vorlauf die Brennstoffzufuhr, z.B. durch den Ölbrenner, automatisch abgeschaltet und beim Unterschreiten einer festgelegten Mindesttemperatur automatisch wieder eingeschaltet wird. Nach Abschaltung des Brenners strömt aber infolge des Kaminzuges weiterhin kalte Luft durch das Flammrohr und durch die Rauchgaszüge und entzieht den Heizflächen des Kessels Wärme, die durch den Kamin ungenutzt ins Freie abgeführt wird. Beim Wiedereinschalten des Brenners muß diese verlorene Wärme, die in ungünstigen Fällen bis zu 20 % der Brennstoffkosten ausmachen kann, wieder erzeugt werden. Aber auch bei großen Kesselanlagen mit kontinuierlicher Temperaturregelung entstehen nach Abschaltung des oder der Brenner durch die nachströmende Kaltluft beträchtliche Wärmeverluste. Selbst bei Brennern mit automatisch beim Ein- und Ausschalten sich öffnenden bzw. schließenden Klappen am Lufteinlaß wurden nach längerer Außerbetriebsetzung, z.B.Especially with furnaces for small and medium-sized boilers in heating systems the regulation of the heat generation takes place in such a way that when a certain Maximum temperature in the flow of the fuel supply, e.g. through the oil burner, automatically switched off and automatically when the temperature falls below a specified minimum is switched on again. After switching off the burner, however, flows as a result of the Chimney draft continues cold air through the flame tube and through the flue gas flues and extracts heat from the heating surfaces of the boiler, which unused through the chimney into the open air is discharged. When the burner is switched on again, this lost heat must be in unfavorable cases can account for up to 20% of the fuel costs will. But also in large boiler systems with continuous temperature control arise after the burner or burners have been switched off due to the inflowing cold air considerable heat losses. Even with burners with automatic switching on and off opening or closing flaps on the air inlet were after a long period of inactivity, e.g.

während der Stillegung einer Heizungsanlage in warmen Jahreszeiten, Kondensationsniederschläge in den Flamm- und Rauchrohren festgestellt, die Korrosion bewirken. Diese Erscheinung ist offensichtlich darauf zurückzuführen, daß warme Außenluft mit höherem Feuchtigkeitsgehalt in den Kamin eindringt und infolge Abkühlung vertikal nach unten bis in den Feuerungsraum strömt, wo die Feuchtigkeit an den kühleren Wänden kondensiert.during the shutdown of a heating system in warm seasons, Precipitation of condensation in the fire and smoke pipes was found, the corrosion cause. This phenomenon is obviously due to the fact that it is warm Outside air with a higher moisture content penetrates the chimney and as a result of cooling flows vertically down into the combustion chamber, where the moisture gets to the condensed cooler walls.

Um diese und die Wärmeverluste zu vermeiden, werden im Fuchs oder im Abgasrohr Verschlußorgane in Form von Schiebern oder drehbar gelagerten Klappen angeordnet, die nach Abschalten des Brenners von Hand oder auch automatisch in Verschlußstellung gebracht werden.In order to avoid this and the heat loss, in the fox or in the exhaust pipe closure elements in the form of slides or rotatably mounted flaps arranged after switching off the burner by hand or automatically in the closed position to be brought.

Die automatisch gesteuerten VerschluRorgane sind durch mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch arbeitende Stellglieder mit der Brennerschaltung gekoppelt. Sobald der Brenner eingeschaltet ist, wird ein mit der Verschlußklappe gekuppelter Stellmotor in Bewegung gesetzt, der die Klappe in die Öffnungsstellung bringt.The automatically controlled locking devices are mechanically, pneumatically, hydraulically or electrically operating actuators with the burner circuit coupled. As soon as the burner is switched on, the shutter will open coupled servomotor set in motion, which moves the flap into the open position brings.

Bei mit Heizöl oder mit Gas befeuerten Kesseln beginnt das Öffnen bereits mit der Einschaltung des Gebläses zum Zwecke der Belüftung des Feuerungsraumes und der Rauchgaskanäle, um ein etwa vorhandenes, zündfähiges Brennstoff/Luftgemisch, das beim Zünden des Brenners explosionsartig reagieren könnte, hinauszublasen. Nach Abschaltung des Brenners geht bei den bekannten selbsttätig gesteuerten Einrichtungen die Verschlußklappe sofort in die Schließstellung. Dies kann vornehmlich nach einer längeren mit Vollast gefahrenen Betriebsphase zu einem gefährlichen Wärmestau führen, der die Bauteile des Kessels unnötig thermisch hoch belastet. Man müßte also bei den bekannten Steuereinrichtungen für derartige Betriebsphasen zusätzlich ein Verzögerungsorgan vorsehen, das den Schließvorgang retardiert. Die an sich schon komplizierte automatisch wirkende Steuereinrichtung würde dadurch noch komplizierter und damit teurer und störungsanfälliger.In the case of boilers fired with heating oil or gas, the opening begins as soon as the fan is switched on to ventilate the furnace and the flue gas ducts to avoid an ignitable fuel / air mixture, which could react explosively when igniting the burner. To The burner is switched off with the known automatically controlled devices the flap immediately into the closed position. This can mainly after a longer operating phases at full load lead to a dangerous build-up of heat, which puts unnecessarily high thermal loads on the boiler components. So you would have to the known control devices for such operating phases additionally have a delay element provide that retards the closing process. Automatically complicated in itself Acting control device would thereby become even more complicated and thus more expensive and more prone to failure.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbsttätig schaltendes Verschlußorgan ohne irgendwelche zusätzlichen mit dem Brenner in Verbindung stehenden Stellgliedern unter Ausnützung der Strömungsverhältnisse im Abgaskanal zu schaffen, das zugleich die Gefahr der thermischen Belastung der Kesselbauteile durch Strahlungshitze nach Abschaltung des Brenners behebt.The present invention is based on the object of an automatically switching shutter without any additional connection with the burner standing actuators using the flow conditions in the exhaust gas duct to create that at the same time the risk of thermal stress on the boiler components caused by radiant heat after the burner has been switched off.

Diese Aufgabe wird gemäß vorliegender Erfindung dadurch gelöst, daß die Drehachse der Welle, an der die aus einem leichten Material (z.B. Blech) bestehende Verschlußklappe befestigt ist, in einer zur Kanalmittelebene parallelen Ebene derart angeordnet ist, daß die Klappe in jeder Öffnungsstellung sich im labilen Gleichgewicnt befindet. Wegen ihres geringen Gewichtes ist diese Klappe praktisch trägheitslos. Infolge ihrer exzentrischen Lagerung wird sie durch den beim Auftreten einer Strömung im Abgaskanal entstehenden Staudruck einseitig stärker belastet und in eine Öffnungsstellung gebracht. Die Exzentrizität der Lagerachse wird dabei von der Größe des Staudruckes bestimmt, bei dem die Klappe geöffnet werden soll. Bei Feuerungen, die vor dem eigentlichen Zündvorgang belüftet werden müssen, ist dies der von der Belüftungsströmung erzeugte Staudruck, der die Klappe teilweise öffnet. Nach vollzogener Zündung wird sie durch die stärkere Abgasströmung in die volle Öffnungsstellung gebracht. Nach dem Abschalten des Brenners geht die Klappe regulär infolge ihrer instabilen Gleichgewichtalage sofort in die Schließstellung. Lediglich beim Auftreten eines Hitzestaues bewirkt der Auftrieb eine geringe Strömung, vermöge deren die Klappe einen kleinen Öffnungsquerschnitt freigibt. Erst wenn die Gefahr einer zu starken thermischen Belastung beseitigt ist, geht die Verschlußklappe in die volle Schließstellung.This object is achieved according to the present invention in that the axis of rotation of the shaft on which the one made of a light material (e.g. sheet metal) Closure flap is attached, in a plane parallel to the channel center plane in such a way is arranged that the flap is in unstable equilibrium in every open position is located. Because of its low weight, this flap is practically inert. As a result of its eccentric mounting, it is affected by the occurrence of a current Back pressure arising in the exhaust gas duct is heavily loaded on one side and in an open position brought. The eccentricity of the bearing axis depends on the size of the dynamic pressure at which the flap should be opened. In the case of furnaces that are before the actual Ignition process must be ventilated, this is the one generated by the ventilation flow Dynamic pressure that partially opens the flap. After the ignition is complete, it is through brought the stronger exhaust gas flow into the fully open position. After switching off of the burner, the flap goes regularly due to its unstable equilibrium immediately into the closed position. Only effected when a heat build-up occurs the buoyancy a small flow, by virtue of which the flap has a small opening cross-section releases. Only when the risk of excessive thermal stress has been eliminated is, the flap goes into the fully closed position.

Im folgenden wird die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.The invention is described below with further advantageous embodiments explained using an exemplary embodiment.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine in einem Abgasrohr drehbar gelagerte Verschlußklappe, Fig. 2 einen Schnitt längs Linie II + II der Fig. 1 und Fig. 3 das Detail A der Fig. 1 im größeren Maßstab.The accompanying drawings show in Fig. 1 a longitudinal section a flap rotatably mounted in an exhaust pipe, FIG. 2 is a section along line II + II of FIGS. 1 and 3, the detail A of FIG. 1 on a larger scale.

Es bezeichnet 1 ein um 45 ° zur Horizontalen geneigt angeordnetes Abgasrohr in dem die Verschlußklappe 2 mit der Welle 3 in den Lagern 4 und 5 frei drehbar gelagert ist. Mit den Laschen 6, 7 ist die Verschlußklappe 2 an der Welle 3 starr befestigt.It denotes 1 an inclined by 45 ° to the horizontal Exhaust pipe in which the shutter 2 with the shaft 3 in the bearings 4 and 5 is free is rotatably mounted. With the tabs 6, 7, the flap 2 is on the shaft 3 rigidly attached.

Die Achse der Welle 3 liegt dabei in einer zur Rohrmittelebene x + x parallelen Ebene d Z d und zwar im Abstand e, so daß die Klappe 2 in jeder Öffnungsstellung sich im labilen Gleichgewicht befindet. Mit gestrichelten Linien ist die Klappe 2 in ihrer vollen Öffnungsstellung dargestellt, in die sie durch die einseitig stärkere Beaufschlagung mit dem Staudruck der Abgasströmung gebracht wird.The axis of the shaft 3 lies in a to the pipe center plane x + x parallel plane d Z d at a distance e, so that the flap 2 in every open position is in unstable equilibrium. With dashed lines is the flap 2 shown in its fully open position, in which it is stronger on one side Impingement with the back pressure of the exhaust gas flow is brought.

Die Klappe 2 besteht aus einem dünnen Blech, so daß sie ein geringes Massenträgheitsmoment aufweist. Zu ihrer Versteifung sind die Sicken 2a eingearbeitet und am Umfang sind die Ränder 2b, 2c, angebördelt, in denen zusätzlich in einer Rille 8 die Dichtung 9 aus einem warmfesten Material, z.B. Asbestschnur, angebracht ist. Statt der Dichtung 9 können auch berührungsfreie Dichtungen, z.B. eine Labyrinthdichtung, angeordnet werden.The flap 2 consists of a thin sheet metal, so that it is a small Has mass moment of inertia. The beads 2a are incorporated to stiffen them and on the circumference, the edges 2b, 2c, are flanged, in which an additional Groove 8, the seal 9 made of a heat-resistant material, e.g. asbestos cord, is attached is. Instead of the seal 9, non-contact seals, e.g. a labyrinth seal, can also be used. to be ordered.

Grundsätzlich könnte die Drehachse der Klappe 2 auch in deren Ebene liegen, und diese wiederum könnte in jeder Querschnittsebene des Rohres 1, also auch in der Normalebene zur Rohrlängsachse angeordnet sein. Dies hätte jedoch den Nachteil, daß die stets wenigstens annähernd ellipsenförmige Klappe in der Schließstellung nicht vollständig abdichten kann. Zur völligen Abdichtung müßte in diesem Falle im Rohr über dessen ganzen Innenumfang ein Ring angeordnet werden, der den freien Durchflußquerschnitt abdeckt. Ein solcher Ring würde aber den Strömungswiderstand erhöhen. Vorteilhafterweise ist daher erfindungsgemäß die Drehachse der Welle 3 im Abstand e von der Klappe 2 angeordnet, der so groß bemessen ist, daß die Klappe in der vollen Öffnungsstellung (gestrichelte Darstellung) etwa in der Mittelebene x + x des Abgasrohres 1 liegt. Am günstigsten wird die Klappe 2 so angeordnet, daß sie in der Schließstellung etwa im Winkel von 45 ° schräg zur Kanal- bzw. Rohrmittelebene x + x liegt. Dabei ergeben sich sehr kurze Öffnungs- und Schließzeiten.In principle, the axis of rotation of the flap 2 could also be in the plane thereof lie, and this in turn could be in each cross-sectional plane of the tube 1, so also be arranged in the normal plane to the pipe's longitudinal axis. However, this would have the Disadvantage that the always at least approximately elliptical flap can not seal completely in the closed position. For complete sealing In this case, a ring would have to be arranged in the tube over its entire inner circumference covering the free flow area. Such a ring would, however increase the flow resistance. Advantageously, according to the invention, is therefore The axis of rotation of the shaft 3 is arranged at a distance e from the flap 2, which is so large is that the flap in the fully open position (dashed line) about lies in the center plane x + x of the exhaust pipe 1. The flap is the cheapest 2 arranged so that they are in the closed position at an angle of approximately 45 ° obliquely to Channel or pipe center plane x + x lies. This results in very short opening and closing times.

Um die Funktion der Verschlußklappe 2 schnell an unterschiedliche Betriebsbedingungen (Kaminzug, Förderdruck des Brennergebläses usw.) anpassen zu können, ist außerhalb des Abgasrohres 1 an der Welle 3 der Hebel 10 mit einem verstellbaren Gegengewicht 11 angebracht, das entgegengesetzt zur Drehrichtung der Klappe 2 wirksam ist, so daß deren Ubergewicht damit veränderbar ist.To the function of the flap 2 quickly to different Adapt the operating conditions (chimney draft, delivery pressure of the burner fan, etc.) to can, is outside the exhaust pipe 1 on the shaft 3 of the lever 10 with an adjustable Counterweight 11 attached, the opposite to the direction of rotation of the flap 2 effective is, so that their excess weight can be changed.

Auf der Anströmseite der Klappe 2 kann schließlich der angebördelte Rand 2c aerodynamisch zu einem Tragflächenprofil ergänzt werden, um eventuell auftretende Flattererscheinungen zu eliminieren.Finally, on the upstream side of the flap 2, the flanged Edge 2c can be aerodynamically supplemented to form an airfoil to avoid any To eliminate flutter phenomena.

Es dürfte ohne weiteres einleuchten, daß die erfindungsgemäß erforderliche labile Gleichgewichtslage der Klappe 2 auch bei waagerechter oder senkrechter Anordnung des Abgasrohres realisierbar ist.It should be obvious that the inventively required Unstable equilibrium position of the flap 2 even with a horizontal or vertical arrangement of the exhaust pipe is realizable.

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Claims

Claims: 1. Seibstätig switchable closure member for the Flue gas exhaust, e.g. Fuchs, exhaust pipe or the like, from furnaces, in particular from Heating systems, consisting of a pivoting flap that is in front of or when the furnace is started up in an open position and after it has been shut down is brought into the closed position, characterized in that the axis of rotation the shaft (3) on which the flap made of a light material (e.g. sheet metal) (2) is attached, in a plane (d + d) parallel to the central plane of the duct (x + x) is arranged so that the flap (2) in the open position again in the unstable Equilibrium is located.

2. Closure member according to claim 1, characterized in that the The axis of rotation of the shaft (3) is arranged at a distance (e) from the flap (2) which is so large is dimensioned that the flap (2) when fully opened approximately in the center plane (x + x) of the exhaust pipe.

3. Closure member according to claim 1 or 2, characterized in that that the flap (2) in the closed position at an angle of approximately 45 ° to the duct or pipe center plane (x + x).

4. Closure member according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the flap made of thin sheet metal (2) stiffeners in the form of webs or beads (2a).

5. Closure member according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the flap (2) has edges (2b, 2c) on the periphery, on which seals (e.g. Labyrinth or AsS best seals) are attached.

6. Closure member according to claim 5, characterized in that the Edge (2c) on the upstream side of the flap (2) added to a wing profile is.

7. Closure member according to one of claims 1 to 6, characterized in that that outside the exhaust pipe (1) on the shaft (3) a lever (10) with an adjustable Counterweight (11) is attached, with which the excess weight of the flap (2) can be changed is.