EP3173698B1 - Adaptiver schwingungsdämpfer - Google Patents

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EP3173698B1
EP3173698B1 EP16197252.6A EP16197252A EP3173698B1 EP 3173698 B1 EP3173698 B1 EP 3173698B1 EP 16197252 A EP16197252 A EP 16197252A EP 3173698 B1 EP3173698 B1 EP 3173698B1
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EP
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combustion
volume
helmholtz resonator
gas guide
resonator
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EP16197252.6A
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French (fr)
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EP3173698A1 (de
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Richard Richard Fischbuch
Lars Thum
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Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M20/00Details of combustion chambers, not otherwise provided for, e.g. means for storing heat from flames
    • F23M20/005Noise absorbing means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/18Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
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    • F23N5/00Systems for controlling combustion
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    • F23N2005/181Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using detectors sensitive to rate of flow of air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N5/18Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
    • F23N2005/185Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using detectors sensitive to rate of flow of fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/04Memory
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00Ventilators
    • F23N2233/06Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08Ventilators at the air intake with variable speed

Definitions

  • the invention relates to an adaptive vibration damper.
  • the phenomenon is in DE 102004013584 A1 and the VDI progress report no. 364 of the series 6 for energy technology.
  • Self-excited vibration (SES) triggers interactions between the temporal release of the flame and the combustion chamber acoustics.
  • Condition for the emergence of the described phenomenon is the temporal power release of the flame at the time of a positive sound pressure amplitude (Rayleigh criterion). Remedies are off DE 19730254 C2 known.
  • the problem is usually solved by designing the geometry of the air and fuel gas-air mixture-carrying parts so that the system acoustically is detuned and therefore as possible no self-excited vibrations occur.
  • additional components are used in the air or exhaust gas path, which have the function to detune the system and thus to prevent or dampen self-excited vibrations.
  • intake pipes which increase the pressure loss upstream of the flame or a Helmholtz resonator are used.
  • Helmholtz resonator Depending on the geometrical characteristics of the Helmholtz resonator, it has a certain natural frequency at which it acts. Vibrations of the combustion system are damped or completely prevented.
  • Another possibility is to change the excess air or the heat load in an electronic fuel gas-air composite when vibrations occur.
  • the object of the invention is a device and a method for operating the same, with which self-excited vibrations can be turned off in vollvormischenden combustion systems.
  • the invention is preferably used in electronic fuel gas / air systems in which a mass flow sensor measuring a pressure difference between airway and fuel gas path is used.
  • Self-excited vibrations can not only be detected with the aid of the mass flow sensor, but can also be determined at a sufficiently high sampling rate with respect to the frequency of the oscillation.
  • the measured sensor signal is converted into the frequency domain.
  • the invention also relates to a Helmholtz resonator which can be adapted in terms of its frequency of action.
  • the frequency at which a Helmholtz resonator acts is defined by its geometric dimensioning. Influencing factors are, on the one hand, the damping volume in the actual body, and, on the other hand, the oscillating volume in the connection channel.
  • the change in a side length of the Helmholtz resonator can be adjusted by the position the bottom of the cylinder along the symmetry axis by means of suitable electromechanics (eg Stellmotor) can be changed. From the determined Frequency of the oscillation occurred, the required side length of the cylinder is calculated and changed so that adjusts this page length.
  • suitable electromechanics eg Stellmotor
  • the invention protects a control system that uses a sensor to determine the frequency of a self-excited oscillation and adjusts an adaptive Helmholtz resonator so that the oscillation is turned off.
  • the system requires a gas control valve, a controllable blower and a burner.
  • FIG. 1 shows a cylindrical Helmholtz resonator 2 with two cylindrical volumes.
  • the first cylindrical Helmholz resonator volume 17 has a length l 1 and a radius r 1 .
  • the first cylindrical Helmholz resonator volume 17 is open on both sides and opens on one side in the second cylindrical Helmholz resonator volume 18, which has a length l 2 and a radius r 2 .
  • f 0 c 2 ⁇ A 1 V 2 l 1 + 2 ⁇ ⁇ l 1
  • c is the speed of sound
  • V2 r 2 2 * ⁇ * l 2
  • 2 * ⁇ l 1 the orifice correction here: ⁇ l 1 ⁇ ⁇ 4 ⁇ r 1 ).
  • FIG. 2 shows a combustion system according to the invention with a burner 11 and a blower 10 in a fresh gas guide 14.
  • the blower 10 sucks combustion air and supplies it to the burner 11.
  • a fuel gas duct 15 opens into a venturi 3 in the fresh gas duct 14, in which a fuel gas control valve 9 is arranged in front of the mouth.
  • a mass flow sensor 1 is arranged between the fuel gas guide 15 and the fresh gas guide 14 and serves to adapt the fuel gas-air mixture.
  • Upstream of the Venturi 3 is an off FIG. 1 known cylindrical Helmholtz resonator 2 connected to the fresh gas guide 14. The connection of the Helmholtz resonator 2 must take place at a previously determined active site / active position.
  • the Helmholtz resonator 2 has a displaceable resonator cylinder 4 in the second cylindrical Helmholz resonator volume 18, so that its volume can be continuously adjusted.
  • a linear stepping motor 5 which can move via a drive shaft 6 in the form of a threaded rod and an internal thread 7 in the resonator cylinder 4 latter.
  • An ultrasonic or Laserwegmesser 8 serves to detect the current length of the second cylindrical Helmholz resonator volume 18.
  • the resonator 4 closes gas-tight to the side walls of the second cylindrical Helmholz resonator volume 18 from. The necessary seal can be performed for example as a lip seal or ring seal.
  • a controller 16 is connected to the blower 10, the fuel gas control valve 9, the mass flow sensor 1, the linear stepping motor 5 and the ultrasonic or Laserwegmesser 8.
  • N values of the sensor signal are recorded at a sampling rate f.
  • the sampling rate must be twice as high as the expected maximum frequency.
  • the number N of the values must correspond to a power of two.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the frequency with the highest deflection is set as the frequency of the self-excited oscillation and further processed. Subsequently, the required height of the resonator cylinder is determined from this determined frequency of the combustion oscillation.
  • f 0 c 2 ⁇ A 1 V 2 l 1 + 2 ⁇ ⁇ l 1
  • the controller 16 controls the linear stepper motor 5 such that the resonator cylinder 4 is shifted to the target position until the second cylindrical Helmholtz resonator volume 18 has this calculated length l 2 .
  • the ultrasonic or Laserwegmesser 8 serves the control 16 for control. Alternatively, starting from a stop position, a previously calculated number of steps can be moved. This results from the required path, the pitch of the thread and the number of steps per revolution of the motor.
  • an incremental encoder can be used to determine the position of the stepper motor and thus the height of the cylinder. This step losses can be compensated.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment.
  • the Helmholtz resonator 2 is arranged between the blower 10 and burner 11.
  • a motor 12, which is connected to the control 16, moves via a threaded rod 13 the resonator cylinder 4 within the second cylindrical Helmholz resonator volume 18.
  • the threaded rod 13 is connected to the resonator cylinder 4 rigid or via a movable bearing.
  • a determination of the length of the second cylindrical Helmholz resonator volume 18 can be dispensed with by starting from an extreme position of the resonator cylinder 4 while the combustion oscillations occur, which is still detected by the mass flow sensor 1, in the direction of the other extreme position is until the self-excited combustion oscillations are turned off, and thus the correct side length is reached.
  • the vehicle will first be moved back to the start position, in order to continue to move until the correct height of the cylinder is reached.
  • the necessary position is determined from the mass flow sensor signal as described above. Then the calculated position is approached to a defined distance, and then slowly continue to move until the vibrations are turned off.
  • a critical frequency is known even before the start of the incineration plant, it can be stored in the memory and the corresponding size of the Helmholtz resonator can already be set before the start of the burner in order to prevent the vibrations from occurring.
  • the setting of the Helmholtz resonator remains after switching off the incinerator in the last set position and is available unchanged at the next start.
  • a system may each have a self-excited swing at two different frequencies.
  • the problem could be solved by using two Helmholtz resonators, which are tuned in their geometric properties to one of the two frequencies.
  • the Helmholtz resonator can be adapted so that it is able to cover both frequencies. If there is more than one frequency in the burner operating range, the control system can always set the resonator to the frequency that has just or previously been measured in the operating point just approached.
  • the frequencies and the operating points are stored in a memory. When changing from one operating point to another, it is read in the memory whether there is another critical frequency to the new operating point than that to which the resonator is currently set. If this is the case, the resonator geometry is already adapted during the modulation as described above.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen adaptiven Schwingungsdämpfer.
  • Bei der Verbrennung von Brenngas in einem vollvormischenden Verbrennungssystem können in bestimmten Betriebspunkten unerwünschte selbsterregte Verbrennungsschwingungen auftreten. Diese sind zumeist mit für den Betreiber unangenehmen Geräuschen verbunden und können unter bestimmten Umständen zu einer Beschädigung der Anlage führen.
  • Das Phänomen ist in DE 102004013584 A1 sowie dem VDI-Fortschrittsbericht Nr. 364 der Reihe 6 für Energietechnik beschrieben. Auslöser für die selbsterregten Schwingungen (SES) sind Wechselwirkungen zwischen der zeitlichen Leistungsfreisetzung der Flamme und der Akustik der Brennkammer. Bedingung für die Entstehung des beschriebenen Phänomens ist die zeitliche Leistungsfreisetzung der Flamme zum Zeitpunkt einer positiven Schalldruckamplitude (Rayleigh-Kriterium). Abstellmaßnahmen sind aus DE 19730254 C2 bekannt.
  • Gemäß dem Stand der Technik wird das Problem zumeist dadurch gelöst, die Geometrie der Luft- und Brenngas-Luft-Gemisch-führenden Teile so zu gestalten, dass das System akustisch verstimmt wird und somit möglichst keine selbsterregten Schwingungen auftreten. Dabei werden beispielsweise zusätzliche Bauteile im Luft- oder Abgasweg eingesetzt, die die Funktion haben, das System zu verstimmen und somit selbsterregte Schwingungen zu verhindern oder zu dämpfen. Hierzu dienen beispielsweise Ansaugrohre, welche den Druckverlust stromauf der Flamme erhöhen oder ein Helmholtz-Resonator. Abhängig von den geometrischen Kenngrößen des Helmholtz-Resonators hat dieser eine bestimmte Eigenfrequenz, bei der er wirkt. Schwingungen des Verbrennungssystems werden gedämpft oder gänzlich verhindert.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, bei einem elektronischen Brenngas-Luft-Verbund beim Auftreten von Schwingungen den Luftüberschuss oder die Wärmebelastung zu verändern.
  • Aus DE 102005052881 A1 ist eine Schalldämpfungseinrichtung und ein Verfahren für ein Heizgerät mit einem Helmholtz-Resonator gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 bekannt. Ein Schallaufnehmer nimmt die Frequenz der Schwingung auf; ein temperaturabhängies Bimetallmaterial realisiert die Volumenänderung des Resonatorraums.
  • Aufgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieben derselben, mit denen selbsterregte Schwingungen bei vollvormischenden Verbrennungssystemen abgestellt werden können.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch einen individuell anpassbaren Helmholtz-Resonator gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung findet bevorzugt bei elektronischen Brenngas-Luft-Systemen Anwendung, bei denen ein Massenstromsensor, der eine Druckdifferenz zwischen Luftweg und Brenngasweg misst, verwendet wird. Mit Hilfe des Massenstromsensors können selbsterregte Schwingungen nicht nur detektiert, sondern bei ausreichend hoher Abtastrate auch bezüglich der Frequenz der Schwingung bestimmt werden. Mittels einer Fourier-Transformation wird das gemessene Sensorsignal in den Frequenzbereich überführt.
  • Gegenstand der Erfindung ist zudem ein in seiner Wirkfrequenz anpassbarer Helmholtz-Resonator. Die Frequenz, bei der ein Helmholtz-Resonator wirkt, wird durch seine geometrische Dimensionierung definiert. Einflussgrößen sind zum einen das dämpfende Volumen im eigentlichen Körper, als zum anderen auch das schwingende Volumen im Anbindungskanal.
  • So kann beispielsweise bei einem geschlossenen Zylinder, der über einen entsprechend ausgelegten Anbindungskanal mit dem Verbrennungssystem an der entsprechenden vorher zu ermittelnden Wirkstelle verbunden oder an dieser Position in das Verbrennungssystem integriert ist, die Veränderung einer Seitenlänge des Helmholtz-Resonators dadurch eingestellt werden, dass die Position des Bodens des Zylinders entlang der Symmetrieachse mittels geeigneter Elektromechanik (z.B.Stellmotor) verändert werden kann. Aus der ermittelten Frequenz der aufgetretenen Schwingung wird die erforderliche Seitenlänge des Zylinders ausgerechnet und so verändert, dass sich diese Seitenlänge einstellt.
  • Die Erfindung schützt ein Regelungssystem, das mithilfe eines Sensors die Frequenz einer selbsterregten Schwingung ermittelt und einen anpassbaren Helmholtz-Resonator derart einstellt, dass die Schwingung abgestellt wird. Das System benötigt dafür ein Gasregelventil, ein regelbares Gebläse und einem Brenner.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
    • Figur 1 einen Helmholtz-Resonator,
    • Figur 2 eine erste Ausführungsform eines Verbrennungssystems mit einem erfindungsgemäßen Helmholtz-Resonator und
    • Figur 3 eine zweite Ausführungsform eines Verbrennungssystems mit einem erfindungsgemäßen Helmholtz-Resonator.
  • Figur 1 zeigt einen zylindrischen Helmholtz-Resonator 2 mit zwei zylindrischen Volumina. Das erste zylindrische Helmholz-Resonator-Volumen 17 verfügt über eine Länge l1 sowie einen Radius r1. Das erste zylindrische Helmholz-Resonator-Volumen 17 ist beidseitig geöffnet und mündet auf der einen Seite in das zweite zylindrische Helmholz-Resonator-Volumen 18, das über eine Länge l2 sowie einen Radius r2 verfügt.
  • Die Eigenfrequenz f 0 dieses Helmholtz-Resonators lässt sich wie folgt bestimmen. f 0 = c 2 π A 1 V 2 l 1 + 2 Δ l 1
    Figure imgb0001
  • Hierbei sind c die Schallgeschwindigkeit, A1 die Querschnittsöffnung des Eingangs des Helmholtz-Resonators (hier: A1 = r1 2 * π), V2 das Volumen des zweiten Helmholz-Resonator-Volumens 18 (hier: V2 = r2 2 * π *l2) und 2 *Δl1 die Mündungskorrektur (hier: Δ l 1 π 4 r 1
    Figure imgb0002
    ).
  • Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße verbrennungstechnische Anlage mit einem Brenner 11 und einem Gebläse 10 in einer Frischgasführung 14. Das Gebläse 10 saugt Verbrennungsluft an und führt sie dem Brenner 11 zu. Stromauf des Gebläses 10 mündet eine Brenngasführung 15 in einen Venturi 3 in die Frischgasführung 14, in der ein Brenngasregelventil 9 vor der Mündung angeordnet ist. Ein Massenstromsensor 1 ist zwischen der Brenngasführung 15 und der Frischgasführung 14 angeordnet und dient der Anpassung des Brenngas-Luft-Gemischs. Stromauf des Venturis 3 ist ein aus Figur 1 bekannter zylindrischer Helmholtz-Resonator 2 mit der Frischgasführung 14 verbunden. Die Anbindung des Helmholtz-Resonators 2 muss an einer vorher zu ermittelnden Wirkstelle / Wirkposition erfolgen. Der Helmholtz-Resonator 2 verfügt über einen verschiebbaren Resonatorzylinder 4 im zweiten zylindrischen Helmholz-Resonator-Volumen 18, so dass dessen Volumen kontinuierlich verstellt werden kann. Zum Verschieben des Resonatorzylinders 4 dient ein Linearschrittmotor 5, der über eine Antriebswelle 6 in Form einer Gewindestange und ein Innengewinde 7 in dem Resonatorzylinder 4 letztgenannten verschieben kann. Um ein Drehen des Resonatorzylinders 4 zu verhindern, ist eine Verdrehsicherung vorgesehen. Ein Ultraschall- oder Laserwegmesser 8 dient der Erfassung der aktuellen Länge des zweiten zylindrischen Helmholz-Resonator-Volumens 18. Der Resonatorzylinder 4 schließt gasdicht zu den Seitenwänden des zweiten zylindrischen Helmholz-Resonator-Volumens 18 ab. Die dafür notwendige Dichtung kann beispielsweise als Lippendichtung oder Ringdichtung ausgeführt sein. Eine Regelung 16 ist mit dem Gebläse 10, dem Brenngasregelventil 9, dem Massenstromsensor 1, dem Linearschrittmotor 5 sowie dem Ultraschall- oder Laserwegmesser 8 verbunden.
  • Treten beim Betrieb der Anlage selbsterregte Verbrennungsschwingungen auf, so führt dies zu einer Rückkopplung auf den Verbrennungs- und Brenngasfluss, so dass der Massenstromsensor 1 die Schwingungen erfasst. Da in der Praxis das Signal des Massenstromsensors 1 stets von diversen Frequenzen überlagert wird, müssen für die Notwendigkeit zur Durchführung von Abstellmaßnahmen Schwellwerte für die Intensität der Schwingungen überschritten werden.
  • Zuerst werden N Werte des Sensorsignals mit einer Abtastrate f aufgezeichnet. Die Abtastrate muss dabei doppelt so hoch sein wie die erwartete maximale Frequenz. Um eine schnelle Fourier-Transformation-Analyse anwenden zu können, muss die Anzahl N der Werte einer Zweierpotenz entsprechen.
  • Der Algorithmus für eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) basiert auf der diskreten Fourier-Transformation. Für N reele Abtastwerte werden N /2 Frequenz- bzw. Spektrallinien F(k ) berechnet: F i ω k = 1 N n = 0 N 1 f t n e i 2 πkn / N
    Figure imgb0003
    mit k = 0,1, , N 1
    Figure imgb0004
  • Die Frequenz mit der höchsten Auslenkung wird als Frequenz der selbsterregten Schwingung festgelegt und weiter verarbeitet. Anschließend wird aus dieser ermittelten Frequenz der Verbrennungsschwingung die erforderliche Höhe des Resonatorzylinders ermittelt. Für die Eigenfrequenz f 0 des Helmholtz-Resonators gilt (unter Bezug auf Figur 1, siehe oben): f 0 = c 2 π A 1 V 2 l 1 + 2 Δ l 1
    Figure imgb0005
  • Es ergibt sich für l 2 : l 2 = c 2 A 1 f 0 2 4 π 3 r 2 2 l 1 + 2 Δ l 1
    Figure imgb0006
  • Die Regelung 16 steuert den Linearschrittmotor 5 derart an, dass der Resonatorzylinder 4 in die Zielposition verschoben wird, bis das zweite zylindrische Helmholz-Resonator-Volumen 18 über diese berechnete Länge l2 verfügt. Die Ultraschall- oder Laserwegmesser 8 dient hierbei der Regelung 16 zur Kontrolle. Alternativ kann auch aus einer Anschlagposition startend eine vorher errechnete Anzahl von Schritten verfahren werden. Diese ergibt sich aus dem erforderlichen Weg, der Steigung des Gewindes und der Schrittzahl pro Umdrehung des Motors.
  • In einer weiteren Ausführung kann ein Inkrementaldrehgeber verwendet werden, um die Position des Schrittmotors und damit die Höhe des Zylinders zu bestimmen. Damit können Schrittverluste ausgeglichen werden.
  • Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform. Der Helmholtz-Resonator 2 ist dabei zwischen Gebläse 10 und Brenner 11 angeordnet. Ein Motor 12, der mit der Regelung 16 verbunden ist, bewegt über eine Gewindestange 13 den Resonatorzylinder 4 innerhalb des zweiten zylindrischen Helmholz-Resonator-Volumens 18. Die Gewindestange 13 ist mit dem Resonatorzylinder 4 starr oder über ein Loslager verbunden. Auf eine Bestimmung der Länge des zweiten zylindrischen Helmholz-Resonator-Volumens 18 kann hierbei verzichtet werden, indem beim Auftreten der Verbrennungsschwingungen, was nach wie vor mittels des Massenstromssensors 1 erkannt wird, startend aus einer Extremposition des Resonatorzylinders 4 solange in Richtung der anderen Extremposition verfahren wird, bis die selbsterregten Verbrennungsschwingungen abgestellt sind, und somit die korrekte Seitenlänge erreicht ist.
  • Treten später erneut Schwingungen auf, wird erneut zuerst in die Startposition gefahren, um anschließen wieder zu verfahren bis die korrekte Höhe des Zylinders erreicht ist.
  • Möglich ist auch eine Kombination der beiden beschriebenen Verfahren: Die notwendige Position wird aus dem Massenstromsensorsignal wie oben beschrieben ermittelt. Dann wird die errechnete Position bis auf einen definierten Abstand angefahren, um dann langsam weiter zu verfahren, bis die Schwingungen abgestellt sind.
  • Ist eine kritische Frequenz bereits vor dem Start der Verbrennungsanlage bekannt, so kann diese im Speicher abgelegt werden und bereits vor dem Start des Brenners die entsprechende Größe des Helmholtz-Resonators eingestellt werden, um ein Auftreten der Schwingungen zu verhindern. Im einfachsten Fall verbleibt die Einstellung des Helmholtz-Resonators nach dem Abschalten der Verbrennungsanlage in der zuletzt eingestellten Position und steht beim nächsten Start unverändert zur Verfügung.
  • Ein System kann bei zwei unterschiedlichen Frequenzen jeweils ein selbsterregtes Schwingen aufweisen. In diesem Fallbeispiel gibt es beispielsweise eine Schwingungsneigung bei 40Hz und bei 160Hz. Nach dem Stand der Technik könnte das Problem dadurch gelöst werden, dass zwei Helmholtz-Resonatoren eingesetzt werden, die in ihren geometrischen Eigenschaften auf jeweils eine der beiden Frequenzen abgestimmt sind. Erfindungsgemäß kann der Helmholtz-Resonator anpasst werden, so dass er in der Lage ist, beide Frequenzen abzudecken. Gibt es mehr als eine Frequenz in dem Brennerbetriebsbereich, so kann das Regelungssystem den Resonator immer auf die Frequenz einstellen, die gerade oder vorher schon einmal in dem gerade angefahrenen Betriebspunkt gemessen wurde. Die Frequenzen und die Betriebspunkte werden in einem Speicher abgelegt. Beim Wechsel von einem Betriebspunkt in einen anderen wird im Speicher ausgelesen, ob es zu dem neuen Betriebspunkt eine andere kritische Frequenz gibt, als die, auf die der Resonator gerade eingestellt ist. Ist dies der Fall, so wird die Resonatorgeometrie bereits während der Modulation wie oben beschrieben angepasst.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Massenstromsensor
    2
    Helmholtz-Resonator
    3
    Venturi
    4
    Resonatorzylinder
    5
    Linearschrittmotor
    6
    Antriebswelle
    7
    Innengewinde
    8
    Ultraschall- oder Laserwegmessers
    9
    Gasregelventil
    10
    Gebläse
    11
    Brenner
    12
    Motor
    13
    Gewindestange
    14
    Frischgasführung
    15
    Brenngasführung
    16
    Regelung
    17
    erstes zylindrisches Helmholz-Resonator-Volumen
    18
    zweites zylindrisches Helmholz-Resonator-Volumen

Claims (8)

  1. Verbrennungssystem mit einem Brenner (11), einem Gebläse (10) zum Fördern von Verbrennungsluft und optional Brenngas zu diesem Brenner (11), einer Frischgasführung (14), in welcher das Gebläse (14) angeordnet ist, einer Brenngasführung (15), in welcher ein Gasregelventil (9) angeordnet ist, wobei die Brenngasführung (15) in die Frischgasführung (14) oder direkt den Brenner (11) mündet, sowie ein Helmholtz-Resonator (2) mit der Frischgasführung (14) verbunden ist, wobei der Helmholtz-Resonator (2) über einen Antrieb (4, 5, 6, 7) zur Verstellung des Volumens des Helmholtz-Resonators (2) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brenngasführung (15) und / oder Frischgasführung (14) oder zwischen der Brenngasführung (15) und Frischgasführung (14) ein Volumen- oder Massenstromsensor (1) angeordnet ist wobei der Volumen- oder Massenstromsensor (1) mit einer Regelung (16) verbunden ist und die Regelung (16) mit dem Antrieb (5, 6, 7) zur Verstellung des Volumens des Helmholtz-Resonators (2) verbunden ist.
  2. Verbrennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Helmholtz-Resonator (2) über Mittel zur Erfassung mindestens einer Kenngröße des Helmholtz-Resonators (2) verfügt.
  3. Verbrennungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (10) über eine Drehzahlerfassung verfügt.
  4. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungssystems mit einem Brenner (11), einem Gebläse (10) zum Fördern von Verbrennungsluft und optional Brenngas zu diesem Brenner (11), einer Frischgasführung (14), in welcher das Gebläse (14) angeordnet ist, einer Brenngasführung (15), in welcher ein Gasregelventil (9) angeordnet ist, wobei die Brenngasführung (15) in die Frischgasführung (14) oder direkt den Brenner (11) mündet, ein Volumen- oder Massenstromsensor (1) in der Brenngasführung (15) und / oder Frischgasführung (14) angeordnet ist und / oder das Gebläse (10) über eine Drehzahlerfassung verfügt, ein Helmholtz-Resonator (2) mit der Frischgasführung (14) verbunden ist, wobei der Helmholtz-Resonator (2) über einen Antrieb (4, 5, 6, 7) zur Verstellung des Volumens des Helmholtz-Resonators (2) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Volumen- oder Massenstromsensors (1) selbsterregte Verbrennungsschwingungen und optional deren Frequenz erkannt werden und anschließend das Volumen des Helmholtz-Resonators (2) in Abhängigkeit der ermittelten Frequenz eingestellt wird und / oder der Antrieb (4, 5, 6, 7) zur Verstellung des Volumens des Helmholtz-Resonators (2) verfahren wird bis die selbsterregte Verbrennungsschwingungen unterbleiben.
  5. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungssystems nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz mittels Fourier-Transformation ermittelt wird.
  6. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungssystems nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten selbsterregter Verbrennungsschwingungen der Antrieb (4, 5, 6, 7) zur Verstellung des Volumens des Helmholtz-Resonators (2) kontinuierlich von einer Extremposition in Richtung einer anderen Extremposition verfahren wird.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungssystems nach einem der Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst der Antrieb (4, 5, 6, 7) zur Verstellung des Volumens des Helmholtz-Resonators (2) grob das errechnete Volumen einstellt und anschließend der Antrieb (4, 5, 6, 7) zur Verstellung des Volumens des Helmholtz-Resonators (2) verfahren wird bis die selbsterregte Verbrennungsschwingungen unterbleiben.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungssystems nach einem der Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Speicher Ergebnisse früherer Einstellverfahren abgelegt werden und vor dem Betrieben des Verbrennungssystems das Volumens des Helmholtz-Resonators (2) dementsprechend eingestellt wird.
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