DE2315907C3

DE2315907C3 - Steinstrahlbrenner

Info

Publication number: DE2315907C3
Application number: DE2315907A
Authority: DE
Inventors: Klaus Heinrich Sylvania Ohio Hemsath; John David Chicago Ill. Nesbitt; Frank Jerome Palmyra Mich. Vereecke
Original assignee: Midland Ross Corp
Current assignee: Midland Ross Corp
Priority date: 1972-04-20
Filing date: 1973-03-30
Publication date: 1979-02-01
Also published as: ES190009U; JPS4917533A; BR7302725D0; AU5359273A; ES190009Y; RO65178A; DE2315907A1; DE2315907B2; IT981998B; CA961403A; JPS5239499B2; US3782883A; FR2181326A5; GB1414043A

Description

Die Erfindung betrifft einen Steinstrahlbrenner mit einer im Brennerblock ausgebildeten Brennerkammer, in die symmetrisch angeordnete Einlaßkanäle münden und die sich über eine Schulter erweitert, sowie mit Anschlüssen für das Brenngas und die Verbrennungsluft.

Bei einem bekannten Steinstrahlbrenner der gattungsgemäßen Art (GB-PS 8 34 301) schließt sich an die Schulter der Brennkammer unmittelbar eine kegelförmige Erweiterung an, wobei dort die Schulter zwar stromabwärts des Punktes der Initialmischung von Luft und Brennstoff liegt, dort aber die Schulter in einer Zone liegt, in der noch die volle Vermischung von Luft und Brennstoff staltfindet. Eine Vormischung von Brenngas und Verbrennungsluft vor Eintritt in die Brennkammer findet dort nicht statt. In die Kammer werden das Brenngas und die Verbrennungsluft getrennt, und zwar axial, zugeführt.

■-, Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich unter keinen Umständen eine vollständige Verbrennung im Inneren des Brenners. Es findet vielmehr noch ein Teil der Verbrennung außerhalb des Brenners statt, so daß ein derartiger Steinstrahlbrenner für die Behandlung von ι» Werkstücken mit Strahlungswärme kaum geeignet ist und die Behandlung von oxidierenden Werkstoffen sehr problematisch ist.

Es ist ferner durch die US-PS 25 61 795 bekannt, daß

die tangentiale Einleitung eines Mediums einen

Ii Mischeffekt begünstigt. Im übrigen werden dort ftltropfen mit einem tangentialen Luftstrom vermischt,

um öldampf zu erzeugen.

Der Mischeffekt einer Schulter an der Basis einer Brennzone wird auch durch die US-PS 32 62 484 >(i gezeigt, bei der im übrigen ebenfalls eine erstmalige Vermischung des Brenngases mit der Verbrennungsluft in der Brennkammer selbst stattfindet und auch eine tangentiale Einleitung nicht vorgesehen ist, so daß das für die GB-PS 8 54 301 Gesagte auch hier gilt.
2^r, Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steinstrahlbrenner zu schaffen, der einerseits hoch stabil ist und bei dem andererseits die vollständige Verbrennung im Brennerinneren stattfindet

ίο Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.

Die besondere Ausgestaltung der Einlaßkanäle führt dazu, daß im Bereich der Einlaßkanäle bereits eine erste Mischung des Brenngases und der Verbrennungsluft r. stattfindet, und zwar vor der eigentlichen Brennkammer. In die Brennkammer selbst wird bereits ein Gemisch, und zwar unter intensiver weiterer Vermischung tangential, eingeleitet. In der Brennkammer selbst findet im Eingangsbereich eine weitgehende in Verbrennung bereits statt, so daß die Schulter der Brennkammer praktisch ein allerletztes Nachmischen bewirkt und sicherstellt, daß die Verbrennung vollständig im Brennerinneren stattfindet und die hochstabile Flamme in einer durch die sich an die Schulter r> anschließenden Brennkammerabschnitte exakt definierten Form aus dem Brenner austritt.

Ein derartiger Brenner ist hervorragend für das Arbeiten mit Strahlungswärme geeignet, da hierbei von der Wärme für die Oberfläche des Brenners, die ja die in Strahlungswärme überträgt, nichts verlorengeht. Durch die vollständige Verbrennung im Inneren des Brenners werden zu bearbeitende Werkstücke von Oxidationen freigehalten. Ein derartiger Brenner eignet sich somit in besonderem Maße für Temper- und Vergütungsöfen.
μ Bevorzugte weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den UnteransprUchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung Wi näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Steinstrahlbrenner gemäß der Erfindung gemäß Schnitt 1-1 der F i g. 2,

F i g. 2 einen Horizontalschnitt gemäß Schnitt 2-2 der ... Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Steinstrahlbrenner nach Fig. I.

Der in der Zeichnung dargestellte Steinstrahlbrenner

10 ist auf der Oberseite eines Ofens 12 befestigt und teilweise in eine Öffnung 14 des Ofens eingebaut. Innerhalb eines Gehäuses 16 mit einer metallischen Schale 18 ist ein feuerfester Brennerblock 20 angeordnet, in dem die Brennkammer 22 ausgebildet ist, die in ^r> offener Verbindung mit dem Inneren des Ofens steht. Um das Gehäuse 16 herum ist eine ringförmige Platte 24 angeordnet, mittels derer das Gehäuse mit dem Ofen verbunden ist, wozu die Platte 24 mittels Schrauben 26 mit einer ringförmigen Platte 28 auf der Oberseite des ι ο Ofens 12 verschraubt ist

Die Brennkammer 22 geht an ihrem zum Ofen weisenden Ende mit einer Schulter 34 in einen im Durchmesser größeren zylindrischen Abschnitt 32 über, an den sich dann in Richtung des Ofens ein sich π kegelförmig nach außen erweiternder Abschnitt 30 anschließt- Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des zylindrischen Abschnittes 32 beträgt 1 :5 bis 1 :2, vorzugsweise 1 :4. Das Verhältnis des Durchmessers des zylinderischen Abschnittes 32 zu dem der 2» Brennkammer 22 liegt zwischen 2 :1 und 6 :2. Die kegelförmigen Wandungen 36 des kegelförmigen Abschnittes 30 bilden eine glatte und re^lmäßige Oberfläche, die sich von dem stromaufwärtigen Ende des Abschnittes 30 bis zum Inneren des Ofens 12 erstreckt

Dem stromaufwärtigen Ende der Brennkammer 22 sind zwei symmetrisch angeordnete Einlaßkanäle 38 zugeordnet, die mit einem ersten Abschnitt 44 etwa tangential in die Brennkammer 22 münden. An den u> Abschnitt 44 schließt sich jeweils koaxial nach außen ein zweiter, im Querschnitt größerer Abschnitt 42 an, in den koaxial die Anschlüsse für das Brenngas und die Verbrennungsluft münden. Hierzu ist jeweils in dem Abschnitt 42 der Einlaßkanäle 38 das Ende einer Buchse r> 40 angeordnet. Jede der Buchsen 40 hat eine erste öffnung 46 an ihrem am weitesten nach außen liegenden Ende, in der eine Gasleitung 48 angeordnet ist, die sich mit einem Abschnitt vorbestimmter Länge in die Einlaßkanäle 38 hinein erstreckt und die einen w außenliegemlen Abschnitt hat, der mit einer Brenngasquelle verbunden werden kann. Das innere, in der Buchse 40 liegende Ende der Gasleitung 48 ist mit einem Stutzen 50 versehen, der eine schmale öffnung 52 hat. Jede Buchse 40 hat ferner oberseitig eine Öffnung 54, in ι, die eine Verbrennungsluftleitung 56 mündet. Diese Leitung isi mit einer Luftverso.-gungsleitung 58 verbunden. Das Gehäuse 16 trägt ferner (F i g. 3) ein auf die Brennkammer 22 weisendes Steuergerät 60.

Die Einlaßkanäle 38 sind im wesentlichen tangential zur Brennkammer 22 angeordnet. Sie liegen jedoch nicht exakt tangential, sondern um 2° bis 4° versetzt zur Tangente, so daß das Gemisch ein wenig von der Wand der Brennkammer 22 fortgerichtet wird. Es hat sich gezeigt, daß dieser leichte Winkel zur Tangente den Mischeffekt und die Stabilität in der Brennkammer 22 fördert.

Es hat sich ferner herausgestellt, daß eine besonders gute Vermischung der Verbrennungsluft und des Brenngases dann stattfindet, wenn der Durchmesser des größeren Abschnittes 42 der EinlaBkanäle 38 etwa das Zweifache des Durchmessers des schmaleren Abschnittes 44 beträgt, wodurch auch ein Rückdruck zu erzielen isi. Auch die Relativlängen der Abschnitte 42 und 44 sind von Einfluß. Es hat sich gezeigt, daß die Länge des im Durchmesser größeren Abschnittes 42 etwa das Zweifache der Länge des im Durchmesser kleineren Abschnittes 44 betragen sollte. Das Mischen wird ferner dadurch begünstigt, daß die Länge von der Siutzenöffnung 52 zu dem verengten Abschnit* :1er Einlaßkanäle 38, welche Länge in F i g. 2 mit »a« gekennzeichnet ist, etwa das Fünf- bis Zehnfache des Durchmessers der Stutzenöffnung 52 beträgt Auch dies hilft mit zur Schaffung eines Rückdruckes, der für den Brennvorgang erforderlich ist.

Ist das Gemisch in die Brennkammer 22 eingeführt und darin entzündet erfolgt ein Nachmischen über die Schulter 34. Am Ende des kegelförmigen Abschnittes 30 hat das Gemisch vollständig reagiert, wobei damit auch die insgesamt erzeugte Wärme auf die kegelförmigen Wandungen 36 übertragen wurde, die als Strahlungsflächen wirken.

Der so ausgestaltete Steinstrahlbrenner hat bei Betrieb mit Kaltluft oder vorgewärmter Luft eine große Stabilität. Bei bis auf 538°C vorgewärmter Luft und einem Luft-Gas-Verhältnis von 10 :1 bis 5:1 wurde keinerlei Instabilität festgestellt. Ebenfalls konnte keinerlei Instabilität bei einem Betrieb mit Kaltluft festgestellt werden, und zwar bei einem so niedrigen Luft-Gas-Verhältnis von beispielsweise 6,5 :1. Lag das Verhältnis darunter, wurde freier Kohlenstoff im Abgas festgestellt. Bei Betrieb mit Kaltluft wurde eine leichte Instabilität bei einem Luft-Gas-Verhältnis von über 17 : 1 erstmals festgestellt, doch erreichte diese Instabilität bei einem Verhältnis von 2C : 1 node nicht ein Ausmaß, daß es zu einem Erlöschen der Flamme kam.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steinstrahlbrenner mit einer im Brennerblock ausgebildeten Brennkammer, in die symmetrisch angeordnete Einlaßkanäle münden und die sich über eine Schulter erweitert, sowie mit Anschlüssen für das Brenngas und die Verbrennungsluft, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Einlaßkanäle (38) mit einem ersten Abschnitt (44) etwa tangential in die Brennkammer (22) münden und sie einen sich an den ersten Abschnitt (44) koaxial nach außen anschließenden zweiten, im Querschnitt größeren Abschnitt (42) aufweisen, in den koaxial die Anschlüsse für das Brenngas und die Verbrennungsluft münden und daß sich an die Schulter (34) der Brennkammer (22) ein im Durchmesser größerer, zylindrischer Abschnitt (32) anschließt, an den sich wiederum ein sich kegelförmig nach außen erweiternder Abschnitt (30) anschließt

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d»£ zwei Einlaßkanäle (38) symmetrisch zur Brennkammer (22) angeordnet sind.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der Einlaßkanäle (38) in einem Winkel von 2° bis 4° zur Tangente an die Brennkammer (22) zum Kanimerinneren hin geneigt liegen.

4. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des zweiten Abschnittes (42) etwa die zweifache Größe des Durchmessers des ersten Abschnittes (44) hat.

5. Brenner nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des zweiten Abschnittes (42) etwa die zweifacne Größe der Länge des ersten Abschnittes (44) hat.

6. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des zylindrischen Abschnittes (32) um das Zwei- bis Fünffache größer als dessen Länge ist.

7. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers des zylindrischen Abschnittes (32) zum größten Innendurchmesser der Brennerkammer (22) zwischen 6 :5 und 2 :1 beträgt.

8. Brenner nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung zwischen der Mündungsöffnung (52) des in den zweiten Abschnitt (42) mündenden Gaszufuhrrohres (48) und dem ihr zugewandten Anfang des ersten Abschnittes (44) um das Fünf- bis Zehnfache größer ist als der Durchmesser der Mündungsöffnung (52).