Keramisches Flammrohr für das Mantelstrahlheizrohr eines Industriebrenners

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Mantelstrahlheizrohr eines Industriebrenners mit einem keramischen Flammrohr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Mantelstrahlheizrohre mit keramischen Flammrohren zeichnen sich dadurch aus, daß sie die insbesondere im Ein-/Aus-Betrieb des Brenners auftretenden hohen thermischen Belastungen ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer aufnehmen können. In der Ausführung als über die gesamte Flammrohrlänge durchgehendes einstückiges oder aus einzelnen starr miteinander verbundenen Rohrstücken zusammengesetztes Keramikrohr (GB-A-716 579) unterliegen sie aber einer hohen Bruchgefahr. Dies rührt insbesondere bei liegend eingebauten Mantelstrahlheizrohren daher, daß das das Flammrohr mit Abstand umgebende metallische Gußmantelrohr unter der auftretenden Temperatureinwirkung nicht nur Längenänderungen, sondern auch eine gewisse Durchbiegung erfährt, der das einstückige, verhältnismäßig starre keramische Flammrohr nicht zu folgen vermag.

[0003] Um dem keramischen Flammrohr eine gewisse Elastizität zu geben, ist es deshalb auch bekannt (GB-A-564 523, US-A-2 478 732), das Flammrohr aus einzelnen kreiszylindrischen Rohrstücken oder Kreisringabschnitten zusammenzusetzen, die stirnseitig stumpf aneinanderstoßend koaxial zusammengefügt sind. Um eine gegenseitige Führung der Rohrstücke an den Verbindungsstellen zu gewährleisten, sind die Rohrstücke stirnseitig nach Art von Nut und Feder ausgebildet. Dabei ergibt sich aber grundsätzlich an den Verbindungsstellen jeweils ein in einer zu der Flammrohrachse rechtwinklig verlaufenden Ebene liegender Ringspalt, der radial zur Außenumfangsfläche hin mündet. Wird ein solcher Ringspalt zwischen zwei aneinandersto-Banden Rohrstücken, hervorgerufen durch unterschiedliche Längenänderungen des metallischen Mantelrohres und des keramischen Flammrohres, oder durch eine Durchbiegung des Mantelrohres, teilweise geöffnet, so können heiße Flammengase vom Inneren des Flammrohres nach außen treten, wo sie radial gerichtet auf das metallische Mantelrohr auftreffen. Das auf seiner Innenseite von den durch den Ringraum zwischen dem Flammrohr und dem Mantelrohr strömenden (kühleren) Abgasen bestrichene Mantelrohr wird durch solche lokalen Überhitzungen thermisch überbeansprucht und dadurch entweder rasch zerstört oder zumindest in seiner Lebensdauer beeinträchtigt.

[0004] Weil die verhältnismäßig dickwandig ausgebildeten bekannten keramischen Rohrstücke oder Kreisringteile sich unter der Einwirkung der unterschiedlich hohen Temperaturen auf ihrer Innen-und ihrer Außenseite als rißanfällig erwiesen, ist es auch bekannt, die Kreisringteile aus einzelnen sektorförmig ausgebildeten Teilstücken zusammenzusetzen, die an den Stoßstellen formschlüssige Verbindungseinrichtungen aufweisen (DE-C-1 551 762). Damit konnte zwar ein sehr flexibles keramisches Flammrohr hergestellt werden, das aus verhältnismäßig kleinen und damit auch gegen große Temperaturgradienten unempfindlichen Teilen zusammengesetzt ist, doch müssen die einzelnen Teilstücke mit einem keramischen Kitt miteinander verbunden werden, um dem ganzen Flammrohr die notwendige Stabilität zu geben. Dies ist ein zusätzlicher Aufwand. Außerdem muß bei Beschädigung eines keramischen Teilstückes das ganze Flammrohr ausgetauscht werden, weil ein Ersatz des eingekitteten schadhaften Teilstückes nicht möglich ist.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein widerstandsfähiges, flexibles, keramisches Flammrohr zu schaffen, das bei einfachem Aufbau das Auftreten örtlicher Überhitzungsstellen an dem umgebenden metallischen Mantelrohr verhütet und sich durch Montage- und Reparaturfreundlichkeit auszeichnet.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte Mantelstrahlheizrohr erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet.

[0007] Die Muffenverbindung der Rohrstücke erlaubt an den Verbindungsstellen eine gewisse axiale gegenseitige Beweglichkeit der Rohrstücke, ohne daß die Rohrstücke voneinander getrennt würden. Der zwischen der Innenwandung einer Muffe und der Außenwandung des eingesteckten Rohrstückes vorhandene Ringspalt mündet auf der Flammrohraußenseite in Achsrichtung des Flammrohrs. Er ist außerdem nach außen zu durch den Abdeckring abgedeckt, der mit der Außenumfangsfläche der Muffe bzw. des in die Muffe eingesteckten Rohrstückes wiederum in Achsrichtung des Flammrohres sich öffnende Ringspalte begrenzt. Damit sind die an den Verbindungsstellen der mit Spiel ineinandergesteckten Rohrstücke notwendigerweise vorhandenen Spalte nach Art von Labyrinthen ausgebildet, die einen hohen Strömungswiderstand für die heißen Flammengase im Inneren des Flammrohres darstellen. Etwa durchtretende Flammengase können aber nur in Achsrichtung des Flammrohres austreten, d. h. sie bestreichen nur die Außenumfangsfläche von Teilen der keramischen Rohrstücke, was unschädlich ist. Aus den Verbindungsstellen können jedenfalls keine von der Flammrohraußenseite radial abgehende Flammengasströme auftreten, die auf das metallische Mantelrohr auftreffen und dort zu örtlichen Überhitzungen führen könnten.

[0008] Die Rohrstücke und die Abdeckringe sind bei dem Flammrohr lediglich zusammengesteckt, ohne daß irgendwelche unlösbaren Kittverbindungen erforderlich wären. Damit können auch schadhaft gewordene Teile ohne weiteres ausgetauscht werden, ohne daß das ganze Flammrohr ersetzt werden müßte.

[0009] Zur Erhöhung der Abdichtwirkung im Bereiche der Verbindungsstellen der Rohrstücke kann es vorteilhaft sein, wenn der Abdeckring sich in Achsrichtung jeweils über die Muffe hinaus erstreckt. Der Abdeckring ist an dem Flammrohr in Achsrichtung formschlüssig fixiert, wodurch einerseits die Montage erleichtert und andererseits ein unbeabsichtigtes Verschieben des Abdeckringes auf dem Flammrohr verhütet sind. In der konstruktiven Ausgestaltung kann zu diesem Zwecke jedes Rohrstück an dem der Muffe abgewandten Ende eine den Abdeckring axial abstützende Ringschulter tragen.

[0010] Günstige Anschlußverhältnisse des Flammrohres an den Brenner ergeben sich, wenn das dem Brenner benachbarte Rohrstück mit seinem muffenseitigen Ende auf ein keramisches Brennermundstück aufgesteckt ist, wobei in die Muffe dieses Rohrstückes ein an dem Brennermundstück anliegender Anschlußring mit Spiel eingesetzt ist. Der Anschlußring ergibt einen dichten Anschluß des Flammrohres an das keramische Brennermundstück, so daß ein Zurückbrennen der Flamme zwischen Brennermundstück und Flammrohr ausgeschlossen ist. Da das Brennermundstück und das Flammrohr lediglich zusammengesteckt sind, kann der Brenner erforderlichenfalls bei der Demontage einfach herausgezogen werden, ohne daß das Flammrohr aus dem Mantelrohr herausgenommen zu werden braucht. Der Anschlußring trägt auf seiner Außenumfangsfläche zweckmäßigerweise Abstandsteile, so daß der Anschlußring gleichzeitig das Flammrohr auf der dem Brennermundstück benachbarten Seite gemeinsam mit dem Brennermundstück zentriert. In ähnlicher Weise ist es vorteilhaft, wenn die Abdeckringe auf ihrer Außenumfangsfläche Abstandsteile tragen, die die Zentrierung des Flammrohres in dem Mantelrohr bewirken. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Rohrstücke als einfache, glattwandige Teile mit geringem Aufwand hergestellt werden können, während andererseits die Abstandsteile auf den Abdeckringen eine radiale Zentrierung des Flammrohres im Bereiche der Verbindungsstellen der Rohrstücke gewährleisten, was für die Stabilität des Flammrohres günstig ist.

[0011] Auf das endständige Rohrstück des Flammrohres kann ein solcher Abstandsteile tragender Abdeckring in um 180° verdrehter Ausrichtung aufgesetzt sein, um das Flammrohr auch an dem dem Brenner abgewandten Ende zu zentrieren, ohne daß dazu eigene Zentrierteile etc. erforderlich wären.

[0012] Die dünnwandigen Rohrstücke, deren Wandstärke typischerweise in der Größenordnung von ca. 5 mm liegt, sind aus einem hochbelastbaren keramischen Material hergestellt und zeichnen sich durch große Widerstandsfähigkeit aus. Sie bestehen vorzugsweise aus reinem Silicium-Karbid, das sich für diese Zwecke hervorragend bewährt hat.

[0013] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung zeigt ein Mantelstrahlheizrohr mit einem keramischen Flammrohr gemäß der Erfindung, im axialen Schnitt, in einer Seitenansicht und in einer Teildarstellung.

[0014] In einem aus Gußstahl bestehenden, endsei. tig bei 2 verschlossenen Mantelrohr 1 ist ein keramisches Flammrohr 3 koaxial angeordnet. Zwischen dem Flammrohr 3 und dem Mantelrohr 1 ist ein Ringraum 4 begrenzt, der zur Abführung der Verbrennungsgase dient, wie dies an sich bekannt ist. Das Mantelrohr 1 bildet ein Teil eines in seinen Einzelheiten nicht weiter veranschaulichten Industriebrenners, von dem lediglich das zu dem Mantelrohr 1 koaxiale und in dieses hineinragende trichterartige Brennermundstück 5 dargestellt ist, das ebenfalls aus Keramikmaterial besteht und das einen im wesentlichen zylindrischen Anschlußstutzen 6 trägt, auf den das Flammrohr 3 aufgesteckt ist.

[0015] Das Flammrohr 3 besteht aus gleichen einzelnen keramischen, dünnwandigen Rohrstücken 7, die einenends bei 8 jeweils als Muffe ausgebildet sind und auf der der Muffe 8 gegenüberliegenden Seite einen zylindrischen Bereich 9 etwas verringerten Außendurchmessers aufweisen, der eine Ringschulter 10 begrenzt. Die Rohrstücke 7 sind aus reinem Silicium-Karbid hergestellt. Ihre Wandstärke beträgt typischerweise ca. 5 mm, wobei die in der Zeichnung der Deutlichkeit halber übertrieben groß dargestellte Außendurchmesserverringerung bei 9 lediglich ca. 0,5 - 1 mm beträgt.

[0016] Die außen und innen glattwandigen Rohrstükke 7 sind mit ihren Muffen 8 in der aus der Figur ersichtlichen Weise mit radialem Spiel ineinandergesteckt, wobei das dem Brenner benachbarte Rohrstück 7a mit seinem muffenseitigen Ende auf den Anschlußstutzen 6 des Brennermundstückes 5 aufgesteckt ist.

[0017] Im Bereiche der Muffenverbindungsstellen zwischen 10 den Rohrstücken 7 ist auf das Flammrohr 3 jeweils ein keramischer Abdeckring 11 mit Spiel außen aufgesetzt, der sich über den aus der zugehörigen Muffe des benachbarten Rohrstückes 7 herausragenden Bereich 9 verringerten Außendurchmesser in Achsrichtung erstreckt und zwischen der zugeordneten Ringschulter 10 des einen Rohrstückes 7 und der Stirnfläche der Muffe 8 des anschließenden Rohrstückes 7 axial unverschieblich gehaltert ist. Jeder Abdeckring 11 weist einen die zugeordnete Muffe 8 in Achsrichtung zumindest teilweise überdeckenden Bereich 12 auf, der sich auch über die Muffe 8 hinaus erstrecken kann, wie dies bei 13 angedeutet ist.

[0018] Auf ihrer zylindrischen Außenumfangsfläche tragen die Abstandsringe 11 achsparallel ausgerichtete rippenartige Abstandsteile 14, die um den Ringumfang gleichmäßig verteilt an den Abdeckringen 11 einstückig angeformt sind. Die Abstandsteile 14, die alternativ auch in Gestalt von Nocken oder dergl. Erhebungen ausgebildet sein können, ragen radial bis zur Innenwand des Mantelrohres 1, an dem sie das Flammrohr 3 radial abstützen und zentrieren.

[0019] Die radiale Verteilung und die Ausbildung der Abstandsteile 14 sind derart getroffen, daß sie den durch den Ringraum 4 abströmenden Abgasen einen möglichst geringen Strömungswiderstand entgegensetzen, dennoch aber eine einwandfreie mechanisch widerstandsfähige Zentrierung des Flammrohres 3 gewährleisten.

[0020] Auf das endständige Rohrstück 7 ist ein Abstandsteile 14 tragenden Abdeckring 11 um 180° gedreht in der aus der Figur ersichtlichen Weise aufgeschoben. Er gewährleistet, daß das Flammrohr 3 an seinem freien Ende einwandfrei radial gehalten und zentriert ist, ohne daß dazu eigene Teile erforderlich wären. Gleichzeitig ergibt er am Austrittsende des Flammrohres 3 eine Vergrößerung der Flammrohrstirnfläche.

[0021] An dem anderen Ende des Flammrohres 3 ist in die Muffe 8 ein an dem Anschlußstutzen 6 des Brennermundstückes 5 außen anliegender keramischer Anschlußring 15 eingesteckt, der auf seiner zylindrischen Außenumfangsfläche ebenfalls ringsum regelmäßig in Abständen verteilte rippenartige Abstandsteile 16 trägt, die das Flammrohr 3 und das Brennermundstück 5 radial an der Mantelrohrinnenwand 1 abstützen und zentrieren.

[0022] Die Zeichnung zeigt, daß an den Verbindungsstellen der Rohrstücke 7, ebenso wie an der Anschlußstelle des dem Brenner benachbarten Rohrstückes 7a an dem Brennermundstück 5 lediglich Ringspalte vorhanden sind, die in den Ringraum 4 im wesentlichen koaxial zu dem Flammrohr 3 gerichtet münden. Solche Ringspalte sind bspw. bei 17, 18 vorhanden. Durch die Abdeckringe 11 wird an den Verbindungsstücken benachbarter Rohrstücke 7 eine labyrinthartige resultierende Gestaltung der Ringspalte erreicht, die einen radialen Austritt von heißen Flammengasen in den Ringraum 4 ausschließt.

[0023] Die Rohrstücke 7 können bei einer Durchbiegung oder Längenänderung des Mantelrohres 1 in Achsrichtung an ihren Verbindungsstellen verhältnismäßig weit auseinandergezogen werden, ohne daß dadurch die dichte Verbindung zwischen den Rohrstücken oder die Stabilität des Flammrohres 3 beeinträchtigt würden. Wegen des vorhandenen Spieles in den Muffen 8 und im Bereiche der Abdeckringe 11 kann das Flammrohr 3 auch verhältnismäßig großen Durchbiegungen des Mantelrohres 1 folgen, ohne daß dadurch unzulässige Spannungen in den Rohrstücken oder in den Abdeckringen 11 hervorgerufen würden.

[0024] Ein Verkleben oder Verkitten der einzelnen Teile des Flammrohres 3 ist unnötig, es sei denn, daß besondere Anwendungsfälle eine solche gegenseitige Fixierung der Teile erforderlich machen würden.

Ansprüche

1. Mantelstrahlheizrohr eines Industriebrenners mit einem keramischen Flammrohr (3), das wenigstens teilweise aus einzelnen keramischen Rohrstücken (7, 7a) besteht, die stimseitig formschlüssig miteinander verbunden sind und denen außen angeordnete rippen- oder nockenartige Abstandsteile (14, 16) zur radialen Abstützung gegen ein das Flammrohr umgebendes Mantelrohr (1) zugeordnet sind, wobei die Rohrstücke einenends jeweils als Muffe (8) und andernends jeweils mit einem dazu passenden zylindrischen Bereich (9) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß aneinander anschließende Rohrstücke (7, 7a) an den Muffen-Verbindungsstellen mit Spiel ineinander gesteckt sind und daß im Bereich dieser Muffen-Verbindungsstellen auf das Flammrohr (3) jeweils ein keramischer Abdeckring (11) mit Spiel außen aufgesetzt ist, der an dem Flammrohr (3) in Achsrichtung formschlüssig fixiert ist, sich in Achsrichtung über einen Teil des zylindrischen Bereiches (9) des jeweiligen Rohrstückes (7, 7a) erstreckt und durch den die zugeordnete Muffe (8) zumindest teilweise abgedeckt ist.

2. Mantelstrahlheizrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckring (11) sich in Achsrichtung über die Muffe (8) hinaus erstreckt.

3. Mantelstrahlheizrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohrstück (7, 7a) an dem der Muffe (8) abgewandten Ende eine den Abdeckring (11) axial abstützende Ringschulter (10) trägt.

4. Mantelstrahlheizrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das dem Brenner benachbarte Rohrstück (7a) mit seinem muffenseitigen Ende auf ein keramisches Brennermundstück (5) aufgesteckt ist und daß in die Muffe (8) dieses Rohrstückes (7a) ein an dem Brennermundstück (5) anliegender Anschlußring (15) mit Spiel eingesetzt ist.

5. Mantelstrahlheizrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußring (15) auf seiner Außenumfangsfläche Abstandsteile (16) trägt.

6. Mantelstrahlheizrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsteile (14) auf der Außenumfangsfläche der Abdeckringe (11) angeordnet sind.

7. Mantelstrahlheizrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf das endständige Rohrstück (7) ein Abstandsteile (14) tragender Abdeckring (11) in gegenüber den übrigen Abdeckringen (11) um 180° verdrehter Ausrichtung aufgesteckt ist.

8. Mantelstrahlheizrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (7, 7a) aus reinem Silicium-Karbid bestehen.

Claims

1. An outer radiant heating tube for an industrial burner having a ceramic flame tube (3) consisting at least partially of individual ceramic tube portions (7, 7a) which are interconected positively at their ends and with which externally disposed rib- like or cam-like spacing members (14, 16) are associated for radial bearing against an outer tube (1) enclosing the flame tube, each of the tube portions being formed at one end as a socket (8) and having at the other end a cylindrical zone (9) fitting into such socket, characterized in that adjoining tube portions (7, 7a) are inserted into one another with clearance at the socket connecting places, and fitted with clearance on to the outside of the flame tube (3) in the zone of each of the socket connecting places is a ceramic covering ring (11) which is positively fixed to the flame tube (3) in the axial direction, extends in the axial direction over a portion of the cylindrical zone (9) of each tube portion (7, 7a) and is at least partially covered by the associated socket (8).

2. An outer radiant heating tube according to claim 1, characterized in that the covering ring (11) extends beyond the socket (8) in the axial direction.

3. An outer radiant heating tube according to claim 1, characterized in that each tube portion (7, 7a) bears at the end remote from the socket (8) an annular shoulder (10) axially abutting the covering ring (11).

4. An outer radiant heating tube according to any of the preceding claims, characterized in that the tube portion (7a) adjacent the burner is fitted by its socket side end on to a ceramic burner mouthpiece (5) , and a connecting ring (15) bearing against the burner mouthpiece (5) is inserted with clearance into the socket (8) of such tube portion (7a).

5. An outer radiant heating tube according to claim 4, characterized in that the connecting ring (15) bears spacing members (16) on its external peripheral surface.

6. An outer radiant heating tube according to any of the preceding claims, characterized in that the spacing members (14) are disposed on the external peripheral surface of the covering rings (11 ).

7. An outer radiant heating tube according to claim 6, characterized in that a covering ring (11) bearing spacing members (14) is fitted on to the end tube portion (7) in an alignment turned through 180° in relation to the other covering rings (11).

8. An outer radiant heating tube according to any of the preceding claims, characterized in that the tube portions (7, 7a) are made of pure silicon carbide.

Revendications

1. Tube de chauffage par rayonnement à enveloppe d'un brûleur industriel, comportant un tube-foyer céramique (3) se composant au moins partiellement de pièces tubulaires céramiques individuelles (7, 7a) reliées entre elles côté frontal par ajustement de forme, auxquelles des pièces d'espacement (14, 16) disposées extérieurement et en forme de nervures ou d'ergots sont associées en vue de procurer un appui radial contre un tube enveloppe (1) entourant le tube-foyer, les pièces tubulaires étant chaque fois réalisées à une extrémité sous la forme d'un manchon (8) et à l'autre extrémité avec une zone cylindrique (9) s'adaptant à ce dernier, caractérisé en ce que des pièces tubulaires (7, 7a) se raccordant, l'une à l'autre sont enfoncées l'une dans l'autre avec un certain jeu aux emplacement de la liaison par manchon et en ce que, dans la zone de ces emplacements de liaison par manchon, une bague de recouvrement céramique (11) est chaque fois appliquée extérieurement avec un certain jeu sur le tube-foyer (3), bague qui est fixée en direction axiale sur le tube-foyer (3), par ajustement de forme, s'étend axialement sur une partie de la zone cylindrique (9) de chaque pièce tubulaire (7, 7a), et recouvre le manchon (8) associé au moins partiellement.

2. Tube de chauffage par rayonnement à enveloppe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague de recouvrement (11) s'étend en direction axiale au-delà du manchon (8).

3. Tube de chauffage par rayonnement à enveloppe selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pièce tubulaire (7, 7a) porte sur l'extrémité opposée au manchon (8) un épaulement annulaire (10) servant d' appui axialement à la bague de recouvrement (11 ).

4. Tube de chauffage par rayonnement à enveloppe selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce tubulaire (7a) voisine du brûleur est montée par son extrémité située côté manchon sur une pièce d'embouchure de brûleur (5) céramique et en ce qu'une bague de raccordement (15) adjacente à la pièce d'embouchure du brûleur (5) est introduite avec un certain jeu dans le manchon (8) de cette pièce tubulaire (7a).

5. Tube de chauffage par rayonnement à enveloppe selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bague de raccordement (15) porte sur sa face périphérique extérieure des pièces d'espacement (16).

6. Tube de chauffage par rayonnement à enveloppe selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pièces d'espacement (14), sont disposées sur la face périphérique extérieure des bagues de recouvrement (11 ).

7. Tube de chauffage par rayonnement à enveloppe selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une bague de recouvrement (11) portant des pièces d'espacement (14) est montée sur la pièce tubulaire (7) située à l'extrémité, selon une orientation tournée de 180° par rapport aux autres bagues d'espacement.

8. Tube de chauffage par rayonnement à enveloppe selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pièces tubulaires (7, 7a) se composent de carbure de silicium pur.

Zeichnung