DE959423C

DE959423C - Device for burning liquid and solid fuels, especially in jet engines or the like.

Info

Publication number: DE959423C
Application number: DEC7980A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Charles Nicholson
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax 1 LLC
Priority date: 1951-03-21
Filing date: 1953-08-01
Publication date: 1957-03-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbrennung von flüssigen und festen Brennstoffen, insbesondere in Strahltriebwerken od. dgl., mit einer Verbrennungskammer, einer sich daran anschließenden enger werdenden Austrittsdüse und einem damit verbundenen Auslaßkegel, wobei diese in einer Flucht liegenden Teile von einem gemeinsamen Metallmantel umgeben sind, in dem sich eine gegenüber dem Metallmantel durch eine feuerfeste Zementschicht isolierte, ebenfalls feuerfeste Auskleidung befindet.The invention relates to a device for the combustion of liquid and solid fuels, in particular in jet engines or the like, with a combustion chamber, one attached to it subsequent narrowing outlet nozzle and an associated outlet cone, these Aligned parts are surrounded by a common metal jacket in which one insulated from the metal jacket by a refractory cement layer, also refractory Lining is located.

Strahltriebwerke und ähnliche Vorrichtungen bestehen gewöhnlich aus einem zylindrischen Verbrennungsraum, der sich nach einem Ende hin mit einer schmalen Öffnung oder Düse für das Ausströmen der heißen Verbrennungsgase verengt. Das andere Ende des Verbrennungsraums ist offen und mit einem Flansch od. dgl. zur Verbindung mit einem die Brennstoffeinspritzdüsen tragenden Brennkammerabschluß versehen, oder es kann bei Verwendung von festen Treibmitteln auch selber schon geschlossen ausgeführt sein. Am äußeren Ende der Düse erweitern sich die inneren Auskleidungswände und bilden einen kegeligen Auslaß, der die heißen Gase verteilt, wenn sie die Düse verlassen.Jet engines and similar devices usually consist of a cylindrical combustion chamber, which opens at one end with a narrow opening or nozzle for the outflow the hot combustion gases narrowed. The other end of the combustion chamber is open and with a flange or the like for connection to a fuel injector bearing Combustion chamber closure provided, or it can also itself when using solid propellants already closed. At the outer end of the nozzle, the inner liner walls expand and form a conical outlet that distributes the hot gases as they pass the nozzle leaving.

Die starke Korrosion und Erosion in derartigen Triebwerken erfordern insbesondere im Auslaß Materialien von hoher Dichte und Feuerfestigkeit. Aus diesem Grunde wurden derartige TriebwerkeThe severe corrosion and erosion in such engines require particularly in the exhaust High density and fire resistance materials. For this reason such engines were used

bisher fast vollständig aus dichten, schwerschmelzbaren Materialien hergestellt, die durch einen feuerfesten Zement gestützt werden. Die Triebwerke waren zwar konstruktiv einwandfrei, aber im Verhältnis zum Gesamtgewicht viel zu schwer. Bei keramischen Auskleidungen war es auch üblich, sich ganz auf die Eignung der speziellen keramischen Zusammensetzung für die Innenauskleidung zu verlassen.hitherto made almost entirely of dense, refractory materials that pass through a refractory cement should be supported. The engines were constructively flawless, but far too heavy in relation to the total weight. It was with ceramic linings also common practice to focus entirely on the suitability of the particular ceramic composition for that Leave inner liner.

ίο Gemäß der Erfindung sind diese Schwierigkeiten dadurch vermieden, daß in die feuerfeste Zementschicht ein zur Kühlung der Düsenverkleidung dienendes Kühlmittel einleitbar ist und die Düsenverkleidung aus einem poröseren Material besteht als die Auskleidungen der Verbrennungskammer und des Auslaßkegels. Zweckmäßig besteht dabei die keramische Innenauskleidung aus einer gebundenen Siliziumcarbidmischung. Es ist dadurch erreicht, daß eine dünne kühlende Schutzschicht gebildet wird, die längs der inneren Wand der Düse oder des Auslasses fließt und zusätzlich gegen Oxydation oder andere chemische und physikalische Angriffe der durch die Düse mit großer Geschwindigkeit strömenden heißen Gase und Veras brennungsprodukte schützt. Dabei dringt das Kühlmittel durch die Poren der inneren Auskleidungswand zu der inneren Oberfläche, wo es verdampft und die schon erwähnte dünne kühlende Schutzschicht bildet. Weiterhin tritt eine erhebliehe Gewichtsverminderung ein, ohne daß die Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen und gegen korrodierende Einflüsse gemindert wird. Überdies sind die erfindungsgemäßen Vorrichtungen leicht herzustellen; die Kosten sind durch Einsparung teurer Auskleidungen niedriger. Der zusätzliche Schutz der Düse gegen Korrosion und Erosion durch Verwendung von kühlenden Dämpfen, die durch die porösen Wände der Düse eindringen, erlauben die Verwendung von Materialien an diesen Stellen, die sonst normalerweise unter den dort herrschenden Bedingungen nicht tragbar wären.ίο According to the invention, these are difficulties thereby avoided that a for cooling the nozzle lining in the refractory cement layer serving coolant can be introduced and the nozzle lining consists of a more porous material than the linings of the combustion chamber and the exhaust cone. There is expediently the ceramic inner lining made of a bonded silicon carbide mixture. It is through it achieves that a thin cooling protective layer is formed along the inner wall of the Nozzle or the outlet flows and in addition against oxidation or other chemical and physical Attacks by the hot gases and veras flowing through the nozzle at great speed combustion products protects. The coolant penetrates through the pores of the inner lining wall to the inner surface, where it evaporates and the already mentioned thin cooling Protective layer forms. Furthermore, there is a considerable reduction in weight without the Resistance to high temperatures and to corrosive influences is reduced. In addition, the devices according to the invention are easy to manufacture; the cost is through Saving on expensive linings is lower. The additional protection of the nozzle against corrosion and Erosion due to the use of cooling vapors penetrating through the porous walls of the nozzle, allow the use of materials in these places that are otherwise normally under would be unsustainable under the prevailing conditions.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weisen die feuerfeste keramische Auskleidung und die feuerfeste Zementschicht eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, während die feuerfeste Zementschicht aus mindestens 50⁰/» Siliziumcarbid besteht. Dabei ist zweckmäßig der Kühlraum in der feuerfesten Zementschicht untergebracht. In a particular embodiment of the invention, the refractory ceramic lining and the refractory cement layer have a good thermal conductivity, while there is the refractory cement layer of at least 50 ⁰ / "silicon carbide. The cooling space is expediently housed in the refractory cement layer.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Kühlraum in der feuerfesten Zementschicht in der Nähe der Düse vorgesehen, während der Kühlraum aus einem durch den Metallmantel hindurchgeführten ringförmigen Rohr besteht, das gegebenenfalls an seiner der Düse zugewandten Innenfläche mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Löcher für den Austritt des flüssigen Kühlmittels in die poröse Zementschicht und die poröse feuerfeste keramische Auskleidung aufweist.In another embodiment of the invention, the cooling space is in the refractory Cement layer is provided near the nozzle, while the cold room is made through the Metal jacket passed through the annular tube, which optionally at its the Inside surface facing the nozzle several holes evenly distributed over the circumference for the Leakage of the liquid coolant into the porous cement layer and the porous refractory ceramic Has lining.

Die Zeichnung bringt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigtThe drawing shows two exemplary embodiments of the invention. It shows

Fig. ι einen Längsschnitt durch die aus Düse und Brennkammer bestehende Vorrichtung,Fig. Ι a longitudinal section through the device consisting of nozzle and combustion chamber,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. ι undFig. 2 shows a cross section along the line 2-2 of Fig. Ι and

Fig. 3 eine Abwandlung von Fig. 2. In ihr fließt das Kühlmittel nicht durch die innere Auskleidung, sondern zirkuliert durch eine Leitung, die in der Trägerschicht aus feuerfestem Zement eingebettet ist, wobei keramische Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit für die innere Auskleidung zur Anwendung gelangen.Fig. 3 shows a modification of Fig. 2. In it the coolant does not flow through the inner lining, it circulates through a pipe that is embedded in the base layer of refractory cement is, wherein ceramic materials with high thermal conductivity for the inner lining for Application.

In den Fig. 1 und 2 besteht die gezeigte Vorrichtung aus einem Verbrennungsraum J, einer verengten Öffnung 8 und einem Auslaß 9. Die Auskleidung 11 des Verbrennungsraums 7 und die Auskleidung 12 des Auslasses 9 bestehen aus vorgeformtem und vorgebranntem, gebundenem feuerfestem Siliziumcarbid, das so dicht, hart und feuerfest ist, daß es den hohen Temperaturen und Korrosions- und Erosionseinflüssen durch Verbrennung und Ausströmen widerseht. Die Innenauskleidung 13, die das verengte Düsenteil 8 bildet, besteht ebenfalls aus vorgeformtem und vorgebranntem, gebundenem Siliziumcarbid, in welchem jedoch die Siliziumcarbidteilchen vorwiegend grobkörniger ■ sind und nur einen geringen Anteil an feinem Siliziumcarbid aufweisen, so daß nach dem Brennen eine porösere Struktur erzielt wird als bei der angrenzenden Auskleidung 11 des Verbrennungsräums und der Auskleidung 12 des Auslaßkegels. In Figs. 1 and 2, the device shown consists of a combustion chamber J, a narrowed opening 8 and an outlet 9. The lining 11 of the combustion chamber 7 and the lining 12 of the outlet 9 consist of preformed and prefired, bonded refractory silicon carbide, the so is dense, hard and fireproof that it withstands the high temperatures and the effects of corrosion and erosion from combustion and leakage. The inner lining 13, which forms the narrowed nozzle part 8, also consists of preformed and pre-fired, bonded silicon carbide, in which, however, the silicon carbide particles are predominantly coarse-grained and have only a small proportion of fine silicon carbide, so that a more porous structure is achieved after firing than in the case of the adjoining lining 11 of the combustion chamber and the lining 12 of the outlet cone.

Als Auskleidungsmaterial hat sich ein besonders körniges Siliziumcarbid bewährt, das durch Borcarbid und Bornitrid gebunden ist.A particularly granular silicon carbide, boron carbide, has proven to be the lining material and boron nitride is bound.

Die inneren Auskleidungen 11, 12 und 13 werden von einem zylindrischen Metallmantel 14 mit Hilfe einer Zwischenschicht oder Masse 15 aus einem gießbaren, feuerfesten Zement, wie einen wasserhärtenden Calciumaluminatzement, gehalten. Der Mantel 14 besitzt einen Flansch 16 mit Bolzenlöchern 17 zu seiner Befestigung an dem die Brennstoffeinspritzdüsen tragenden Brennkammerabschluß. Der Metallmantel hat am Ausgang einen Innenring 18, der sich radial nach innen erstreckt, das äußere Ende der Auskleidung vom Auslaßkegel 12 festhält und während des Geb-auchs als zusätzliche Verstärkung dient. - Der Teil 19 der no feuerfesten Zementunterlage, die die Düsenwand 13 hält, besitzt durch Zusatz eines schaumbildenden oder porenbildenden Mittels, wie z. B. Wasserstoffsuperoxyd, eine höhere Porosität als der übrige feuerfeste Zement.The inner linings 11, 12 and 13 are held by a cylindrical metal jacket 14 with the aid of an intermediate layer or mass 15 of a pourable, refractory cement, such as a water-hardening calcium aluminate cement. The jacket 14 has a flange 16 with bolt holes 17 for its attachment to the combustion chamber closure carrying the fuel injection nozzles. At the outlet, the metal jacket has an inner ring 18 which extends radially inward, holds the outer end of the lining from the outlet cone 12 and serves as additional reinforcement during the work. - The part 19 of the no refractory cement base, which holds the nozzle wall 13, has the addition of a foam-forming or pore-forming agent, such as. B. hydrogen peroxide, a higher porosity than the rest of the refractory cement.

Innerhalb der Masse 19 aus porösem Zement, der die Düsenwand 13 hält, befindet sich das Rohr 21. Dieses Rohr ist mit einer Anzahl öffnungen 22 um die ganze innere Peripherie versehei. Es enthält auch außen eine Abzweigung oder ein iao Bleirohr 23, das durch den Metallmantel 14 führt und mit dem Kühlmittel in Verbindung steht.The pipe is located within the mass 19 of porous cement which holds the nozzle wall 13 21. This tube is provided with a number of openings 22 around the entire inner periphery. It also contains a branch or an iao lead pipe 23 on the outside, which leads through the metal jacket 14 and is in communication with the coolant.

Eine Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 ist auf folgende Weise herstellbar: Der Auskleidüngsteil 11 für die Wand des Verbrennungsraums 7 wird las infolge seiner Länge und dünnen Wände gewöhn-A device according to FIGS. 1 and 2 can be produced in the following way: The lining part 11 for the wall of the combustion chamber 7 is read due to its length and thin walls

lieh durch Stauchen oder Stampfen geformt, wohingegen die Düsenauskleidung 13 und die Auslaßauskleidung 12 meist durch- Pressen der gleichen Mischung in einer Stahlform bei geeignetem Druck von z. B. 350 kg/cm² 'durch eine hydraulische Presse entsteht. Folgende Zusammensetzung wird für die Auskleidung 11 des Verbrennungsraums und für die Auskleidung 12 des Auslasses verwendet:lent formed by upsetting or tamping, whereas the nozzle lining 13 and the outlet lining 12 mostly by-pressing the same mixture in a steel mold at a suitable pressure of e.g. B. 350 kg / cm ² 'is created by a hydraulic press. The following composition is used for the lining 11 of the combustion chamber and for the lining 12 of the outlet:

Silizjumcarbid, Korngröße 30 ..
Siliziumcarbid, Korngröße 46 ..
Siliziumcarbid, Korngröße 180 .
Borcarbid (B₄C), Korngröße 320Silicon carbide, grain size 30 ..
Silicon carbide, grain size 46 ..
Silicon carbide, grain size 180.
Boron carbide (B ₄ C), grain size 320

GewichtsteileParts by weight

3333

3030th

6% eines temporären Bindemittels, wie z.B. einer io°/»igen wäßrigen Lösung von Polyvinylalkohol, werden dieser Mischung zugefügt und das Material gut gemischt, so daß eine preßbare Masse entsteht. Statt der wäßrigen Lösung von Polyvinylalkohol kann jedes für keramische Mischungen -brauchbare temporäre Bindemittel, wie Dextrin, konzentrierte Cellulosesulfitlauge und -pulver, verschiedene Harze usw., Verwendung finden.
Folgende Komposition dient zum Formen der Auskleidung 13 für die Düse, die eine etwas porösere Struktur besitzen soll:6% of a temporary binding agent, such as, for example, an aqueous solution of polyvinyl alcohol, is added to this mixture and the material is mixed well so that a compressible mass is produced. Instead of the aqueous solution of polyvinyl alcohol, any temporary binding agent which can be used for ceramic mixtures, such as dextrin, concentrated cellulose sulfite liquor and powder, various resins, etc., can be used.
The following composition is used to form the lining 13 for the nozzle, which should have a slightly more porous structure:

Gewichtsteile Parts by weight

Siliziumcarbid, Korngröße 14 bis 36 .. 35
Siliziumcarbid, Korngröße 40 bis 70 .. 35
Borcarbid (B₄C), Korngröße 320 .... 30Silicon carbide, grain size 14 to 36 .. 35
Silicon carbide, grain size 40 to 70 .. 35
Boron carbide (B ₄ C), grain size 320 .... 30

Diese Mischung wird mit derselben Menge eines temporären Bindemittels wie oben versetzt und läßt sich durch Stauchen, Stampfen oder Pressen in die gewünschte Form bringen, die der betreffende Teil der Auskleidung erhalten soll.
Anstatt die Kombination der Korngrößen des Siliziumcarbids zu ändern, um eine höhere Porosität in der Auskleidung für den Düsenteil zu erzielen, kann der Komposition auch ein porenbildendes Material, wie gemahlener Koks oder Kohle, Sägemehl oder andere Füllstoffe, die beim Brennen der Masse verbrennen und diese damit poröser machen, zugesetzt werden. Eine Erhöhung der Porosität läßt sich auch durch Formen des Gegenstandes bei geringerem Druck erzielen, als er für die Herstellung der Auskleidungen für den Verbrennungsraum oder den Auslaß angewendet wird.This mixture is mixed with the same amount of a temporary binder as above and can be brought into the desired shape, which is to be given to the relevant part of the lining, by upsetting, tamping or pressing.
Instead of changing the combination of the grain sizes of the silicon carbide in order to achieve a higher porosity in the lining for the nozzle part, the composition can also contain a pore-forming material such as ground coke or coal, sawdust or other fillers that burn when the mass is burned and these to make it more porous, be added. An increase in the porosity can also be achieved by molding the article at a lower pressure than is used for the production of the linings for the combustion chamber or the outlet.

Die so entstandenen Formen werden bei 107 bis I2i° getrocknet und dann in eine mit Graphit ausgekleidete Kammer eines Elektrohochfrequenzofens gebracht, wo die Formen auf einem Graphitlager ruhen. Durch ein Einlaßrohr aus Graphit strömt Stickstoff in den Ofenraum. Eine Graphitplatte, die den Ofen oben abschließt, ist in der Mitte mit einem Loch versehen, durch das die Gase während des Brennens entweichen können und auch die Temperatur in Innern des Ofens mit Hilfe eines optischen Pyrometers abgelesen werden kann. Der Ofen wird auf etwa 700⁰ erhitzt und auf dieser Temperatur so lange gehalten, bis das temporäre Bindemittel weggebrannt ist. Während dieses Vorgangs wird trockner Stickstoff unter Druck durch das Einlei tungsrohr aus Graphit in den Ofen geleitet. Danach wird der Ofen rasch bis auf 2250 bis 2275° erhitzt, auf dieser Temperatur 30 Minuten gehalten, danach der elektrische "Strom abgeschaltet und der Ofen im Stickstoffstrom langsam abgekühlt.The molds created in this way are dried at 107 to 12 ° and then placed in a graphite-lined chamber of an electric high-frequency furnace, where the molds rest on a graphite bearing. Nitrogen flows into the furnace chamber through a graphite inlet tube. A graphite plate, which closes the furnace at the top, has a hole in the middle through which the gases can escape during the firing and the temperature inside the furnace can also be read off with the help of an optical pyrometer. The furnace is ^{heated to around 700 0} and held at this temperature until the temporary binding agent has burned off. During this process, pressurized dry nitrogen is passed through the graphite inlet tube into the furnace. The furnace is then quickly heated to 2250-2275 °, held at this temperature for 30 minutes, then the electrical current is switched off and the furnace is slowly cooled in a stream of nitrogen.

Eine Analyse eines Auskleidungssegments der obengenannten Zusammensetzung zeigt die folgenden Daten für die gebrannte Masse:Analysis of a liner segment of the above composition shows the following Data for the fired mass:

Silizium 44,96°/»Silicon 44.96 ° / »

Kohlenstoff 26,33°/»Carbon 26.33 ° / »

Bor i8,66%>Boron i 8.66%>

Stickstoff 9,94%Nitrogen 9.94%

99,89%99.89%

Wenn man annimmt, daß alles Silizium mit dem Kohlenstoff zu Siliziumcarbid vereinigt, und der Stickstoff als Bornitrid (B N) vorhanden ist, ergibt sich folgende theoretisch errechnete Zusammensetzung für die gebrannte Masse:If one assumes that all silicon combines with the carbon to form silicon carbide, and the If nitrogen is present as boron nitride (B N), the following theoretically calculated composition results for the burned mass:

Siliziumcarbid, Si C 64,20%Silicon carbide, Si C 64.20%

Bornitrid, BN 17,60 %Boron nitride, BN 17.60%

Borcarbid, B₄C 14,03«/»Boron carbide, B ₄ C 14.03 «/»

freier Kohlenstoff 4,04% free carbon 4.04%

99,87%99.87%

Es ist bekannt, daß sich Siliziumnitrid bei etwa 1900⁰ zersetzt. Da die Masse auf 2250 bis 2275⁰ erhitzt wurde, ist es möglich, daß der Stickstoff mit einem Teil des Borcarbids reagiert und Bornitrid bildet.It is known that silicon nitride decomposes ^{at around 1900 0.} Since the mass was ^{heated to 2250 to 2275 0} , it is possible that the nitrogen reacts with part of the boron carbide and forms boron nitride.

Obwohl man üblicherweise die Formung der Auskleidung durch Eckenstampfen vorzieht, da Länge und geringe Wanddicke kaum das Maschinenformen aushalten, soll die Herstellung der einzelnen Auskleidungsteile nicht auf derartige spezielle technische Verfahren, wie sie oben beschrieben sind, beschränkt werden, da diese Massen nach jedem üblichen Verformungsprozeß, also durch Pressen, Hand- oder Maschinenstampfen, Stampfen mit Preßluft, Stauchen oder Gießen, hergestellt werden können.Although it is usually preferred to form the liner by corner pounding, there The production of the individual lining parts do not rely on such special technical processes as described above are limited, since these masses after every common deformation process, i.e. by pressing, hand or machine tamping, Stamping with compressed air, upsetting or casting can be produced.

Die inneren Auskleidungsteile können auch aus anderen feuerfesten Kompositionen von gebundenem Siliziumcarbid hergestellt werden. Zum Beispiel kann das Material aus einer Masse von körnigem Siliziumcarbid bestehen, das durch Bor- und Zirkoniumcarbid oder Borcarbid -r Siliziumcarbid + Zirkoniumcarbid gebunden ist.The inner lining parts can also be made from other refractory compositions of bonded silicon carbide. To the For example, the material can consist of a mass of granular silicon carbide, which is and zirconium carbide or boron carbide -r silicon carbide + zirconium carbide is bonded.

Wenn die inneren Auskleidungen für den Verbrennungsraum, für die Düse und den Auslaß geformt und gebrannt sind, wird die Vorrichtung zusammengesetzt, indem die Auskleidung 12 für den Auslaß in den zylindrischen Metallmantel 14 eingesetzt wird, so daß sie auf dem Schlußring 18 des Metallmantels (s. Fig. 1) ruht. Nachdem das Rohr 21 und das Abzweigrohr 23 zwischen der Düsenauskleidung 13 und dem Metallmantel an-When the inner linings are molded for the combustion chamber, nozzle and outlet and fired, the device is assembled by placing the liner 12 for the outlet is inserted into the cylindrical metal jacket 14 so that it rests on the locking ring 18 of the metal jacket (see Fig. 1) rests. After the pipe 21 and the branch pipe 23 between the Nozzle lining 13 and the metal jacket

gebracht ist, wird die Düsenauskleidung 13 auf die Auslaßauskleidung 12 und die Auskleidung 11 für den Verbrennungsraum auf die Auskleidung der Düse 13 aufgesetzt, wobei alle drei Auskleidungen gegenseitig axial ausgerichtet und gegenüber dem Metallmantel 14 zentriert sind. Falls gewünscht, kann eine dünne Zementschicht, wie z. B. eine Mischung von feinem Zirkoniumoxyd und Natriumsilikatlösung, zwischen die sich berührenden Grenzen der Auskleidungen gefüllt ■werden, damit sie fest halten, wenn der feuerfeste Zement zwischen die einzelnen Auskleidungen und den Metallmantel eingefüllt wird.is brought, the nozzle liner 13 is attached to the outlet liner 12 and the liner 11 for the combustion chamber placed on the lining of the nozzle 13, with all three linings are mutually axially aligned and centered with respect to the metal jacket 14. If desired, a thin layer of cement, e.g. B. a mixture of fine zirconium oxide and sodium silicate solution, filled between the touching boundaries of the linings ■ to hold them firmly in place when the refractory cement is between the individual linings and the metal jacket is filled.

Nachdem die einzelnen Auskleidungen in dieser Weise vereinigt sind, wird der Zwischenraum zwischen dem äußeren Metallmantel 14 und der Auslaßauskleidung 12 mit einem gießbaren, feuerfesten Zement 20 ausgefüllt. Als brauchbarer, gießbarer Zement bewährte sich hierfür ein CaI-ciumaluminatzement, der der Analyse nach 45% Tonerde, 35% Kalk, 15% Eisenoxyd und 5 ⁰Zo Kieselerde enthielt. Weitere geeignete Zusammensetzungen für feuerfeste Zemente für diesen Zweck bestehen aus Aluminiumoxyd-Natriumsilikat- und Zirkoniumoxyd-Natriumsilikat-Kompositionen.After the individual linings are united in this way, the space between the outer metal jacket 14 and the outlet lining 12 is filled with a pourable, refractory cement 20. As a useful, pourable cement is best for this purpose a CAI ciumaluminatzement containing the analysis after 45% alumina, 35% lime, 15% ferric oxide and 5 ⁰ Zo silica. Other suitable refractory cement compositions for this purpose consist of alumina-sodium silicate and zirconia-sodium silicate compositions.

Nachdem der feuerfeste Zement 20 ausgegossen ist, sich teilweise gesetzt hat und erhärtet ist, wird ein anderer Teil 19 des Zements zwischen den Metallmantel 14 und die Düsenauskleidung 13 in solcher Menge aufgebracht, bis die Oberfläche des ausgegossenen Zements das obere Niveau der Auskleidung 13 erreicht hat. Dem Zement wird vorzugsweise ein porenbildender Stoff, wie Wasserstoffsuperoxyd, zugesetzt. Nachdem der Zement mit dem porenbildenden Material zumindest teilweise erhärtet ist und sich gesetzt hat, wird erneut derselbe feuerfeste Zement wie zwischen Auslaßauskleidung 12 und äußerem Metallmantel 14 in den Raum zwischen der Auskleidung 11 für den Verbrennungsraum und den Metallmantel 14 eingefüllt. Nachdem der Rest des feuerfesten Zements eingegossen und die ganze Masse erhärtet ist, was gewöhnlich 24 Stunden dauert, wird die gesamte Masse im Ofen bei 93 bis 121° über Nacht getrocknet. Die Vorrichtung ist dann betriebsbereit.After the refractory cement 20 has been poured, has partially set and has hardened, is another part 19 of the cement between the metal jacket 14 and the nozzle liner 13 in applied in such an amount until the surface of the poured cement reaches the upper level of the lining 13 reached. A pore-forming substance, such as hydrogen peroxide, is preferably added to the cement. added. After the cement with the pore-forming material at least partially has hardened and has set, the same refractory cement is used again as between Outlet liner 12 and outer metal jacket 14 in the space between the liner 11 for the combustion chamber and the metal shell 14 are filled. After the rest of the refractory Cement is poured in and the whole mass has hardened, which usually takes 24 hours, the entire mass is dried in the oven at 93 to 121 ° overnight. The device is then ready for use.

Nach einer weiteren Abwandlung der Erfindung, die zeigt, wie Zusammenstellungen von Auskleidungen verschiedener Porosität verwendet werden können, lassen sich die Auskleidungen 11 und 12 aus dichtem, gebundenem Siliziumcarbid wie oben herstellen, wohingegen die Auskleidung 13 für die Düse oder den Durchgang aus einer anderen SiIiziumcarbidzusammensetzung mit geringerer Dichte wie folgt geformt sein kann:According to a further modification of the invention that shows how combinations of linings different porosity can be used, the linings 11 and 12 made of dense, bonded silicon carbide as above, whereas the liner 13 for the Nozzle or passage made from a different silicon carbide composition with lower density can be shaped as follows:

Gewichtsteile Parts by weight

Siliziumcarbid, Korngröße 80Silicon carbide, grain size 80

und feiner 85and finer 85

Ferromangansiliziumpulver 15Ferromanganese silicon powder 15

Konzentrierte Cellulosesulfitabfall-Concentrated Cellulose Sulphite Waste

lösung 3solution 3

Das Ferromangansilizium wird als feines Pulver verwendet und trocken mit den feinen Bestandteilen vom Siliziumcarbid und dem trocknen temporären Bindemittel vermischt, worauf es mit den gröberen Siliziumcarbidkörnern trocken vermischt und darauf feucht in einer gewöhnlichen Knetmaschine durchgearbeitet wird, wobei genügend Wasser zugegeben wird, damit die Ansatzmasse eine Beschaffenheit erhält, die sie zum Pressen oder Verstampf en je nach der Verformungsmethode geeignet macht. Wenn njan das Verformen maschinell vornimmt, so wird gewöhnlieh mit einer hydraulischen Presse bei einem Druck von über 350 kg/cm² gearbeitet. Unabhängig von der Art des Verformens wird dann in üblicher Weise bei etwa 104⁰ getrocknet und schließlich in einem Ofen bei 1450° gebrannt. Das Brennen von derartig gebundenem Siliziumcarbid führt man am besten in einer reduzierenden Atmosphäre bei 1300 bis 1450⁰, wie sie durch Einbetten in eine Mischung von Koks und Sand während des Brennens erzielt wird, durch. 8gThe ferromanganese silicon is used as a fine powder and mixed dry with the fine constituents of silicon carbide and the dry temporary binder, whereupon it is mixed dry with the coarser silicon carbide grains and then worked through wet in an ordinary kneading machine, with enough water being added so that the batch mass becomes one Is given a texture that makes it suitable for pressing or ramming, depending on the method of deformation. If njan does the deformation by machine, a hydraulic press is usually used at a pressure of more than 350 kg / cm ² . Regardless of the type of molding is then finally fired in the usual manner at about 104 ⁰ and dried in an oven at 1450 °. The firing of silicon carbide bonded in this way is best carried out in a reducing atmosphere at 1300 to 1450 ⁰ , as is achieved by embedding it in a mixture of coke and sand during the firing. 8g

Bei der Verwendung der aus Düse und Brennkammer bestehenden Vorrichtung wird dann als Kühlmittel Wasser oder ein anderes Kühlmittel von außen durch das Rohr 23 in den Kühlring 21 gepreßt, wo es durch die öffnungen 22 in den um- go gebenden, porösen, feuerfesten Zement strömt. Die Pfeile in Fig. 2 zeigen die Richtung des Stroms des Kühlmittels durch den Kühlring in die innere Auskleidung. Die poröse Auskleidung 13 der Düse wird dadurch mit flüssigem Kühlmittel durchtränkt, das verdampft und mit den gasförmigen Verbrennungsprodukten längs der inneren Oberfläche der Düsenauskleidung in Form eines dünnen gasförmigen Films entweicht. Dieser filmartige Fluß schützt die Innenwand der Düse nicht nur mechanisch, sondern auch durch seinen Kühleffekt, der durch das konstante Strömen des Kühlmittels durch die Wände und längs der Düsenauskleidung erzeugt wird. Dieser zusätzliche Schutz der hochbeanspruchten Düsenwand ermöglicht in dieser Zone die Verwendung von Materialien, die sonst für diesen Zweck unbrauchbar sind.When using the device consisting of nozzle and combustion chamber, then as Coolant Water or another coolant from the outside through the pipe 23 into the cooling ring 21 pressed, where it flows through the openings 22 into the surrounding, porous, refractory cement. the Arrows in Fig. 2 show the direction of the flow of the coolant through the cooling ring in the interior Lining. The porous lining 13 of the nozzle is saturated with liquid coolant, this evaporates and with the gaseous products of combustion along the inner surface the nozzle lining escapes in the form of a thin gaseous film. This film-like one Flux protects the inner wall of the nozzle not only mechanically, but also through its cooling effect, that by the constant flow of coolant through the walls and along the nozzle liner is produced. This additional protection of the highly stressed nozzle wall enables in this Zone the use of materials that are otherwise unusable for this purpose.

Fig. 3 stellt eine Abwandlung der Erfindung dar, in der ein anderes Kühlverfahren der Einlaßzone der Düse aus verhältnismäßig nicht porösem oder sogar dichtem Siliziumcarbid zu sehen ist. Dieser Teil des feuerfesten Zements ig-A besteht aus Siliziumcarbid, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit zufolge des hohen Siliziumcarbidgehalts (über 50% SiC) besitzt. Eingebettet in diesem Zement ig-A ist eine Kühlleitung 21 -A. Diese Leitung ist nicht mit Löchern oder öffnungen versehen, wie dies bei der Leitung der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführung der Fall ist, jedoch mit einem Einlaß 22-A und Abfluß 23-ß, so daß die Kühlflüssigkeit xao in der Leitung die Düse umfließt. Infolge der verhältnismäßig hohen Wärmeleitfähigkeit des Einbettungszements wird die Wärme von der Düse rasch durch die konvergierende Düsenwand abgeführt und von da durch den Einbettungszement und schließlich durch die KühlflüssigkeitFigure 3 illustrates a modification of the invention in which another method of cooling the inlet zone of the nozzle made of relatively non-porous or even dense silicon carbide can be seen. This part of the refractory cement ig-A consists of silicon carbide, which has a high thermal conductivity due to the high silicon carbide content (over 50% SiC). Embedded in this cement ig-A is a cooling line 21 -A. This line is not provided with holes or openings, as is the case with the line of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, but with an inlet 22-A and an outlet 23-ß, so that the cooling liquid xao in the line the Flowing around the nozzle. As a result of the relatively high thermal conductivity of the embedding cement, the heat from the nozzle is quickly dissipated through the converging nozzle wall and from there through the embedding cement and finally through the cooling liquid

nach außen abgeleitet, so daß sich die Temperatur der Düse wesentlich erniedrigt. Die ganze Vorrichtung ist von einem Metallmantel 14-^ umgeben. diverted to the outside, so that the temperature of the nozzle is significantly reduced. The whole device is surrounded by a metal jacket 14- ^.

Ein brauchbarer Zement mit hoher Wärmeleitfähigkeit, der sich für die Düse 13-Λ eignet, hat die folgende Zusammensetzung:A useful cement with high thermal conductivity, suitable for the nozzle 13-Λ , has the following composition:

Gewichtsprozent Weight percent

Siliziumcarbid, Korngröße 80 MaschenSilicon carbide, grain size 80 mesh

und feiner 73and finer 73

Natriumsilicofluorid 2Sodium silicofluoride 2

. Natriumsilikatlösung 25. Sodium silicate solution 25

Claims

PATENT CLAIMS;

1. Device for the combustion of liquid and solid fuels, especially in Jet engines or the like, with a combustion chamber, one adjoining it narrowing outlet nozzle and an outlet cone connected to it, these parts lying in alignment with one another common metal jacket are surrounded, in which one opposite the metal jacket also refractory lining isolated by a refractory cement layer, thereby characterized in that in the refractory cement layer a for cooling the nozzle lining Serving coolant can be introduced and the nozzle lining is made of a more porous Material exists as the linings of the combustion chamber and the outlet cone.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the ceramic inner lining consists of a bonded silicon carbide mixture.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the refractory ceramic lining and the refractory cement layer have good thermal conductivity and the refractory cement layer consists of at least 50% silicon carbide.

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that in the refractory Cement layer a cold room is located, which carries the liquid coolant.

5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that the cooling space in the refractory cement layer is provided near the nozzle and from one through the Metal jacket passed through the annular tube, which optionally at its the The inner surface facing the nozzle has several holes evenly distributed over the circumference for the leakage of the liquid coolant into the porous cement layer and the porous refractory Has ceramic lining.

Considered publications:

German Patent No. 821,881;

British Patent No. 578007;

"Motor-Technische Zeitschrift", Vol. 14 (1953), No. 2, p. 53;

"Airplane" magazine, Vol. 81 (1951),
No. 2099, p. 494;

"Weltraumfahrt" magazine, 1950, issue 5, Pages 112 and 114.

1 sheet of drawings