DE2827554A1 - BURNER - Google Patents
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- DE2827554A1 DE2827554A1 DE19782827554 DE2827554A DE2827554A1 DE 2827554 A1 DE2827554 A1 DE 2827554A1 DE 19782827554 DE19782827554 DE 19782827554 DE 2827554 A DE2827554 A DE 2827554A DE 2827554 A1 DE2827554 A1 DE 2827554A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
- F23D14/82—Preventing flashback or blowback
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Description
2 PATENTANWÄLTE 2 patent attorneys
AGA AktiebolagAGA Aktiebolag
181 81 Lidingö/Schweden181 81 Lidingö / Sweden
"Brenner""Burner"
Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung, welche mit einer Mischung aus Sauerstoffgas und Brennergas, z.B. Propan, Naturgas oder Azetylen arbeitet, welcher so ausgestaltet ist, daß das Risiko eines Flammenrückschlages verringert ist. Solche Brenner können gegebenenfalls einen Injektor aufweisen.The invention relates to a burner arrangement which operates with a mixture of oxygen gas and burner gas, e.g. Propane, natural gas or acetylene works, which is designed so that the risk of flashback is decreased. Such burners can optionally have an injector.
Eine der Hauptanforderungen an einen Gasbrenner besteht darin, daß er gegen Flammenrückschlag sicher sein soll, d. h. im Falle eines Flammenrückschlages soll die Flamme nicht in dem Brenner eingeschlossen sein, wo sie unerwünschte Schmelzvorgänge auslösen kann. Es ist besonders schwierig, einen Brenner mit nur einem Mischer oder Injektor, welcher mit Ausströmöffnungen verschiedener Durchmesser auszustatten ist, gegen Flammenrückschlag zu sichern. Um dieses Problem zu lösen, wurden bereits verschiedene Versuche unternommen. Die vorliegende Erfindung stellt eine besonders einfache und zuverlässige Lösung dieses Problems dar, und zwar dadurch, daß in dem Sauerstoffgaskanal des Brenners ein akustisches Filter mit einer solchen Grenzfrequenz eingesetzt ist, daß die Frequenzen der Verbrennungsgase, die in dem Brenner im Falle eines Flammenrückschlages erzeugt werden, innerhalb des Dämpfungsbereiches des Filters liegen, wobei der akustische Filter außerdem so ausgebildet ist, daß im Falle eines Flammenrückschlages die Rückwärtsströmung des frischen Sauer-One of the main requirements for a gas burner is that it should be safe against flashback, d. H. in the event of a flashback, the flame should not be trapped in the burner where it is undesirable Can trigger melting processes. It is particularly difficult to use a burner with only one mixer or injector, which is to be equipped with outflow openings of different diameters to protect against flashback. Various attempts have been made to solve this problem. The present invention provides a particularly simple and reliable solution to this problem, namely that in the oxygen gas channel of the burner an acoustic filter is used with such a cut-off frequency that the frequencies of the combustion gases generated in the burner in the event of a flashback are within the damping range of the filter, the acoustic filter is also designed so that in the event of a flashback, the reverse flow of the fresh acid
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stoffgases durch Kanäle und durch erhöhte Veränderungen der Richtung verzögert wird, sowie dadurch, daß der Einlaß des Sauerstoffgaskanales mit einer Strömungsbegrenzungseinrichtung oder Drossel ausgestattet ist, durch welche das einströmende und expandierende Sauerstoffgas zur Kühlung solcher Verbrennungsgase benutzt wird, die im Falle eines Flammenrückschlages rückwärts strömen.substance gas through channels and through increased changes the direction is delayed, as well as in that the inlet of the oxygen gas channel with a flow restriction device or throttle, through which the inflowing and expanding oxygen gas for cooling such combustion gases are used, which in the case of a Flashback flow backwards.
V/eitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Other features, advantages and uses of the present invention will be apparent from the following Description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawing. All of the described and / or form Characteristics shown on their own or in any meaningful combination form the subject of the present invention.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen akustischen Hochpaßfilter nach der Erfindung,Fig. 1 shows an acoustic high-pass filter according to the invention,
Fig. 2 einen akustischen Tiefpaßfilter nach der Erfindung, und2 shows an acoustic low-pass filter according to the invention, and
Fig. 3 einen Heizbrenner mit eingebautem akustischem Filter.3 shows a heating burner with a built-in acoustic Filter.
Nach der Erfindung ist in dem Sauerstoffgaskanal des Brenners ein geeignetes akustisches Filter eingebaut. Das Filter soll eine solche Grenzfrequenz haben, daß die Oszillationsfrequenzen, die in den Verbrennungsgasen beim Auftreten eines Flammenrückschlages bzw. einer Fehlzündung auftreten, innerhalb des dämpfenden Frequenzbereiches des Filters liegen. Das Filter kann ein Hochpaßfilter oder ein Tiefpaßfilter sein. Im Falle eines Hitze- und FlammenbrennersAccording to the invention is in the oxygen gas channel of the burner a suitable acoustic filter installed. The filter should have such a cut-off frequency that the oscillation frequencies that occur in the combustion gases flashback or misfire occur within the damping frequency range of the filter lie. The filter can be a high-pass filter or a low-pass filter. In the case of a heat and flame burner
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welcher in einer Größenordnung von 1000 1 pro Stunde bis 7000 1 pro Stunde arbeitet, hat sich ein Hochpaßfilter am wirkungsvollsten erwiesen. Im Falle kleinerer Schweißbrenner und Schneidbrenner haben sich dagegen Tiefpaßfilter als geeigneter gezeigt.which works on the order of 1000 liters per hour to 7000 liters per hour has a high-pass filter proven most effective. In the case of smaller welding torches and cutting torches, on the other hand, low-pass filters are used shown as more appropriate.
Fig. 1 veranschaulicht das Prinzip der Anordnung eines akustischen Hochpaßfilters in dem Sauerstoffgaskanal eines Brenners. Das Sauersttoffgas wird über einen Strömungsbegrenzer 1 in eine Kammer 2 geführt, die von Wänden 4 begrenzt ist. In der Kammer ist ein zylindrischer Körper 5 mit radialen Löchern 3 angeordnet. Das Sauerstoffgas strömt durch diese radialen Löcher in eine zentral angeordnete Axialbohrung 6, von wo es in eine Mischkammer 8 gelangt. In der Mischkammer 8 werden die Sauerstoffgase mit Brennergas vermischt, welches in die Kammer 8 aufgrund eines Ejektoreffektes aus der umgebenden zylindrischen Brennergaskammer 7 eingezogen wird, wenn das Sauerstoffgas aus dem vorderen Ende der Bohrung 6 in die Kammer 8 einströmt. Die Gasmischung wird dann einer (in der Figur nicht gezeigten) Düse durch ein Rohr 9 zugeführt.Fig. 1 illustrates the principle of the arrangement of an acoustic high-pass filter in the oxygen gas channel of a Burner. The oxygen gas is fed via a flow limiter 1 into a chamber 2 which is surrounded by walls 4 is limited. A cylindrical body 5 with radial holes 3 is arranged in the chamber. The oxygen gas flows through these radial holes into a centrally arranged axial bore 6, from where it flows into a mixing chamber 8 arrives. In the mixing chamber 8, the oxygen gases are mixed with burner gas which is fed into the chamber 8 due to an ejector effect from the surrounding cylindrical Burner gas chamber 7 is drawn in when the oxygen gas from the front end of the bore 6 into the chamber 8 flows in. The gas mixture is then fed to a nozzle (not shown in the figure) through a pipe 9.
Ein Hochpaßfilter hat eine Grenzfrequenz fc.., die aufgrund der folgenden Formeln bestimmt ist:A high-pass filter has a cut-off frequency fc .. due to is determined by the following formulas:
wobeiwhereby
undand
m =m =
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ilskilsk
- 5 - PATENTANWÄLTE- 5 - PATENT LAWYERS
c = Schallgeschwindigkeit in dem fraglichen Mediumc = speed of sound in the medium in question
_ Dichte des fraglichen Mediums_ Density of the medium in question
_ wirksame Länge des Loches 3_ effective length of the hole 3
S,== Fläche des Loches 3S, == area of hole 3
V1= Volumen des teh-Resonators 2V 1 = volume of the teh resonator 2
Fig. 2 veranschaulicht das Prinzip eines akustischen Tiefpaßfilters in dem Sauerstoffgaskanal. Das Gas wird über einen Strömungsbegrenzer 1 und Durchlässe 20 in eine zylindrische 'Kammer geführt, die von Wänden 4 gebildet ist. In der Kammer ist ein Körper 23 angeordnet, der so ausgebildet ist, daß einzelne Resonatorkammern 22 gebildet werden. Zwischen diesen Resonatorkammern 22 befinden sich Leiterteile 21. Die zylindrische Kammer hat einen vorderen konischen Abschnitt 24, welcher über eine AxialbohrungFig. 2 illustrates the principle of an acoustic low-pass filter in the oxygen gas channel. The gas is over a flow limiter 1 and passages 20 are guided into a cylindrical chamber which is formed by walls 4. A body 23 is arranged in the chamber and is designed in such a way that individual resonator chambers 22 are formed will. Conductor parts 21 are located between these resonator chambers 22. The cylindrical chamber has a front one conical section 24, which has an axial bore
6 in die Mischkammer 8 mündet. Das Sauerstoffgas wird in der Mischkammer 8 mit Brennergas gemischt, welches in diese Kammer 8 aus der umgebenden Brennergaskammern6 opens into the mixing chamber 8. The oxygen gas will mixed in the mixing chamber 8 with burner gas, which in this chamber 8 from the surrounding burner gas chambers
7 eingezogen wird, während das Sauerstoffgas einströmt. Die Gasmischung wird dann über ein Rohr 9 (der nicht gezeigten Düse) zugeführt.7 is drawn in while the oxygen gas flows in. The gas mixture is then supplied via a pipe 9 (the nozzle, not shown).
Die Grenzfrequenz f o des Tiefpaßfilters wird durch folgendeThe cutoff frequency f o of the low-pass filter is given by the following
C ti. C ti.
Gleichungen bestimmt:Equations determined:
wobeiwhereby
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" 6 ~ PATENTANWÄLTE" 6 ~ PATENT AGENCIES
/-. _ - 2 und/ -. _ - 2 and
c = Schallgeschwindigkeit in dem fraglichen Mediumc = speed of sound in the medium in question
J = Dichte des fraglichen Mediums J = density of the medium in question
= Abstand zwischen den Resonatorkammern 22= Distance between the resonator chambers 22
S_ = Bereich der Zwischenstücke 21S_ = area of the intermediate pieces 21
= Volumen des Resonators 22= Volume of the resonator 22
Aufgrund der besonderen Ausgestaltung des akustischen Filters wird außer dem zuvor erwähnten Dämpfungseffekt auch ein Widerstand gegen ein Rückströmen des frischen Sauerstoffgases im Falle eines Flarnmenrückschlages erzielt. Infolge der besonderen Ausgestaltung des Filters ist das Sauerstoffgas gezwungen, durch eine Vielzahl enger Kanäle zu gelangen und mehrfach die Richtung zu ändern.Due to the special design of the acoustic filter, there is also the aforementioned damping effect a resistance against a backflow of the fresh oxygen gas in the event of a flashback is achieved. Due to the special design of the filter, the oxygen gas is forced through a multitude of narrower To get channels and change direction several times.
Bevor das Sauerstoffgas in den Filter gelangt, passiert es den Strömungsbegrenzer 1 am Einlaß. Aufgrund dessen expandiert sich das Sauerstoffgas, wodurch ein Kühleffekt auftritt. Die Kühlatmosphäre dient der Kühlung heißer Verbrennungsgase, welche im Falle eines Flammenrückschlages oder einer Fehlzündung rückwärts strömen. Der gewünschte Kühleffekt wird durch die besondere Ausgestaltung der Strömungsbegrenzung und der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffgases erzielt.Before the oxygen gas gets into the filter, it passes the flow limiter 1 at the inlet. Because of that the oxygen gas expands, creating a cooling effect occurs. The cooling atmosphere is used to cool hot combustion gases, which in the event of a flashback or a misfire flow backwards. The desired cooling effect is achieved through the special design of the Flow limitation and the flow velocity of the Oxygen gas achieved.
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Die drei zuvor erwähnten Maßnahmen tragen jeweils in ihrer V/eise dazu bei, daß keine Nachzündung innerhalb des Brenners am Eingang der Mündungskammer 8 bzw. 16 im ersten Rückstromstadium auftreten; die Flamme bleibt vielmehr gelöscht oder wird an der Austrittsdüse infolge des heißen Werkstückes wieder entzündet.The three aforementioned measures each contribute to their V / eise to ensure that no post-ignition within the burner at the entrance of the orifice chamber 8 or 16 in the first backflow stage appear; rather, the flame remains extinguished or is at the outlet nozzle as a result of the hot workpiece reignited.
In Fig. 3 ist ein Brenner veranschaulicht, in welchen ein akustisches Filter eingesetzt ist. Das Filter bei dieser Ausgestaltung ist ein Hochpaßfilter. Der zylindrische Körper 11 ist dabei entsprechend der Darstellung mit radialen Löchern 12 versehen. Das Sauerstoffgas wird durch den Strömungsbegrenzer 10 in den Sauerstoffkanal eingeführt und gelangt dann durch die Löcher 12 in das akustische Filter. Das Sauerstoffgas gelangt durch die axiale Bohrung des Filters in die Mischkammer 16. Das Brennergas gelangt von der zylindrischen Kammer 15 aus, die das Filter umgibt, in die Kammer 16. In die Kammer 15 wird Brennergas über einen Kanal 14 und eine Verbindungsbohrung 13 eingeführt. Ein Brennergasrohr 18 und eine Düse 19 sind an den Abschnitt 17 angeschlossen. Diese zuletzt genannten Elemente sind in der Figur nicht dargestellt. Bei Verwendung einer kleinen Düse ist das Rohr zur Führung der Gasmischung kurz, während bei einer großen Düse das Rohr lang ist.In Fig. 3, a burner is illustrated in which an acoustic filter is inserted. The filter in this embodiment is a high-pass filter. The cylindrical one Body 11 is provided with radial holes 12 as shown. The oxygen gas is through the Flow restrictor 10 is introduced into the oxygen channel and then passes through the holes 12 into the acoustic Filter. The oxygen gas enters the mixing chamber 16 through the axial bore of the filter. The burner gas enters from the cylindrical chamber 15, which surrounds the filter, into the chamber 16. In the chamber 15 burner gas is over a channel 14 and a connecting hole 13 are introduced. A burner gas tube 18 and a nozzle 19 are attached to the section 17 connected. These last-mentioned elements are not shown in the figure. When using a With a small nozzle, the pipe for guiding the gas mixture is short, while with a large nozzle, the pipe is long.
Ein Heizbrenner der unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen Art wurde mit Propan als Brennergas getestet. Diese Untersuchungsergebnisse sind In der nachfolgenden Tabelle veranschaulicht. Diese Untersuchungen wurden in einem weiten Bereich von fünf unterschiedlichen Düsenanordnungen vorgenommen. Wie sich aus der Tabelle ergibt, war die Sicherheit der Brenner gegen Flammenrückschlag bzw. Fehlzündung in allen Fällen sehr gut. Die Brenner wurden auch mit Azetylen als Brennergas getestet. Gut Ergebnisse gegenA heating burner of the type described with reference to FIG. 3 Art was tested using propane as the burner gas. These test results are in the table below illustrated. These studies were carried out on a wide range of five different nozzle arrangements performed. As can be seen from the table, the burners were safe against flashback or misfire very well in all cases. The burners were also tested with acetylene as the burner gas. Good results against
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Flammenrückschlag bzw. Fehlzündung wurden auch in diesem Fall erzielt. Unter Verwendung theoretischer akustischer, strömungstechnischer und wärmetechnologischer Theorien und Umsetzung dieser Theorien in die Praxis wurde es somit möglich, mit einfachen Mitteln einen Brenner zu schaffen, der gegen Flammenrückschlag bzw. Fehlzündung gesichert ist, und zwar durch eine konstruktive Kombination von Maßnahmen, welche alle den Sauerstoffkanal des Brenners betreffen. Wie erwähnt, betreffen diese Maßnahmen das akustische Filter zur Dämpfung der Oszillationen in den rückwärts strömenden Verbrennungsgasen, die Strömungsbegrenzung am Einlaß, die eine Expansion des frischen Sauerstoffs in einer V/eise bewirkt, daß eine Kühlung der rückwärts strömenden Verbrennungsgase erfolgt, sowie Verzögerung der Rückströmung des frischen Sauerstoffs als Ergebnis der mechanischen Gestalt des Filters.Flashback or misfire was also achieved in this case. Using theoretical acoustic, It became fluid and thermal theories and the implementation of these theories in practice possible to create a burner with simple means, which is secured against flashback or misfire, namely by a constructive combination of Measures that all affect the burner's oxygen channel. As mentioned, these measures concern that acoustic filters to dampen the oscillations in the backward flowing combustion gases, the flow restriction at the inlet, the expansion of the fresh Oxygen in a V / ise causes cooling of the backward flowing combustion gases, as well as delay the backflow of fresh oxygen as a result of the mechanical design of the filter.
Die Anordnung in den Sauerstoffgaskanälen ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele oder dargestellten Brennertypen beschränkt. Sie kann auch auf verschiedene Weise im Rahmen des Schutzumfanges abgewandelt werden.The arrangement in the oxygen gas channels is not limited to the exemplary embodiments or illustrated Limited torch types. It can also be modified in various ways within the scope of protection.
Düsenanordnung Nozzle arrangement
Sauerstoffoxygen
Druck barPressure bar
Flußrate l/h Flow rate l / h
Druck barPressure bar
Propanpropane
"NormaiePlamme''NormaiePlamme'
Härtehardness
Längelength
nunwell
+ kein Flammenrückschlai - Flammenrückschlag + no flashback - Flashback
0,5 0,7 0,50.5 0.7 0.5
1,3 1,3 1,11.3 1.3 1.1
2,9 1,6 3,42.9 1.6 3.4
2,1 5,72.1 5.7
3 900 5 0003,900 5,000
4 8004,800
8 750 8 700 8 3008 750 8 700 8 300
16 500 10 700 18 60016 500 10 700 18 600
12 700 28 00012 700 28 000
0,25 0,38 0,20.25 0.38 0.2
0,5 0,5 0,350.5 0.5 0.35
0,8 0,4 0,50.8 0.4 0.5
0,6 0,90.6 0.9
'mittelstark
Mittel'medium strong
middle
stark starkstrong strong
Witt elWitt el
hart s chwach starkhard weak strong
schwach Mittelweak medium
12
15
1512th
15th
15th
15
15
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20th
20
20
1520th
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+5 +5+5 +5
809883/0759809883/0759
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
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-
1978
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- 1978-06-23 GB GB7827801A patent/GB2000857B/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2000857B (en) | 1982-01-13 |
| SE406639B (en) | 1979-02-19 |
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| SE7707972L (en) | 1979-01-09 |
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