DE3329937A1

DE3329937A1 - Burner for the processes of the autogenous welding technique, especially a welding burner

Info

Publication number: DE3329937A1
Application number: DE19833329937
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr.-Ing. 4300 Essen Schäfer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-08-30
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1984-03-01

Abstract

The burner has a pressure nozzle, a mixing nozzle connected after this in the flow direction, a mixing tube adjoining the mixing nozzle and merging into a mouthpiece with welding nozzle, and with protection against backflash. In order to prevent an unstable behaviour of the welding burner in the operating region of interest, a Helmholtz resonator is connected to this as a backflash protection in the region of the mixture-conducting flow channel, and has a natural frequency equal to or greater than the natural frequency of the flow channel.

Description

Brenner für Verfahren der Autogen-Technik, insbesondere einen SchweißbrennerTorch for processes in oxy-fuel technology, in particular a welding torch

Die Erfindung betrifft einen Brenner für Verfahren der Autogen-Technik, insbesondere einen Schweißbrenner, mit einer Druckdüse, einer dieser in Strömungsrichtung nachgeschalteteten Mischdüse, einem an die Mischdüse anschließenden Mischrohr, das in ein Mundstück mit Schweißdüse übergeht, und mit einer Rückzündsicherung. Die Erfindung umfaßt alle Brenner für Verfahren der Autogen-Technik, wie sie im DIN-Blatt 8522 vom März 1977 beschrieben sind.The invention relates to a burner for processes in oxy-fuel technology, in particular a welding torch, with a pressure nozzle, one of these in the direction of flow downstream mixing nozzle, a mixing tube connected to the mixing nozzle, the merges into a mouthpiece with a welding nozzle, and with a flashback safety device. the Invention includes all burners for processes of the oxy-fuel technology, as in the DIN sheet 8522 of March 1977 are described.

Als Rückzünden wird ein Vorgang bezeichnet, bei dem die außerhalb der Schweißdüse brennende Flamme durch die Schweißdüse zurückschlägt und sich eine Flammfront durch cas Mischrohr sowie die Mischdüse bis zur Mischstelle von Brenngas und Oxidator bewegt. Das Rückzünder. kann von einer Reihe von Abknallern - einem Verlöschen der Flamme mit lautem Knall - begleitet sein, bei dem sich durch teilweises Eindringen der Flamme in das Mischrohr und die Mischduse sowie durch von den Verbrennungsvorgängen ausgehende Druckwellen die gemischführenden Bauteile stark erhitzen. Diese Vorgänge sind Ausdruck eines instabilen Verhaltens des jeweiligen Brenners. Um die daraus resultierenden nachteiligen Wirkungen (Weiterbrennen oder Hin- und Herschlagen der Flamme im gemischführenden Strömungskanal des Brenners) zu vermeiden, sind bereits verschiedene Rückzündsicherungen vorgeschlagen worden, insbesondere solche, bei denen im sauerstofführenden Kanal vor der Druckdüse Strömungswiderstände, wie Drosseln oder dergleichen, angeordnet sind (DE-OS 2E 27 554). Dadurch soll erreicht werden, daß die beim Rückzünden durch den StrömLngskanal laufende Druckwelle gleichsam gebremst wird, so daß das anschließend wieder durch den Strömungskanal strömende Gemisch sich nicht selbsttätig entzünden kann. Insoweit handelt es sich um Maßnahmen, durch die die nachteiligen Wirkungen eines instabilen Verhaltens des Brenners gemildet oder vermieden werden sollenç Demgegentiber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schweißbrenner der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß er unter üblichen Betriebsbedingungen in einem stabilen Bereich arbeitet.A process in which the outside the welding nozzle's burning flame strikes back through the welding nozzle and a Flame front through cas mixing tube and the mixing nozzle to the mixing point of fuel gas and oxidizer moved. The backfire. can from a number of shooters - one The flame goes out with a loud bang - be accompanied by a partial Penetration of the flame into the mixing tube and the mixing nozzle as well as from the combustion processes outgoing pressure waves strongly heat the components carrying the mixture. These operations are an expression of the unstable behavior of the respective burner. To the out of it resulting adverse effects (continued burning or flapping of the Flame in the flow channel of the burner carrying the mixture) are already to be avoided various backfire fuses have been proposed, especially those at those in the oxygen-carrying channel in front of the pressure nozzle are flow resistances such as throttles or the like, are arranged (DE-OS 2E 27 554). This is to achieve that the pressure wave running through the flow channel during reignition is, as it were, braked is, so that the mixture then flowing again through the flow channel cannot ignite by itself. In this respect, it is a matter of measures by which mimicked the adverse effects of unstable behavior of the burner or should be avoided The invention is in contrast to this the task is based on a welding torch of the type described above to improve that it is in a stable range under normal operating conditions is working.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als RückzAndsicherung im Bereich des gemischfUhrenden Strömungskanals an diesen ein Helmholtz-Resonator angeschlossen ist, dessen Eigenfrequenz gleich oder größer ist als die Eigenfrequenz des Strömungskanals (gerechnet als beidseitig geschlossenes Rohr).This object is achieved in that as a back fuse in the area of the mixed flow channel connected to this a Helmholtz resonator whose natural frequency is equal to or greater than the natural frequency of the flow channel (calculated as a tube closed on both sides).

Systematische Untersuchungen (des Anmelders) haben gezeigt, daß Schweißbrenner je nach Bauart sehr unterschiedliche stabile oder instabile Betriebsbereiche haben können. Die Untersuchungen erstreckten sich auf einen Betriebsbereich, bei dem die Gemischmenge, bezogen auf die Nennmenge, zwischen 0,9 und 1,1 variiert wurde, während der Brenngasdruck (Acetylendruck) zwischen 0,1 und 0,8 bar variiert wurde. Dabei zeigte sich, daß nahezu alle Brenner im Bereich zwischen 0,3 und 0,8 bar eine instabile Zone aufwiesen, die erheblich verkleinert werden konnte, wenn der gemischführende Strömungskanal mit einem Helmholtz-Resonator verbunden wurde, dessen Eigenfrequenz gleich oder größer als die Eigenfrequenz des Strömungskanals eingestellt wurde. Offenbar wirkt die Zuschaltung eines Helmholtz-Resonators auf das sich beim Rückzunden innerhalb des gemischführenden Strömungskanals ausbildende Schwingungssystem derart ein, daß die gemiscbfübrenden Teile weniger erhitzt werden und im gemiscbfübrenden Strömungskanal keine stabile Flamme (RückzUndung) entstebt.Systematic studies (by the applicant) have shown that welding torches have very different stable or unstable operating ranges depending on the design can. The investigations extended to an operating area in which the Mixture amount, based on the nominal amount, was varied between 0.9 and 1.1, while the fuel gas pressure (acetylene pressure) was varied between 0.1 and 0.8 bar. Included It was found that almost all burners in the range between 0.3 and 0.8 bar have an unstable one Zone that could be reduced significantly if the mixed leader Flow channel was connected to a Helmholtz resonator whose natural frequency was set equal to or greater than the natural frequency of the flow channel. Obviously, the activation of a Helmholtz resonator has an effect on the re-ignition within the mixture-guiding flow channel forming vibration system of this kind one that the parts to be mixed are heated less and in the process to be mixed Flow channel no stable flame (reignition).

Es hat sich Jedenfalls gezeigt, daß im interessierenden Betriebsbereich die Stabilität des Schweißbrenners wesentlich verbessert wird, wenn die Eigenfrequenz des Heldholtz°Resonators das 1,0 bis 3-fache der Eigenfrequenz des Strömungskanals beträgt. Ein besonders starker Abbau des instabilen Bereiches ist festzustellen, wenn die Eigenfrequenz des Helmholtz- Resonators zwischen dem 1,0- und dem 1,5-fachen der Eigenfrequenz des Strömungskanals liegt. In any case, it has been shown that in the operating range of interest the stability of the welding torch is significantly improved when the natural frequency of the Heldholtz ° resonator is 1.0 to 3 times the natural frequency of the flow channel amounts to. A particularly strong reduction in the unstable area can be observed, if the natural frequency of the Helmholtz Resonator between the 1.0- and 1.5 times the natural frequency of the flow channel.

Für die Praxis können Schweißbrenner mit einem fabrikmäßig eingestellten Helholtz-Resonator ausgerüstet werden. Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen Helmholtz-Resonatoren mit einstellbarer Eigenfrequenz eingesetzt werden.In practice, welding torches can be set with a factory setting Helholtz resonator can be equipped. However, embodiments are also possible in which Helmholtz resonators with adjustable natural frequency are used.

Eine praktische Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Helmholtz-Resonator eine an den Strömungskanal angeschlossene und mit diesem über wenigstens eine Leitung verbundene Resonanzkammer ist. Wegen des rohrförmigen Aufbaus eines Schweißbrenners sollte die Resonanzkammer vorzugsweise ein die Wandung des Ströiungskanals umschließender Ringraum sein, der über wenigstens eine Bohrung in der Wandung des Strömungskanals mit diesem in Verbindung stehte Ausführungsformen, bei denen der Strömungskanal im Bereich der Resonanzkammer mehrere Bohrungen aufweist, sind ebenfalls möglich.A practical embodiment is characterized in that the Helmholtz resonator a connected to the flow channel and with this over is at least one line connected resonance chamber. Because of the tubular structure of a welding torch, the resonance chamber should preferably be a wall of the Be the flow channel enclosing annulus, which has at least one hole in the wall of the flow channel with this standing in connection, in which the flow channel has several bores in the area of the resonance chamber, are also possible.

Der Helmholtz-Resonator kann sowohl im Bereich der Mischdüse als auch im eich des Mischrohrs als auch im Bereich des Mundstückes angeordnet sein, vorausgesetzt, seine Eigenfrequenz ist im oben erläuterten Sinne auf die Eigenfrequenz des Strömungskanals abgestimmt.The Helmholtz resonator can be used in the area of the mixing nozzle as well as be arranged in the calibration of the mixing tube and in the area of the mouthpiece, provided its natural frequency, in the sense explained above, is related to the natural frequency of the flow channel Voted.

In Kombination dazu können im Strömungskanal wenigstens abschnittsweise Einbauten vorgesehen sein, die in Strömungsrichtung einen geringeren Widerstand als in Gegenrichtung aufweisen0 Insbesondere kann es sich dabei um Drosseln handeln, die9 wie einleitend erläutert, eine entgegen der normalen Strömungsrichtung der Brenngase wandernde Druckwelle abbauen. Als vorteilhaft hat sich die Anordnung von drei hintereinandergeschalteten Drosseln erwiesen.In combination with this, at least in sections in the flow channel Internals may be provided that have a lower resistance in the direction of flow than in the opposite direction 0 In particular, these can be throttles die9 as explained in the introduction, one against the normal flow direction of the Combustion gases reduce migrating pressure wave. The arrangement of three chokes connected in series.

Um die Arbeitsleistung des Schweißbrenners nicht zu beeinträchtigen, sollte der Strömungskanal im Bereich der Drosseln einen größeren Querschnitt aufweisen und sollte sein Widerstand in diesem Bereich unter Berücksichtigung des Drosseiwiderstandes gleich dem Widerstand im drosselfreien Bereich sein.In order not to impair the performance of the welding torch, the flow channel should have a larger cross-section in the area of the throttles and should be resistance in this area, taking into account the throttle resistance equal to the resistance in the throttle-free area.

Die Drosseln selbst können dem Helmholtz-Resonator in Strömungsrichtung vorgeschaltet oder auch nachgeschaltet sein. Vorteilhaft ist auch eine Ausführung, bei der die Drosseln im Bereich des Helmholtz-Resonators angeordnet sind.The chokes themselves can connect the Helmholtz resonator in the direction of flow be upstream or downstream. A design is also advantageous in which the chokes are arranged in the area of the Helmholtz resonator.

Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht eines Schweißbrenners mit Rückzündsicherung, Fig. 2 teilweise und in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch den Gegenstand mach Figur 1 im Bereich der Rückztindsicherung, Fig. 3 teilweise und in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch den Gegenstand nach Figur 1 im Drosselbereich.In the following an embodiment shown in the drawing is shown the invention explained; 1 shows a schematic representation of a side view a welding torch with backfire protection, Fig. 2 partially and enlarged Scale a longitudinal section through the object in Figure 1 in the area of the Rückztindsicherung, Fig. 3 partially and on an enlarged scale a longitudinal section through the object according to Figure 1 in the throttle area.

Der dargestellte Schweißbrenner weist einen sauerstoffführenden Kanal 1 auf, der in eine Druckdüse 2 mttndet, die zentrisch in einen Brenngas (Acetylen) führenden Kanal 3 eingesetzt ist. An die Druckdüse 3 schließt sich eine Mischdüse 4 an, die in ein Mischrohr 5 über geht, welches an einem Mundstück 6 mit Schweißdüse 7 endet.The welding torch shown has an oxygen-carrying channel 1, which opens into a pressure nozzle 2, which is centrically injected into a fuel gas (acetylene) leading channel 3 is used. A mixing nozzle connects to the pressure nozzle 3 4, which goes into a mixing tube 5, which is attached to a mouthpiece 6 with a welding nozzle 7 ends.

Der an die Mischdüse 4 anschließende Abschnitt des Mischrohrs 5 ist als Drosselstrecke 8 ausgebildet. Dazu sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel drei hintereinandergeschaltete Drosseln 9 eingesetzt, wobei jedoch die Querschnitte im Bereich der Drosselstrekke 8 so ausgelegt sind daß der Strömungswiderstand der Drosseistrecke 8 im wesentlichen gleich dem Strömungswiderstand der drosselfreien Abschnitte des Mischrohrs 5 entspricht0 Die Drosseln 9 sind, wie angedeutet, so ausgebildet9 daß die Drosselstrecke 8 in normaler Strömungsrichtung der Brenngase einen geringeren Widerstand als in Gegenrichtung aufweist.The section of the mixing tube 5 adjoining the mixing nozzle 4 is designed as a throttle section 8. These are in the illustrated embodiment three chokes 9 connected in series are used, but the cross-sections in the area of the throttle section 8 are designed so that the flow resistance of the Throttle section 8 essentially equal to the flow resistance of the throttle-free Sections of the mixing tube 5 correspond to the throttles 9, as indicated formed9 that the throttle section 8 in the normal flow direction of the fuel gases has a lower resistance than in the opposite direction.

Weiter strömabwärts ist an das Mischrohr 5 ein Helmholtz-Resonator 10 angeschlossen, dessen Eigenfrequenz gleich oder größer sein kann, als die Eigenfrequenz des gemischführenden Strömungskanals. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Resonator 10 so abgestimmt, daß seine Eigenfrequenz das 1,5-fache der Eigenfrequenz des gemischführenden Strömungskanals beträgt.A Helmholtz resonator is attached to the mixing tube 5 further downstream 10 connected, the natural frequency of which can be equal to or greater than the natural frequency of the mixture-carrying flow channel. In the illustrated embodiment is the resonator 10 tuned so that its natural frequency is 1.5 times the natural frequency of the mixture-carrying flow channel.

Aus Figur 2 entnimmt man, daß der Resonator 10 eine an das Mischrohr 5 angeschlossene und mit diesem über Bohrungen 11 verbundene Resonanzkammer 12 ist, die das Mischrohr 5 ringförmig ugibt0 Der Helmholtz-Resonator 10 verändert das bei Rückschlagen einer Flammfront mit Druckwelle in das Mischrohr 5 entstehende Schwingungssystem derart, daß die gemischführenden Teile weniger erhitzt weren und das Entstehen einer dauerhaftbrennenden Flamme (Rückzündung) verbindert wird,From Figure 2 it can be seen that the resonator 10 is connected to the mixing tube 5 is connected and connected to this via bores 11 resonance chamber 12, which gives the mixing tube 5 in a ring shape. The Helmholtz resonator 10 changes this at Flashback of a flame front with pressure wave into the mixing tube 5 resulting oscillation system in such a way that the parts leading to the mixture weren less heated and the formation of a permanently burning flame (flashback) is connected,

Claims

A n p r ü c h e 1. Burners for processes in oxy-fuel technology, in particular Welding torch, with a pressure nozzle, one of these downstream in the direction of flow Mixing nozzle, a mixing tube connected to the mixing nozzle, which is inserted into a mouthpiece with welding nozzle, and with a backfire protection, d u r c h e k e n n z e i h n e t that as a backfire protection in the area of the mixture leading Flow channel (4, 5, 6) is connected to this a Helmholtz resonator (10), whose natural frequency is equal to or greater than the natural frequency of the flow channel (4, 5, 6).

2. Burner according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the natural frequency of the Helmholtz resonator (10) is 1.0 to 3 times the Natural frequency of the flow channel is.

3. Burner according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h r e t that the natural frequency of the Helmholtz resonator (10) is 1.5 times the natural frequency of the flow channel is.

4 burner according to one of claims 1 to 3, g e k e n n n z e i c h n e t d u r c h a Helmholtz resonator (10) with adjustable natural frequency.

5. Burner according to one of claims 1-4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the Helmholtz resonator (10) is connected to the St. kungskanal (4, 5, 6) connected and connected to this via at least one line (ii) Resonanzkamner (12) is.

6. Burner according to one of claims 1-5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the resonance chamber (12) a the wall of the flow channel (4, 5, 6) enclosing annulus, which has at least one bore (11) in the wall of the flow channel (4, 5, 6) is connected to this.

7. Burner according to one of claims 1 - 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the flow caral (4, 5, 6) in the area of the resonance chamber (12) has several bores (11).

8. Burner according to one of claims 1 - 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the Helmholtz resonator (10) in the area of the mixing nozzle (4) is arranged.

9. Burner according to one of claims 1-7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the Helmholtz resonator (10) in the area of the mixing tube (5) is arranged.

10. Burner according to one of claims 1 - 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the Helmholtz resonator (10) in the area of the mouthpiece (6) is arranged.

11. Burner according to one of claims 1 to 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that in combination with this in the flow channel (4, 5, 6) at least sections of internals (9) are provided, which are smaller in the direction of flow Have resistance than in the opposite direction.

12. Burner according to claim 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the internals consist of throttles (9).

13. Burner according to claim 11 or 12, g e k e n n z e i c h n e t through three chokes (9) arranged one behind the other.

14. Burner according to one of claims 11-13, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the flow channel (4, 5, 6) in the area of the throttles (9) has a larger internal cross-section and that its resistance in this area taking into account the throttle resistance equal to the resistance in the throttle-free Area is.

15. Burner according to one of claims 1-14, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the throttles (9) the Helmholtz resonator (10) in the direction of flow are connected upstream.

16. Burner according to one of claims 1-15, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the throttles (9) the Felmholtz resonator (10) in the direction of flow are downstream.

17. Burner according to one of claims 1 - 16, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the chokes (9) in the area of the Helmholtz resonator (10) are arranged.