DE3025794C2

DE3025794C2 - Einrichtung zum Unterdrücken von bei befeuerten Industrieöfen, insbesondere Winderhitzern, auftretenden Schwingungen

Info

Publication number: DE3025794C2
Application number: DE19803025794
Authority: DE
Inventors: Friedrich 6093 Bischofsheim Eschmann
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1980-07-08
Filing date: 1980-07-08
Publication date: 1984-09-20
Also published as: DE3025794A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs I.

Bekanntlich treten bei Winderhitzeranlagen nicht selten schädliche akustische Schwingungen auf, die im Brennraum des Brennschachtes ihren Ursprung haben, sich auf Anlagenteile fortpflanzen und häufig beträchtlichen Schaden anrichten sowie lärmend auf die Umgebung einwirken können.

Derartige Schwingungen kör.iien durch eine Vergrößerung der Brennerimpedanz ^eispielswehe mit der Vorrichtung nach der DE-PS 23 50 338 bekämpft werden, nach der in die Gaszuführung eine als Hohlraum ausgebildete Reflexionskammer eingebaut ist. Des weiteren lassen sich Schwingungen durch Verkleinerung der Brennraumimpedanz beseitigen, indem ein mit dem Brennraum in offener Verbindung stehender, Masse und Feder aufweisender mechanischer Resonator gedämpft wird. Auch akustische Resonatoren, beispielsweise Helmholtz-Resonatoren, bewirken eine Verkleinerung der Brennkammerimpedanz und können damit zur Verhinderung von unerwünschten Schwingungen dienen. In allen Fällen sind die Resonatoren mehr oder weniger für eine zu erwartende Störschwingung ausgelegt, so daß eine Einstellung des Resonators auf eine nicht programmierte Störschwingung nur schwierig oder gar nicht vorgenommen werden kann.

In dem US-Buch von Reynst, F. H. Pulsating Combustion, Oxford, London, New York, Paris, 1961, Pergamon Press, Seiten 95 bis 97 ^;st eine Weiterentwicklung des bekannten Schmidt-Rohres beschrieben, bei der durch periodisches Abschneiden der Verbrennungsmedien eine pulsierende Verbrennung zur Leistungssteigerung, z. B. von Raketenantrieben, gezielt erzeug'; wird. Der in Abb. 11 auf Seite 96 des o. g. Zitates gezeigte Kolben ist im Unterschied zur vorliegenden Erfindung direkt in der Brennkammer angeordnet und nicht außerhalb des Brennschachtes. Durch Verschieben des Kolbens wird nicht wie in der vorliegenden Erfindung, die Anpassung eines angebauten Resonators an die Eigenfrequenz einer Brennkammer (Impedanz-Verringerung) erreicht, sondern die Eigenfrequenz der Brennkammer wird selbst verändert Dabei werden Schwingungen nicht vermieden, sondern nur in ihrer Eigenfrequenz veränden.

E. Steinmetz zeigt in seinem Buch »Schwingungen in Feuerräumen«, Essen 1979, Vulkanverlag, in Abb. 7 rechts oben und beschreibt in dem dazugehörigen Text eine Einrichtung zum Bekämpfen von bei befeuerten !0 Industrieöfen, insbesondere Winderhitzern, auftretenden Schwingungen durch eine Verringerung der Brennraumimpedanz mittels eines Resonators mit einstellbarer Eigenfrequenz. Die bekannte Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der Resonator mit dem Brennraum in offener Verbindung steht und außerhalb vom Brennraum angeordnet ist

Aufgabe der vorüegenden Erfindung ist es, insbeson-

der an Winderhitzern eine Einrichtung vorzusehen, mit der die Einstellung eines Resonators auf eine Störschwingung des Brennraumes automatisch vollzogen wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt im wesentlichen durch das Kennzeichen des Anspruchs 1. Dadurch ergibt sich eine einfache und wirkungsvolle Bekämpfungseinrichtung für Störschwingungen, die den Resonator innerhalb seines wirksamen Frequenzbereiches automatisch auf die Störschwingung einstellt so daß nachteilige Schwingungen von Anlagenteilen nicht mehr auftreten können und Anlagenschäden vermieden werden.

Der Anspruch 2 ist auf eine Regeleinrichtung gerichtet die beim Überschreiten einer vorher im Intensitätsanalysator festgelegte Druckamplitudenhöhe den Resonator auf die neue Belastung einreguliert während der Anspruch 3 eine Steuereinrichtung vorschlägt, welche die störende Schwingung ermittelt und dann eine entsprechende Dämpfungsleistung im Resonator einstellt

Bei mechanischen Resonatoren läßt sich die Eigenfrequenz beispielsweise durch Veränderung des Massengewichtes variieren. Das kann durch Zu- und Abführen einer Flüssigkeit in und aus einem hohlräumigen Massenkörper geschehen, wobei die Einrichtungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 zur Regelung der Flüssigkeit angesetzt werden. Ferner ist es möglich, die Eigenfrequenz von mechanischen Resonatoren durch Veränderung der Federkonstante bzw. Federrate zu beeinflussen. So kann im Resonator als Feder ein einen Hohlraum aufweisender Kompensator vorgesehen sein, der mit einem mehr oder weniger hohen, durch eine Einrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 geregelter Gasdruck beaufschlagt wird.

Eine besonders wirksame Einrichtung zum Bekämpfen von Störschwingungen bietet die Verbindung der Stellglieder mit akustischen Resonatoren, da die Veränderung der Eigenfrequenz eines akustischen Resonators, beispielsweise eines Helmholtz-Resonators in besonders einfacher Weise durch Verändern des Resonatorgefäßvolumens oder der Länge des Resonatorhalses erfolgen kann. Überdies ist ein verhältnismäßig weiter bo Frequenzbereich beherrschbar und es können im Aufbau einfache Stellglieder vorgesehen werden.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert und in der Zeichnung veranschaulicht.

Γ i g. 1 zeigt den unteren Brennschachtteil eines Winderhitzers mit darunter angeordnetem Resonator im Längsschnitt,

F i g. 2 ein anderes Auiführungsbeispie! der Einrich-

tung, und

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform des Resonators.

In F i g. 1 bedeutet 1 den unteren Brennschachtabschnitt, der ein feuerfestes Mauerwerk 2 und einen dieses umgebenden Blechmantel 3 aufweist. Im Fuß des Brennschachtes ist ein Brenner 4 aus feutifestcm Material angeordnet mit einem zur Brennschachtachse zentrischen Kanal 5 für das eine Verbrennungsmedium und einem Ringkanal 6 für das andere Medium. Der Kanal \> wird vom Kanal 5 durch eine Ringwand 7 getrennt und nach außen durch das Mauerwerk 2 begrenzt Beide Brennerkanäle 5 und 6 haben je einen quer zu ihrer Längsachse gerichteten Zuleitungsstutzen 8 und 9 und vereinigen sich an der Brennermündung 10, welcher sich der Brennraum 11 anschließt, in den die Flamme hineinbrennt

Der zentrische Kanal 5 des Brenners 4 ist nach unten durch einen als Hals eines Resonators 12 dienenden Kanalabschnitt 13 fortgesetzt, so daß eine of^fene Verbindung zwischen Brennraum U und Resonator 12 besteht Im Resonator 12 ist ein verstellbarer Boden 14 vorgesehen, mittels dem das wirksame Volumen V verändert werden kann. Hierzu dient ein hydraulisches Stellglied 15, das über seine Kolbenstange an den Boden 14 angreift und steuertechnisch gekoppelt ist mit einem Intensitätsanalysator 16, der seinerseits durch einen an den Brennraum 11 angeschlossenen Druckaufnehmer 17 beaufschlagt wird.

Es sei vermerkt, daß sich die Eigenfrequenz f eines aus Hals und Gefäß bestehenden Helmholtz-Resonators nach der Formel

analysator 23 aus den vom Frequenzaufnehmsr 24 gemeldeten Werten eine störende Schwingung ermittelt hat. wobei der Rechner 22 das zum Bekämpfen der störend wirkenden Schwingung notwendige Resonatorvolumen errechnet und entsprechende Steuerbefehle an das Stellglied 20 gibt.

Nach F i g. 3 wird zur Bekämpfung von störenden Schwingungen der Faktor L vorstehender Formel benutzt. Demgemäß ist der Resonator 25 mit einem teleskopartigcn Hals 26 ausgestattet, dessen Länge L veränderbar ist mittels des Stellgliedes 27, das eine Regelung nach F i g. 1 oder eine Steuerung nach F i g. 2 aufweisen kann.

In weiterer Variation können als Stellglieder beispielswcise auch Spindeltriebe zum Einsatz kommen. Außerdem läßt sich der Resonator auch an anderen als an der in F i g. 1 gezeigten Stelle einer Winderhitzeranlagc einbauen. Darüber hinaus lassen sich die aufgezeigte Steuerung und Regelung auch in Kombination verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

2-/Γ VVL
errechnet. Hierin sind:

C = Schallgeschwindigkeit am Ort des Resonators

F = freier Querschnitt des Resonatorhalses

L = Länge des Resonatorhalses

V = Volumen des Resonatorgefäßes.

Geht man davon aus. daß die Schallgeschwindigkeit konstant ist, so läßt sich durch Variieren der Größen F « L und V die Eigenfrequenz des Resonators erheblich verändern.

Demgemäß funktioniert die Einrichtung nach Fig. 1 folgendermaßen:

Bei befeuertem Winderhitzer wird der Brennraum 11 μ durch den Druckaufnehmer 17 überwacht, der die gemessenen Druckwerte an den Intensitätsanalysa.ior 16 weitergibt. Dieser vergleicht die signalisierten Werte mit einer eingestellten und festgelegten Druckamplitudenhöhe, die als Orientierungswert für störende Schwingungen bestimmt ist. Wird der Wert überschritten, dann schaltet der Intensitätsanalysator 16 das Stellglied 15 solange, bis der verstellbare Boden 14 des Resonatorgefäßes 12 ein Resonatorvolumen V eingestellt hat, bei dem Druckamplituden im Brennraum 11 wieder wi unter dem im Intensitätsanalysator als schädlich festgelegten Wert liegen.

Beim Ausiührungsbeispiel nach F i g. 2 ist der Resonator 18 mit einem Kompensator 19 verschen, der beim Einwirken des Stellgliedes 20 auf den Rcsonatorboden <i^r> 21 eine Veränderung des Resonatorvolumens V zuläßt. Die Steuerung des Stellgliedes 20 erfolgt durch einen Rechner 22, der in Tätigkeit tritt, wenn der Frequenz-

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Unterdrücken von bei befeuerten Industrieöfen, insbesondere Winderhitzern, auftretenden Schwingungen durch Verringerung der Brennraumimpedanz mittels eines außerhalb vom Brennraum angeordneten Resonators mit einstellbarer Eigenfrequenz, der mit dem Brennraum in offener Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (S2, 18, 25) mit einem Stellglied (15,20,27) versehen ist, das in Schaltkontak: mit einem Frequenz- (23) und/oder einem Intensitätsanalysator (16) steht, der seinerseits mit einem an den Brennraum angeschlossenen Frequenz- (24) und/oder einem Druckaufnehmer (17) in Verbindung steht

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensitätsanalysator (16) eine bestimmte Druckamplitude kontrolliert.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Störfrequenzen in Stellwerte umwandelnder Rechner (22) zwischen das Resonatorstellglied (20) und den die Störfrequenzen auswählenden Frequenzanalysator (23) geschaltet ist.