EP0777083A2 - Mischeinrichtung für einen Brenner - Google Patents

Mischeinrichtung für einen Brenner Download PDF

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EP0777083A2
EP0777083A2 EP96116865A EP96116865A EP0777083A2 EP 0777083 A2 EP0777083 A2 EP 0777083A2 EP 96116865 A EP96116865 A EP 96116865A EP 96116865 A EP96116865 A EP 96116865A EP 0777083 A2 EP0777083 A2 EP 0777083A2
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EP
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mixing device
tube
ring
seal
burner
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EP0777083B1 (de
EP0777083A3 (de
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Paul Bognar
Gisbert Fischer
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MEKU VERWALTUNGSGESELLSCHAFT MBH
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MEKU Metallverarbeitungs GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/50—Control of recirculation rate

Definitions

  • the invention relates to a mixing device for a burner according to the preamble of claim 1.
  • a mixing device of this type is known from DE 92 12 924 U1.
  • This known mixing device is axially displaceable in the burner tube in order to adjust the passage cross section of recirculation openings through which combustion gases recirculate from the combustion chamber into the flame.
  • the mixing device is carried by an additional pipe socket, which is displaceably and sealedly mounted in the burner pipe via a round cord seal.
  • the elastic round cord seal absorbs the radial tolerances and ensures that it can be moved.
  • This mixing device is complex since the additional pipe socket is required in order to arrange the guiding and sealing as far as possible from the flame and to keep its thermal load low.
  • the invention has for its object to provide an axially adjustable mixing device which is of simple construction and can accordingly be manufactured more cost-effectively.
  • the basic idea of the invention is to guide the disc of the mixing device which shuts off the tube cross section in a sealed manner in the tube by means of a cylindrical metallic ring. Due to its essentially cylindrical design, the ring provides good support and guidance for the disk and thus for the mixing device, and ensures adequate sealing.
  • the metallic material of the ring is thermally resilient, so that the displaceability and sealing are not affected by the heat.
  • the ring preferably has an axially continuous parting line, so that it can simply be drawn onto the circumference of the disk and resiliently rests against the inner wall of the tube. It is also possible to shrink the ring onto the disc.
  • the outer circumferential surface of the ring is expediently cylindrical in its axially central region and slightly rounded toward the front and rear ends.
  • the cylindrical area ensures a good seal, while the crowned ends counteract tilting and jamming during axial displacement.
  • a circumferential bead is expediently formed in the tube and bears against the ring from the outside. This circumferential bead creates a narrow sealing contact zone in the axial direction, which on the one hand ensures a good seal and on the other hand little impedes the axial displacement, since a slight tilting of the mixing device relative to the tube is also possible during the axial displacement.
  • FIG. 1 shows an example of a mixing device which is sealed and axially adjustable in the manner according to the invention.
  • a recirculation tube 12 is attached to the downstream front end of a burner tube 10 by means of a bayonet lock 14.
  • a bayonet lock 14 In the circumference of the burner tube 10, adjacent to the rear end of the recirculation tube 12, recirculation openings 16 are provided, through which combustion gases can be returned from the combustion chamber into the flame burning in the recirculation tube 12.
  • the mixing device has a disc 18 which blocks the cross section of the burner tube 10 and which has a nozzle opening in the center through which the nozzle shaft 20 of the burner is guided.
  • the nozzle shaft 20 is held in a centering hub 22 which is fastened to the disk 18.
  • the combustion air is supplied via the burner tube 10, passes through the air passage openings of the disk 18 into the front nozzle 24 and is mixed with the fuel supplied via the nozzle shaft 20 and fed to the flame burning in the recirculation tube 12.
  • the disk 18 is seated with its outer circumference in a metallic ring 26.
  • the ring 26 has essentially the shape of a short cylinder, which is circumferential by an axially continuous one Parting line 28 is divided.
  • An inner groove 30 running circumferentially in the circumferential direction is provided axially in the center of the inner circumferential surface of the ring 26. With this inner groove 30, the ring 26 engages around the peripheral edge of the disk 18.
  • the outer circumferential surface of the ring 26 is straight cylindrical in the axially central region and is rounded slightly inward at the front and rear edges.
  • the burner tube 10 has a circumferential bead 32 which is slightly pressed inwards. When the mixing device is used, this peripheral bead 32 rests on the outer circumferential surface of the ring 26.
  • the ring 26 is spread slightly by means of the parting line 28 and can thus be pulled over the disk 18.
  • the ring 26 snaps together due to its elasticity and engages around the peripheral edge of the disk 18 with its inner groove 30 resiliently on the inner wall of the burner tube 10.
  • the parting line 28 enables an elastically resilient compensation of the diameter tolerances.
  • the mixing device is positioned in the burner tube 10 in such a way that the ring 26 lies with the cylindrical central region of its outer lateral surface on the peripheral bead 32.
  • An axial displacement of the mixing device in the burner tube 10 is thus possible over a distance which corresponds to the axial width of the central cylindrical region of the outer circumferential surface of the ring 26.
  • the slightly inwardly projecting in the cross section of the burner tube 10 circumferential bead 32 and the crowned ends of the outer circumferential surface of the ring 26 cause a slight axial tilting of the axis of the mixing device relative to the axis of the burner tube 10 during displacement is possible without this leads to a jamming.
  • the axial distance of the peripheral bead 32 from the recirculation openings 16 and the axial width of the ring 26 are coordinated with one another such that the front edge of the ring 26 lies behind the rear edge of the recirculation openings 16 when the mixing device is in the rear end position of its adjustment path. If the mixing device is pushed forward, the front edge of the ring 26 increasingly covers the passage cross section of the recirculation openings 16.
  • the axial width of the cylindrical central region of the outer circumferential surface of the ring 26 is selected so that the adjustment path of the mixing device essentially corresponds to the axial width of the recirculation openings 16, so that adjustment is possible until the recirculation openings 16 are completely closed. A simple adjustment of the recirculation is also possible during operation via the axial displacement of the mixing device.
  • the use of the ring 26 both for guiding the mixing device during the axial displacement and for sealing the mixing device against the burner tube 10 reduces the parts required for the mixing device and thus the manufacturing and assembly costs. Since the ring 26 consists of a metallic material, it can withstand high thermal loads, so that it is possible to arrange the seal by means of the ring 26 in the area of the mixing device near the flame. If the ring 26 is also used at the same time as a closure member for the recirculation openings 16, a further structural part can be saved here as well.

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Abstract

Bei einer Mischeinrichtung für einen Brenner, mit einem Rohr (10), in welchem die Mischeinrichtung axial verstellbar angeordnet ist, mit einer Dichtung, die die Mischeinrichtung an ihrem Außenumfang gegen das Rohr (10) abdichtet, und mit einer senkrecht zur Rohrachse in dem Rohr (10) angeordneten Scheibe (18) der Mischeinrichtung ist die Dichtung ein im wesentlichen zylindrischer metallischer Ring (26), der mit seiner äußeren Mantelfläche abdichtend und verschiebbar an der Innenwandung des Rohres (10) anliegt und in dessen innere Mantelfläche die Scheibe (18) eingesetzt ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Mischeinrichtung für einen Brenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine Mischeinrichtung dieser Gattung ist aus der DE 92 12 924 U1 bekannt. Diese bekannte Mischeinrichtung ist axial in dem Brennerrohr verschiebbar, um den Durchtrittsquerschnitt von Rezirkulationsöffnungen einstellbar zu verändern, durch welche Verbrennungsgase aus dem Feuerraum in die Flamme rezirkulieren. Zur axialen Verstellung wird die Mischeinrichtung von einem zusätzlichen Rohrstutzen getragen, der über eine Rundschnur-Dichtung verschiebbar und abgedichtet in dem Brennerrohr gelagert ist. Die elastische Rundschnur-Dichtung nimmt die radialen Toleranzen auf und gewährleistet eine Verschiebbarkeit. Diese Mischeinrichtung ist aufwendig, da der zusätzliche Rohrstutzen benötigt wird, um die Führung und Abdichtung möglichst weit von der Flamme entfernt anzuordnen und deren thermische Belastung gering zu halten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine axial verstellbare Mischeinrichtung zu schaffen, die einfacher aufgebaut ist und dementsprechend kostengünstiger hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Mischeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die den Rohrquerschnitt absperrende Scheibe der Mischeinrichtung unmittelbar mittels eines zylindrischen metallischen Ringes abgedichtet in dem Rohr zu führen. Der Ring gibt aufgrund seiner im wesentlichen zylindrischen Ausbildung eine gute Abstützung und Führung der Scheibe und damit der Mischeinrichtung und gewährleistet eine ausreichende Abdichtung. Der metallische Werkstoff des Ringes ist thermisch belastbar, so daß die Verschiebbarkeit und Abdichtung durch die Hitzeeinwirkung nicht beeinträchtigt werden.
  • Vorzugsweise weist der Ring eine axial durchgehende Trennfuge auf, so daß er einfach auf den Umfang der Scheibe aufgezogen werden kann und sich federnd an die Innenwandung des Rohres anlegt. Es ist ebenso auch ein Aufschrumpfen des Ringes auf die Scheibe möglich.
  • Zweckmäßigerweise ist die äußere Mantelfläche des Ringes in ihrem axial mittleren Bereich zylindrisch ausgebildet und gegen das vordere und hintere Ende hin leicht ballig abgerundet. Der zylindrische Bereich gewährleistet eine gute Abdichtung, während die balligen Enden einem Verkanten und Verklemmen bei der axialen Verschiebung entgegenwirken.
  • Zweckmäßigerweise ist dabei in dem Rohr eine Umfangssicke eingeformt, die von außen an dem Ring anliegt. Diese Umfangssicke bewirkt eine in Axialrichtung schmale abdichtende Berührungszone, wodurch einerseits eine gute Abdichtung gewährleistet ist und andererseits die axiale Verschiebung wenig behindert wird, da auch ein geringes Verkanten der Mischeinrichtung gegenüber dem Rohr bei der axialen Verschiebung möglich ist.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1
    einen Axialschnitt durch eine Mischeinrichtung,
    Figur 2
    eine Stirnansicht des Ringes und
    Figur 3
    einen Axialschnitt des Ringes.
  • In Figur 1 ist ein Beispiel einer Mischeinrichtung dargestellt, die in der erfindungsgemäßen Weise abgedichtet axial verstellbar ist. Am stromabseitigen vorderen Ende eines Brennerrohres 10 ist ein Rezirkulationsrohr 12 mittels einer Bajonettverriegelung 14 angesetzt. Im Umfang des Brennerrohres 10 sind angrenzend an das hintere Ende des Rezirkulationsrohres 12 Rezirkulationsöffnungen 16 vorgesehen, durch welche Verbrennungsgase aus dem Feuerraum in die in dem Rezirkulationsrohr 12 brennende Flamme zurückgeführt werden können.
  • Die Mischeinrichtung weist eine den Querschnitt des Brennerrohres 10 sperrende Scheibe 18 auf, die mittig eine Düsenöffnung aufweist, durch welche der Düsenschaft 20 des Brenners hindurchgeführt wird. Der Düsenschaft 20 wird in einer Zentriernabe 22 gehalten, die an der Scheibe 18 befestigt ist. Um die Zentriernabe 22 herum sind Luftdurchtrittsöffnungen in der Scheibe 18 vorgesehen, die einen Luftdurchtritt in eine stromabseitig an der Scheibe 18 angebrachte sich konisch verengende Vorsatzdüse 24 führen. Die Verbrennungsluft wird über das Brennerrohr 10 zugeführt, tritt durch die Luftdurchtrittsöffnungen der Scheibe 18 hindurch in die Vorsatzdüse 24 und wird mit dem über den Düsenschaft 20 zugeführten Brennstoff vermischt der in dem Rezirkulationsrohr 12 brennenden Flamme zugeführt.
  • Zur axialen Verstellung der Mischeinrichtung in dem Brennerrohr 10 sitzt die Scheibe 18 mit ihrem Außenumfang in einem metallischen Ring 26. Der Ring 26 hat im wesentlichen die Form eines kurzen Zylinders, der in Umfangsrichtung durch eine axial durchgehende Trennfuge 28 geteilt ist. Axial mittig ist in der inneren Mantelfläche des Ringes 26 eine in Umfangsrichtung umlaufende Innennut 30 vorgesehen. Mit dieser Innennut 30 umgreift der Ring 26 den Umfangsrand der Scheibe 18.
  • Die äußere Mantelfläche des Ringes 26 ist im axial mittleren Bereich geradzylindrisch ausgebildet und ist an dem vorderen und hinteren Rand leicht ballig nach innen abgerundet. Das Brennerrohr 10 weist eine leicht nach innen eingedrückte umlaufende Umfangssicke 32 auf. Bei eingesetzter Mischeinrichtung liegt diese Umfangssicke 32 an der äußeren Mantelfläche des Ringes 26 an.
  • Bei der Montage wird der Ring 26 mittels der Trennfuge 28 leicht aufgespreizt und kann dadurch über die Scheibe 18 gezogen werden. Sobald die Scheibe 18 in der Innennut 30 liegt, schnappt der Ring 26 aufgrund seiner Elastizität zusammen und umgreift mit seiner Innennut 30 den Umfangsrand der Scheibe 18. Wird die Mischeinrichtung nun in das Brennerrohr 10 eingeschoben, so legt sich der Ring 26 mit seiner äußeren Mantelfläche federnd an der Innenwandung des Brennerrohres 10 an. Die Trennfuge 28 ermöglicht dabei einen elastisch federnden Ausgleich der Durchmessertoleranzen.
  • Die Mischeinrichtung wird in dem Brennerrohr 10 so positioniert, daß der Ring 26 mit dem zylindrischen mittleren Bereich seiner äußeren Mantelfläche an der Umfangssicke 32 anliegt. Damit ist eine axiale Verschiebung der Mischeinrichtung in dem Brennerrohr 10 über eine Strecke möglich, die der axialen Breite des mittleren zylindrischen Bereiches der äußeren Mantelfläche des Ringes 26 entspricht. Die leicht nach innen in den Querschnitt des Brennerrohres 10 vorspringende Umfangssicke 32 und die balligen Enden der äußeren Mantelfläche des Ringes 26 bewirken, daß ein leichtes axiales Verkanten der Achse der Mischeinrichtung gegenüber der Achse des Brennerrohres 10 bei der Verschiebung möglich ist, ohne daß dies zu einem Klemmen führt.
  • Der axiale Abstand der Umfangssicke 32 von den Rezirkulationsöffnungen 16 und die axiale Breite des Ringes 26 sind so aufeinander abgestimmt, daß die vordere Kante des Ringes 26 hinter der Hinterkante der Rezirkulationsöffnungen 16 liegt, wenn die Mischeinrichtung sich in der hinteren Endstellung ihres Verstellweges befindet. Wird die Mischeinrichtung nach vorn geschoben, so deckt der vordere Rand des Ringes 26 zunehmend den Durchtrittsquerschnitt der Rezirkulationsöffnungen 16 ab. Die axiale Breite des zylindrischen mittleren Bereiches der äußeren Mantelfläche des Ringes 26 ist so gewählt, daß der Verstellweg der Mischeinrichtung im wesentlichen der axialen Breite der Rezirkulationsöffnungen 16 entspricht, so daß eine Verstellung bis zu einem vollständigen Verschließen der Rezirkulationsöffnungen 16 möglich ist. Über die axiale Verschiebung der Mischeinrichtung ist eine einfache Einstellung der Rezirkulation auch während des Betriebes möglich.
  • Die Verwendung des Ringes 26 sowohl zur Führung der Mischeinrichtung bei der axialen Verschiebung als auch zur Abdichtung der Mischeinrichtung gegen das Brennerrohr 10 reduziert die für die Mischeinrichtung benötigten Teile und damit die Herstellungs- und Montagekosten. Da der Ring 26 aus einem metallischen Werkstoff besteht, ist er thermisch hoch belastbar, so daß die Anordnung der Dichtung mittels des Ringes 26 im flammennahen Bereich der Mischeinrichtung möglich ist. Wird der Ring 26 gleichzeitig auch als Verschlußorgan für die Rezirkulationsöffnungen 16 verwendet, so kann auch hier nochmals ein weiteres Konstruktionsteil eingespart werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Brennerrohr
    12
    Rezirkulationsrohr
    14
    Bajonett-Verriegelung
    16
    Rezirkulationsöffnung
    18
    Scheibe
    20
    Düsenschaft
    22
    Zentriernabe
    24
    Vorsatzdüse
    26
    Ring
    28
    Trennfuge
    30
    Innennut
    32
    Umfangssicke

Claims (6)

  1. Mischeinrichtung für einen Brenner, mit einem Rohr, in welchem die Mischeinrichtung axial verstellbar angeordnet ist, mit einer Dichtung, die die Mischeinrichtung an ihrem Außenumfang gegen das Rohr abdichtet, und mit einer senkrecht zur Rohrachse in dem Rohr angeordneten Scheibe der Mischeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung ein im wesentlichen zylindrischer metallischer Ring (26) ist, der mit seiner äußeren Mantelfläche abdichtend und verschiebbar an der Innenwandung des Rohres (10) anliegt und in dessen innere Mantelfläche die Scheibe (18) eingesetzt ist.
  2. Mischeinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (26) in seiner inneren Mantelfläche eine umlaufende Innennut (30) aufweist, in welche die Scheibe (18) mit ihrem Umfangsrand eingesetzt ist.
  3. Mischeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (26) eine axial durchgehende Trennfuge (28) aufweist.
  4. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche des Ringes (26) in einem axial mittleren Bereich geradzylindrisch und an den beiden axialen Endbereichen leicht ballig ausgebildet ist.
  5. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) eine nach innen vorspringende Umfangssicke (32) aufweist, an welcher der Ring (26) mit seiner äußeren Mantelfläche anliegt.
  6. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) in seinem Umfang wenigstens eine Rezirkulationsöffnung (16) aufweist und daß die rezirkulationsöffnung (16) bei der axialen Verschiebung der Mischeinrichtung verstellbar durch den Ring (26) verschlossen wird.
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