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StrahJheizrohr
Die Erfindung bezieht sich auf Strahlheizrohre und insbesondere auf solche, in deren von einem Mantelrohr umgebenen Flammrohr eine den Kopf der Luftzuführungsleitung bildende, als Parallelstrombrenner ausgestattete Verbrennungsdüse eingesetzt ist, in die ein die Luftzufuhrungsleitung durchziehendes Gaszuführungsrohr einmündet.
Bei den bekannten Strahlrohren dieser Art besteht die Verbrennungsdüse aus einem keramischen Werkstoff und wird daher auch allgemein als Düsenstein bezeichnet. Die Verwendung von keramischen Werkstoffen für die Verbrennungsdüse ist darauf zurückzuführen, dass man annahm, nur ein solcher Werkstoff sei hinreichend widerstandsfähig gegen die hohen Temperaturen, die die Verbrennungsgase im Bereich der entstehenden Flamme annehmen.
Die Verwendung von keramischen VerbrennungsdUsen ist mit erheblichen Nachteilen verknüpft, vor allem deshalb, weil die Ausdehnungskoeffizienten des keramischen Werkstoffes, aus dem die Düse besteht, und des metallischen Flammrohres verschieden sind und sich eine keramische Düse in der Regel sowieso schon nicht völlig dicht in das Flammrohr einpassen lässt, so dass Verbrennungsgase nach hinten an der Düse vorbei unmittelbar in den als Rekuperator dienenden Raum zwischen Luftzuführungsleitung und Mantelrohr abströmen können. Die keramische Düse hat darüber hinaus den Nachteil, sehr spröde zu sein, so dass sie oft schon beim Transport, besonders häufig aber bei einem lediglich Kontrollzwecken dienenden Ausbau des Flammrohres zerbricht.
Ein solcher Bruch des Düsensteins ist aber durchaus nicht immer äusserlich erkennbar und macht sich in der Regel nur dadurch bemerkbar, dass die Flamme nicht mehr gleichmässig brennt und sich lokale Zwischenflammen ausbilden, die die keramische Düse weiter zerstören und schliesslich zum schnelleren Verschleiss des Flammrohres, ja sogar des äusseren Mantelrohres führen können.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei Ausbildung der Verbrennungsdase als Parallelstrombrenner die Verwendung von metallischen Brennerdüsen technisch möglich ist und solche Düsen auch eine voll befriedigende Lebensdauer haben. Da sich die Metalldüse sehr genau bearbeiten lässt und Gas- und Luftrohr exakt zentrisch liegen, bietet sich der grosse Vorteil, dass sich eine sehr gleichmässige und eventuell milde Flamme bildet und erhält. Die Verbrennungszustände verschiedener Strahlrohre gleicher Type stimmen damit untereinander überein. Ausserdem ist nunmehr ein dichter Einbau der Düse in das Flammrohr infolge der mechanischen Bearbeitbarkeit der Düse möglich und unterschiedliche Ausdehnungen von Düse und Flammrohr werden vermieden.
Die Erfindung sieht demgemäss bei Strahlrohren der besagten Art in erster Linie die Verwendung von ms hitzebeständigem Metall hergestellte Düsen mit mindestens einer genau mit der zylindrischen Innenflache des Flammrohres übereinstimmenden, bearbeiteten zylindrischen Aussenfläche vor.
Eine solche metallische Brennerdüse hat weiterhin den Vorteil, dass auch ihr dichter Anschluss an die Luftzuführungsleitung erzielbar ist, was bei keramischen Düsen nicht der Fall war. Der dichte Anschluss wird gemäss der Erfindung dadurch erzielt, dass die metallische Verbrennungsdüse auf der Innenseite ihres in die Luftzuführungsleitung anschliessbaren Endes mit einer bearbeiteten zylindrischen Fläche versehen wird, die genau mit der Aussenfläche der Luftzuführungsleitung übereinstimmt.
In vielen Fällen würde das dichte Einpassen der Düse in das Flammrohr bzw. des Luftzuführungsrohres : n die Düse bereits ausreichen, jedoch kann man, da nunmehr alle Teile aus Metall bestehen, einen
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wirklich dichten Anschluss sehr leicht dadurch herbeiführen, dass man das die Verbrennungsduse aufnehmende Ende des Flammrohres im Bereich der bearbeiteten zylindrischen Aussenfläche der Düse anordnet und mit dieser von aussen verschweisst bzw. die Verbrennungsdüse mit ihrer bearbeiteten Innenfläche aber die Luftzuführungsleitung schiebt und Düse und Leitung von aussen miteinander verschweisst.
Will man die Düse auswechseln, so brauchen nur die besagten Rundschweissnähte abgedreht zu werden und die Düse lässt sich dann ohne weiteres aus dem Flammrohr heraus bzw. von der Luftzuführungsleitung abziehen.
Um einen guten Sitz der Düse im Flammrohr sicherzustellen, empfiehlt es sich, die Düse auch an ihrem freien, in das Flammrohr hineinragenden Ende mit einer der zylindrischen Innenfläche des Flammrohres übereinstimmenden, bearbeiteten zylindrischen Aussenfläche zu versehen.
Ein weiterer Vorteil ist dadurch erzielbar, dass man zwischen der Verbrennungsdüse und dem Gaszu- führungsrohr vorzugsweise einstückig mit der Düse ausgebildete Rippen anordnet, die Leitflächen für die Verbrennungsluft bilden. Diese Rippen können gerade oder schräg im Luftzuführungskanal liegen, so dass man durch Austausch der Düse gegen eine solche mit anders verlaufenden Rippen die Luftströmung beliebig einstellen kann. Dem gleichen Zweck bzw. der Erzielung eines verschiedenen Tempos der Gas-LuftMischung dient ferner, dass das freie Ende des Gaszuführungsrohres mit einem auswechselbaren Mundstück versehen wird, das gegen ein solches zum wahlweisen Erweitern oder Verengen des Querschnitts des Luft- zuführungskanals oder des Austrittsquerschnitts des Gaszuführungsrohres austauschbar ist.
Dadurch können auf einfache Weise die Austrittsenergien des Gasstromes und des Luftstromes und damit die Durchmischung beeinflusst werden und dadurch der Flammencharakter geändert werden.
In der Zeichnung ist ein die Verbrennungsdüse enthaltender Ausschnitt aus einem Strahlrohr gemäss der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, u. zw. zeigt : Fig. l einen Längsschnitt durch das Strahlrohr mit der darin befindlichen Düse, Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil der Düse und Fig. 3 eine Stirnansicht der Düse von rechts in Fig. 2 gesehen.
Das Mantelrohr des Strahlrohres ist mit 1 bezeichnet, das sich vorzugsweise axial in dieses erstrekkende Flammrohr mit 2. Hiebei kann das Flammrohr an seinem dem geschlossenen Ende des Mantelrohres gegenüberliegenden Ende vollständig offen sein oder nur eine kleine Austrittsöffnung für die Verbrennungsgase besitzen, die im übrigen durch eine Vielzahl in der zylindrischen Wand des Flammrohres vorgesehenen Öffnungen in das Mantelrohr einzutreten vermögen.
In das andere Ende des Flammrohres 2 ist die Verbrennungsdüse 3 eingesetzt. Diese besteht vollständig aus Metall, beispielsweise aus Gusseisen oder hitzefestem Stahlguss. Die Aussenfläche der Verbren- Ilungsdüse 3 weist in der Nähe des Flammrohrendes 2 eine ringförmige Verdickung 4 auf, der durch Abdrehen oder sonstige mechanische Bearbeitung einezylinderfläche 12 gegeben ist, die genau der zylindri- schen Innenfläche des Flammrohres 2 entspricht, so dass sich die Düse ohne nennenswerten Luftspalt in das Flammrohr 2 einpassen lässt. Das fteie Ende der Düse 3 ist bei 5 flanschartig ausgebildet und ebenfalls durch Abdrehen oder sonstige mechanische Bearbeitung mit einer zylindrischen Fläche 13 versehen und damit dem Innendurchmesser des Flammrohres angepasst.
Das Flammrohr 2 wird vorzugsweise mit der Düse 3 durch eineschweissnaht 6 verbunden. Diese Rund- ! Iaht hat den Vorteil, dass sie Flammrohr und Düse völlig dicht verbindet, so dass an dieser Stelle aus dem Flammrohr keine Verbrennungsgasein den als Rekuperatordienenden Raum zwischen Luftzuführungsleitung 7 und Mantelrohr 1 eintreten können, selbst dann nicht, wenn der Flansch 5 der Düse 3 nicht völlig dicht in lem Flammrohr 2 sitzt.
Das der Luftzuführungsleitung 7 benachbarte Ende der Verbrennungsdüse 3 ist auf seiner Innenseite vei 14 auf den Aussendurchmesser der Luftzuführungsleitung abgedreht und über diese Leitung geschoben, ; 0 dass allein schon hiedurch ein verhältnismässig dichter Anschluss sichergestellt ist. Dieser Anschluss kann ladurch noch dichter gemacht werden, dass man die Verbrennungsdüse bei 8 mit der Luftzuführungslei- : ung 7 verschweisst.
Sowohl die Rundschweissnaht 6 als auch die Rundschweissnaht 8 lässt sich bei etwa notwendig werdenlen Reparaturen leicht durch einfaches Abdrehen beseitigen, so dass die einzelnen Teile dann voneinander getrennt werden können.
In die Verbrennungsdüse 3 ragt das Gaszuführungsrohr 9 konzentrisch hinein. Dieses Rohr, das die uftzuführungsleitung 7 axial durchzieht, ist mit einem vorzugsweise auswechselbaren Mundstück 10 ver- : ehen, und in dem im Querschnitt ringförmigen Luftzuführungskanal zwischen der Düse 3 und dem Gaszu- führungsrohr 9 liegen, mit Abständen voneinander, eine Anzahl Rippen 11, die Leitflächen für die Ver- ) rennungsluft bilden und gleichzeitig zum genauen Zentrieren der Gasaustrittsöffnung 10 in der Düse 3 lienen. Diese Rippen 11, die vorzugsweise einstückig mit der Düse 3 ausgebildet sind, können, wie dargestellt (Fig. 2 und 3), eine Neigung gegen die Düsenachse haben ; sie können aber auch parallel zur Dü- ;
enachse verlaufen.
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Wenn die durch die Rippen 11 gebildeten Leitflächen parallel zur Achse liegen und Gasmundstück 10 und Verbrennungsdüse 3 in ihren Querschnitten richtig bemessen sind, erzielt man eine sehr langsame Durchmischung von Gas und Luft und damit eine milde Flamme. Unter gleichen Verhältnissen wurde die Durchmischung von Gas und Luft um so mehr beschleunigt, je grösser der Drall des Luftstromes wird, wenn man also an Stelle einer Düse 3 mit parallel zur Achse liegenden Leitflächen eine solche mit Luftleitflä- chen verwendet, die zunehmend schräg gegen die Achse gestellt sind. Statt die Düse auszuwechseln, kann man aber selbstverständlich auch verstellbare Leitflächen vorsehen.
Der Flammencharakter, der in einem Brenner gemäss der Erfindung erzeugt wird, ist ferner noch dadurch veränderbar, dass bei gegebener Düse und gegebener Neigung der Luftleitflächen das Gasrohrmundstück 10 ausgewechselt wird. Wenn man beispielsweise den Innendurchmesser dieses Mundstückes beibehält, dafür aber den Aussendurchmesser vergrössert und damit den Durchtrittsquerschnitt der Luft verengt, verändert sich sofort der Flammencharakter. Das gleiche tritt ein, wenn der Durchtrittsdurchmesser für das Gas verringert oder vergrössert wird. Es ist auf diese weise leicht möglich, den Flammencharakter eines Brenners und damit des Strahlrohres auf einfache Weise noch dann zu ändern, wenn das Strahlrohr und der Ofen bereits in Betrieb sind.
Es ist hiezu nichts weiter notwendig, als das Mundstück 5 durch ein geeignetes anderes zu ersetzen, das den beabsichtigten Effekt herbeiführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Strahlheizrohr, in dessen von einem Mantelrohr umgebenes Flammrohr eine den Kopf der Luftzu-
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ein die Luftzuführungsleitung durchziehendes Gaszuführungsrohr einmündet, gekennzeichnet durch eine aus einem hitzebeständigen Metall hergestellte Verbrennungsdüse (3) mit mindestens einer genau mit der zylindrischen Innenfläche des Flammrohres (2) übereinstimmenden, bearbeiteten zylindrischen Aussenfläche (12).