CERAMIC FIRE TUBE FOR A RADIANT HEATING COVER TUBE OF AN INDUSTRIAL BURNER

Abstract: 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 interconnected 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).

Description: Keramisches Flammrohr für das Mantelstrahlheizrohr eines Industriebrenners Die Erfindung betrifft ein keramisches Flammrohr für das Mantelstrahlheizrohr eines Industriebrenners, das wenigstens teilweise aus einzelnen keramischen Rohrstücken besteht, die stirnseitig formschlüssig miteinander verbunden sind und denen aussen angeordnete rippen- oder nockenartige Abstandsteile zur radialen Abstützung gegen ein das Flammrohr umgebendes Mantelrohr zugeordnet sind. 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 Keramikrohr (GB-PS 716 579) unterliegen sie aber einer hohen Bruchgefahr, die insbesondere bei liegend eingebauten Mantelstrahlheizrohren daher rührt, dass das das Flammrohr mit Abstand umgebende metallische Cussmantelrohr unter der auftretenden Temperatureinwirkung nicht nur Längenänderungen, sondern auch eine gewisse Durchbiegung erfährt, der das einstückige, verhältnismässig starre keramische Flammrohr nicht zu folgen vermag. Um dem keramischen Flammrohr eine gewisse Elastizität zu geben, ist es deshalb auch bekannt (GB-PS 564 523, US-PS 2478 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 aneinanderstossenden 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. 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-PS 1551 762). Damit konnte zwar ein sehr flexibles keramisches Flammrohr hergestellt werden, das aus verhältnismässiq 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. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein widerstandsfähiges, flexibles, keramisches Flammrohr zu schaffen, das bei einfachem Aufbau das Auftreten örtlicher Uberhitzungsstellen an dem umgebenden metallischen Mantelrohr verhütet und sich durch Montage- und Reparaturfreundlichkeit auszeichnet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte keramische Flammrohr erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die dünnwandigen Rohrstücke einenends jeweils als Muffe ausgebildet und mit Spiel ineinandergesteckt sind und dass im Bereiche der Muffenverbindungsstellen auf das Flammrohr jeweils ein keramischer Abdeckring mit Spiel aussen aufgesetzt ist, der sich in Achsrichtung über einen Teil des jeweiligen Rohrstückes erstreckt und durch den die zugeordnete Muffe zumindest teilweise abgedeckt ist. 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 Rohr stückes 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 Rohr stücke 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 Uberhitzungen führen könnten. 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 mUBte. 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. Ausserdem ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Abdeckring 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. 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 Anschluss ring 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 < Q4 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. Auf das endständige Rohrstück des Flammrohres kann ein solcher Abstandsteile tragender Abdeckring in um 1800 verdrehter Ausrichtung aufgesetzt sein, um das Flammrohr auch an dem dem Brenner abgewandten Ende zu zentrieren, ohne dass dazu eigene Zentrierteile etc. erforderlich wären. 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. 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. In einem aus Gussstahl bestehenden, endseitig 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. 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. Die aussen und innen glattwandigen Rohrstücke 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. Im Bereiche der Muffenverbindungsstellen zwischen 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. Auf ihrer zylindrischen Aussenunfangsfläche tragen die Abstandsringe 11 achsparallel ausgerichtete rippenartige Abstandsteile 14, die um den Ringumfang gleichmässig verteilt an den Abdeckringen 11 einstückig angeformt sind. Die Abstandteile 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. 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. Auf das endständige Rohrstück 7 ist ein Abstandsteile 14 tragenden Abdeckring 11 um 1800 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. 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 Abstanasteile 16 trägt, die das Flammrohr 3 und das Brennermundstück 5 radial an der Mantelrohrinnenwand 1 abstützen und zentrieren. 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 Abdeck- ringe 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. 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. 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.

Claims: Patentansprüche 1. Keramisches Flammrohr für das flantelstrahlheizrohr eines Industriebrenners, das wenigstens teilweise aus einzelnen keramischen Rohrstücken besteht, die stirnseitig formschlüssig miteinander verbunden sind und denen aussen angeordnete rippen- oder nockenartige Abstandsteile zur radialen Abstützung gegen ein das Flammrohr umgebendes Mantelrohr zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnwandigen Rohr stücke (7, 7a) einenends jeweils als Muffe (8) aus gebildet und mit Spiel ineinandergesteckt sind und dass im Bereiche der Muffenverbindungsstellen auf das Flammrohr (3) jeweils ein keramischer Abdeck ring (11) mit Spiel aussen aufgesetzt ist, der sich in Achsrichtung über einen Teil (9) des jeweiligen Rohrstückes (7, 7a) erstreckt und durch den die zugeordnete Muffe (8) zumindest teilweise abgedeckt ist. 2. Flammrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckring (11) sich in Achsrichtung über die Muffe (8) hinaus erstreckt. 3. Flammrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass der Abdeckring (11) an dem Flammrohr (3) in Achsrichtung formschlüssig fixiert ist. 4. Flammrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rohrstück (7, 7a) an dem der Muffe (8) abgewandten Ende eine den Abdeckring (11) axial abstützende Ringschulter (10) trägt. 5. Flammrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Brenner be nachbarte Rohrstück (7a) mit seinem muffenseitigen Ende auf ein keramisches Brennermundstück (5) auf gesteckt ist und dass in die Muffe (8) dieses Rohrstückes (7a) ein an dem Brennermundstück (5) anliegender An schlussring (15) mit Spiel eingesetzt ist. 6. Flammrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussring (15) auf seiner Aussenumfangs fläche Abstandsteile (16) trägt. 7. Flammrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckringe (11) auf ihrer Aussenumfangsfläche Abstandsteile (14) tragen. 8. Flammrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf das endständige Rohrstück (7) ein Abstands teile (14) tragender Abdeckring (11) in um 180 ver drehter Ausrichtung aufgesteckt ist. 9. Flammrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstücke (7,7a) aus reinem Silicium-Karbid bestehen.

Inventors: WORNER, THEO, Wörner, Theo
Applicants: AICHELIN GMBH
Application year: 1985
Main classification: F23D14
IPC codes: F21H1, F23C3, F23R3, F23D14, F23J13