DE3007436C2 - Blaubrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Blaubrenner mit einem Gehäuseteil, das eine der Flammenhalterung dienende Querschnittserweiterung aufweist und in dem insbesondere ein Mischrohr mit Rezirkulation de.· Verbrennungsgase vorgesehen ist, und mit einer Brennstoff-und Luftzufuhreinrichtung, wobei das Gehäuseteil mit seinem erweiterten Bereich ein den Flammbereich aufnehmendes Flammrohr aufweist

Ein derartiger Blaubrenner ist aus der Zeitschrift »Öl und Gas«, November 1962, Seite 15 oder auch aus der DE-OS 27 00 671 bekannt. Wenn öl als Brennstoff dient, ist ein Mischrohr mit Rezirkulation der Verbrennungs -gase vorgesehen. Dieses Mischrohr entfällt beim Betrieb des Brenners mit Gas. Bei derartigen Blaubrennern wird angestrebt, daß das zur Verbrennung kommende öl möglichst vollkommen vergast ist, bevor es zur Verbrennung kommt. Die Verbrennung ist dann rußfrei und hat eine blaue Flamme. Man kann vorteilhaft mit extrem geringem Luftüberschuß arbeiten, so daß es zu einer nahezu stöchiometrischen Verbrennung kommt. Da die Verbrennung mit einem geringen Luftüberschuß arbeitet, wird eine sehr heiße Flamme erzeugt und die durch den Schornstein abgegebene Abgasmenge reduziert. Die im Brennstoff enthaltene Energie wird optimal ausgenutzt und die Vorteile der Wärmeübertragung bei hohen Temperaturen werden voll ausgeschöpft Die Verbrennung ist somit energiesparend, weitgehend rußfrei und schadstoffarm. Derartige Blaubrenner besitzen jedoch den Nachteil einer starken Geräuschemission, die durch die Ausbildung des Kessels, in welchem der Brenner eingebaut wird, nur bedingt gemindert wird. Der störende Lärm bei der Verbrennung wird in den Heizungsraum und durch den Schornstein abgestrahlt Außerdem zeigt sich hin und wieder — je nach Einbauverhältnissen — bei derartigen Brennern eine unangenehme Neigung zu niederfrequenten Schwingungen, die auch als Pulsation bezeichnet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Blaubrenner der eingangs beschriebenen Art die Geräuschemission wesentlich herabzusetzen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Flammbereich eine Stauvorrichtung zur Querschnittsverringerung im Flammrohr vorgesehen ist und stromoberhalb der Stauvorrichtung bis zur Flammfront hin das Flammrohr mit öffnungen in seinem Mantel versehen ist Wesentlich ist, daß beide aufgeführten Maßnahmen kumulativ angewendet werden, denn weder die öffnungen im Flammbereich allein noch die Anordnung der Stauvorrichtung im Flammbereich aitein zeigt den gewünschten Effekt der Geräuschminderung in dem angestrebten Ausmaß, erst die Kombination beider Maßnahmen führt zum Erfolg der Lärmdämpfung in der Größenordnung von 5,5 dB und 5dB(A). Dabei ist es wichtig, die geometrischen Relationen zwischen den Durchmessern und Längen des Flammrohres, des Mischrohres und der Stauvorrichtung so zu wählen, daß ein Teil des Brennstoff-Luftgemisches durch die öffnungen im Flammrohr als Freistrahlen nach außen strömt und dort brennt Es wird somit eine Zwangsströmung eines Teils des Brennstoff-Luftgemisches durch die Öffnungen nach außen bewirkt Bei dem erfindungsgemäßen Blaubrenner ist der Gemischbildungsbereich von dem Rammbereich akustisch getrennt. Die Gemischbildung zwischen Brennstoff und Luft findet im wesentlichen im Bereich zwischen der Düse, der Blendenöffnung und im Mischrohr statt Am freien Ende des Mischrohres findet eine Erweiterung der Strömung auf den Querschnitt des Flammrohres statt. Diese Erweiterung wirkt damit wie ein Flammhalter. Im unmittelbaren Anschluß an diese Erweiterung der Strömung findet die akustische Entkopplung statt, indem die Wandung des Flammrohres insbesondere reihenweise verteilt mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen ist, durch die ein Teil des bereits brennenden Gasgemisches in Gestalt von Freistrahlen austritt, weil es durch die stromab befindliche Stauvorrichtung angestaut wird, und sich so von der Hauptströmung absondert. Damit wird der instationären Strömung im Flammrohr Energie entzogen, was sich im Sinne einer Geräuschminderung bemerkbar macht Durch die F.eistrahlen an den Öffnungen nach außen tritt eine Schallabsorbtion durch Strömungsablösung auf. Dieser Effekt eignet sich speziell zur Schalldämpfung bei niedrigen Frequenzen, wie sie bei solchen Blaubrennern hauptsächlich auftreten.

Es ist zwar bekannt, zur Geräuschdämpfung Löcher oder öffnungen in einer Wandung eines Brenners vorzusehen. So zeigt beispielsweise die DE-OS 27 12 856 einen ölbrenner, dessen Verdampferrohe auf seinem Umfang in regelmäßiger Anordnung mit öffnungen versehen ist, die jedoch dazu dienen, den Luftzutritt aus dem Brennraum in das Verdampferrohr hinein zu gestatten. Die öffnungen werden also von Luft von außen nach innen durchflossen. Das Ende des Verdampferrohres ist mit einer Stauscheibe versehen, in welcher ebenfalls Durchbohrungen angeordnet sind. Diese Stauscheibe besitzt damit im Gegensatz zur

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Erfindung die Funktion eines Flammhalters für den sieb stromab von der Stausicheibe ausbildenden Flammbereich. Die Geräuschcmiission des Flammbereiches wird durch die Öffnungen im Verdampferrohr und durch den Flammhalter nicht beeinflußt. Bei der Erfindung wird dagegen ein anderes Prinzip benutzt, es wird die Wirkung der Stauvorrichtiing stromauf im Flammbereich dazu ausgenutzt, mm eine Zwangsströmung durch die öffnungen van innen nach außen im Flammbereich zu erzielen.

Aus der DE-AS 12 10 628 ist ein Strahlrohr für Rückstoßtriebwerke bekannt, welches in Verbindung mit einem Nachbrenner vorsieht, zur Geräuschreduzierung eine hinter einem Flammenhalter angeordnete innere Wandung mit Durchbrechungen zu versehen, die jedoch in erster Linie zu Kühlzwecken dienen, indem auch hier eine Strömung von außen nach innen durch die Durchbrechungen dazu ausgenutzt wird, um den betreffenden Wandungsteil mit vergleichsweise kühlerer Luft zu bestreichen. Da es bei einem solchen Strahltriebwerk im wesentlichen auf die Erzeugung eines Schubes ankommt, ein solcher Schub aber bei einem Blaubrenner, deir der Wärmeerzeugung dient, keine Rolle spielt, gibt auch diese Druckschrift keine Hinweise in Richtung auf den Anmeldungsgegenstand.

Beim Anmeldungsgegenstand können die Stauvorrichtung und die Öffnungen im Flammrohr so dimensioniert sein, daß die Strouhalzahl

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wesentlich kleiner als 1 wird. Die Stouhalzahl St ist die dimensionslos gemachte: Frequenz f, also die Frequenz f, die beispielsweise im Verbrennungsgeräusch enthalten ist, mit dem Durchmesser D der durchströmten öffnungen multipliziert und dividiert durch die Strömungsgeschwindigkeit U, mit der die öffnungen durchströmt werden. Eine wesentliche Schallabsorption, insbesondere im Tieffre«|uenzbereich stellt sich also bei einer Strouh^zahl ein, die wesentlich kleiner als 1 ist. Dies kann durch entsprechend geringe Durchmesser der durchströmten Öffnungen erreicht werden. Die Strömungsgeschwindigkeit kann nicht besonders groß gewählt werden, da der von der Stauvorrichtung erzeugte Überdruck vom Gebläse des Brenners erzeugt werden muß und deshalb zwangsläufig begrenzt bleiben muß. Die Öffnungen in der Wandung des Flammrohres sind zweckmäßig über einen axialen Bereich, insbesondere reihenweise verteilt, vorgesehen, um ein Feld und nicht nur eine einzige Reihe zu schaffen, welches der akustischen Entkopplung dient.

Zur Erzeugung einer Strömungsablösung an der Stauvorrichtung kann diese aus einzelnen Einbauten bestehen. Dies bedeutet, daß das Prinzip der Vernichtung von Schwankungsenergie zwecks Geräuschminderung nicht nur an den durch die öffnungen austretenden Freistrahlen verwirklicht wird, sondern auch an der Stauvorrichtung, bei der sich hinter dieser ebenfalls Freistrahlen ausbilden, die durch eine entsprechende Formgebung der Einbauten hervorgerufen werden. Die Stauvorrichtung kann aus einem Gitter von Stäben aus warmfestem Metall, Keramik od. dgl. bestehen oder auch ring- oder scheibenförmige Gestalt besitzen oder blendenähnliche oder liinglochähnliche Konfiguration aufweisen. Die Stützvorrichtung kann sich auch über einen gewissen axialen Bereich erstrecken, um so zur stabilisierenden Führung u.r Flammen beizutragen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden weiter beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen schematisierten Vertikalschnitt durch einen blaubrennenden Ölbrenner,
Fig.2 einen Schnitt gemäß der Linie H-II in Fig. 1 und

F i g. 3 eine ähnliche Schnittdarstellung wie F i g. 2 mit einer Stauvorrichtung in einer anderen Ausführungsform.

Ein Brenner 1 weist ein weitgehend geschlossen ausgebildetes Gehäuseteil 2 auf, in dem in üblicher Weise eine Düse 3 angeordnet ist, die am Ende eines ölzuführrohres 4 sitzt. In das ÖIzuführrohr4 wird das öl über eine ölpumpe 5 eingespeist, die von einem Motor 6 angetrieben wird, der gleichzeitig einen Gebläserotor 7 antreibt. Von der ölpumpe 5 führt eine Leitung 8 zunächst zu einem handbetätigbaren Ventil 9, dann zu einem elektromagnetisch betätigbaren Absperrorgan 10 und schließlich zum Ölzuführungsrohr4 mit der Düse

3. Die Verbrennungsluft wird über ά .;< Gebläserotor 7 in einer Leitung ίί zunächst zu einem Drosselventil 12, dessen Luftklappe 13 über einen Motor verstellbar ist, gefördert und gelangt sodann in das Gehäuseteil 2. Eine auf dem Ölzuführungsrohr 4 angeordnete Halterung 15 hält zugleich ein Zündelektrodenpaar 16, das über einen Zündtransformator 17 versorgt wird. Weiterhin ist ein lonisationsindikator 34 mit Hilfe der Halterung 15 gelagert, der an ein Steuergerät 18 zur Flammenüberwachung angeschlossen ist.

Das Gehäuseteil 2 ist auf der Seite, die durch die Aussirömrichtung der Düse 3 bestimmt ist, von einer Trennwand 19 abgeschlossen, in der mindestens eine Blendenöffnung 20 koaxial zur Achse der Düse 3 angeordnet ist. Statt der einen Blendenöffnung 20 kann der einzige Durchtrittsquerschnitt für Brennstoff einerseits und Luft andererseits auch von einer Vielzahl oder Mehrzahl von Durchbrechungen gebildet sein, die ebenso wie die einzige Blendenöffnung 20 in den Bereich eines ebenfalls koaxial angeordneten Mischrohres 21 führen. Das Mischrohr 21 ist entweder durch axiale- Arme 22 oder durch radial angeordnete Arme in einem Flammrohr 23 aufgehängt, wobei es an seinem der Trennwand 19 zugekehrten Ende mit Eiiiströmöffnungen für die Rezirkuiation von Verbrennungsgasen im Ringraum 24 versehen ist. Das Mischrohr 21 selbst besitzt in seiner Wandung, vorzugsweise im Anschluß an den seinem freien in Strömungsrichtung weisenden Ende 25, eine Vielzahl von Durchbrechungen 26, die über den Umfang und den axialen Bereich verteilt

so angeordnet sind. Die Gemischbildung findet im wesentlichen im Gemischbildungsbereich 27 im Mischrohr statt und breitet sich noch etwas über das freie Ende ^5 des Mischrohres 21 aus. Selbstverständlich befinden sich die geometrischen Bedingungen, also insbesondere die C\irchmesserabmessungen und die Längenabmessungen zwischen den Einzelteilen, insbesondere dem Flammrohr 23, dem Mischrohr 21 und der Blendenöffnung 20 in einem für die stöchiometrische Verbrennung günstigen Verhältnis.

An den Gemischbildungsbereich 27 schließt sich der Flammbereich 28 an, also der Bereich, in welchem das gasförmige Brennstoff-Luftgemisch brenne. Die Strömung wird zunächst am Ende 25 des Mischrohres 21 freigegeben und erweitert sich, so daß sie im

^b5 Flammbereich 28 in eine Zone von einer Vielzahl von öffnungen 29 gerät, die in der Wandung des Flammrohres 23 angeordnet sind. Das Flammrohr 23 kann zugleich auch die äußere Begrenzungswandung

des Brenners 1 sein und verschiedenartige Gestalt aufweisen. Außer der dargestellten zylindrischen Gestalt kommt eine konische Ausbildung oder eine andere die Strömung beeinflussende Form in Frage. Wichtig ist. daB die öffnungen 29 zwecks Minimierung der Strouhalzahl klein ausgebildet sind, wobei sie über einen axialen Bereich angeordnet werden, der im Abstand vom freien Ende 25 des Mischrohres 21 angeordnet ist, damit sich die Strömung bis dorthin genügend aufgeweitet hat und so in Kontakt zu den uffnungen 29 in treten kann. Die Öffnungen 29 dienen der akustischen Entkopplung des Flammbereiches 28 von dem Gemischbildungsbereich 27. Sie werden von einem geringen Teil des Brennstoff-Luftgemisches nach außen durchströmt, wobei das Gemisch abbrennt. Hierdurch wird Energie r, aus der instationären Strömung herausgenommen, was sich im Sinne einer Geräuschminderung bemerkbar macht. Allerdings sind die Öffnungen 29 für sich allein bcii aci'iici iiii Sinne «er Geräuschminderung vergleichsweise wenig wirksam. Wichtig ist die Kombination der :ii Anordnung der Öffnungen 29 mit einer Aufstauung der Strömung im Flammbereich durch eine nachgeschaltete Stauvorrichtung 30. Erst hierdurch wird eine Durchströmung der Öffnungen 29 erzwungen und damit eine kleine Strouhalzahl für den wichtigsten Frequenzbe- r, reich der Schwankungen möglich. Auch die Stauvorrichtung 30 besitzt allein nur eine geringfügige Lärmdämpfungswirkung. Die Öffnungen 29 und die Stauvorrichtung 30 ergeben jedoch zusammen bei der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration eine Lärmdämpfung von jo 5,5 dB und 5dB(A). Ein wesentlicher Vorteil ist auch in der bedeutenden Erhöhung der Verbrennungsstabilität zu sehen. Niederfrequente Verbrennungsschwingungen (Pulsationen) können bei geeigneter Auslegung völlig eliminiert werden, wie Versuche gezeigt haben.

Die Stauvorrichtung 30 kann an sich verschiedene Formgebung aufweisen, wie die beiden Ausführungsbeispiele der F i g. 2 und 3 zeigen. Gemäß F i g. 2 besteht die Stauvorrichtung 30 aus einer Reihe von parallel zueinander, also beispielsweise senkrecht angeordneten Stäben 31 aus warmfestem Metall oder Keramik. In den sich in Strömungsrichtung an die Slauvorrichtung 30 anschließenden Bereich des Flammbcreiches 28 ist ein nahezu konstantes Flammenbild erkennbar. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 besteht die Stauvorrichtung 30 aus einem oder mehreren hintereinander angeordneten Lochblechen 32 mit einer Vielzahl von verteilt angeordneten Löchern 33.

Es versteht sich, daß die akustische Entkopplung mit Kufe der wrfnungen 25 und die Stabilisierung der Strömung mit Hilfe der Slauvorrichtung 30 für sich allein bei den verschiedenen Brennern anwendbar ist. Werden zusätzlich noch Maßnahmen zur Geräuschminderung in der Zone des Gemischbildungsbereiches 27 angewendet, beispielsweise die Durchbrechungen 26 im Mischrohr 21, dann wird zusammen ein noch höherer Schalldämpfungswert von etwa 8,5 dB und 8 dB(A) erreicht, der durch eine aerodynamisch verbesserte VerbreniiTingsluftzuführung, z. B. durch die Einschaltung eines Siebes oder die Einlagerung von feuerfester Wolle in der Luftzuführung auf 10,5 dB und 8,5dB(A) gesteigert werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Blaubrenner mit einem Gehäuseteil, das eine der Flammenhalterung dienende Querschnittserweiterung aufweist und in dem insbesondere ein Mischrohr mit Rezirkulation der Verbrennungsgase vorgesehen ist, und mit einer Brennstoff- und Luftzufuhreinrichtung, wobei das Gehäuseteil mit seinem erweiterten Bereich ein den Flammbereich aufnehmendes Flammrohr aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Flammbereich (28) eine Stauvorrichtung (30) zur Querschnittsverringerung im Rammrohr (23) vorgesehen ist und stromoberhalb der Stauvorrichtung bis zur Flammfront hin das Flammrohr (23) mit öffnungen (29) in seinem Mantel versehen ist

2. Blaubrenner nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Stauvorrichtung (30) und die öffnungen (29) im Flammrohr (23) so dimensioniert sind, daß dr« Strouhalzahl wesentlich kleiner als 1 wird.

3. Blaubrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Strömungsablösung an der Stauvorrichtung (30) diese aus einzelnen Einbauten besteht.

4. Blaubrenner nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauvorrichtung (30) aus einem Gitter von Stäben (31) aus warmfestem Metall, Keramik o. dgl. besteht

5. Blaubrenner nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauvorrichtung (30) ring- oder scheibenförmige Gesta.¹' besitzt oder blendenähnliche oder !anglnchähnüche Konfiguration aufweist

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