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Heizrohr für Erhitzung von Gasen oder Dämpfen auf sehr hohe Temperaturen,
insbesondere für Lufterhitzer von Luftturbinen Es ist allgemein bekannt, die Wände
der Feuerräume von Dampfkesseln, besonders von solchen, die mit Kohlenstaub beheizt
werden, mit Rohren (Kühlrohren) zu bekleiden, in denen Wasser verdampft. Infolge
des ausgezeichneten Wärmeüberganges zwischen den Wandungen der Rohre und dem sie
durchströmenden Gemisch von Wasser und Dampf sind Feuerraumtemperaturen bis zu 150o°
C zulässig, ohne daß sich die Rohrwandungen unzulässig hoch erhitzen oder zwischen
der beheizten und nichtbeheizten Seite der Rohre unzulässige Temperaturunterschiede
auftreten. Verwendet man aber derartige Rohre als Heizrohre zum Erhitzen von Gasen
oder von Dämpfen, vor allem von Luft zum Betrieb sogenannter Luftturbinen (geschlossener
Gasturbinen), so wären häufig untragbar hohe Geschwindigkeiten der zu erhitzenden
Medien im Innern der Rohre nötig, wenn die Rohrwand von den Medien genügend stark
gekühlt werden soll. Man hat daher immer wieder nach Mitteln gesucht, um derartige
Rohre gegen zu starke Wärmeaufnahme von den Flammen durch feuerfeste Überzüge oder
auf ähnliche Weise zu schützen. Derartige Konstruktionen sind aber oft entweder
zu teuer oder zu sperrig oder deshalb nicht geeignet, weil sie die Rohre schwächen.
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Es sind auch keramische Schutzrohre verwendet worden, die jedoch außer
schlechter Wärmeleit-
Fähigkeit den Nachteil großer Bruchempfindlichkeit
aufweisen und auf Grund schwieriger Formgebung sowie sehr sperriger Abmessungen
sich nicht als wirtschaftlich genug erwiesen haben. Auch die Anwendung von metallischen
Schutzrohren ist bekannt, jedoch sind Eisher nur sehr komplizierte Bauformen vorgeschlagen
worden, die bezüglich Herstellung und Zusammenbau nicht den Anforderungen voll genügen.
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Gemäß vorliegender Erfindung soll eine thermische Überlastung der
Rohre vermieden werden, die im folgenden als. Heizrohre bezeichnet sind und zur
Erhitzung von Gasen oder Dämpfen auf sehr hohe Temperaturen dienen sowie insbesondere
für Lufterhitzer von Luftturbinen mit die Heizrohre umgebenden zunderfesten Schutzrohren
guter Wärmeleitfähigkeit verwendet werden und das Kennzeichen aufweisen, daß die
Schutzrohre zur Wärmeabführung durch Leitung mit den Heizrohren mittelbar oder unmittelbar
teilweise metallisch in Berührung stehen, und zwar in einem Flächenverhältnis, so
daß unerwünscht hohe Temperaturen im Schutzrohr verhindert werden.
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Diese Schutzrohre können dünn sein und aus einem Material, z_. B.
hitzebeständigem Stahl bestehen, das zwar sehr hohe Temperatur, aber keine nennenswerte
mechanische Beanspruchung vertragen können muß.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist das Schutzrohr axiale
oder radiale Einbuchtungen auf, die sich an den Umfang des Schutzrohres anschmiegen.
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Es kann aber auch zwischen Heizrohr und Schutzrohr ein Zwischenrohr
vorgesehen sein, dessen innerer Umfang satt an den Heizrohren liegt, während sein
äußerer Umfang Vorsprünge besitzt, die satt am Schutzrohr anliegen.
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Die gemäß der Erfindung beanspruchten Schutzrohrkonstruktionen aus
metallischem Werkstoff können aus Blechstreifen in Gesenke gepreßt und dabei in
der Werkstatt auf die Heizrohre aufgezogen werden, so daß die fertigen Rohre auf
der Baustelle nur eingeschweißt zu werden brauchen, ohne daß dadurch eine Komplizierung
der Montage eintritt. In ihrer Wirkung gestatten die Schutzrohre gegenüber den bekannten
Ausführungsformen, durch die Anzahl und Größe der am Heizrohr anliegenden Flächen
die Wandtemperatur des Schutzrohres und den Wärmeübergang an das Heizrohr in den
erforderlichen Grenzen zu beeinflussen. Durch zweckmäßige Verteilung der radialen
bzw. axialen Einbuchtungen am Schutzrohr ist es außerdem möglich, die Wärmeübertragung
gleichmäßiger auf den Rohrumfang zu verteilen, so daß Wärmestauungen an der dem
Feuerraum zugewandten Seite vermieden werden, was insbesondere bei Erhitzern für
gasförmige Medien . bei hohen Temperaturen von größter Wichtigkeit ist. Bei Konstruktionen
nach Fig. 3 und .4 kann außerdem das Zwischenrohr aus einem Material mit geringerer
Leitfähigkeit angefertigt werden, so daß dadurch die Wärmeübertragung an das Heizrohr
noch stärker beeinflußt werden kann. Eine Anzahl solcher Rohre kann nebeneinander
mit einem gewissen Abstand vori der feuerfesten Wand des Feuerraumes angeordnet
sein. Die Schutzrohre nehmen eine Temperatur an, die zwischen der Flammentemperatur
und der Temperatur der Wand der Heizrohre liegt und so groß ist, daß die von den
Flammen in die Schutzrohre eingestrahlte Wärme gleich der von den Schutzrohren in
die Heizrohre ausgestrahlten Wärme ist. Beträgt die Flammentemperatur z. B. i4oo°
C und die Wandtemperatur der Heizrohre 700' C, so werden die Schutzrohre
je nach ihrer Oberfläche und Zahl eine Temperatur zwischen etwa goo und i ioo° C
annehmen. Infolge der Schutzrohre werden die Heizrohre nicht nur weniger hoch thermisch
belastet, sondern die Schutzrohre haben auch eine gewisse ausgleichende Wirkung
gegen im Feuerraum örtlich auftretende, besonders hohe Flammentemperaturen. Zwischen
den Schutzrohren der nebeneinanderliegenden Heizrohre hindurch strahlen die Flammen
Wärme in die feuerfeste Ummantelung des Feuerraumes ein. von wo aus sie nach dem
von den Flammen abgewandten Umfang der Schutzrohre zurückgestrahlt wird. Die Wärmeaufnahme
auf der von den Flammen abgewandten Seite der Schutzrohre und daher auch der Heizrohre
ist natürlich erheblich kleiner als auf ihrer anderen Seite. Erwünscht ist aber
eine tunlichst gleichmäßige Wärmeaufnahme auf dem ganzen Umfang der Heizrohre i,
um ihre Heizfläche möglichst gut auszunutzen und um größere Temperaturunterschiede
zwischen der Vorder- und Rückseite der Heizrohre zu vermeiden, die gefährliche Spannungen
auslösen könnten. Abstand und vorgesehene Anlegefläche von Heizrohr i und Schutzrohr
2 oder Zwischenrohr 8 und Schutzrohr 2 können daher erfindungsgemäß den gewünschten
Temperaturausgleich herbeiführen.
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Die Fig. i his .I zeigen erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele, die
jedoch nur der Erläuterung dienen, also keinen Anspruch stellen, den Erfindungsgedanken
erschöpfend darzustellen.
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Wird wie in Fig. i das Schutzrohr 2 mit axialen oder wie in Fig. 2
mit radialen Einbuchtungen 7, die sich an das Heizrohr i anschmiegen, versehen,
so wird an diesen Stellen der Wärmeübergang zwischen Schutzrohr 2 und Heizrohr i
vergrößert und die mittlere Temperatur des Schutzrohres dadurch herabgesetzt, ohne
daß bei einer zweckmäßigen Bemessung die Temperatur des Heizrohres i unzulässig
anzusteigen braucht. je nachdem, wieviel Einbuchtungen verwendet und wie groß die
Berührungsfläche zwischen ihnen und den Heizrohren gewählt werden, wird die Temperatur
des Schutzrohres 2 in weitem Maße der Temperatur des Heizrohres i angepaßt und dadurch
unerwünscht hohe Temperaturen vermieden.
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Die von den Flammen nicht direkt bestrahlte Rückseite des Schutzrohres
2 kann auch zu dem gleichen Zweck so ausgebildet sein, daß sie auf den Heizrohren
satt aufliegt.
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Nach Fig. i bis 3 können die Schutzrohre 2 bzw. die -Zwischenrohre
8 aus glatten, entsprechend
profilierten Blechstreifen hergestellt
werden, die in erhitztem oder kaltem Zustand mittels entsprechender Gesenke derart
um die Heizrohre i herumgeschlungen werden, daß sie satt auf ihnen anliegen. Die
beiden Längskanten wird man zweckmäßigerweise auf den von den Flammen nicht direkt
bestrahlten Umfang der Heizrohre verlegen und gegebenenfalls mehr oder weniger solide
miteinander verschweißen.
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In Fig. 3 und 4. ist zwischen Heizrohr i und Schutzrohr 2 ein drittes
Rohr 8 eingefügt, das aus einem weniger teueren Material als das des Schutzrohres
2 angefertigt sein kann und auf seinem ganzen inneren Umfang satt auf dem Heizrohr
i aufliegt, während es sich mit dem Schutzrohr 2 nur an den axial oder radial oder
sonstwie gestalteten Vorsprüngen 9 berührt. Durch kleine Klammern io findet dann
nur eine Wärmeübertragung durch Strahlung zwischen dem Schutzrohr i statt, während
an den Vorsprüngen 9 die Wärmeübertragung durch Leitung erfolgt und daher erheblich
größer ist.