DE2940379C2 - Vorrichtung zur Unterdrückung von Brennraumschwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterdrückung von während der Heizphase auftretenden selbst erregten akustischen Brennraumschwjngungen

ίο bei einem Winderhitzer, der im Brennschachtfuß Jnen Brenner und darüber einen Brennraum aufweist, wobei die Vorrichtung in Strömungsrichtung der Verbrennungsmedien vor dem Brennraum angeordnet ist.
Bekanntlich treten bei der Beheizung des Gitterwerks von Winderhitzern im Brennraum des Brennschachtes selbsterregte akustische Schwingungen auf, die auf die Umgebung lärmend einwirken und häufig erheblichen Schaden an der Anlage verursachen.

Derartige Schwingungen können beispielsweise mit der Vorrichtung nach der DE-PS 23 50 338 bekämpft werden, nach der in die Gaszuführung eine als Hohlraum ausgebildete Reflektionskammer eingebaut ist, deren Volumen etwa dem 40fachen Produkt aus Querschnittsfläche und Durchmesser der Heizgasleitung ist, die zwischen der Reflektionskammer und Brennermündung frei von Einbauten ist und eine Länge etwa gleich einem Viertel der Wellenlänge der selbsterregten Schwingungen im Hei-?gas hat. Diese Vorrichtung ist relativ aufwendig und braucht zu ihrer Montage erhebliehen Platz, der bei bestehenden Anlagen in vielen Fällen nicht vorhanden ist.

Die US-PS 22 97 046 beschreibt Einrichtungen zur Bekämpfung von Schwingungen in Leitungen oder Kammern, bei denen ein den Schwingungen eines Brennraumes ausgesetzter Massenkörper eines Masse und Feder aufweisenden mechanischen Resonators abseits der Flamme angeordnet ist und mit Dämpfungsmitteln in Verbindung steht. Die Tatsache, daß die Resonatormittel längs der Leitung im Bereich der Druck-Schwingungsknoten aungeordnet sind, bedingt notwendigerweise große Abstände von der schwingungserzeugenden Kammer. Solche großen Abs:ände führen zu erheblichem Platzbedarf. Demgegenüber ist durch die erfindungsgemäße Lösung eine platzsparende Lösung gegeben.

Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe wird im wesentlichen darin gesehen, selbsterregte Schwingungen, insbesondere bei Winderhitzeranlagen, mittels einer einfachen, platzsparenden und funktionstüchtigen

so Einrichtung zu bekämpfen, die sich des Prinzips bedient, nach welchem akustische Schwingungen auf einen gedämpften, aus Masse und Feder bestehenden mechanischen Resonator geleitet werden.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Masse und Feder aufweisender mechanischer Resonator in den Brennerkanälen des Brennschachtfußes oder deren Zuführungsleitungen angeordnet ist, daß dessen Masse den Schwingungen des Brennraumes ausgesetzt ist, mit Dämpfungsmitteln in Verbindung steht und daß der Resonator in der Blasphase des Winderhitzers vor Deformation durch den Blasdruck geschützt ist.

In der näheren Ausbildung der Einrichtung wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß Ferderkompensator, Masse und Dämpfungsmittel als Baueinheit zusammengefaßt und in der Zuführungsleitung vor dem Absperrschieber zum Brenner einer Zuführungsleitung des Brennschachtes angeordnet sind. Diese Ausführung eig-

net sich besonders für Brenner mit Brennerkanälen kleineren Querschnitts.

Bei Brennern mit einem zentrischen Kanal für das eine Verbrennungsmedium und einem ringförmigen Kanal für das andere Medium, die sich beide an der Brennermündung mischen, ist es vorteilhaft, daß Masse, Federkompensator und Dämpfungsmittel als Baueinheit am Boden des zentrischen und/oder des ringförmigen Brennerkanals vorgesehen sind. Besonders die Anordnungen der Baueinheiten in Verlängerung der Anschlußstutzen am Brenner und am Boden des zentrischen Kanals sind konstruktiv bequem zugänglich zu gestalten, so daß ein kurzfristiger Austausch der Einheiten und ein leichter nachträglicher Einbau in bestehenden Anlagen möglich ist.

Zweckmäßig besteht die Baueinheit aus einem metallischen Federkompensator rohrförmigen Querschnitts und einem darin angeordneten Dämpfungsmittel, die beide mii einer scheibenartigen Masse aus feuerfestem Material und hitzebeständigem Metall verbunden sind. Diese Konstruktion ist platzsparend und mit geringem baulichem Aufwand durchführbar. A.ußerdem schützt der Federkcmpensator das Dämpfungsmitte! vor nachteiligen Einflüssen, wie Hitze und Schmutz. In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, den Federkompensator doppelwandig auszubilden und mit einem Druckölanschluß oder -kreislauf mit Luftkessel zu versehen. Dadurch läßt sich der Resonator in der Blasphase des Winderhitzers mit Drucköl stabilisieren und so gegenüber dem Winddruck widerstandsfähig machen. Mit dem Druckölkreislauf kann man zusätzlich eine Kühlung herbeiführen.

Es ist anzunehmen, daß es häufig schwierig sein wird, mit einer einzigen Baueinheit von Dämpfungsmitteln alle in einer Winderhitzeranlage auftretende Frequenzbereiche abzudecken, wenn die Baueinheit nicht selbst eingestellt werden kann.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist deshalb darin zu sehen, daß wenigstens zwei Dämpfungsmittel sowie wenigstens zwei Federkompensatoren unterschiedlicher Frequenzbereiche vorgesehen sind. Auf diese Weise vermag man auch Winderhitzeranlagen, die durch mehrere unterschiedliche Eigenfrequenzen beaufschlagt werden, wirkungsvoll zu behandeln.

Neben der im Rahmen der Erfindung bevorzugten Baueinheit aus Masse, Federkompensator und Dämpfungsmittel kann bei entsprechenden Verhältnissen auch eine aufgeteilte Anordnungsbauweise von Vorteil sein, beispielsweise kann ein Öldruck beaufschlagter Federkompensator mit einem außerhalb des Brennschachtes angeordneten Dämpfungsmittel in Wirkungsverbindung stehen.

Ferner kann die Masse als an der Brennermündung wirkender Mischkörper ausgebildet und über eine Tragstange mit einem im Brennschachtfuß angeordneten Federkompensator verbunden sein.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt einen im Brennschacht eines Winderhitzers angeordneten, mit einer Vorrichtung zur Unterdrückung von Biennraumschwingungen versehenen Brenner im Längsschnitt,

Fig. 2 bis 4 weitere Anordnungs- und Ausführungsbeispiele der Vorrichtung im Brennerbereich in ähnlicher Darstellungsweise in F i g. 1.

In den Figuren ist mit 1 der außenstehende Brennschacht eines Winderhitzers bezeichnet, der ein feuerfestes Mauerwerk 2 und e'men dieses umgebenden Blcchmantel 3 aufweist. Im Fuß des Brennschachtes ist ein Brenner 4 aus feuerfestem Material angeordnet mit einem zur Bi ennschachtachse zentrischen Kanal 5 für das eine Verbrennungsmedium und einem Ringkanal 6 für das andere Medium. Der Kanal 6 wird vom Kanal 5 durch eine Ringwand 7 getrennt und nach außen durch das Mauerwerk 2 begrenzt. Beide Brennerkanäle 5 und 6 haben je eine quer zu ihrer Längsachse gerichtete Zuführungsleitung 8 und 9 und vereinigen sich an der Brennermündung 10, der sich der Brennraum 11 anschließt, in den die Flamme hineinbrennt.Gemäß Fig. 1 wird der Boden des zentrischen Kanals 5 durch eine aus feuerfestem Material und Metall bestehende Masse 12 gebildet, der auf einem doppelwandigen, mit Drucköl beaufschlagtem Federkompensator 13 befestigt und mit diesem in einer von der Unterseite des Brennschachtes 1 zugänglichen Öffnung 14 angeordnet ist. Der Federkompensator 13 hat eine mit Öl gefüllte Kammer 15 und nimmt ein Dämpfungsmittel 16 auf, dessen Kolben 17 über den Federkompensator 13 mit der Masse 12 in Verbindung steht. Von der Kammer !5 führt eine Leitung 18 zu einem Pumpenaggregat ~i9, das durch ein motorisch betätigtes Absperrventil 20 zusammen mit einer Nebenleitung 21 und einem Luftkessel 22 vom Federkompensator 13 abtrennbar ist.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgendermaßen:

Sobald der Brennraum 11 während der Heizphase des Winderhitzers selbsterregte Schwingungen auftreten, werden diese im Ansatz durch die Einrichtung gedämpft bzw. unterdrückt. Die Masse 12 und der Federkompensator 13, die den Schwingungen durch die offene Verbindung über den zentrischen Kanal 5 zum Brennraum 11 voll ausgesetzt sind, werden zwar erregt, aber durch die Masse 12 sofort wieder gedämpft. Dabei ist das Absperrventil 20 offen und das Pumpenaggregat 19 hält die Leitung 18, den Luftkessel 22 und die Ölkammer 15 unter einem bestimmten Druck. Öümpulse aus der Ölkammer 15 können über die Leitung 18 und die Nebenleitung 21 in den Luftkessel 22 ausweichen.

Beim Umschalten des Winderhitzers auf die Blasphase schließt das Ventil 20 automatisch und sperrt das Öl in der Kammer 15 mit einem Druck ab, der dem Winddruck des Winderhitzers entspricht. Dadurch wird der Federkompensator 13 vor Deformationen geschützt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt einen Brenner, der an der Brennermündung 10 mit einer als Mischkörper dienenden Masse 23 versehen ist. um die Betriebsweise bei Belastungsschwankungen und Brenngasänderungen zu verbessern. Die Masse 23 sitzt auf einer bei 24 höhenbeweglich gelagerten Stange 25, die mit dem unteren Ende an einen in Verlängerung des zentrischen Brennerkanals 5 angeordneten Federkotiipensator 26 greift, dessen Ölkammer 27 über eine Leitung 28 an einen außerhalb des Brennschachtes 1 vorgesehenen Dämpfungsmittel 29 angeschlosser, ist. Die Leitung 28 steht mit einem Pumpenaggregat 30 in Verbindung und hat ein Absperrventil 31.

In der Blasphase wird die Ölkammer 27 durch das Ventil 31 unter Druck verschlossen und der Federkompensator 26 gegen den Winddruck versteift.

Beirrt Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist an der Zuführungsleitung 9 ein Absperrschieber 32 und daran eine Zuführungsleitung 33 angeflanscht. In Verlängerung der Zuführungsleitung 9 weist die Leitung 33 einen Raum 34 mit Federkompensator 35 und Dämpfungsmittel 36 auf. Beide Teile sind mit einer Masse 37 gekoppelt, die bei geöffnetem Absperrschieber 32, d. h. in der

Heizphase des Winderhitzers, dem Ringraum 6 des Brenners 4 gegenübersteht und aus dem Brennraum Il kommende Schwingungen empfangen und auf den Federkompensator 35 und Dämpfungsmittel 36 weitergeben kann. ■>

In der Blasphase des Winderhitzers ist der Absperrschieber 32 geschlossen, wodurch auf eine den Federkompensator 35 stabilisierende ülkammcr verzichtet werden kann.

Nach Fig.4 können auch zwei Einrichtungen zum in Bekämpfen von Brennraumschwingungen im Brenner 4 vorgesehen sein, beispielsweise eine Einrichtung am Boden des ringförmigen Kanals 6. Diese Einrichtung, die ebenfalls Ringform oder Teilringform haben kann, besteht aus der Masse 40. dem Federkompensator 41 und ι > dem Dämpfungsmittel 42. Bei der Blasphase pflanzt sich der Winddruck durch öffnungen 43 der Masse 40 in das Innere des Federkompensators 41 zu dessen Entlastung fort.

vorgesehenen Einrichtung sind der die Masse 45 tragende Federkompensator 46 und das Dämpfungsmittel 47 kombiniert, wobei die innere Wand des Federkompensators 46 mit Bremsbohrungen 48 versehen ist, die zusammen mit dem Luftkissen 49 das Dämpfungsmittel 47 bilden. Das Luftkissen 49 wird über die Leitung 50 kontrolliert. Eine zweite in das Dämpfungsmittel 47 führende Leitung 51 regelt den Zu- und Ablauf des Öls.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

35

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Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Unterdrückung von während der Heizphase auftretenden selbst erregten akustischen Brennraumschwingungen bei einem Winderhitzer, der im Brennschachtfuß einen Brenner und darüber einen Brennraum aufweist, wobei die Vorrichtung in Strömungsrichtung der Verbrennungsmedien vor dem Brennraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Masse (12, 23,37,40, 45) und Feder aufweisender mechanische (Resonator in den Brennerkanälen (5,6) des Brennschachtfußes oder deren Zuführungsleitungen (8, 9, 33) angeordnet ist, daß dessen Masse den Schwingungen des Brennraumes ausgesetzt ist, mit Dämpfungsmitteln (16,29,36,47) in Verbindung steht und daß der Resonator in der Blasphase des Winderhitzers vor Deformation durch den Blasdruck geschützt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Federkompensator (35), Masse (37) und Dämpfungsmittel (36) als Baueinheit zusammengefaßt und in der Zuführungsleitung (33) vor dem Absperrschieber (32) zum Brenner einer Zuführungsleitung (9) des Brennschachtes (1) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch I für Brenner mit einem zentrischen Kanal für das eine Verbrennungsmedium und einem ringförmigen Kanal für das andere Medium, dadurch gekennzeichnet, daß Masse (12), Federkomnensator (13) und Dämpfungsmittel (16) als Baueinheit am Boden des zentrischen und/ oder des ringförmigen Br^nnerktnals (5,6) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprachen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit aus einem metallischen Federkompensator (13, 26, 35, 41, 46) rohrförmigen Querschnitts und einem darin angeordneten Dämpfungsmittel (16, 36, 42, 47) besteht, die beide mit einer scheibenartigen Masse (12,37,40, 45) aus feuerfestem Material und hitzebeständigem Metall verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkompensator (13) doppelwandig ausgebildet ist und einen Druckölanschluß- oder Kreislauf (18 bis 21) mit Luftkessel (22) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucköl beaufschlagte Federkompensator (26) mit einem außerhalb des Brennschachtes (1) angeordneten hydraulischen Dämpfungsmittel (29) in Wirkungsverbindung steht.

7. Vorrichtung nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Dämpfungsmittel (42,47) sowie wenigstens zwei Federicompensatoren (41, 46) unterschiedlicher Frequenzbereiche vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (23) als an der Brennermür.-dung (10) wirkender Mischkörper ausgebildet und über eine Tragstange (25) mit einem im Brennschacht angeordneten Federkompensator (26) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucköl beaufschlagte doppelwandige Federkompensator (46) durch in der Innenwand vorgesehene Bremsbohrungen (48) und teilweiser Ausfüllung seines Innenraumes mit einem Luftkissen (49) gleichzeitig als Dämpfungsmittel (47) dient.