DE3732922A1

DE3732922A1 - High pressure combustion vessel

Info

Publication number: DE3732922A1
Application number: DE19873732922
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Resch; Gerald Ing Stanzer; Josef Ing Winkler
Original assignee: AVL List GmbH; AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1986-10-06
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1988-04-14
Also published as: AT386284B; DE3732922C2; ATA264986A

Abstract

In a high pressure combustion vessel (1), the adaptor (5) for accommodating the pressure absorber connected to the combustion chamber (2) via a drilled index hole (9) is inserted from the side of the combustion chamber (2) into the drilled accommodation hole (3) and seals against a shoulder (13) in the drilled accommodation hole (3). This thereby supports sealing with rising pressure in the combustion chamber (2), with, at the same time, the pressure absorber being able to be placed as close as desired to the combustion chamber (2) without the strength in this region suffering. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochdruck-Verbrennungsge fäß mit einem einen Verbrennungsraum umschließenden Mantel und zumindest einem in einem in einer Aufnahmeboh rung des Mantels befestigten Adapter angeordneten und über eine Indizierbohrung im Adapter mit dem Verbrennungs raum in Verbindung stehenden Druckaufnehmer.The invention relates to a high-pressure incinerator barrel with a combustion chamber enclosing Coat and at least one in one in a receiving hole tion of the jacket attached adapter and via an indexing hole in the adapter with the combustion space-related pressure transducers.

Derartige Verbrennungsgefäße sind bekannt und werden hauptsächlich zur Untersuchung der Eigenschaften von Treibladungspulvern in fester bzw. pulveriger Form aber auch zur Untersuchung von flüssigen Treibstoffen und dergleichen verwendet. Der üblicherweise große Wandstärken aus hochfestem Material aufweisende Mantel weist zumin dest einen entsprechend abgedichteten Verschlußkopf auf, nach dessen Entfernung der Verbrennungsraum zum Reinigen der Innenwände bzw. zum Einbringen der Proben zugänglich ist. Der Verbrennungsraum selbst kann je nach dem Zweck des Verbrennungsgefäßes verschiedene Größe aufweisen - üblich sind Volumina im Bereich von wenigen Kubikzenti metern bis zu etlichen Litern. Obwohl eine Kugelgestalt an sich ideal für die Form des Verbrennungsraumes wäre, hat sich doch die zylindrische Bauform durchgesetzt, da sich diese fertigungstechnisch wesentlich einfacher und damit preisgünstiger verwirklichen läßt.Such combustion vessels are known and are mainly to study the properties of Propellant powder in solid or powdery form, however also for the investigation of liquid fuels and the like used. Usually thick walls made of high-strength material has at least at least a correspondingly sealed closure head, after removing the combustion chamber for cleaning of the inner walls or for introducing the samples is. The combustion chamber itself can vary depending on the purpose of the combustion vessel have different sizes - Volumes in the range of a few cubic centi are common meters up to several liters. Although a spherical shape would in itself be ideal for the shape of the combustion chamber, the cylindrical design has prevailed since this is technically much easier and so it can be realized more cheaply.

Um eine möglichst unmittelbare Druckanzeige und keine Meßwertverfälschungen durch Schwingungen der Gas säule in der Indizierbohrung zwischen dem Verbrennungs raum und dem Druckaufnehmer zu erhalten, wird diese Indizierbohrung nach Möglichkeit sehr kurz ausgeführt, wobei als Richtwert für die maximale Länge etwa 5 mm gelten. Diese Indizierbohrung geht nun bei den bekannten Ausführungen entweder vom inneren Ende der Aufnahmebohrung für den von außen einsetzbaren Adapter aus oder ist in dem an einer Schulter am inneren Ende der Aufnahmebohrung von außen her anliegenden Adapter selbst angebracht, wobei sich in beiden Fällen der Nachteil ergibt, daß die ver bleibende Wandstärke des Mantels im Bereich des dem Ver brennungsraum zugewandten inneren Endes der Aufnahmeboh rung relativ klein ausgeführt werden muß, um die gewünsch te Länge der Indizierbohrung nicht zu überschreiten. Ein weiterer gravierender Nachteil ergibt sich noch daraus, daß der Adapter für den Druckaufnehmer mit relativ hoher Vorspannkraft von der Außenseite des Mantels her gegen eine Dichtfläche am inneren Ende der Aufnahmebohrung bzw. an der genannten Schulter gedrückt werden muß, da anson sten die hohen bei der Verbrennung der Probe im Ver brennungsraum auftretenden Drücke nicht beherrschbar sind. Diese hohen Vorspannkräfte bewirken in dem in seiner Wand stärke ohnedies geschwächten Bereich am inneren Ende der Aufnahmebohrung äußerst ungünstige hohe Wechselbelastun gen, in Verbindung mit dem Thermoschock durch die bei der Verbrennungs entstehenden heißen Pulvergase, die zu Rissen und Sprüngen und zur Zerstörung des Verbrennungs gefäßes führen können.In order to display the pressure as immediately as possible and no falsification of measurements due to gas vibrations column in the indexing hole between the combustion space and the pressure transducer, this will If possible, the indexing hole is very short, as a guideline for the maximum length about 5 mm be valid. This indexing hole now works with the known ones Designs either from the inner end of the location hole for the externally usable adapter or is in the on a shoulder at the inner end of the mounting hole from externally attached adapter itself, where in both cases the disadvantage arises that the ver permanent wall thickness of the jacket in the area of the ver combustion chamber facing inner end of the receiving bore tion must be carried out relatively small to the desired not exceed the length of the indexing hole. A Another serious disadvantage arises from that the adapter for the pressure transducer with a relatively high Prestressing force from the outside of the jacket a sealing surface at the inner end of the receiving bore or must be pressed on the shoulder mentioned, otherwise most high when burning the sample in the ver pressures occurring in the combustion chamber cannot be controlled. These high prestressing forces result in its wall anyway strengthen the weakened area at the inner end of the Location bore extremely unfavorable high alternating loads gen, in connection with the thermal shock by the at the combustion of hot powder gases Cracks and cracks and to destroy the burn can lead vessel.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die ge nannten Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermei den und insbesonders ein Hochdruck-Verbrennungsgefäß so auszuführen, daß trotz Ermöglichung einer sehr kurzen Indizierbohrung eine zuverlässige Abdichtung des Adapters in der Aufnahmebohrung unter Ausschaltung der Gefahr einer Beschädigung in diesem Bereich sichergestellt werden kann.The object of the present invention is the ge mentioned disadvantages of the known arrangements to avoid that and especially a high pressure combustion vessel like that to execute that despite allowing a very short Indication hole a reliable seal of the adapter in the mounting hole while eliminating the risk of Damage can be ensured in this area.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Aufnahmebohrung an der dem Verbrennungsraum zuge wandten Seite einen Bereich mit größerem Durchmesser als im anschließenden Bereich aufweist und daß der vom Ver brennungsraum her einsetzbare Adapter mittels einer Schulter gegen die Übergangsschulter zwischen diesen bei den Bereichen der Aufnahmebohrung abdichtet. Durch diese Ausbildung wird nun die Wirkung der Dichtung des Adap ters in der Aufnahmebohrung durch den Innendruck des Verbrennungsraumes selbst unterstützt, sodaß keine hohen Vorspannkräfte mehr erforderlich sind. Weiters kann die Indizierbohrung im Adapter beliebig kurz gemacht werden, da keine Wandstärke des Mantels mehr für die Auflage des Adapters im Bereich zwischen diesem und der Wand des Verbrennungsraums erforderlich ist. Die besonders bean spruchte Zone ist nun auch mit dem Adapter austauschbar, was eine lange Lebens- bzw. Gebrauchsdauer für die doch sehr teueren Verbrennungsgefäße garantiert.This is achieved according to the invention in that the receiving hole on the combustion chamber turned an area with a larger diameter than has in the subsequent area and that the Ver adapter using a combustion chamber Shoulder against the transitional shoulder between these seals the areas of the mounting hole. Through this Training now becomes the effect of Adap's poetry ters in the mounting hole by the internal pressure of the Combustion chamber supports itself, so no high Preload forces are required more. Furthermore, the The indexing hole in the adapter can be made as short as possible, since no more wall thickness of the jacket for the support of the Adapters in the area between this and the wall of the Combustion chamber is required. The particularly bean spoken zone is now also interchangeable with the adapter, what a long life or useful life for them very expensive combustion vessels guaranteed.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen der Schulter des Adapters und der Übergangs schulter der Aufnahmebohrung eine Hochdruckdichtung an geordnet sein, was die Lebensdauer des Adapters und des Verbrennungsgefäßes ebenfalls steigert, da der hoch beanspruchte eigentliche Dichtbereich damit austauschbar ist. Prinzipiell ist aber natürlich die Abdichtung auch über entsprechende Formgebung bzw. Oberflächenbeschaffen heit im Dichtbereich möglich.According to a further embodiment of the invention between the shoulder of the adapter and the transition shoulder a high-pressure seal on the mounting hole be ordered what the life of the adapter and the Incinerator also increases because of the high The actual sealing area is therefore interchangeable is. In principle, of course, the seal is also through appropriate shaping or surface procurement possible in the sealing area.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Adapter an der im eingesetzten Zustand dem Ver brennungsraum zugewandten Seite zylindrisch ausgebildet ist und in diesem Bereich den Außendurchmesser der Schulter aufweist, wobei ein Ringspalt zur Aufnahmebohrung gebil det ist und der Adapter im wesentlichen bündig mit der Innenwand des Mantels abschließt. Damit ist die Hitze beanspruchung des Dichtbereichs bzw. der Dichtung ver ringert und eine bis auf die Mündung der Indizierbohrung und den Ringspalt praktisch ungestörte, durchgehende Oberfläche an der Innenwand des Mantels gegeben.In a further embodiment of the invention, that the adapter on the Ver combustion chamber side facing cylindrical and in this area the outside diameter of the shoulder has, with an annular gap to the receiving bore gebil det and the adapter is essentially flush with the Closes the inner wall of the jacket. So that's the heat strain on the sealing area or the seal wrestles and one down to the mouth of the indexing hole and the ring gap practically undisturbed, continuous Given surface on the inner wall of the jacket.

Nach einer besonders bevorzugten weiteren Ausge staltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Adapter an der im eingesetzten Zustand dem Verbrennungsraum abgewandten Seite ein Gewinde aufweist, das mit dem Ge winde einer von außen betätigbaren und am Mantel abge stützten Befestigungsschraube in Eingriff steht. Obwohl der Adapter natürlich auch selbst vom Verbrennungsraum her in der Aufnahmebohrung beispielsweise durch Einschrau ben befestigt sein könnte, hat sich diese Ausbildung doch zufolge der leichteren Handhabung und der sicheren Be- festigung bewährt. Die auf den Dichtbereich bzw. die Dichtung an der Übergangsschulter zwischen den beiden genannten Bereichen der Aufnahmebohrung auszuübende Vor spannkraft braucht nicht allzu hoch zu sein, da - wie bereits erwähnt - mit steigendem Innendruck im Verbren nungsraum auch die Dichtwirkung zufolge der erfindungs gemäßen Ausführungen zunimmt.According to a particularly preferred further Ausge staltung of the invention it is provided that the adapter on the combustion chamber when in use opposite side has a thread that with the Ge a winch that can be operated from the outside and is removed from the jacket supported fastening screw is engaged. Even though the adapter of course also from the combustion chamber itself forth in the mounting hole, for example by screwing in ben could be attached, but this training has due to the easier handling and the safe handling consolidation proven. The on the sealing area or the Seal on the transition shoulder between the two mentioned areas of the receiving bore to be exercised before tension does not have to be too high, there - how already mentioned - with increasing internal pressure when burning also the sealing effect according to the invention according to the designs increases.

Die Befestigungsschraube kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hohl ausgeführt sein, das Gewinde innen aufweisen, sich an einer weiteren Übergangsschulter zwischen einem von der Außenwand des Mantels her im Durchmesser erweiterten Bereich und dem anschließenden Bereich geringeren Durchmessers der Auf nahmebohrung abstützen und mit dem außen am Adapter vor gesehenen Gewinde in Eingriff stehen. Diese Ausbildung ermöglicht eine einfache Montage und Kontaktierung des im Adapter angeordneten Druckaufnehmers und sichert damit eine einfache Durchführung der Messungen.The fastening screw can be used for another advantageous embodiment of the invention is hollow be that have threads on the inside, on another Transitional shoulder between one of the outer wall of the Mantels forth in the expanded area and the diameter subsequent area of smaller diameter of the up Support the bore and with the outside of the adapter seen thread are engaged. This training enables easy assembly and contacting of the pressure transducer arranged in the adapter and secures making measurements easy.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung, welche einen Querschnitt durch ein Hochdruck- Verbrennungsgefäß im Bereich des Adapters für den Druck aufnehmer zeigt, behandelten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is based on the in the Drawing showing a cross section through a high pressure Combustion vessel in the area of the adapter for the pressure sensor shows, treated embodiment closer explained.

Das Hochdruck-Verbrennungsgefäß 1 ist in der nur teilweise dargestellten Ausführung zylindrisch ausgebil det, wobei der Verbrennungsraum 2 bis auf eine Aufnahme bohrung 3 und einen am nicht dargestellten gegenüberlie genden Ende angeordneten Verschlußkopf allseitig von einem Mantel 4 umschlossen ist. In der Aufnahmebohrung 3 ist ein Adapter 5 angeordnet, der in seinem Inneren zur Aufnahme eines hier nicht dargestellten Druckauf nehmers ausgebildet ist. Dieser Druckaufnehmer, der bei spielsweise als piezoelektrischer Druckaufnehmer aus geführt sein kann, wird in einem Gewinde 6 des Adapters 5 eingeschraubt und dichtet dann gegen eine Schulter 7 ab, wobei die Membran des Druckaufnehmers im Bereich des äußeren Endes 8 einer Indizierbohrung 9 zu liegen kommt. The high-pressure combustion vessel 1 is cylindrical ausgebil det in the only partially shown embodiment, the combustion chamber 2 except for a receiving bore 3 and a closure head arranged at the opposite end not shown is enclosed on all sides by a jacket 4 . In the receiving bore 3 , an adapter 5 is arranged, which is formed in its interior for receiving a Druckauf not shown here. This pressure transducer, which can be designed as a piezoelectric pressure transducer, is screwed into a thread 6 of the adapter 5 and then seals against a shoulder 7 , the membrane of the pressure transducer coming to rest in the area of the outer end 8 of an indexing bore 9 .

Die Indizierbohrung 9 verbindet den Verbrennungsraum 2 mit dem in den Adapter 5 einsetzbaren Druckaufnehmer und ermöglicht damit eine entsprechende Messung des bei der Verbrennung einer Probe im Verbrennungsraum 2 auftreten den Druckverlaufes über eine hier ebenfalls nicht darge stellte, am Druckaufnehmer über ein Kabel angeschlossene Auswerteeinrichtung.The indicator bore 9 connects the combustion chamber 2 with the pressure transducer that can be inserted into the adapter 5 and thus enables a corresponding measurement of the pressure curve occurring during the combustion of a sample in the combustion chamber 2 via an evaluation device, also not shown here, connected to the pressure transducer via a cable.

Die Aufnahmebohrung 3 weist an der dem Verbrennungs raum 2 zugewandten Seite einen Bereich 10 mit größerem Durchmesser als im anschließenden Bereich 11 auf, wobei der vom Verbrennungsraum 2 her einsetzbare Adapter 5 mittels einer Schulter 12 gegen die Übergangsschulter 13 zwischen diesen beiden Bereichen 10, 11 der Aufnahme bohrung 3 abdichtet. Zur Verbesserung der Abdichtung bzw. zur Ermöglichung eines Austauschs des eigentlichen Dichtteils ist zwischen der Schulter 12 des Adapters 5 und der Übergangsschulter 13 der Aufnahmebohrung 3 eine Hochdruckdichtung 14 angeordnet. Der Adapter 5 weist an der im eingesetzten Zustand dem Verbrennungsraum 2 abge wandten Seite ein an seinem Außenumfang angeordnetes Gewinde 15 auf, welches mit dem an der Innenseite einer eine Durchgangsbohrung 16 aufweisenden Befestigungsschrau be 17 angebrachten Gewinde 18 zusammenwirkt. Die Be festigungsschraube 17 ist an der Übergangsschulter 19 zwischen einem von der Außenwand des Mantels 1 her im Durchmesser erweiterten Bereich 20 und dem anschließenden Bereich 11 der Aufnahmebohrung 3 abgestützt und ermög licht damit eine Vorspannung der Hochdruckdichtung 14. Da die Hochdruckdichtung 14 bei steigendem Innendruck im Verbrennungsraum 2 zufolge des vom Verbrennungsraum 2 her einsetzbaren Adapters 5 bzw. der Durchmesserverhält nisse im Dichtbereich selbsttätig von der Schulter 12 stärker gegen die Übergangsschulter 13 gepreßt wird, kann die über die Befestigungsschraube 17 ausgeübte Vorspann kraft relativ gering gehalten werden.The receiving bore 3 has on the side facing the combustion chamber 2 an area 10 with a larger diameter than in the adjoining area 11 , the adapter 5 which can be used from the combustion chamber 2 by means of a shoulder 12 against the transitional shoulder 13 between these two areas 10 , 11 of Recording hole 3 seals. To improve the seal and for allowing replacement of the actual sealing portion of the adapter 5 and the transition shoulder 13 of the mounting hole 3 is arranged a high pressure seal 14 between the shoulder 12th The adapter 5 has, on the abge in the inserted state the combustion chamber 2 side adjacent to a valve disposed at its outer peripheral thread 15 which be cooperates 17 attached to thread 18 by having on the inside of a through hole 16 Befestigungsschrau. Be the fastening screw 17 is supported on the transition shoulder 19 between a region 20 with an enlarged diameter from the outer wall of the jacket 1 and the adjoining region 11 of the receiving bore 3 and thus enables a prestressing of the high-pressure seal 14 . Since the high pressure seal 14 with increasing internal pressure in the combustion chamber 2 due to the usable from the combustion chamber 2 adapter 5 or the diameter ratio nisse in the sealing area is automatically pressed more strongly by the shoulder 12 against the transition shoulder 13 , the biasing force exerted by the fastening screw 17 can be relatively low being held.

An der dem Verbrennungsraum 2 zugewandten Seite weist der Adapter 5 durchgehend den Außendurchmesser der Schulter 12 und einen Ringspalt 21 zum Bereich 10 der Aufnahmebohrung 3 auf, wodurch ein gewisser thermischer Schutz für die Hochdruckdichtung 14 gegeben ist.On the side facing the combustion chamber 2 , the adapter 5 has the outer diameter of the shoulder 12 and an annular gap 21 to the area 10 of the receiving bore 3 , which provides a certain thermal protection for the high-pressure seal 14 .

Abgesehen von der dargestellten Ausführung mit einer kurzen Indizierbohrung 9 könnte der Adapter 5 aber natür lich auch so ausgeführt sein, daß die Stirnfläche bzw. die Membran des einzusetzenden Druckaufnehmers bündig mit der Innenwand des Mantels 4 abschließt - auch dadurch würde sich nichts an den durch die Form und Anordnung des Adapters bedingten Vorteilen im Bezug auf Dichtheit, Festigkeit und Lebensdauer der Anordnung ändern.Apart from the embodiment shown with a short indexing hole 9 , the adapter 5 could of course also be designed so that the end face or the membrane of the pressure transducer to be used is flush with the inner wall of the jacket 4 - this would also mean that nothing would be caused by the Advantages of the shape and arrangement of the adapter in terms of tightness, strength and durability of the arrangement change.

Weiters könnte der Adapter natürlich auch exzentrisch zur Achse des zylindrischen Verbrennungsraumes oder in der zylindrischen Seitenwand des Verbrennungsraumes an geordnet sein; es sind auch Ausführungen möglich, bei denen der äußere Durchmesser des Ringspalts 21 dem Innendurchmesser des Verbrennungsraumes gleicht, womit die dem Verbrennungsraum 2 zugewandte Stirnfläche des Adapters auch gleichzeitig die Stirnfläche des Ver brennungsraumes bildet.Furthermore, the adapter could of course also be arranged eccentrically to the axis of the cylindrical combustion chamber or in the cylindrical side wall of the combustion chamber; Designs are also possible in which the outer diameter of the annular gap 21 is equal to the inner diameter of the combustion chamber, so that the end face of the adapter facing the combustion chamber 2 also forms the end face of the combustion chamber at the same time.

Claims

1. High-pressure combustion vessel, with a combustion chamber enclosing casing and at least one arranged in a sealed in a receiving bore of the jacket attached adapter and via an indicating bore in the adapter with the combustion chamber in connection connec tional pressure transducer, characterized in that the receiving bore ( 3 ) on the side facing the combustion chamber ( 2 ) has an area ( 10 ) with a larger diameter than in the closing area ( 11 ) and that the adapter ( 5 ) which can be used from the combustion chamber ( 2 ) is provided by means of a shoulder ( 12 ) seals against the transition shoulder ( 13 ) between these two areas ( 10 , 11 ) of the receiving bore ( 3 ).

2. Combustion vessel according to claim 1, characterized in that a high-pressure seal ( 14 ) is arranged between the shoulder ( 12 ) of the adapter ( 5 ) and the transition shoulder ( 13 ) of the receiving bore ( 3 ).

3. Combustion vessel according to claim 1 or 2, characterized in that the adapter ( 5 ) on the side facing the combustion chamber ( 2 ) in the inserted state is cylindrical and in this area has the outer diameter of the shoulder ( 12 ), an annular gap ( 21 ) for receiving bore ( 3 ) is formed and the adapter ( 5 ) is essentially flush with the inner wall of the jacket ( 4 ).

4. Combustion vessel according to one of claims 1 to 3, characterized in that the adapter ( 5 ) on the in the inserted state of the combustion chamber ( 2 ) abge side has a thread ( 15 ) with the thread ( 18 ) one from the outside actuatable and on the jacket ( 4 ) supported fastening screw ( 17 ) is engaged.

5. Combustion vessel according to claim 4, characterized in that the fastening screw ( 17 ) is hollow, the thread ( 18 ) has inside, on a further transition shoulder ( 19 ) between one of the outer wall of the jacket ( 4 ) in diameter enlarged area ( 20 ) and the adjoining area ( 11 ) of smaller diameter of the receiving bore ( 3 ) is supported and with the outside of the adapter ( 5 ) provided thread ( 15 ) is engaged.