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Die Erfindung bezieht sich auf ein gasbeheiztes Strahlungs-Sackrohr, welches in einem Aussenrohr koaxial ein Kernrohr zur Brennstoffzufuhr und ein dieses umgebendes, mit Löchern versehenes Zwischenrohr zur
Luftzufuhr aufweist, wobei das Aussenrohr und das Zwischenrohr eine Brennkammer begrenzen und das
Kernrohr sowie das Zwischenrohr im Bereich des geschlossenen Endes des Aussenrohres in eine
Gasbrennereinrichtung ausmünden.
Derartige Strahlungsrohre finden beispielsweise in öfen zur chemisch-thermischen Behandlung von Metallen in einer kontrollierbaren Atmosphäre Verwendung.
Es sind Strahlungssackrohre bekannt, die innerhalb des gelochten Luftzufuhrrohres eine Mischkammer aufweisen, in welcher der Brennstoff mit Primärluft vermengt wird, noch bevor er in die Brennkammer eintritt.
Bei einer Weiterentwicklung hievon ist das Mengenverhältnis Brennstoff-Primärluft regulierbar, u. zw. durch
Verschieben des Brennstoffrohres, das mit seinem Auslassende in eine konische Mischdüse ragt. Der Nachteil dieser Strahlungsrohre liegt darin, dass in die Brennkammer bereits ein Brennstoff-Luftgemenge eintritt, wodurch es bereits im Bereich der Mischkammer zur Entflammung und somit zu einer ungünstigen Überhitzung im vorderen Bereich des Luftzufuhrrohres kommen kann.
Ein weiteres bekanntes gasbeheiztes Strahlungs-Sackrohr weist ebenfalls eine Reihe von wesentlichen
Nachteilen auf.
Die Gasbrennereinrichtung, ausgebildet als Fangdüse am Ende des Brennstoff- und des Luftrohres, gestattet es nicht, den Luftspalt zwischen denselben wesentlich zu verringern.
Es wird keine Luft an der Stirnfläche des Luftrohres durchgelassen, was die Abkühlung des Luftrohres auf seiner ganzen Länge und besonders an dessen Ende verschlechtert.
Ausserdem ist die Gasbrennereinrichtung nur mit axialen Bohrungen zur Brennstoffzufuhr versehen, was in der Praxis zu intensiver Russablagerung auf dem Luftrohr führt.
Die gleichmässige Verteilung der Löcher des Zwischenrohres über die Rohrlänge gewährleistet keine gleichmässige Erhitzung des Aussenrohres, so dass das Verhältnis von Maximal- zu Minimaltemperatur 1, 2 bis 1, 3 beträgt, d. h. für Strahlungsrohre in Warmbehandlungsöfen unzulässig hoch ist.
Es besteht ferner keine Abwärmeausnutzung, weshalb der Wirkungsgrad dieses Strahlungsrohres 45 bis 50% nicht übertreffen kann.
Ziel der Erfindung ist, die angegebenen Nachteile zu beseitigen und ein gasbeheiztes Strahlungs-Sackrohr zu schaffen, dessen technische Sicherheit und Wirkungsgrad durch bessere Kühlung des Luftrohres, Gasverbrennung ohne Russablagerung auf den Innenflächen der Rohre und gleichmässigere Erhitzung des Aussenrohres bedeutend erhöht ist.
Dieses Ziel wird mit einem gasbeheizten Strahlungs-Sackrohr der eingangs genannten Bauart erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Enden von Kernrohr und Zwischenrohr durch einen Brennerkopf abgeschlossen sind, der eine axial und mehrere radial verlaufende Bohrungen zur Brennstoffzufuhr aus dem Kernrohr in die Brennkammer aufweist sowie mit aus dem Ringraum zwischen dem Kernrohr und dem mit Löchern versehenen Zwischenrohr führenden, gegen das geschlossene Ende der Brennkammer gerichteten Luftzufuhrbohrungen versehen ist.
Das Strahlungs-Sackrohr kann vorteilhafterweise so ausgebildet sein, dass das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Löcher des Zwischenrohres und der Querschnittsfläche des Ringraumes mindestens 0, 8 beträgt, und dass zwecks gleichmässiger Erhitzung des Aussenrohres in an sich bekannter Weise die Summenfläche der Löcher im Bereich des Brennerkopfes grösser als im Mittelabschnitt sowie in dem vom Brennerkopf abgekehrten Endabschnitt des Zwischenrohres bemessen ist.
Zwecks Verringerung der Erwärmung des Brennstoffes im Kernrohr kann dieses von einem Hüllrohr umgeben sein.
Das erfindungsgemässe gasbeheizte Strahlungs-Sackrohr ist ganz besonders zuverlässig, was auf die wirksame Kühlung des gelochten Zwischenrohres zurückzuführen ist. Dies gestattet, für die einzelnen Elemente des Strahlungs-Sackrohres gleiche Stahlsorten zu verwenden, ohne dass hiedurch deren hohe Haltbarkeit beeinträchtigt wird.
Die Löcher des Zwischenrohres sind derart verteilt, dass eine gleichmässige Erhitzung des Aussenrohres innerhalb eines weiten Gasverbrauchsbereiches und unabhängig von der Arbeitsteillänge des Strahlungs-Sackrohres gewährleistet ist.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen und Schaubildern näher erläutert. Es zeigen : Fig. l ein erfindungsgemässes gasbeheiztes Strahlungs-Sackrohr im Schnitt, Fig. 2 einen Schnitt durch den Brennerkopf nach Linie II-II in Fig. 3, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 eine mögliche Ausgestaltung des Kernrohres, Fig. 5 ein Schaubild des Temperaturverlaufes längs des Aussenrohres und Fig. 6 ein Schaubild der optimalen Verteilung der Löcher über die Länge des Zwischenrohres.
Gemäss Fig. l weist das gasbeheizte Strahlungs-Sackrohr in einem Aussenrohr (Strahlungsrohr)--1-- koaxial ein gelochtes Zwischenrohr (Luftrohr)--2--und ein Kernrohr (Brennstoffrohr) --3-- auf. Im Bereich des geschlossenen Endes des Aussenrohres befindet sich ein Brennerkopf--4-- ; im Bereich des offenen
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Endes ist ein Rekuperativ-Plattenwärmeaustauscher --5-- vorgesehen. Das gelochte Zwischenrohr --2-- mit Löchern --6-- und das Aussenrohr--l--begrenzen eine Brennkammer--7--.
Der Brennerkopf--4-- (Fig. 2, 3) weist eine axial und mehrere radial verlaufende Bohrungen--8 bzw. 9-- zur Brennstoffzufuhr aus
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Zwecks Verhinderung eines Russausfalles kann das Kernrohr--3--von einem Hüllrohr--11-- (Fig. 4) umgeben sein.
Die Funktion des Strahlungs-Sackrohres lässt sich wie folgt beschreiben :
Die in das Strahlungs-Sackrohr gepresste Luft strömt nach Durchlaufen des Rekuperativ-Plattenwärmeaustauschers-5-, wo sie auf eine Temperatur von 500 bis 5500C erhitzt wird, in den Ringraum-12--.
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Der in der Brennkammer --7-- vom geschlossenen Ende zum Rekuperativ-Plattenwärmeaustauscher --5-- fliessende Brennproduktstrom wird von zahlreichen Luftstrahlen durchdrungen, was innige Vermischung und intensives Brennen zur Folge hat.
In Richtung zum offenen Ende der Brennkammer --7-- brennen die brennbaren Bestandteile der Brennprodukte auf den Luftstrahlen aus, wobei sich die Luftüberschusszahl für die Brennprodukte mit der Annäherung an das erwähnte Ende allmählich von 0, 2 bis 0, 4 bis zu 1, 05 bis 1, 1 erhöht.
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des Aussenrohres--l--an der maximal erhitzten Stelle zu jener an der kältesten Stelle gleich 1, 3 (Kurve - -a-- in Fig. 5) ist. Nach Optimierung der Verteilung der Löcher-6-über das Zwischenrohr-2-verbesserte sich der Gleichmässigkeitsgrad der Erhitzung des Auenrohres --1-- derart, dass das Verhältnis Maximal- zu Minimaltemperatur nunmehr 1, 01 (Kurve-b-in Fig. 5) beträgt.
Die Optimierung der Verteilung der Löcher --6-- über die Länge des Zwischenrohres--2--geschieht auf der Grundlage von Wärmebilanzen für die einzelnen Zonen und von Gesetzen für das Ausströmen von Luft aus dem Ringraum-12-.
In Fig. 6 ist ein Beispiel für die optimale Verteilung der bezogenen Fläche der Löcher --6-- (Verhältnis von Summenfläche --fi-- der Löcher in einer bestimmten Zone zur Gesamt-Löcherfläche 2 R, d. h. fi/Z fi) eines gasbeheizten Strahlungs-Sackrohres mit 1 m Länge angegeben, bei dem das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Löcher--6--und der Querschnittsfläche des Ringraumes--12--gleich 1, 15 ist. Die Kurve-c-veranschaulicht die Verteilung der Löcher-6-für ein horizontal einzubauendes gasbeheiztes Strahlungs-Sackrohr ; die Kurve-d-gibt die Verteilung für ein vertikal einzubauendes Rohr an.
Gemäss den Kurven beträgt die Summenfläche der Löcher --6-- im Mittelabschnitt des Zwischenrohres --2-- bei einem horizontal liegenden Strahlungsrohr nur die Hälfte bis ein Drittel derjenigen am Anfang oder Ende desselben, wogegen bei einem vertikal stehenden Strahlungs-Sackrohr die Löcherfläche gegen das Ende des Zwischenrohres --2-- hin abnimmt.
Die Auswahl der unterschiedlichen Verteilung der Löcher--6--ist darauf zurückzuführen, dass bei einem vertikalen gasbeheizten Strahlungs-Sackrohr die Verteilung der Luft über die Länge des gelochten Zwischenrohres--2--u. a. von der Antriebskraft des erhitzten Gases beeinflusst wird, u. zw. derart, dass sich der Einfluss gegen das Ende des Strahlungs-Sackrohres hin verstärkt.
Die Optimierung der Verteilung der Löcherfläche über die Länge des Zwischenrohres--2--gestattet es, eine gleichmässige Erhitzung des Aussenrohres --1-- innerhalb eines weiten Gasverbrauchsbereiches (1 : 8 ; 1 : 10) zu erhalten.
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