CH633870A5 - Gekuehlte regelklappe fuer heissgasleitungen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Regelklappe für Heissgasleitungen, insbesondere gekühlte Heissgasleitungen.

Regelklappen in Heissgasleitungen, z. B. in Abgasleitungen von Industrieöfen, wie etwa elektrischen Lichtbogenöfen, dienen zur Druck- und Mengenregelung in den gasführenden Rohren und damit in den der Klappe vor- und nachgeschalteten Komponenten der Gesamtanlage.

Je nach Einsatzfall sind solche Regelklappen ausserordentlich hohen thermischen und erosiven Beanspruchungen ausgesetzt, wodurch ihre Lebensdauer recht niedrig liegt, falls nicht besondere Massnahmen, wie Kühlung und Verwendung spezieller Werkstoffe, getroffen werden.

Für hohe Beanspruchungen, wie sie z. B. in den Abgasrohren von elektrischen Lichtbogenöfen zur Sonderstahlherstellung vorliegen, werden deshalb vielfach wasser- bzw. dampfgekühlte Klappen verwendet.

Diese gekühlten Klappen nach dem Stand der Technik bestehen aus einem flachen, dosenartigen Zylinder, welcher an der Gasleitung drehbar gelagert ist und welchem durch seine hohle 40 Schwenkwelle ein geeignetes Kühlmittel, wie Wasser oder Heiss-dampf, zugeführt wird. Die Abfuhr des Kühlmittels erfolgt ebenfalls durch die hohle Schwenkwelle, z. B. an der dem Kühlmitteleintritt gegenüberliegenden Seite letzterer. Im Innern dieser dosenartigen Klappe sind Leitstege für das Kühlmittel angebracht, durch welche für letzteres bestimmte, als mehr oder weniger günstig erachtete Strömungswege geschaffen worden.

Diese gekühlte Regelklappe für Heissgasleitungen nach dem Stand der Technik hat zwar eine höhere Lebensdauer als unge-kühlte Klappen, sie ist jedoch mit mehreren schwerwiegenden 50 Mängeln behaftet.

So ist es z. B. bei diesen bekannten Klappen nicht möglich, bestimmten Zonen der Klappe in gezielter Weise grössere Kühlmittelmengen als anderen Zonen zwecks Anpassung der Kühlwirkung an die jeweils örtlich gegebene thermische Beanspru- 55 chung zuzuführen. Die Klappe unterliegt somit einer ungleich-massigen thermischen Beanspruchung mit sich daraus ergebender, verringerter Lebensdauer. Ferner sind die oben erwähnten Führungsstege für das Kühlmittel aus fabrikationstechnischen Gründen nur an einzelnen Stellen der Stegschmalseiten mit den 60 Begrenzungswänden der Klappe verschweisst, wodurch mehr oder minder breite Spalte zwischen diesen Stegschmalseiten und den Klappenwänden offen bleiben, welche Schleichwege für das Kühlmittel darstellen mit entsprechender Minderung des Kühleffektes und Erhöhung des Kühlmittelverbrauches. Ein weiterer 65 Nachteil dieser bekannten Klappen mit Lenkung des Kühlmittels durch Führungsstege besteht im Vorhandensein zahlreicher toter Winkel, insbesondere im Bereich der Umlenkungdes Kühlmit-

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tels um freie Stegenden, wodurch Wirbel- und Dampfblasenbildung mit entsprechendem ungünstigen Wärmestau und Druckverlust begünstigt werden.

Ein grundsätzlicher Nachteil der bekannten Klappen ist auch ihre flache, dosenartige Form, welche sich wegen Verformungsgefahr nicht für hohe Kühlmitteldrücke eignet, wodurch wiederum eine Begrenzung des Kühleffektes gegeben ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die aufgezeigten Mängel und Unzulänglichkeiten des Standes derTechnik zu vermeiden oder grösstenteils auszuschalten, indem eine Regelklappe der eingangs erwähnten Gattung vorgeschlagen wird, welche es gestattet, bestimmten Zonen der Klappe in gezielter Weise bestimmte Kühlmittelmengen zuzuführen, Wirbel- und Dampfblasenbildung des Kühlmittels weitgehend zu vermeiden, einen grossen Kühleffekt durch hohe Kühlmitteldrücke und -geschwindigkei-ten zu erzielen, sowie die thermische Belastbarkeit der Klappenlagerung wesentlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Regelklappe der eingangs erwähnten Art durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine gekühlte Heissgasleitung mit darin schwenkbar montierter, gekühlter Regelklappe sowie gekühlter Klappenlagerung;

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1 mit Einzelheiten der Lagerkühlung.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Referenzzahlen versehen.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe gekühlte Regelklappe 2, welche in einer gekühlten Heissgasleitung 4 eingebaut ist und an letzterer mittels Lagerungen 6 schwenkbar gelagert ist. Die Heissgasleitung 4 besteht aus einer Rohr-an-Rohr-Konstruktion, wie eine solche in der deutschen Patentanmeldung P 2734922.0 zur Kühlung von Abgasleitungen bzw. -krümmern beschrieben ist und bei welcher in den die Leitungswand bildenden Rohren 19 ein Kühlmittel, z. B. Wasser, zirkuliert. Die Regelklappe 2 besteht im wesentlichen aus einem Achsrohr 8, welches vorteilhafterweise aus mehreren, miteinander verschweissten Rohrstutzen 10,12,14,16 zusammengeschweisst ist und aus einer Mehrzahl von kreisbogenförmig gekrümmten kühlmittelführenden Rohren 18j bis 18n und 20j bis20n. Diese Rohre 18,20, deren Anzahl n von ihrem Querschnitt und dem Innendurchmesser der Heissgasleitung 4 abhängt, sind ebenfalls in einer Rohr-an-Rohr-Konstruktion zusammengefasst und bilden damit ein flächiges, im wesentlichen kreisförmiges Abschlussorgan innerhalb der Heissgasleitung 4. Da es in den anvisierten Einsatzfällen für die vorgeschlagenen Regelklappen nicht auf einen hermetischen Abschluss der Heissgasleitung 4, sondern vielmehr auf eine approximative Regelung des Gasstromes innerhalb derselben ankommt, kann zwischen geschlossener Regelklappe 2 und Heissgasleitung 4 ein mehr oder weniger breiter Ringspalt 22 offenbleiben.

Die etwa halbkreisförmig gebogenen Rohre 18,20 sind angrenzend zum durchgehenden Achsrohr 8 und zu in letzterem vorgesehenen Kühlmittelein- und -austrittsöffnungen 24, bis 24n und26i bis 26n etwas abgeplattet (s. Fig. 1), damit ein Anschweis-sen derselben auf dem Achsrohr 8 auf ihrem ganzen, an dieses Achsrohr 8 anstossenden Querschnittsbereich möglich ist. Selbstverständlich können die einzelnen Rohre 18 bzw. 20 auch noch unter sich miteinander verschweisst werden, so wie dies für die Rohre 19 (s. Fig. 1) durchgeführt ist.

Der Zentralbereich der Regelklappe 2 wird durch zwei Kühlmittelkammern 28,30 gekühlt, welche von einem Teil der Rohrwandungen der Rohre 18j, 20t bzw. Rohrstutzen 12,14 und je zwei beidseitig aufgeschweissten Deckblechen 32,34 bzw. 36,

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38 (34 und 38 liegen vor der Zeichenebene und sind wegen der Schnittdarstellung nicht sichtbar) begrenzt werden.

Zweckmässigerweise können die Fugen 40 im Anschlussbereich der verschiedenen Rohre 18,20 an das Achsrohr 8 ebenfalls mit angeschweissten Deckblechen verschlossen werden.

Der Eintritt des Kühlmittels zur Regelklappe 2 erfolgt in Fig. 1 bei 44 durch das Achsrohr 8. Die einzelnen Rohre bzw. Kühlkammern werden, wie durch Pfeile angedeutet, durch die verschiedenen radialen Kühlmitteleintrittsöffnungen 24,26,42 im Achsrohr 8 mit Kühlmittel beaufschlagt, welches aus genannten Rohren bzw. Kühlkammern, durch Kühlmittelaustrittsöffnungen 24', 26', 42' in das Achsrohr 8 zurücktritt und bei 46 das System verlässt.

Der grosse Vorteil dieser individuellen Kühlmittelzufuhr zu den einzelnen Rohren bzw. Kammern besteht darin, dass durch geeignete Wahl bzw. Kalibrierung des Querschnittes der einzelnen Kühlmitteleintrittsöffnungen 24,26,42 und/oder Kühlmittelaustrittsöffnungen 24', 26', 42' jedem Rohr ein genau dosierbarer Anteil des durchgesetzten Gesamtkühlmittelstromes zugeteilt werden kann in Abhängigkeit von der individuell verschiedenen thermischen Belastung der einzelnen Klappenzonen. Da z. B. das äussere Rohr 18n, 20n naturgemäss in der Heissgasströ-mung am meisten exponiert ist, kann diesem Rohr durch geeignete Dimensionierung der Kühlmitteleintrittsöffnung 24n, 26n ein ' entsprechend grosser Anteil des Kühlmittels zugeführt werden. Die thermische Belastung kann in analoger Weise auf alle Rohre gleichmässig verteilt und damit die Lebensdauer der Regelklappe global verlängert werden. Von mindestens gleichgrosser Bedeutung ist aber auch der Umstand, dass wegen der druckmäs-sig hochbelastbaren Kühlrohre ein praktisch beliebig grosser Kühleffekt durch Erhöhung des Kühlmitteldruckes erzielt werden kann und damit wiederum eine entsprechende Erhöhung der

Regelklappenlebensdauer bzw. ihrer thermischen Belastbarkeit.

Um nicht, wie bei den bisherigen Regelklappen, die thermische Belastbarkeit auf Gastemperaturen von rund 800° C beschränken zu müssen, kann man eine intensive Kühlung der s Klappenlagerung vorsehen, wodurch, wie Versuche ergeben haben, die thermische Belastbarkeit bis auf Gastemperaturen von rund 1800° C ansteigt.

Diese hochwertige Lagerkühlung wird durch eine Kühlmittelführung erzielt, wie sie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich und io dadurch in günstigerWeise durchführbar ist, da das Kühlsystem für die Gasleitungswandungzu diesem Zweck herangezogen werden kann.

Hierzu ist die Lagerung 6 des Achsrohres 8 im wesentlichen als Kühlmittelkammer in Form eines Hohlzylinders ausgeführt, 15 der als Kühlkammer 50 dient. Der Kühlmittelstrom in der Heissgasleitung 4 hat in je zwei benachbarten Rohren 19 entgegengesetzte Richtung (s. in Fig. 2,19", 19'", 19""). Ein solcher Kühlmittelstrom zweier benachbarter Rohre 19 wird durch zwei voneinander abgetrennte Abteile 52,54 der Kühlkammer 50 20 geleitet (s. Fig. 2) und gewährleistet dort eine intensive Kühlung der Lagerung 6. Diese Lagerung 6 wird demnach nicht mehr von innen durch den Kühlmittelstrom im Achsrohr 8 gekühlt, sondern auch, und zwar auf einer grossen Oberfläche, ebenfalls von aussen. Hiermit wird die weiter oben erwähnte, ganz erhebliche 25 Steigerung der thermischen Belastbarkeit der Lagerung 6 möglich.

Wie aus vorstehenden Ausführungen mit genügender Klarheit hervorgeht, bedeutet die vorgeschlagene Regelklappe mit gekühlter Lagerung 6 einen beachtlichen Fortschritt gegenüber 30 dem Stand der Technik, da sowohl die Lebensdauer dieser Elemente ganz wesentlich erhöht werden konnte als auch ihr Anwendungsbereich erweitert, indem eine bisher nicht mögliche, thermische Belastbarkeit realisiert werden konnte.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Gekühlte Regelklappe fürHeissgasleitungen. insbesondere gekühlte Heissgasleitungen, gekennzeichnet durch eine flächige Rohr-an-Rohr-Konstruktion von annähernd halbkreis- 5 förmig gebogenen, kühlmittelführenden Rohren (18,20), welche an ihren Enden abgeplattet und mit diesen Enden auf einem mit Kühlmittelein- und austrittsöffnungen (24,26,24', 26') versehenen und zum Schwenken der Regelklappe (2) dienenden Achsrohr (8) umlaufend angeschweisst sind. 10
2. 2. Regelklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass zur Kühlung des Zentralbereiches der Regelklappe (2) zwei Kühlmittelkammern (28,30) vorgesehen sind, zu deren Versorgung mit Kühlmittel Kühlmittelein- und austrittsöffnungen (42, 43, 42', 43') im Achsrohr (8) vorhanden sind. 15
3. 3. Regelklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass das Achsrohr (8) aus mehreren Rohrstutzen (10,12,14,16) zusammengeschweisst ist.

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