DE3324805A1 - Device for the prevention of pressure fluctuations in combustion chambers - Google Patents
Device for the prevention of pressure fluctuations in combustion chambersInfo
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Abstract
Description
BESCHREIBUNG:DESCRIPTION:
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Vermeidung von Druckschwingungen bei Brennkammern der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.The invention relates to a device for avoiding pressure fluctuations in combustion chambers in the preamble of Claim 1 designated Art.
Eine bekannte Einrichtung dieser Art sieht bei einem Winderhitzer zur Vermeidung der darin auftretenden pulsierenden Verbrennung vor, · einen Brenner von der Seite des Brennschachtes anzuordnen, wobei die Mündung des Brenners in der Achse des Brennschachtes liegt. Man kann auf diese Weise die Druckschwingungen bei einem bestimmten Betriebszustand vermeiden. Sofern sich allerdings die Zusammensetzung und/oder Temperatur des Verbrennungsgases oder die Brennraumtemperatur verändern, treten die störenden Druckschwinqungen erneut auf. Da sich die Wellenlänge umgekehrt proportional zur Frequenz verändert, wäre es zur Behebung derartiger Störungen notwendig, den Leitungsweg zwischen Brennermündung und der Brennkammer zu verändern, was jedoch praktisch nicht zu verwirklichen ist.A known device of this type provides for a wind heater to avoid the pulsating combustion that occurs in it, · To place a burner from the side of the furnace, with the mouth of the burner in the axis of the furnace. One can in this way the pressure oscillations at a certain Avoid operating condition. If, however, the composition and / or temperature of the combustion gas or the combustion chamber temperature are different change, the disruptive pressure oscillations occur again. Because the wavelength is inversely proportional to the frequency changed, it would be necessary to rectify such malfunctions to close the line path between the burner mouth and the combustion chamber change, which, however, cannot be achieved in practice.
Druckschwingungen in Brennkammern führen außerhalb eines verhältnismäßig engen Betriebsbereiches zu erheblichen Betriebsstörungen und Beschädigungen. Man kann daher den Verbrennungsvorgang nur selten im technischen und wirtschaftlichen Optimum betreiben.Pressure fluctuations in combustion chambers lead outside a relatively narrow operating range to considerable operational disruptions and damage. The combustion process can therefore only seldom be technically and economically optimal operate.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die störenden Druckschwingungen bei Brennkammern in einen weiten Leistungsbereich der Brenner zu vermeiden, ohne hierfür konstruktiv aufwendige Lösungen verwenden zu müssen. Dabei geht die Erfindung von der Kenntnis aus, daß die strömungs- und verbrennungstechnischen sowie auch die akustischen Eigenschaften aller AnlaqenteiIe zu berücksichtigen sind. Insbesondere werden erfindunqsqemaß Druckwellen berücksichtigt, die durch die Flamme verstärkt werden und sich sowohl in der Strömung sr ichtung als <iu(.h ontqeqf.viqospt.zt dazu ausbreiten.The invention is based on the problem of the disruptive pressure oscillations in combustion chambers in a wide power range of the burner to avoid, without this structurally complex Having to use solutions. The invention is based on the knowledge that the fluidic and combustion-related as well as the acoustic properties of all parts of the system must be taken into account. In particular, according to the invention Taking into account pressure waves that are amplified by the flame and both in the direction of flow and <iu (.h ontqeqf.viqospt.zt in addition spread.
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Zur Lösung der erf indungsqeinaßen Aufgabenstellung wird die Einrichtung nach dem Vorschlag gemäß Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 ausgeführt, wobei die Vorschläge der Unteransprüche 2 bis 6 vorteilhafte Weiterentwicklungen betreffen.In order to solve the task in accordance with the invention, the device executed according to the proposal according to the characterizing part of claim 1, the proposals of the subclaims 2 to 6 relate to advantageous developments.
Die vorgeschlagenen, resonanzfähigen Hohlräume wirken im Bereich der jeweiligen Resonanzfrequenz ebenso reflektierend wie eine Querschnittserweiterung am Eingang der Reflexionskammer. Zwischen der Brennermündung und dem Resonator baut sich eineThe proposed, resonant cavities act in the range of the respective resonance frequency just as reflective as one Cross-sectional expansion at the entrance to the reflection chamber. A build-up builds up between the burner mouth and the resonator
,Q stehende Druckwelle auf, die einen Druckknoten an der Einmündung des Resonators besitzt und einen Druckbauch im Bereich der Brennermündung. Zwischen zwei Druckknoten befinden sich immer ein induktiver und ein kapazitiver Bereich. Die Länge dieser Bereiche ist gleich einer Viertel wellenlänge V/4 der Druck-, Q standing pressure wave, creating a pressure knot at the confluence of the resonator and a pressure lump in the area of the burner mouth. There are always between two pressure knots an inductive and a capacitive area. The length of these areas is equal to a quarter wavelength V / 4 of the pressure
.t schwingungen. Befindet sich die Brennermündung innerhalb eines kapazitiven Bereiches, sol' werden vorhandene Druckschwingungen durch die Flamme gedämpft. Liegt dort ein induktiver Bereich, so findet eine gefährliche Verstärkung der Druckschwingungen durch die Flamme statt. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn der. t vibrations. If the burner mouth is within a capacitive range, the existing pressure oscillations are dampened by the flame. If there is an inductive area, the pressure oscillations are dangerously amplified by the flame. It is therefore advantageous if the
2Q Leitungsweg zwischen Brennermündung und Resonator gleich 1/4 bis 1/3 der Wellenlänge Λ der Druckschwingungen entspricht. Dadurch wird sichergestellt, daß die Brennermündung im kapazitiven Bereich der stehenden Druckwelle liegt. Die resonanzfähigen Hohlräume haben einander teilweise überlappende Frequenzbereiche.2Q line path between burner mouth and resonator equal to 1/4 to 1/3 of the wavelength Λ corresponds to the pressure oscillations. This ensures that the burner mouth is capacitive The area of the standing pressure wave. The resonant cavities have partially overlapping frequency ranges.
2g Da die einzelnen, resonanzfähigen Hohlräume wie eine Kette hintereinander angeordnet sind, ist es möglich, den Brenner nicht nur in Abstimmung auf eine bestimmte Frequenz, sondern für einen größeren Frequenzbereich zu betreiben. Man kann daher das Optimum für die Betriebsweise frei wählen.2g Because the individual, resonant cavities like a chain are arranged one behind the other, it is possible to tune the burner not only to a certain frequency, but operate for a wider frequency range. You can therefore freely choose the optimum for the operating mode.
Insbesondere ist die vorgeschlagene Anordnung frei von jeglichenIn particular, the proposed arrangement is devoid of any
beweglichen Teilen, wie sie sonst zur Einstellung des Abstandes zwischen dem resonanzfähigen Hohlraum und der Brennermündung erforderlich wären. Die Hohlräume lassen sich leicht ver-.„-wirklichen und bilden eine ortsfeste Anlage, die sich an beliebige Frequenzen innerhalb des vom Brenner ausgehenden Druckwellenbereiches anpassen.moving parts, as otherwise used to adjust the distance between the resonant cavity and the burner mouth would be required. The cavities can easily be made -. "- made and form a stationary system that can be adjusted to any frequency within the pressure wave range emanating from the burner adjust.
In der Praxis wird häufig bereits ein befriedigendes Ergebnis erzielt, wenn die Anzahl der resonanzfähigen Hohlräume zwischen 3 bis 5 gewählt wird.In practice, a satisfactory result is often achieved when the number of resonant cavities between 3 to 5 is chosen.
Die Anordnung vom Gaszuleitungsweg zum Brenner geht auf dieThe arrangement of the gas supply path to the burner goes on
Erkenntnis zurück., daß die von der Flamme erzeugten Druckwellen auch entgegengesetzt zur Strömungsrichtung verlaufen. Es kommt bei dieser Anordnung zu keinerlei baulichen Änderungen bei der Brennkammer selbst. Der Anregungs- und Verstärkungsmechanismus der Druckschwingungen wird derart gestörts daß bereits kleine Schwingungen am Ort ihrer Entstehung gedämpft werden. Somit kommt es zur ursächlichen Beseitigung der Verbrennungspulsationen und starken Druckschwingungen. Die Anordnung der resonanzfähiqen Hohlräume am Gasleitungsweg ist stets möglich, weil letzterer ._ wenigstens für die Verbrennungsluft gegeben ist, wenn derRecognition that the pressure waves generated by the flame also run in the opposite direction to the direction of flow. It comes with this arrangement to any structural changes in the combustion chamber itself. The excitation and amplification mechanism of the pressure oscillations is disturbed so that's already small vibrations are damped where they occur. This causes the causal elimination of the combustion pulsations and strong pressure oscillations. The arrangement of the resonance-capable cavities on the gas line path is always possible because the latter ._ is at least given for the combustion air if the
Brenner mit festen oder flüssigen Brennstoffen betrieben wird.Burner is operated with solid or liquid fuels.
Beim Betrieb mit gasförmigen Brennstoffen bildet sowohl die Gaszuleitung als auch die Luftzuleitung einen Gaszuleitungsweg aus, der für die neuen, resonanzfähigen Hohlräume geeignet ist. on Um die'Wirkung der neuen Einrichtung nicht zu stören, wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung sichergestellt, daß der Leitungsweg zwischen Brenner und den resonanzfähigen Hohlräumen frei von Querschnittssprüngen ist.When operating with gaseous fuels, both the gas feed line and the air feed line form a gas feed path that is suitable for the new, resonant cavities. To die'Wirkung on the new device not to disturb it is ensured according to a further proposal of the invention, that the conduction path between the torch and the resonating cavities is free of cross-sectional jumps.
Um den Brenner noch besser unabhängig von den BetriebsparameternTo make the burner even better regardless of the operating parameters
der Feuerungsanlage, wie Brennraumtemperatur, Brennstoff- und Abgaszusammensetzung betreiben zu können, ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung angebracht, die resonanzfähigen Hohlräume und die zu ihnen führenden öffnungen derart zu bemessenTo be able to operate the combustion system, such as combustion chamber temperature, fuel and exhaust gas composition, it is after one Another feature of the invention attached to dimensioning the resonant cavities and the openings leading to them in this way
3q und anzuordnen, daß sich die Resonanzfrequenzbereiche der einzelnen Hohlräume im Frequenzbereich des Brenners überdecken. Diese Anordnung macht von einer Tatsache Gebrauch, daß ein resonanzfähiger Hohlraum nicht nur eine bestimmte Frequenz zu dämpfen vermag, sondern seinerseits eine gewissen Bandbreite erfaßt. Bei sinnvoller überdeckung dieser Bandbreite wird die Wirkung somit im gesamten Frequenzbereich des Brenners erzielt. 3 q and to arrange that the resonance frequency ranges of the individual cavities overlap in the frequency range of the burner. This arrangement makes use of the fact that a resonant cavity is not only able to attenuate a certain frequency, but in turn covers a certain bandwidth. If this bandwidth is covered appropriately, the effect is achieved in the entire frequency range of the burner.
Für die Ausführung der resonanzfähigen Hohlräume läßt sich eine konstruktiv besonders einfache und zugleich besonders wirkungsvolle Lösung dadurch schaffen, daß der Gasleitungsweg zum Brenner als ein Doppelrohr ausgeführt ist. Durch das innereFor the implementation of the resonant cavities, a structurally particularly simple and at the same time particularly effective one can be used Create a solution in that the gas line path to the burner is designed as a double tube. Through the inside
Rohr erfolgt die Gasleitung zum Brenner. Der Ringraum zwischen den beiden Rohren wird mittels Zwischenwänden in einzelne Kammern unterschiedlicher Länge aufgeteilt, wobei die genannte Länge zunimmt, je größer der Abstand von der Brennermündung wird. In jeweils eine Kammer führt wenigstens eine Bohrung des inneren IQ Rohres mit einem sich daran anschließenden, kurzen Rohrstutzen.Pipe is the gas line to the burner. The annular space between the two tubes is divided into individual chambers of different lengths by means of partition walls, the length mentioned increasing the greater the distance from the burner mouth. At least one bore of the inner IQ tube with an adjoining, short tube socket leads into each chamber.
Die Resonanzfrequenz der auf diese Weise gebildeten Kammern in Form der einzelnen resonanzfähigen Hohlräume wird in bekannter WeiseThe resonance frequency of the chambers formed in this way in the form of the individual resonant cavities is known in a known manner
durch deren Volumina sowie durch die Maße der kleinen Rohrstutzen und die Durchmesser bestimmt. Damit sind die in Anpassung an den jg jeweils praktischen Fall leicht veränderbaren Parameter gegeben, so daß sich die Einstellung der Einrichtung auf die jeweils vorgesehene Betriebsanlage leicht vornehmen läßt. Die genannten Rohrstutzen bilden in strömungstechnischem Sinne Resonatorhälse aus. determined by their volumes as well as by the dimensions of the small pipe sockets and the diameter. This means that they are in adaptation to the jg each practical case given easily changeable parameters, so that the adjustment of the device to the respective intended plant can easily be carried out. The named pipe sockets form resonator necks in a fluidic sense.
Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die schematischen Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen:To further illustrate the invention, reference is made to the schematic Drawings referenced. Show in it:
Figur 1 eine erste, insbesondere das Prinzip der Erfindung veranschaulichende Ausführungsform in in Längsrichtung geschnittener Ansicht, währendFIG. 1 shows a first embodiment, in particular illustrating the principle of the invention, in the longitudinal direction sectional view while
Figur 2 eine konstruktiv besonders für die BedürfnisseFigure 2 a constructive especially for the needs
der Praxis gestaltete Ausführungsform der Erfindung in entsprechender Ansicht zeigt.shows the practice designed embodiment of the invention in a corresponding view.
Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht den am Anfang der Brennkammer 1 angeordneten Brenner 2. Diesem wird seitlich über den Gasleitungsweg 3 in Richtung des Pfeiles 4 die Verbrennungsluft zugeführt, wohingegen ihm über den Gasleitungsweg 5 in Richtung des Pfeiles 6 ein gasförmiger Brennstoff zuströmt. Der Gasleitungsweg 3 ist seitlich am Brenner 2 angebracht, während der Gasleitungsweg 5 in achsialer Richtung des Brenners verläuft. Mit dem Begriff Gdsleitungsweg kommt zum Ausdruck, daß darin ein beliebiger gasförmiger Stoff, also sowohl ein Brennstoff als auch Luft strömen kann.Figure 1 shows in a schematic view the at the beginning of the combustion chamber 1 arranged burner 2. This is laterally via the gas line path 3 in the direction of arrow 4, the combustion air supplied, whereas a gaseous fuel flows to him via the gas line path 5 in the direction of arrow 6. The gas pipeline route 3 is attached to the side of the burner 2, while the gas line path 5 runs in the axial direction of the burner. With the term Gdsleitungsweg expresses the fact that it contains any gaseous Substance, i.e. both fuel and air, can flow.
Entlang des Gasleitungsweges 5 erkennt man mit zunehmendem Abstand von der Brennermündung 7 angeordnete Öffnungen 8, 9 und 10. Die Abstandslage der genannten Öffnungen 8, 9 und 10 von der Brennermündung 7 beträgt jeweils ein Drittel der Wellenlänge, die vom Brenner ausgeht. Die Druckamplitude entlanq des Gasleitungsweges 5 ist im unteren Teilbild der Figur 1 in Ordinatenrichtung 11 dargestellt. Zu diesem Zweck ist die Brennermündung entlang der strichpunktierten Linie 12 auf das untere Teil bild herabgelotet, dessendem Gasleitungsweg 5 entsprechende Abszisse 13 an der Stelle 14 geschnitten wird, im Anschluß an welche die Brennkammer beginnt. Die drei dargestellten Kurvenverläufe entsprechen stehenden Wellen, wie sie den Resonanzfrequenzen entsprechen. Man erkennt insbesondere, daß der Druckbauch unabhängig von der Frequenz stets im Bereich der Brennermündung 7 liegt, so daß der Schnittpunkt 14 für die jeweilige BerechnungAlong the gas line path 5 can be seen with increasing distance of the burner mouth 7 arranged openings 8, 9 and 10. The spacing of said openings 8, 9 and 10 from the Burner mouth 7 is a third of the wavelength emanating from the burner. The pressure amplitude along the gas line path 5 is shown in the lower part of FIG. 1 in the ordinate direction 11. The burner mouth is for this purpose picture along the dash-dotted line 12 on the lower part down-plumbed, of which the gas line path 5 corresponding abscissa 13 is cut at the point 14, following which the Combustion chamber begins. The three curves shown correspond standing waves as they correspond to the resonance frequencies. It can be seen in particular that the pressure belly is independent of the frequency is always in the range of the burner mouth 7, so that the intersection point 14 for the respective calculation
des Drittelwellenabstandes zutrifft.of the third wave spacing applies.
Im Anschluß an jede der im Gasleitungsweg 5 vorgesehenen Öffnungen 8, 9 und 10 ist ein resonanzfähiger Hohlraum 15, 16 bzw. 17 vorgesehen. Diese resonanzfähigen Hohlräume sind nach Art von Helmholtz-Resonatoren ausgeführt und jeweils in einem bestimmten Frequenzbereich resonanzfähig. Maßgeblich hierfür sind die geometrischen Abmessungen der genannten Hohlräume. Bereits bei den dargestellten drei Hohlräumen erzielt man eine wirksame überdeckung der jeweiligen Frequenzbereiche einzelner Hohlräume, so daß eine wirkungsvolle Dämpfung der gesamten möglichen Frequenzbereichs des Brenners einsetzt.Following each of the openings provided in the gas line path 5 8, 9 and 10, a resonant cavity 15, 16 and 17, respectively, is provided. These resonant cavities are of the type Helmholtz resonators executed and each in a specific Frequency range capable of resonance. The geometrical dimensions of the cavities mentioned are decisive for this. Already with the the three cavities shown, an effective overlap is achieved the respective frequency ranges of individual cavities, so that an effective attenuation of the entire possible Frequency range of the burner begins.
Die Ausführungsform gemäß Figur 2 stellt mit übereinstimmenden O0 Bezugszeichen übereinstimmende Merkmale wie Figur 1 dar. Abweichend ist der Gasleitungsweg 18 ausgeführt, indem er in Form eines Doppelrohres 19 gestaltet ist. Konzentrisch zum inneren Rohr 20 verläuft das äußere Rohr 21. Zwischen diesen beiden Rohren besteht ein Ringraum, der mittels Zwischenwänden g5 23, 24 aufgeteilt ist. Dabei ergeben sich einzelne Kammern 25, und 27, welche die resonanzfähigen Hohlräume bilden. DieseThe embodiment according to FIG. 2 represents features that correspond to those of FIG. 1 with matching O 0 reference numerals. In contrast, the gas line path 18 is designed in that it is designed in the form of a double pipe 19. The outer tube 21 runs concentrically to the inner tube 20. Between these two tubes there is an annular space which is divided by means of partitions g 5, 23, 24. This results in individual chambers 25 and 27, which form the cavities capable of resonance. These
Kammern stehen durch Bohrungen 28, 29 und 30 mit dem Innenrohr in Verbindung, wobei in diesem Falle von den Bohrungen jeweils kurze Rohrstutzen 31, 32 und 33 in die zugehörigen Kammern münden. Die Rohrstutzen 31, 32 und 33 können zusammen mit den Bohrungen 28, 29 und auch durch Rohrenden mit Flanschen ersetzt werden.Chambers are connected to the inner tube through bores 28, 29 and 30, in which case each of the bores is short Pipe sockets 31, 32 and 33 open into the associated chambers. The pipe socket 31, 32 and 33 can together with the bores 28, 29 and can also be replaced by pipe ends with flanges.
Claims (6)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: GLAS, PETER RUDOLF, DIPL.-ING., 8208 KOLBERMOOR, D |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |