CH399075A - Brennkammer, insbesondere für magnetogasdynamische Maschinen - Google Patents
Brennkammer, insbesondere für magnetogasdynamische MaschinenInfo
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- CH399075A CH399075A CH895662A CH895662A CH399075A CH 399075 A CH399075 A CH 399075A CH 895662 A CH895662 A CH 895662A CH 895662 A CH895662 A CH 895662A CH 399075 A CH399075 A CH 399075A
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Description
Brennkammer, insbesondere für magnetogasdynamische Maschinen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brenn kammer, insbesondere für magnetogasdynamische Maschinen. Bei der Gestaltung der Wände von Feuerräumen werden entsprechend deren Verwendungszweck und Temperaturbereich sowohl metallische als auch ke ramische Werkstoffe verwendet. Eine metallische Wand wird dann gewählt, wenn entweder Wärme der Flamme direkt entzogen wer den soll (Kessel) oder hohe Wärmeverluste an die Wand nicht nachteilig sind (Gasturbinen). Muss dagegen die Flamme vor allzu hohen Strah lungsverlusten geschützt werden oder ist eine hin reichende Kühlung der Wand nicht erwünscht oder kann nicht gewährleistet werden, so kann vorteil- hafterweise eine keramische Wand Verwendung fin den. Bei sehr hohen Temperaturen und relativ hohen Emissionskoeffizienten der Flamme wird an eine gekühlte, metallische Wand ein sehr grosser Anteil der entwickelten Wärme abgegeben. Die Verbren nung erfolgt dann nicht adiabatisch, und die Flam mentemperatur bleibt wesentlich unter dem theore tisch erreichbaren stöchiometrischen Maximum. Bei hohen Temperaturen, wie ,sie mit stöchio- metrischen Gemischen erreicht werden können, be steht die Gefahr, dass sehr gut isolierende, keramische Wände an der flammenseitigen Oberfläche schmelzen. Dieses Schmelzen kann so weit fortschreiten, dass es die Festigkeit der Wände gefährdet. Bei Zyklonbrennern für Kohlenstaubfeuerungen kann eine Kombination von wassergekühlter Wand mit keramischem Überzug angewendet werden. Da bei klebt die geschmolzene Asche an den Kühkohren und schützt sie damit vor schädigender Feuerwirkung. Der Nachteil dieser Ausführung liegt darin, dass praktisch nur Kohlenstaub verbrannt werden kann, da das Heizöl zu wenig und zudem ungeeignete Schlacke erzeugt. Für das Erreichen höchster Temperaturen, wie sie in m.agnetogasdynamischen Maschinen notwendig sind, ist es wichtig, dass die Wärmeverluste der Flamme an die Brennkammerwand möglichst niedrig gehalten werden, da sonst, trotz Rekuperationsmög- lichkeiten, die gewünschte Flammentemperatur nicht erreicht wird. Der Sprung zwischen Flammentempe ratur und der noch zulässigen Betriebstemperatur der Wand ist trotzdem derart gross, dass mit be trächtlichen Wärmeflüssen zu rechnen ist. Diese auf die Wand einfallende Wärme wird mit Vorteil mit Hilfe einer Wasserkühlung abgeführt. Die technische Realisierung einer wassergekühlten, kompakten, ke ramischen Wand stösst auf beträchtliche Schwierig keiten, vor allem infolge von Wärmespannungen. Die bisherigen Ausführungen von Brennkammer auskleidungen sind für derartige Maschinen daher ungeeignet. Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer für diese Zwecke einsetzbaren Brenn- kammer. Diese zeichnet sich aus durch ein oder mehrere mindestens teilweise aus Keramikmaterial bestehende, mittels gekühlter Organe festgehaltene Auskleidungselemente. Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anschliessend anhand von Figuren erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt gemäss Linie I-I durch einen Ausschnitt aus einer Brennkammer, in schematischer Darstellung, Fig. 2 eine Aufsicht auf den in Fig. 1 dargestellten Brennkammerausschnitt, Fig. 3 ein Auskleidungselement von vorne, Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer weitern Brenn kammerkonstruktion, analog Fig. 1. Eine Brennkammer 1 einer magnetogasdynami- scher. Maschine ist mit plättchenartigen Elementen 2 ausgekleidet, die aus feuerfestem Material bestehen, vorzugsweise aus Keramikmaterial oder einem ent sprechenden Material mit Keramikzusätzen. Diese Auskleidungselemente 2 sind mit einer konischen Bohrung 3 versehen. Auf der der Brennkammer 1 abgewandten Seite der Elemente 2 befindet sich ein Kühlsystem, von welchem in den Fig. 1 und 2 ein Kühlrohr 5 dar gestellt ist. Im Innern des Rohres 5 fliesst ein Kühl medium 6. Das Rohr 5 ist Träger von als Zapfen 7 ausgebildeten Halteorganen, die der Aufnahme der Auskleidungselemente 2 dienen. Die Elemente 2 sind unter Zwischenschaltung eines konischen Aufzieh- ringes 9 auf dem Zapfen 7 gelagert und mittels eines Auflageringes 8 und einer Mutter 10 befestigt. Sie können sich nach allen Richtungen frei ausdehnen, womit das Auftreten von Wärmespannungen und die Bruchgefahr der Elemente verhütet wird. Die Zapfen 7 können als Vollzapfen, wie aus Fig. 1 ersichtlich, oder mit Ausnehmungen zur Zir kulation des Kühlmediums 6 vorgesehen werden. Die Zapfen 7 sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich, mit dem Kühlrohr 5 durch Lötung oder Schweissung verbunden. Der Auflagering 8 und Aufziehring 9 bestehen aus einem vorzugsweise keramischen Mate rial mit geringem Wärmeleitkoeffizienten. Anstelle der Mutter 10 kann ein Abschlussring verwendet werden, der mit dem Zapfen 7 verlötet ist. In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Brennkammerauskleidung dargestellt, in welcher die Auskleidungselemente 2 auf in einer Kühlwand 16 eingetriebenen Zapfen 15 befestigt sind, deren ko nisch ausgestaltetes Ende die Aufnahme der mit der konischen Bohrung 3 versehenen Auskleidungsele- mente 2 ermöglicht, wobei eine Schraube 18 das Aus kleidungselement 2 auf dem Zapfen fixiert. Die Kühl wand 16 ist mit Kühlmitteldurchlässen 17 versehen. Die Form der Kühlwand 16 richtet sich nach der Form der Brennkammer 1. Die Kühlwand 16 trägt so viele Zapfen 15, als nötig sind, um mit Hilfe der Auskleidungselemente 2 die Brennkammer 1 auszukleiden. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besitzen die benach barten Auskleidungselemente 2 im kalten Zustand genügend Spiel, um sich im Betriebszustand der Brennkammer nicht zu berühren. Dicke und Material der quaderförmigen Aus kleidungselemente 2 sind derart zu wählen, dass die Temperatur der der vorzugsweise wassergekühlten Wand 16 bzw. dem wassergekühlten Kühlrohr 5 zugekehrten Seite noch derart hoch bleibt, dass die Wärme vom Auskleidungselement 2 an die gekühlten Stellen durch Strahlung abgeführt werden kann. Es ist grundsätzlich auch möglich, grössere Ele mente zu verwenden und sie mit mehreren gekühlten Zapfen abzustützen. Die Zapfen 7 bzw. 15 sind aus einem sehr gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer, her gestellt. Die Kühlung dieser Auskleidungselemente erfolgt durch Strahlung an die Kühlrohre bzw. Kühlwände, so dass diese Elemente frei von direkter Kontakt kühlung sind, was das Risiko von Temperaturspan nungen in diesen Elementen und ihren frühzeitigen Zerfall bedeutend vermindert. Durch entsprechende Gestaltung der Ausklei- dungselemente und der Kühlwände ist es möglich, die Wärmeübertragung durch Strahlung derart ab zustimmen, dass die durch das verwendete Material der Auskleidungselemente festgesetzte höchstzuläs sige Temperatur eingehalten werden kann. Die beschriebene Konstruktion gestattet somit einen Betrieb der Brennkammer mit geringsten Wär meverlusten und hohen Flammentemperaturen.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH Brennkammer, gekennzeichnet durch ein oder mehrere, mindestens teilweise aus Keramikmaterial bestehende, mittels gekühlter Organe (7) festgehaltene Auskleidungselemente (2). UNTERANSPRÜCHE 1. Brennkammer nach Patentanspruch, gekenn zeichnet durch mit den Halteorganen (7) mindestens in Kühlmittelverbindung stehende, in Richtung des Wärmeflusses den Elementen (2) nachgeschaltete Mittel (5), welche derart angeordnet sind, dass sie mit den Auskleidungselementen (2) in Strahlungs austausch stehen zum Zwecke, diese Elemente (2) auf vorbestimmter Höchsttemperatur zu halten.z. Brennkammer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteorgane (7) als Zapfen ausgebildet sind. 3. Brennkammer nach Patentanspruch und Un teranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zap fen (7) hohl ausgebildet sind zum Zwecke des Kühl mitteldurchflusses. 4. Brennkammer nach Patentanspruch und Unter anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen als volle Zapfen ausgebildet sind. 5. Brennkammer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Auskleidungselement (2) durch mehrere Organe (7) festgehalten ist. 6. Brennkammer nach Patentanspruch und Unter anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen aus Kupfer bestehen.7. Brennkammer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteorgane (7) mit den den Auskieidungselementen (2) nachgeschalteten Mitteln (5) metallisch unlösbar verbunden sind. B. Brennkammer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidungselemente (2) mit den Halteorganen (7) mit Hilfe von aus kera mischem Material bestehenden Ringen (8, 9) ver bunden sind, welche Ringe (8, 9) eine geringere Wärmeleitfähigkeit besitzen als die Auskleidungsele- mente (2).
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