EP0035153B1

EP0035153B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Minimieren der Schallabstrahlung eines Vormischbrenners

Info

Publication number: EP0035153B1
Application number: EP81101062A
Authority: EP
Inventors: Johannes Stosiek
Original assignee: Vaillant Austria GmbH; Cofrabel Nv; Joh Vaillant GmbH and Co; Vaillant GmbH; Vaillant SARL; Vaillant Ltd; SCHONEWELLE BV
Current assignee: Vaillant BV
Priority date: 1980-03-01
Filing date: 1981-02-16
Publication date: 1984-07-04
Also published as: JPS56137006A; EP0035153A1; ATE8296T1; DE8005891U1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Minimieren der Schallabstrahlung eines mit einem Gas-Luftgemisch gespeisten Vormischbrenners gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Aus der DE-A-2 207 888 ist ein mit einem Gas-/Luftgemisch gespeister Vormischbrenner mit wenigstens einer einem Injektor zugeordneten Gasdüse und Brennschlitzen bekannt. Bei diesem Brenner sind keine Überlegungen im Hinblick auf eine Minimierung der Schallabstrahlung angestellt worden.
Bei Vormisch-Gasbrennern ergibt sich ein Gesamtgeräusch, das im wesentlichen in drei Einzelgeräusche unterteilt werden kann :

1. Das Geräusch, das durch die Verbrennung entsteht.
2. Das Geräusch, das am Injektor auftritt.
3. Das Geräusch, das sich bei der Strömung von Gasen aus Düsen bildet.

Weitere Geräusch-Quellen können das Geräusch im Gaz-Zufuhrrohr sowie das Austrittsgeräusch des Gas-Luftgemisches aus den Brennerschlitzen darstellen. Gegenüber den unter eins bis drei erwähnten Geräuschen sind diese beiden Geräusch-Quellen aber ohne weiteres vernachlässigbar.

Zu 1 - Verbrennungsgeräusch

Messungen, wie sie beispielsweise in Figur vier gezeigt werden, ergeben, daß das Verbrennungsgeräusch den größten Schalldruck erzeugt. Das Maximum des Schallpegels liegt bei etwa 500 Hz, vergleiche auch GWF 115 (1974, Heft 2, Seite 50). Wie diese Literaturstelle auch aussagt, ist der Schalldruck von der Wärmeleistung und von dem Grad der Luftbeimischung zum Gas abhängig. Je mehr Luft bei gleichem Gas-Durchsatz beigemischt wird, um so höher ist der entstehende Schalldruck.

Zu 2 - Injektorgeräusch

Dieses Geräusch herrscht in einem Bereich zwischen 1 und 8 kHz vor. Es ist abhängig von der Primärluft-Zuführung und bildet typische Resonanzfrequenzen bei der Strömung des Gas-Luftgemisches im Injektor.

Zu 3 - Düsenausström-Geräusch.

Die Frequenz-Analyse zeigt Spitzenwerte des Schalldrucks im Bereich größer 8 kHz.
Aufgrund der Vergleiche der drei Geräusch-Quellen kann gesagt werden, daß das Düsenausströmgeräusch klein ist gegenüber dem Verbrennungs- und Injektorgeräusch.
Im Verlauf des bisherigen Bestrebens, die einzelnen Geräusch-Quellen von Vormischbrennern zu ermitteln, zu gewichten und für sie Abhilfe zu schaffen, ist es gemäß GWF 108 (1967) 47, Seite 1325 bis 1336 bekanntgeworden, daß sich die einzelnen Schalldrücke bezogen auf die Geräusch-Quellen verhalten, wie dies etwa in Figur vier dargestellt ist. Es sind jedoch dem Stand der Technik keine Anweisungen entnehmbar, welche Maßnahmen im einzelnen vorzunehmen sind, um die unterschiedlichen Geräusch-Quellen in ihren Schalldruckpegeln herabzudrükken, und wie bei der Konstruktion von Brennern zu verfahren ist, um diese Ziele zu erreichen. Aus der Literaturstelle ist es bekanntgeworden, daß Mehrlochdüsen einen niedrigeren Schalldruckpegel ergeben als Einlochdüsen vom gleichen Gesamt-Querschnitt. Diese Aussage kann mit hinreichend großer Genauigkeit auch auf Brenner angewendet werden, bei denen jeweils einer Düse ein Injektor zugeordnet ist.
Ausgehend von allgemeinen Überlegungen könnte man auf das Verbrennungsgeräusch insoweit Einfluß nehmen, als daß man die Brenngemisch-Gasaustrittsschlitze in einzelnen Brennerrohren größer gestaltet, um einen ruhigeren Austritt des Brenngas-Luftgemisches zu erzielen. Diese Maßnahme findet aber dort ihre Grenze, wo die Flamme durch die größer werdenden erschiitzeBronn hindurch auf die Düse zurückschlägt. Dieser Fall tritt aber bei einer Größe der Brennerschlitze dann schon ein, wenn es zu einer nennenswerten Beruhigung der austretenden Strömung noch gar nicht kommen kann.
Das Problem des Injektor-Geräusches hat man schon versucht durch sogenannte Heimholtz-Resonatoren in Angriff zu nehmen. So ist zum Beispiel aus der DE-A-21 17 337 ein mit einem Heimholtz-Resonator versehener Brenner für gasbeheizte Geräte bekanntgeworden, wobei an der Eintrittsöffnung der Primärluft-Ansaugkammer eine schalldämmende Einrichtung mit einer Resonanz-Frequenz von mindestens 600 Hz vorgesehen ist. Speziell war vorgesehen, daß der Helmholtz-Resonator eine Resonanz-Frequenz von 1 bis 1,5 kHz aufweist.
Helmholtz-Resonatoren können jedoch nur eine bestimmte Frequenz beziehungsweise über die Bandbreite nur einen ganz engen Frequenzbereich auslöschen. Um demgemäß das gesamte Injektor- Geräusch in einem Frequenzbereich von etwa 1 bis 8 kHz auslöschen zu können, waren etwa fünf Helmholtz-Resonatoren pro Düse notwendig. Es zeigt sich hieraus, daß bei einem Mehrdüsenbrenner der Aufwand untragbar ist, von der Baugröße ganz zu schweigen.
Theoretisch ist das Düsenausström-Geräusch von Lighthill (Proceeding Royal Society A 221 (1952) und A 222 (1954)) untersucht und beschrieben worden. Es besagt, daß die Schalleistung einer turbulenten Strömung, und darum handelt es sich bei den hier beschriebenen Brennern und ihren Düsenströmungen immer, der 8. Potenz der Düsenaustritts-Geschwindigkeit und dem Quadrat des Düsendurchmessers proportional ist.
wobei p_o die Dichte des Mediums bedeutet, u_o die Düsenaustritts-Geschwindigkeit, d_o der Düsendurchmesser und a die Schallgeschwindigkeit bedeuten.
Aus dem Lighthill 'schen Gesetz kann abgeleitet werden, daß die Schallabstrahlung infolge der Strömung aus der Düse vor allem durch kleinere Strömungsgeschwindigkeiten verringert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem unter Konstanthaltung der Wärmeleistung und bei einem festgelegten Gas sowie einer vorgegebenen maximalen Schallabstrahlung die Schallpegel für das Verbrennungs- und Injektor-Geräusch minimiert werden können. Diese Aufgabe ist durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Aus einer großen Zahl von Messungen an Vormisch-Gasbrennern der unterschiedlichsten Konstruktionen, in denen der Zusammenhang zwischen dem Schalldruck- bzw. Schalleistungspegel und der spezifischen Brennerflächen-Belastung, der spezifischen Düsenbelastung, dem Wobbe-Index des betreffenden Gases, der Strömungsverhältnisse im Injektor sowie der Düsengesamtfläche festgestellt werden konnte, wurde die folgende Beziehung gefunden :
Hierbei bedeuten N die theroretische Schalleistung in [W], Q_D die spezifische Düsenflächen-Belastung in [W/_M ²), Q_AB die spezifische Düsenflächen-Belastung in [W/m²], Q_AB die spezifische Brennflächenbelastung [W/m²], W die Wobbe-Zahl in [Ws/m³], a die Schallgeschwindigkeit in [m/s], V_;N die mittlere Geschwindigkeit des Gasluft-Gemisches im Injektor in [m/s], Σ A_D die Gesamtfläche der Düsenöffnungen in [m²]. Die weiteren Ausführungen über das erfindungsgemäße Verfahren beziehen sich auf die Erdgasfamilie, weil Brenner in dieser Familie am weitesten verbreitet sind. Es bereitet aber keine Schwierigkeiten, die für das Erdgas gewonnenen Erkenntnisse auf andere Gase oder Gas-Luftgemische zu übertragen.
Im Erdgasbereich kann man die Wobbe-Zahl wie folgt annehmen :
Für die Bestimmung der Exponenten wurde die Gleichung (2) so behandelt, daß jeweils einer der Multiplikatoren variabel angesetzt wird und die anderen als Konstanten betrachtet werden. Es konnten dann eine Vielzahl von Brennern durchgemessen werden, wobei die Exponenten auch bei den unterschiedlichen Brennerkonstruktionen als näherungsweise gleich angesehen wurden. Aus diesen Messungen ergeben sich die Exponenten wie folgt :
Unter Berücksichtigung der nunmehr festliegenden Exponenten kann man aus der Gleichung (2) ersehen, daß die Schalleistung eines atmosphärischen Brenners direkt proportional der Düsenflächen-und der Brennerflächen-Belastung ist, weiterhin proportional der mittleren Geschwindigkeit des Gas-Luftgemisches im Injektor und der Gesamtfläche aller Düsen und umgekehrt proportional der Wobbe-Zahl. In der Gleichung (2) sind lediglich Q_AB und V_IN voneinander unabhängig. Weiterhin sind folgende Größen entweder als Konstanten anzunehmen oder als Konstante bei der vorzunehmenden Geräusch-Optimierung anzusetzen. Das sind im wesentlichen die Schallgeschwindigkeit a sowie die spezifische Düsenflächen-Belastung und die Summe aller Düsenflächen. Das Produkt aus Q_D und LAD entspricht der Wärmeleistung des Brenners. Die Schallgeschwindigkeit bezieht sich einmal auf die aus einem Raum einströmende Luft sowie das über das Gas-Zufuhrrohr in den Injektor einströmende Gas, deren mittlere Temperaturen im Bereich von 100 °C als konstant anzusetzen sind.
Das brennende Gas-Luftgemisch weist eine Temperatur von cirka 1 400 °C auf, die im wesentlichen auch als konstant angesetzt werden kann. Maßgeblich für die Variation von a wären also nur die absoluten Temperaturhöhen.
Innerhalb der Erdgasfamilie oder einer anderen Gasfamilie soll also ein atmosphärischer Brenner so optimiert werden, daß die theoretische Schalleistung N bei einer bestimmten Wärmeleistung unterschritten wird.
Unter Berücksichtigung der vorgenannten Prämissen vereinfacht sich die Gleichung (2) auf folgende Gleichung (5) oder Gleichung (6).
Der Ansatz für die Minimierung lautet nun :

Die beiden den Wert N durch K ergebenen Faktoren sollen so gewählt werden, daß ihre Summe möglichst klein ist.

Die eben geschilderte Forderung entspricht folgendem mathematischem Ansatz :
Als Randbedingung wird Gleichung (6) gemäß Gleichung (8) verwendet.
Aufgrund des Lagrange'schen-Ansatzes ergibt sich somit folgende Lösung :
Das bedeutet in Worten, daß der Betrag der mittleren Gas-Luft-Gemisch-Geschwindigkeit hoch 4,5 ziffernmäßig der spezifischen Brennflächen-Belastung entsprechen muß, um der eingangs genannten Forderung Genüge zu tun. Damit ergeben sich Gleichungen (10) und (11).
Es ist physikalisch sinnvoll, daß die Werte von Q_AB und V_IN nicht überschritten werden, jedoch in gewissem Maße unterschritten werden dürfen.
Auf der allgemein gültigen Basis gemäß den Gleichungen (10) und (11) haben aber Messungen ergeben, daß V_IN wesentlich verringert werden kann, ohne daß die einwandfreie Verbrennung leidet. Unter einwandfreier Verbrennung ist zu verstehen, daß die an den Brennflächen-Schlitzen entstehenden Flamme weder von den Brennflächen-Schlitzen abhebt noch unter Bildung von CO verbrennt. Unter dieser Voraussetzung kann Gleichung (11) wie folgt weitergeschrieben werden :
In der Gleichung (12) bedeutet 1 : P den Verringerungsfaktor. Die Messungen haben ergeben, daß P gemäß Gleichung (13) einzugrenzen ist. Wird der kleinere Wert von P unterschritten, wird die Flamme zum Abheben neigen, ein Überschreiten des größeren Wertes würde eine unvollständige Verbrennung bedeuten. Aus rein praktischen Erwägungen wird der Bereich von P eingeengt gemäßt Gleichung (14).
Ein an jedem Gas-Vormischbrenner feststellbares Bauteil ist die Summe aller Injektor-Durchtrittsflächen. Bei Verwendung eines einzigen Injektors ist das der Querschnitt des Injektors an seiner engsten Stelle, bei Mehrdüsenbrennern mit entsprechend mehr Injektorrohren ist das die Summe aller kleinsten Durchtrittsstellen sämtlicher Injektoren. Diese Gesamtfläche verhälht sich gemäß Gleichung 15.
Hierbei setzt sich V gemäß Gleichung (16) zusammen, wobei als Luftdurchsatz nur der Primärluftdurchsatz zu verstehen ist, also der Durchsatz, der mittels der Gasdüsen durch die Injektorrohre durchgeblasen wird.
Setzt man aus Gleichung (12) den Wert für V_IN in Gleichung (15) ein, so ergibt sich Gleichung (17).
Somit ist die Gesamtfläche des Injektors (oder der Injektoren) ziffernmäßig bestimmt, wobei der Wert, nach dem ein Injektor gemäß Gleichung (17) bestimmt ist, nicht unterschritten werden darf, weil dies zu einer unmittelbaren Erhöhung der Schallabstrahlung führen würde, während ein Überschreiten des Wertes zunächst nur zu einer Verschlechterung der Verbrennung führt.
Man kann hieraus ersehen, daß sich die Optimierung der Schallabstrahlung und das Erreichen einer optimalen Verbrennung teilweise widersprechen.
Gemäß Gleichung (17) kann somit bei einer vorgegebenen Gasfamilie einer vorgegebenen maximalen Schallabstrahlung sowie einer gegebenen Wärmeleistung die gesamte Injektordurchtrittsfläche des Brenners berechnet werden. Bei Einhaltung dieser Injektorfläche kann man sicher sein, daß die sich in der Praxis ergebene Schallabstrahlung kleiner als der theoretische vorgegebene Wert sein wird.
Der rechnerische Wert für die spezifische Brennflächenbelastung Q_AB ergibt sich unmittelbar aus Gleichung (10). Die aus dieser Form ermittelten praktischen Werte können in den betrieblichen Toleranzen zwar sowohl über- als auch unterschritten werden, das Unterschreiten führt unmittelbar zu einer Anhebung der Geräusch-Abstrahlung, während das Überschreiten zu einem Zurückschlagen der Flammen führt.
Damit sind die beiden wichtigsten Daten eines Brenners vorgegeben. Bevor aus den Gleichungen (17) und (10) an einem Berechnungsbeispiel die Konstruktion eines Brenners dargelegt wird, soll noch die Schallgeschwindigkiet eingegrenzt werden. Aus rein praktischen Erwägungen wird mit Werten von
und
gearbeitet.
Die spezifische Düsenflächen-Belastung Q_D ist der Durchsatz an Gas-Luftgemisch bei einem vorgegebenen Heizwert bezogen auf den einzelnen Durchlaß-Querschnitt. Dieser Wert wird aus rein praktischen Erwägungen angenommen zu
Ein höherer Wert führt gemäß Figur vier zu einer höheren Schallbstrahlung bezüglich des Düsengeräusches, eine Verkleinerung des Wertes führt zu einem geringeren Gasdurchsatz durch die Düsen, damit zu einem geringen Impuls und damit zu einer geringeren Luftansaugung und damit zu einer geringeren Brennerleistung beziehungsweise zu einer unvollständigen Verbrennung.
Bei der Konstruktion des Brenners wird die maximale Schalleistung, die abgestrahlt wird, vorgegeben. Heutige auf dem Markt befindliche Brenner haben eine Schalleisting von im Mittel von über 60 dB (A). Die unterste bekanntgewordene Grenze liegt bei 52 dB (A).
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Schalleistungen der Größenordnung von 40 dB (A) angestrebt. Dieser Wert ist somit als Prämisse vorauszusetzen.
Es wäre ebensogut möglich, sich einen anderen Schalleistungspegel vorzugeben und mit diesem als Prämisse zu rechnen.
Anhand der vorgegebenen Werte für die angestrebte Schalleistung, die Schallgeschwindigkeit, die Wobbe-Zahl, die spezifische Düsenbelastung und den Proportionalitätsfaktor soll im folgenden ein Beispiel für einen atmosphärischen Gasbrenner der Leistung von 30 kW durchgerechnet werden, der mit Erdgas betrieben wird und der eine Schalleistung von nicht mehr als 40 dB (A) erzeugen soll. Die spezifische Düsenbelastung sei nicht größer als
Die zugrundeliegende Wobbe-Zahl sei
Die Schallgeschwindigkeit betrage A = 1 100 bzw. 400 m/s. Der Proportionalitätsfaktor p sei 3,5. Einem Schalleistungspegel von 40 dB (A) entspricht eine Schalleistung von
Zunächst muß die Summe sämtlicher Düsenflächen ermittelt werden. Sie ermittelt sich aus der vorgegebenen Wärmeleistung, bezogen auf die Düsenflächen-Belastung Q_o. Somit ergibt sich eine Gesamtdüsenfläche von 3,75 x 10-⁵ m^2. Hierbei ist es gleichgültig, ob sich diese Fläche auf eine oder eine Vielzahl einzelner Düsen verteilt. Somit kann als nächstes K ausgerechnet werden. Aus Gleichung (2) folgt, daß K folgende Glieder umfaßt :
Dann sind :
und
Aus den Gleichungen (10), (19) und 21 ergibt sich somit für Q_AB ≤ 2,3 . 10⁶ W/m². Aus den Gleichungen (12), (19) und (22) kann V_IN ausgerechnet werden, was sich zu 3,8 m/s ergibt.
Daraus läßt sich die Gesamtheit der Injektor-Durchtrittsflächen mit Hilfe der Gleichung (17) errechnen.
AN = 1,21 · 10^-3 m², wobei aus praktischen Gründen V mit 4,6 · 10^-3 m³/s nach Gleichung (16) für eine Leistung von 30 kW festgelegt ist.
Somit liegen die Konstruktionsdaten für den Brenner fest, was die Minimierung der Schallabstrahlung angeht.
Während die Werte für die Schallgeschwindigkeit und für die Wobbe-Zahl Größen darstellen, die dem Brenner-Konstrukteur in der Variation entzogen sind, sind die Werte für die Düsenflächen-Belastung und den Proportionalwert p änderbar. Bei einer Durchprüfung der Bereiche beziehungsweise Werte für Q_D und p hat sich herausgestellt, daß die Bereiche von Q_D und p die früher genannten Werte nicht verlassen sollen. Bei der weiteren praktischen Überprüfung der durch die Formeln für Q_AB und A_IN gefundenen Größen hat es sich herausgestellt, daß man das Produkt von Q_AB und AN als eine Größe ansehen kann, die nicht überschritten werden darf. Für die praktische Bemessung des Brenners muß somit einem fallenden Wert von Q_AB ein steigender Wert von A_IN zugeordnet werden und nicht umgekehrt. Es ist hierbei selbstverständlich, daß der Wert für das Produkt von Q_AB x A_IN aber veränderbar ist mit dem Wert der vorgeschriebenen nicht zu überschreitenden Schallabstrahlung.
Anhand der Figuren eins bis drei der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für einen nach den erfindungsgemäßen Bemessungsregeln schalltechnisch gerechneten Brenner dargestellt :
Es bedeuten

Figur eins eine Ansichtsdarstellung einer Brennerhälfte eines Brenners für einen Umlauf-Gas-Wasserheizer,
Figur zwei eine Schnittansicht auf die Brennerhälfte mit Düsenrohr senkrecht in Ebene II-II zur Ansicht gemäß Figur eins geschnitten und
Figur drei eine abgebrochene Ansicht auf die Brennerrohre gemäß Figur zwei von oben zur Darstellung der einzelnen Brennflächenschlitze.

In allen drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Ein Erdgasbrenner für ein gasbeheiztes Gerät, sei es ein Durchlauferhitzer oder Umlaufwasserheizer sowie Kessel oder Luftheizofen, weist ein Gaszufuhrrohr 1 auf, das von einem nicht dargestellten Erdgasnetz mit Gas versorgt wird. Das Gaszufuhrrohr 1 speist ein Düsenrohr 2, das wenigstens eine Gasdüse 4 im vorliegenden Beispiel aber sieben Gasdüsen 4 pro Brennelement 3, aufweist. Die einzelnen Gasdüsen 4 besitzen jede einen Durchtrittskanal für das Gas, die addierte Fläche der einzelnen Düsenkanäle ergibt somit die Gesamtdüsen-Durchtrittsfläche.
Sämtliche Gasdüsen 4 blasen in Injektorrohre 5 ein, die von zwei Blechteilen 6 und 7 hälftig geformt werden. Die Injektorrohre - pro Düse ist jeweils ein Injektorrohr vorgesehen - weisen an ihrer Gasdüse 4 zugewandten Mündung 8 Kegelstumpfform auf, der Kegel 9 ist so angeordnet, daß sich der Kegel in Richtung des aus der Düse 4 auströmenden Gases verjüngt. Am Ende des Kegels bildet sich eine nahezu zylinderische Engstelle 10, an die sich ein weiterer Kegel 11 anschließt, der sich in Richtung des strömenden Gases wieder öffnet. Sämtliche addierte Querschnittsflächen der einzelnen Engstellen 10 jedes Injektorrohres 5 ergibt somit die Gesamtinjektorfläche. Die einzelnen Kegel 11 münden in eine Gasverteilerkammer 12, an deren Oberseite reitend einzelne Brennerrohre 13 vorgesehen sind. Die Ansahl der Brennerrohre 13 kann von der Düsenanzahl abweichen. Bevorzugt sind mehrere Brennerrohre 13 vorgesehen als Düsen 4 beziehungsweise Injektorrohre 5 vorhanden sind. Die Brennerrohre 13 weisen hochkant rechteckige Gestalt auf, an ihrer oberen Schmalfläche 14 sind Brennschlitze 15 bzw. Öffnungen 15 vorgesehen, die im Prinzip beliebige Gestalt haben können, wie dies Figur drei im einzelnen darstellt. Die Summe der Einzelflächen aller Brennschlitze 15 bzw. Öffnungen 15 ergibt die gesamte Brennfläche.
Die Funktion des in den Figuren eins bis drei dargestellten Brenners ist folgende :

Dem Gaszufuhrrohr 1 zugeführtes reines Erdgas - gegebenenfalls auch Flüssiggas oder Kokereigas - wird dem Düsenrohr oder den Düsenrohren 2 zugeführt, wo es zu der Vielzahl parallelliegender Gasdüsen 4 gelangt. Jede Gasdüse bläste zentrisch und ohne Versatz in das zugehörigen Injektorrohr 5 ein und reißt aus dem Spalt 16 zwischen Düsenende und Mündung 8 sämtlicher Injektorrohre Primärluft mit sich. Jedes Injektorrohr 5 wird somit von einem Gas-Luftgemisch durchströmt, welches im Bereich des Injektors intensiv verwirbelt und vermischt wird. Das Gas-Luftgemisch tritt in die Gasverteilerkammer 12 ein, die zu einer Vergleichmäßigung der einzelnen Gas-Luftgemische aus den einzelnen Injektoren beiträgt. Aus der Gasverteilerkammer werden die einzelnen Brennerrohre 13 gespeist, aus denen Gas-Luftgemisch jeweils an der Oberseite durch die Brennflächenschlitze 15 austritt, wo es durch eine nicht dargestellte Zündvorrichtung entzündet wird und verbrennt. Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, das Ansaugegeräusch, also das Geräusch, das im Spalt 16 aufgrund der Ansaugung der Primärluft durch den Gasstrom entsteht, und das Verbrennungsgeräusch, das beim Durchtritt des Gas-Luftgemisches durch die Brennflächenschlitze 15 auftritt, zu minimieren, und zwar durch entsprechende Bemessung der Injektorenflächen und der Brennschlitze.

Mit der Erfindung wurde bei der Geräuschminimierung bislang auf die größten Q_AB und AN abgestellt. Die spezifische Brenner^flächen-Belastung Q_AB setzt sich zusammen aus der Wärmeleistung, die mit dem Brenner erzeugt wird, und der Summe der Flächen aller Brenneraustrittsschlitze A_B. Es besteht folgender Zusammenhang :
Da eine Wärmeleistung von 30 kW vorausgesetzt wurde und beim durchgerechneten Beispiel ein Q_AB-Wert von = 2,3 10⁶ [W/m²] ermittelt wurde, ergibt sich
Bei dem behandelten Beispiel muß somit die Summe aller Brennflächenaustrittsschlitze 130 cm² sein. Dieser Wert wäre an dem zugehörigen Brenner direkt meßbar.
Ausgehend von diesen Überlegungen wurde gefunden zusätzlich zu Q_AB und A_IN A_B in die Überlegungen einzubeziehen. Danach verhält sich der Schalleistungspegel in dB (A) gemäß Figur fünf zu dem Verhältnis von A_B/A_IN entsprechend einer hyperbelähnlichen Kurve. Das Verhältnis von A_B zu A_IN ist unabhängig von der Brennerwärmeleistung bei Konstanthaltung der Werte für Q_L, Q_D, W, p und den Schallgeschwindigkeiten a₁ und a₂.
Aus der Betrachtung der Kurve gemäß Figur fünf folgt, daß der Schallabstrahlungspegel laufend sinkt, wenn das Verhältnis von A_B zu AN vergrößert wird. Somit kann die Kurve gemäß Figur fünf als Überprüfung der erfindungsgemäßen Lehre dienen : Nimmt man die Werte für Q_L, Q_D, W, p, a₁ + a₂ an, gemäß den Prämissen zur Durchführung der Beispielsberechnung, so ergibt sich bei einem vorgegebenen maximalen Schallabstrahlungspegel von 40 dB (A) jeweils ein bestimmter festliegender und reproduzierbarer Wert für das Verhältnis von A_B zu A_IN. Somit ergibt sich die Kurve bei der Zuordnung der Werte von A_B zu A_IN für die verschiedenen unterschiedlichen Schallabstrahlungspegel abweichend von 40 dB (A). Daraus folgt, daß der praktische Wert für das Verhältnis von A_B zu A_IN größer 10 gewählt werden muß, um unter einer maximalen Schallabstrahlung von 40 dB (A) garantiert sich zu befinden. Das Verhältnis von A_B zu AN am fertigen Brenner muß natürlich anders sein, wenn ein von 40 dB (A) abweichender maximaler Schallabstrahlungspegel gefordert wird.
Auf jeden Fall muß für einen anzustrebenden Schallabstrahlungspegel von gleich oder kleiner 40 dB (A) das Verhältnis von A_B zu A_IN gleich oder größer als 10 werden.
Der Faktor K kann nun ausgedrückt werden, indem man von den Gleichungen 2 und 5 ausgeht.
Anschließend können die beiden Gleichungen gleichgesetzt werden, da der Wert für die Leistung N jeweils derselbe sein muß. Somit ergibt sich Gleichung (25).
Nunmehr kann Gleichung (25) als Gleichung (26) nach K umgestellt werden und gemäß Gleichung (27) nach K aufgelöst werden.

Claims

1. Verfahren zum Minimieren der Schallabstrahlung eines mit einem Gas-Luftgemisch gespeisten Vormischbrenners mit wenigstens einer einem Injektor zugeordneten Gasdüse und Brennschlitzen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem festgelegten Gas (Wobe-Zahl) und einer vorgegebenen minimalen Schallabstrahlung sowie Wärmeleistung (bestimmbar aus der Gesamtdurchtrittsfläche und der Gasgeschwinigkeit in der/den Düsen) die Gesamtinjektor-Durchtrittsfläche nach folgender Beziehung :

wobei V die Summe des gesamten Gas- und Luftdurchsatzes, P ein Proportionalitätsfaktor, N die vorgegebene maximale Schallabstrahlung und K eine Konstante ist, die gebildet ist aus der Wobbe-Zahl, der Schallgeschwindigkeit, der spezifischen Düsenflächen-Belastung und der Gesamtdüsenfläche bedeuten, und die spezifische Brennflächen-Belastung nach folgender Beziehung :

definiert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorgegebener maximaler Schallabstrahlung das Produkt aus der minimal möglichen spezifischen Brennflächen-Belastung Q_AB und der maximal möglichen Gesamtinjektorfläche A_IN konstant gehalten ist, wobei die Konstante mit der Variation der vorgegebenen maximalen Schallabstrahlung veränderbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei fallendem Wert der spezifische Brennfläche-Belastung Q_AB ein steigender Wert der Injektorgesamtfläche A_IN zugeordnet ist und nicht umgekehrt in Abhängigkeit von der vorgegebenen maximalen Schallabstrahlung.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Düsenflächen-Belastung in folgendem Bereich gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor p in folgenden Bereich gewählt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche eins bis drei, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante K gemäß folgender Beziehung gewählt ist.

7. Mit einem Gas-/Luftgemisch gespeister Vormischbrenner mit mindestens einer einem Injektor zugeordneten Gasdüse und Brennschlitzen zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche eins bis fünf, dadurch gekennzeichnet, daß für einen maximalen Schallabstrahlungspegel von gleich oder kleiner 40 db (A) das Verhältnis der Flächensumme aller Brennerschlitze A_B zu der Flächensumme aller Injektordurchtrittsflächen gleich oder größer 10 gewählt ist.