DE2851248C2

DE2851248C2 - Vorrichtung für die Verbrennung von Heizgasen, flüssigen, staubförmigen oder stückigen Brennstoffen

Info

Publication number: DE2851248C2
Application number: DE2851248A
Authority: DE
Inventors: Ernst-Georg Prof. Dr. 5600 Wuppertal Neumann
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1978-11-27
Filing date: 1978-11-27
Publication date: 1984-02-16
Also published as: GB2036947B; FR2449846A1; DE2851248A1; US4411616A; BE880171A; GB2036947A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Verbrennung von Heizgasen, flüssigen, staubförmigen oder stückigen Brennstoffen, bestehend aus einem Brenner, aus einem Feuerraum mit mindestens einer biegeweichen, leicht zu Biegeschwingungen anregbaren Wand oder mit mindestens einer biegestarren Platte, sowie aus einem Abmg für die verbrannten Gase.

In Vorrichtungen für die Verbrennung treten häufig Schwingungen im Verbrennungsraum mit Frequenzen im Infraschall- oder Hörschallbereich auf, die eine Lärmbelästigung der Umgebung verursachen und zu Schaden an der Anlage führen können. Diese Schwingungen sind aber auch vom energetischen Standpunkt aus unerwünscht.

Es handelt sich um selbsterregte akustische Schwingungen der Gase in dem Feuerraum und in den Rohrleitungen, die die Verbrennungsluft und auch das Heizgas zuführen.

Den von solchen Feuerraumschwingungen ausgehenden Lärm hat man in verschiedener Weise zu dämmen versucht:

Die JP-OS 53-47 036 beschreibt das Einbringen einer hitzebestandigen Matte vor der Innenseite der Feuerraumwandung zwischen in das Innere des Feuerraumes hineinragende Rippen. Das Einbringen einer solchen schatldämmenden, hitzebestandigen Matte weist aber den Nachteil auf, daß der Wärmeübergang von den heißen Brenngasen in die Feuerraumwandungen hierdurch erheblich verschlechtert wird und somit der Wirkungsgrad des Ofens vermindert wird. Das Anbringen einer ein- oder mehrlagigen wärme- und schalldämmenden Zwischenschicht zwischen der Feuern umdekke bzw. einer Feuerraumwand und einer äußeren Blechverkleidung, wie sie aus der DD-PS 1 32 027 und der DE-Patentanmeldung 24K, 5/01, D 3 328 bekanntgeworden ist, kann zwar den durch Feuerraumschwingungen hervorgerufenen Lärm an einem Durchtritt durch die Wandung der Verbrennungsvorrichtung teilweise hindern, aber nicht die schädlichen Feuerraumschwingungen selbst vermindern oder gar unterdrükken. Bei der DE-Patentanmeldung 24K, 5/01, D 3 328 ist die innere Wand mit Kühlrohren besetzt, während die Isolierwand dicht vor der äußeren Blechverkleidung angeordnet ist. Feuerraumschwingungen vermeiden kann auch nicht ein Ofen nach der US-PS 37 48 085, unter dessen Boden eine mit schalldämmendem Material ausgekleidete Vorkammer mit Lufteinlaßöffnungen in Form von verstellbaren Klappen angeordnet ist Eine solche Vorkammer kann lediglich die durch Feuerraumschwinguqgen hervorgerufenen Geräusche bei ihrem Austritt durch die Lufteinlaßöffnungen vermindern.

Die Feuerraumschwingungen selbst werden in der Praxis meist rein empirisch durch mehr oder minder systematische Änderung der Geometrie des Brenners oder durch Variation der Brenngaszusammensetzung bekämpft Das führt meist zu unbefriedigenden Ergebnissen und fast immer zu Kompromissen, bei denen man unerwünschte Nachteile in Kauf nehmen muß.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden und eine wenig raumaufwendige Möglichkeit zur Vermeidung von Feuerraumschwingungen zu schaffen, die weitgehenü frequenzunabhängig ist und daher keiner genauen vorherigen Berechnung bedarf und die auch leicht nachträglich in bestehende Brennkammern einbaubar ist.

Für die Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung drei verschiedene Möglichkeiten, die auf dem gemeinsamen Prinzip beruhen, daß man mit der akustischen Schwingung der Gase im Feuerraum einen Körper koppelt und die Schwingung dieses Körpers bedämpft Auf diese Weise erreicht man, daß selbsterregte Schwingungen nicht zustande kommen können, weil die Bedämpfung dieses Körpers die Amplitude einer selbsterregten Schwingung nicht um ein gewisses Maß reduziert, sondern es gar nicht erst zu einer selbsterregten Schwingung kommen läßt.

Die eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die biegeweiche Wand oder ein Teil dieser Wand mit einer Entdröhnschicht aus verlustbehaftetem Material belegt ist. Mit einer so gestalteten Vorrichtung, die sich leicht und ohne Aufwand in die Brennkammer einbauen läßt, die sich aber auch leicht von Anfang an beim Bau des Brenners herstellen läßt, kommt eine selbsterregende Schwingung gar nicht erst auf.

Da man in vielen Fällen verlustbehaftete Massen verwenden möchte, wie Gummi, Kautschuk, Teerprodukte oder ähnliches enthalten, also hitzeempfindliche Stoffe enthalten, ist es zweckmäßig, wenn die schwingungsfähige Wand gekühlt ist oder von einem

Kühlmedium durchflossen ist. Die Dämpfungsmittel werden im allgemeinen auf derjenigen Seite der Wand angebracht, die dem Feuer abgewandt ist. Durch die Kühlung ist dann erreicht, daß auf der dem- Feuer zugewandten Seite der Wand hohe Temperaturen herrschen, während auf der dem Feuer abgewandten Seite der Wand nur Temperaturen herrschen, bei denen die verlustbehafteten, aus Kautschuk, Gummi und/oder Teerprodukten bestehende Massen nicht durch Hitzeeinwirkung ger ihädigt werden.

Die zweite Möglichkeit der Ausführung besteht darin, daß wiederum eine biegeweiche Wand verwendet wird und daß ein Schwingungsdämpfer punktförmig an der biegeweichen Wand angekoppelt ist.

Auch bei dieser Ausführungsform kann die Wand des Feuerraumes oder ein Teil von ihr bereits bei der Herstellung mit einem Schwingungsdämpfer versehen oder gekoppelt sein, es kann eine solche Wand jedoch auch nachträglich in die Brennkammer eingebaut werden, indem sie z. B. im inneren der Brennkammer vor eine Brennkammerwand gesetzt wird. Eine derartige, mit einem Schwingungsdämpfer versehene Wand läßt eine selbsterregte Schwingung gu- nicht erst aufkommen.

Die dritte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß im Inneren des Feuerraumes eine biegestarre Platte angeordnet ist und daß die biegestarre Platte an ihrem Rand mit einer festen Feuerraumwand elastisch und druckdicht verbunden ist und mit einem Schwingungsdämpfer gekoppelt ist.

Auch diese Ausführungsform kann bereits bei der Herstellung vorgesehen werden, sie kann auch nachträglich in die Brennkammer eingebaut werden. Auch bei dieser Ausführungsform kommt eine selbsterregte Schwingung gar nicht erst auf.

Sobald Schwingungen in der Brennkammer auftreten, wird die Platte durch den Wechseldruck zu kolbenartigen Schwingungen angeregt und diese Schwingungen werden bedämpft. Die elastische druckdichte Verbindung zwischen dem Rand der starren Platte und der Feuerraumwand werden zweckmäßigerweise durch biegeweiche Randstreifen, z. B. durch Sicken, ähnlich wie die Randbefestigung der Membran ein'is Lautsprechers hergestellt.

Als Schwingungsdämpfer lassen sich zweckmäßigerweise hydraulische Stoßdämpfer verwenden. Als Schwingungsdämpfer kann aber auch ein mechanischer Resonator verwendet werden, der aus Masse und bedampfter Feder besteht Eine weitere Möglichkeit ist, daß der Schwingungsdämpfer als verlustbehaftete Masse in Form eines ri.it körniger Substanz gefüllten Hohlraumes ausgebildet ist. ·

Die bie-_fa'eweiche Wand bzw. die elastisch aufgehängte Platte unterdrücken Feuerraumschwingungen dann am wirksamsten, wenn sie in einem räumlichen Maximum der Wechseidruckverteilung in der Brennkammer angebracht werden.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Brennkammer mit einer nachträglich eingebauten bedämpften biegeweichen Wand sowie einer nachträglich eingebauten bedämpften, am Rand weich aufgehängten starren Wand;

Fig. 2 eine Brennkammer mit einer biegeweichen äußeren Wand, die durch Aufbringen einer verlustbehaftelen Masse bedämpft ist;

Fig. 3 eine zylindii.-ihe Brennkammer mit einer

schwingungsfahigen starren Platte im Innern, die durch ein dünnes mit Sicken versehenes Blech am Rand elastisch mit der starren Brennkammerwand verbunden ist und deren Bewegung durch eine Stange in den Außenraum übertragen und dort durch einen hydraulischen Stoßdämpfer bedämpft wird;

Fig.4 eine Brennkammer mit einer wenig biegesteifen Decke, deren Bewegung durch einen angekoppelten mechanischen Resonator (Schallegel) bedämpft wird.

Bei sämtlichen Darstellungen handelt es sich um Schnittdarstellungen.

Die Brennkammer der F i g. 1 ist aus Gußeisen gefertigt und weist einen Brenner 2 sowie einen Abzug 3 auf. Die aus Gußeisen bestehenden Wandungen dieser Brennkammer sind sehr biegesteif. Bilden sich in einem derartigen Brenner Schwingungen, so kann man diese dadurch vermeiden, daß man in die Brennkammer eine biegeweiche Platte, z. B. aus Blech der Stärke 1 —3 mm, einbaut, die am Rand starr und druckdicht mit der Brennkammerwand verbunden ist und auf deren Rückseite eine verlustbehaftete Mrr.se angebracht ist. Die biegeweiche Wand 4 ist vor d?r Rückwand der Brennkammer angeordnet Sie wird zweckmäßigerweise mit einer aufgelöteten Rohrschlange als Kühlschlange 5 versehen, damit sie gekühlt werden kann. Zwischen der biegeweichen Platte 4 mit der Rohrschlange 5 und der Ruckwand der Brennkammer 1 ist eine verlustbehaftete Masse in Form einer Entdröhnschicht 6 an der Platte 4 angebracht.

In diesem Ausführungsbeispiel ist ferner über dem Boden der Brennkammer 1 eine biegestarre Platte 7 vorgesehen, die am Rand mit einem Faltenbalg 8 aus Blech druckdicht mit dem Boden der Brennkammer 1 verbunden ist. In manchen Fällen braucht die Platte 7 nicht mit einer Kühlung versehen zu werden, da die zugeführte Verbrennungsluft über diese Platte streicht und eine Kühlung bewirkt. Zwischen der schwingungsfähigen Platte 7 und dem Boden der Brennkammer 1 ist ein hydraulischer Stoßdämpfer 9 angebracht.

Diese schwingungsfähigen Wände 4, 7 lassen sich leicht nachträglich in eine Brennkammer 1 einbauen. Sie vermeiden bei ausreichender Dimensionierung sicher die Erregung von Feuerraumschwingungen.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 besitzt die quaderförmige Brennkammer fünf starre Wände 10 und eine biegeweiche Wand 11. In der einen Stirnseite ist der Brenner 2 angebracht, in der anderen Stirnseite ist der Abzug für die verbrannten Gase vorgesehen. Die biegeweiche Wand 11 wird durch eine aufgelötete Kühlschlange 5 gekühlt und ist auf der Außenseite mit einer verlustbehafteten Masse 12, die aus einer Mischung von Kautschuk, Teerprodukten und Kunststoffen besteht, beschichtet. Diese Masse 12 wird duich die Kühlung mittels der Kühlschlange 5 nur so warm, daß keine Zersetzung auftritt.

Die zylindrische Brennkammer der Fig. 3 enthält eine starre Platte 13, die am Rand durch einen mit Sicken versehenen dünnen Blechstreifen 14 mit der starren Brennkammerwand 15 verbunden ist. Durch einen mit der Pla".e 13 fest verbundenen Stab 16 wird die Schwingung der Platte 13 in den Raum außerhalb der Brennkammer übertragen. Zwischen dem Ende des Stabes 16 und der Brennkammerwand 13 ist außen ein hydraulischer Stoßdämpfer 17 angebracht.

Bei der Brennkammer der Fig.4 ist die Decke 18 biegeweicher als B 'den 19 und Wände 20, so daß sie beim Auftreten von Feuerraumschwingungen mitschwingt. Im Maximum der Bewegung der Decke 18 ist

ein Sehallegcl 21, bestehend aus Masse 22. Stahlfeder 23 und hydraulischem Stoßdämpfer 24, befestigt. Die Eigenfrequenz des Schallcgels 21 ist auf die Frequenz der zu unterdrückenden selbsterregten Schwingung abgestimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für die Verbrennung von Heizgasen, flüssigen, staubförmigen oder stückigen Brennstoffen, bestehend aus einem Brenner, aus einem ί Feuerraum mit mindestens einer biegeweichen, leicht zu Biegeschwingungen anregbaren Wand, sowie aus einem Abzug für die verbrannten Gase, dadurch gekennzeichnet, daß die biegeweiche Wand (4, 11) oder ein Teil dieser Wand mit einer Entdröhnschicht (6, 12) aus verlustbehaftetem Material belegt ist (F i g. 1,2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwingungsdämpfer punktförmig an der biegeweichen Wand angekoppelt ist.

3. Vorrichtung für die Verbrennung von Heizgasen, flüssigen, staubförmigen oder stückigen Brennstoffen, bestehend aus einem Brenner, aus einem Feuerraum mit mindestens einer biegestarren Platte, sowie aus einem Abzug für die verbrannten Gase, dadurch gekennzeichnet, daß die biegestarre Platte (7, 13) an iSrem Rand mit einer festen Wand des Feuerraumes (1, 15) elastisch und druckdicht verbunden ist, und an einen Schwingungsdämpfer (9,

17) gekoppelt ist (F i g. 1,3).

4. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Entdröhnschicht (6) und biegeweicher Wand (4) eine Kühlschlange (5) angeordnet ist (F i g. 1,2).

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsdämpfer (9, 17) als hydraulischer Stoßdämpfer ausgebildet ist (Fig. 1,3).

6. Vorrichtung nacb Ansps^ .ch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dfT Schwingungsdämpfer als J5 mechanischer Resonator ausgebildet ist, der aus Masse (22) und gedämpfter Feder (23, 24) besteht (F ig-4).

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsdämpfer als ·»< > verlustbehaftete Masse in Form eines mit körniger Substanz gefüllten Hohlraumes ausgebildet ist.