CZ290409B6

CZ290409B6 - Roątový element s chlazením kapalinou

Info

Publication number: CZ290409B6
Application number: CZ19971686A
Authority: CZ
Inventors: Johannes Josef Edmund Dipl. Ing. Martin; Thomas Nikolaus
Original assignee: Martin GmbH für Umwelt- und Energietechnik; Techform Engineering Gmbh
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 2002-07-17
Also published as: BR9703442A; ES2112229T1; DE19622424A1; NO972545D0; EP0811803B1; JP3027727B2; NO310485B1; DE19622424C2; CA2206727A1; ES2112229T3; PL183140B1; ATE300017T1; JPH1082516A; CA2206727C; TW340171B; US5899150A; DK0811803T3; SI0811803T1; DE59706724D1; EP0811803A3

Abstract

Ro tov² element (1, 2) s chlazen m kapalinou je proveden jako trojd ln² a sest v z hlavn sti (10) a ze dvou bo n ch st (11, 12) k n p°ipevn n²ch. Hlavn st (10) proch zej navz jem rovnob n p° m d ry, tvo° c p° m ·seky (13) kan lu pro chladic kapalinu, kter jsou uspo° d ny kolmo k pod ln mu sm ru ro tu. Tyto p° m ·seky (13) kan lu jsou spojeny vratn²mi stmi (14), proveden²mi v bo n ch stech (11, 12). Vstup (15) chladic kapaliny je upraven v zadn sti ro tov ho elementu (1, 2), zat mco v²stup (16) chladic kapaliny je upraven v oblasti hlavy (7) ro tov ho elementu (1, 2). V dy dva z v ce p° m²ch ·sek (13) kan lu jsou spojeny vratnou st (14) uvnit° jednoho ro tov ho elementu (1, 2), p°i em kan l m ·zk² pr °ez o velikosti v rozmez od 20 do 500 mm.sup.2.n.. Ve v²stupu (16) je upraveno teplotn idlo (17) pro zji ov n teploty chladic kapaliny. V doln sti hlavy (7) jsou uspo° d ny v²stupn otvory (18) vzduchu, proveden jako sm rem dol otev°en vybr n .\

Description

Vynález se týká roštového elementu s chlazením kapalinou, s hlavou a s upevňovacím nebo hnacím koncem, s kanálem pro přívod kapaliny, provedenými s rovnoběžnými úseky, se vstupem kapaliny a výstupem kapaliny, přičemž rovnoběžné úseky kanálu jsou uspořádány kolmo k podélnému směru roštu a jsou přímé.

Dosavadní stav techniky

Rošt s roštovými elementy tohoto druhuje známý ze spisu BE 431 291. U tohoto známého roštu jsou v každém roštovém elementu upraveny pouze dva přímé úseky kanálu pro chladicí kapalinu. Oba tyto úseky jsou navzájem spojeny vratnou částí, která se však nachází vně roštového elementu. Na základě tohoto provedení je chlazení roštového elementu omezeno, a sice jednak malým počtem přímých úseků a jednak skutečností, že vratné části se chlazení uvnitř roštového elementu neúčastní. U tohoto řešení je proto rovněž nutné provést úseky kanálu pro chladicí kapalinu s poměrně velkým průměrem pro přívod dostatečného množství chladicí kapaliny. Se zvětšujícím se průměrem úseků kanálu je však často spojeno i zmenšení rychlosti proudění chladicí kapaliny, a tudíž koeficientu přestupu tepla. S velikostí průměru úseků kanálu pro vedení chladicí kapaliny se rovněž zvětšuje nebezpečí shromažďování vzduchových nebo parních bublin.

Roštové elementy roštu, který sestává z roštových stupňů, položených na sobě na způsob střešních tašek a navzájem vůči sobě pohyblivých, které jsou vytvořeny z jednoho nebo několika vedle sebe uspořádaných roštových elementů, jsou vystaveny vysokým silně kolísajícím tepelným zatížením, vysokému mechanickému otěru a chemickému působení. Opotřebení roštového elementu závisí v podstatě na tepelném zatížení, takže v poslední době se začaly používat roštové elementy chlazené kapalinou, protože prostřednictvím chladicí kapaliny se dosáhne lepšího chlazení a rovnoměrnějšího rozložení teplot uvnitř roštového elementu.

Ze spisu EP 0 621 449 je známý deskový roštový element, který je proveden jako duté plechové těleso a je opatřen vstupem a výstupem chladicí vody. U tohoto známého roštového elementu mohou být v dutém tělese rovněž vytvořeny šikany pro vytvoření meandrovitého průchodu chladicí vody. Vstup a výstup chladicí vody je přitom upraven v oblasti upevňovacího nebo hnacího konce roštového elementu. U této konstrukce roštového elementu jsou vytvořeny velké průtočné průřezy, a tudíž s tím spojené mrtvé prostory, přičemž dochází k odtrhávání proudu a k nepravidelnému rozvádění chladicí kapaliny. Kromě toho nejsou tyto roštové elementy dostatečně odvzdušnitelné, takže se v nich mohou tvořit velké vzduchové bubliny, které v této části způsobují podstatně horší chlazení, a tudíž přehřátí roštového elementu. Tato skutečnost je nevýhodná zejména tehdy, když jsou roštové elementy uspořádány v roštu, v němž některé roštové elementy vykonávají vratný pohyb, a v němž se hlavy roštových elementů v důsledku nakloněného uspořádání nacházejí ve vyšším místě než příslušné upevňovací nebo hnací konce roštového elementu. Při nakloněném uspořádání roštového elementu se vzduch nacházející se v roštovém elementu shromažďuje v hlavové oblasti roštového elementu, která je v podstatě nezávisle na typu roštu vystavena vyššímu tepelnému zatížení, takže ve spojení s horším chladicím účinkem, spojeným s vytvářením vzduchových bublin, se opotřebení roštového elementu silně zvětšuje. Kromě toho se mohou roštové elementy, vytvořené jako dutá plechová tělesa, při nestejnoměrném chlazení deformovat, což vede k poruše činnosti roštu. Uspořádání vstupu a výstupu chladicí kapaliny v zadní části roštového elementu, to znamená v blízkosti upevňovacího nebo hnacího konce, vede k neuspokojivému zjišťování teploty chladicí kapaliny, protože místa vstupu a výstupu chladicí kapaliny se nacházejí v chladnější oblasti a teplotní čidlo

- 1 CZ 290409 B6 se s výhodou umístí ve výstupu chladicí kapaliny. Výše zmíněné přehřívání, zejména hlavové části roštového elementu, způsobené vznikem vzduchovým bublin, je možno rozpoznat pouze nedostatečně.

Ze spisu WO 9 521 353 je známé přiřadit každému roštovému elementu vlastní regulovatelný oběh chladicí kapaliny.

Ze spisu DE 44 00 992 je známá roštnice chlazená vodou, která obsahuje alespoň jeden kanál, jehož úseky probíhají v podélném směru roštnice navzájem rovnoběžně a jsou navzájem spojeny vratnou částí provedenou v hlavě roštnice. Vstup a výstup kanálu pro vedení chladicí kapaliny se nachází u této známé roštnice v její zadní části, to znamená v části upevňovacího nebo hnacího konce, takže i v tomto případě vznikají v podstatě podobné nevýhody, jako u výše popsaného deskového roštového elementu. Rovněž u této známé roštnice, která má kanál s průřezem v podstatě tvaru obdélníku a zalomený průběh k vratné části v hlavové oblasti, může docházet k odtrhávání proudu nebo k tvoření vírů a vzduchových bublin, čemuž nelze s jistotou zabránit. Protože kromě vstupu je v zadní části roštnice upraven rovněž výstup chladicí kapaliny, je nedostatečné nejen zjišťování teploty, jak již bylo výše uvedeno, nýbrž nedostatečné je i odvzdušňování, to znamená, že odvádění eventuálně vzniklých vzduchových bublin z hlavové části je nanejvýš obtížné.

Úkolem vynálezu proto je vytvořit roštový element s chlazením kapalinou výše popsaného druhu, u něhož bude umožněno cílené chlazení roštového elementu, přizpůsobené příslušným poměrům, při malých konstrukčních nákladech a nákladech na regulaci.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje roštový element s chlazením kapalinou, s hlavou a s upevňovacím nebo hnacím koncem, s kanálem pro přívod kapaliny, provedeným s rovnoběžnými úseky, se vstupem kapaliny a výstupem kapaliny, přičemž rovnoběžné úseky kanálu jsou uspořádány kolmo k podélnému směru roštu a jsou přímé, podle vynálezu, jehož podstatou je, že vždy dva zvíce přímých úseků kanálu jsou spojeny vratnou částí uvnitř roštového elementu, přičemž kanál má úzký průřez o velikosti v rozmezí od 20 do 500 mm².

Umístěním vratných částí do roštového elementu a vytvořením kanálu s úzkým průřezem se zvýší chladicí účinek a odstraní se nebezpečí vzniku a shromažďování vzduchových nebo parních bublin. Volbou úzkého průřezu se dosáhne vytvoření kompaktního proudění bez odtrhávání proudu a bez vzniku mrtvých prostorů v celém průřezu, přičemž toto proudění lépe odvádí eventuálně vzniklé vzduchové bubliny než nehomogenní proudění s mrtvými prostory ve velkých prostorech. Přitom se nastaví Reynoldsovo číslo větší než 10 000, když se vezme v úvahu potřebný odvod tepla.

Podle výhodného provedení mají úseky kanálu kruhový průřez s průměrem v rozmezí od 5 do 25 mm.

S přihlédnutím k různému rozložení teplot v podélném směru roštového elementu, to znamená ve směru od upevňovacího nebo hnacího konce k hlavě roštového elementu, mohou být podle výhodného provedení vynálezu odstupy mezi úseky kanálu v oblasti hlavy menší a ve směru k upevňovacímu nebo hnacímu konci se mohou zvětšovat.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že roštový element sestává z masivní deskové hlavní části, pevné v tlaku, a z oboustranně upevněných úzkých, masivních bočních částí, pevných v tlaku, přičemž hlavní část je opatřena přímými úseky kanálu a v bočních částech jsou provedeny vratné části. Na základě tohoto provedení je možné vyrobit hlavní část roštového

-2 CZ 290409 B6 elementu z masivní ocelové desky, v níž se provedou příslušné průchozí díry, přičemž boční části, které se ktéto ocelové desce připevní, jsou opatřeny vratnými částmi. Boční části přitom mohou být odlity jako jeden díl nebo mohou být vyrobeny z válcované oceli jako dvoudílné, aby bylo možno vratné části vytvořit například frézováním, což umožní výrobu zvlášť hladkých vnitřních stěn těchto vratných částí. S ohledem na co nejvíce kompaktní proudění bez odtrhávání proudu a bez vzniku mrtvých prostorů je výhodné, když má kanál všude vnitřní stěny jemně opracované, což je umožněno vytvořením přímých úseků kanálu vrtáním a vytvořením vratných částí frézováním.

Zvlášť výhodná možnost regulace teploty chladicí kapaliny, a tudíž roštového elementu, vznikne tím, když u provedení s několika roštovými elementy v jednom roštovém stupni je každý roštový element přiřazen vlastnímu regulovatelnému oběhu chladicí kapaliny.

Pro zjednodušení konstrukce a zejména pro snížení nákladů na regulaci je roštový element spojovatelný s jiným roštovým elementem pro vytvoření roštu, uspořádaného z roštových stupňů, kde jsou alespoň dva za sebou uspořádané roštové stupně přiřazeny jednomu vlastnímu oběhu chladicí kapaliny.

Když je podle dalšího výhodného provedení vynálezu teplotní čidlo pro zjišťování teploty pro regulaci teploty chladicí kapaliny změnou rychlosti proudění a/nebo tlaku chladicí kapaliny umístěno ve výstupu chladicí kapaliny, je možno na základě skutečnosti, že výstup je proveden v oblasti hlavy, tedy v nejteplejší oblasti roštového elementu, provádět zvlášť jemnou regulaci, protože tímto provedením se zjišťuje nejvyšší teplota chladicí kapaliny a roštového elementu, což při uspořádání výstupu chladicí kapaliny na zadním konci roštového elementu s takovou přesností není možné. Změna tlaku chladicí kapaliny je v uzavřeném systému v oblasti teploty varu chladicí kapaliny potřebná, aby se zabránilo tvoření parních bublin. Uspořádání teplotního čidla ve výstupu chladicí kapaliny je výhodné v tom, že například potřebné přívodní vedení k teplotnímu čidlu může být uspořádáno uvnitř výstupního potrubí chladicí kapaliny, čímž je toto přívodní vedení zvlášť dobře chráněno. Přívodní vedení k teplotním čidlům volně položené na roštových elementech podléhá při tomto drsném provozu často nebezpečí zničení.

V důsledku kolmého uspořádání přímých úseků kanálu vůči podélnému směru roštu, čímž nejsou v oblasti hlavy roštového elementy vytvořeny žádné smyčky, mohou být v oblasti hlavy roštového elementu uspořádány výstupní otvory primárního spalovacího vzduchu, přiváděného z prostoru pod roštem tvořeným na sobě uspořádanými roštovými stupni z roštových elementů, aniž by bylo nutné provádět jakákoli zvláštní opatření pro vytvoření těchto výstupních otvorů vzduchu.

Přehled obrázku na výkrese

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladu provedení podle přiloženého výkresu, na němž obrázek znázorňuje schematicky dva roštové elementy podle vynálezu, položené na sobě na způsob střešních tašek.

Příklady provedení vynálezu

Jak z obrázku vyplývá, je rošt sestaven z několika roštových elementů 1, 2, položených na sobě na způsob střešních tašek, z nichž roštový element 1 je vratně pohyblivý ve směru dvojité šipky 3 a roštový element 2 je uspořádán pevně. Pohyblivé roštové elementy 1 jsou přiřazeny hnacímu zařízení 4, které vykonává potřebný zdvih. Každý roštový element 1, 2 má upevňovací nebo hnací konec 5, který je zavěšen v držáku 6, přičemž tento držák 6 je u pohyblivého roštového

- j CZ 290409 B6 elementu 1 pevně spojen s hnacím zařízením 4. Každý roštový element 1, 2 má dále hlavu 7 a hřbet 9.

U znázorněného příkladu provedení je každý roštový element 1, 2 proveden jako trojdílný a sestává z hlavní části 10 a ze dvou bočních částí 11, 12. Hlavní část 10 je provedena z masivní desky pevné v tlaku, kterou procházejí kolmo k podélnému směru roštového elementu 1, 2, to znamená kolmo ke směru dopravy paliva, navzájem rovnoběžné průchozí díry tvořící přímé úseky 13 kanálu pro vedení chladicí kapaliny. V bočních částech 11, 12 jsou vytvořeny vratné části 14, přičemž každá vratná část 14 je přiřazena vždy dvěma sousedním úsekům 13 kanálu pro vedení chladicí kapaliny. První vratná část 14, upravená v zadní části roštu, je spojena se vstupem 15 chladicí kapaliny a poslední vratná část 14, provedena v oblasti hlavy 7, je spojena s výstupem 16 chladicí kapaliny. Chladicí kapalina tedy vstupuje vstupem 15, protéká jednotlivými úseky 13 kanálu, uspořádanými v řadě, zezadu dopředu vždy rovnoběžně s povrchem roštového elementu 1, 2 a kolmo k podélnému směru roštového elementu 1, 2 a potom opět vy stupuje výstupem 16 v oblasti hlavy 7. Přitom jsou podle rozložení teplot v podélném směru roštového elementu 1, 2, tedy od upevňovacího nebo hnacího konce 5 ve směru k hlavě 7, zvoleny odstupy mezi jednotlivými přímými úseky 13 různé, přičemž úseky 13 kanálu v hlavě 7 jsou uspořádány podstatně těsněji vedle sebe než v zadní části roštového elementu 1, 2 u upevňovacího nebo hnacího konce 5. Toto rozložení je zvoleno z důvodu vyššího tepelného zatížení roštového elementu 1, 2v oblasti hlavy 7. Ve výstupu 16 chladicí kapaliny je umístěno teplotní čidlo 17 pro zjišťování teploty chladicí kapaliny. V dolní části v oblasti hlavy 7 každého roštového elementu 1, 2 jsou vytvořeny výstupní otvory 18 vzduchu, provedené jako vybrání otevřená směrem dolů. Tyto výstupní otvory 18 vzduchu slouží k přívodu primárního spalovacího vzduchu z prostoru pod roštem k palivu nacházejícímu se na roštových elementech 1, 2. Tyto výstupní otvory 18 vzduchu jsou čištěny výstupky 19, upravenými v zadní části hřbetu 9 roštového elementu 1, 2, které při nejdelším zdvihu pohyblivého roštového elementu 1 vniknou do výstupních otvorů 18 vzduchu a odstraní zde nahromaděné částice.

Na obrázku jsou boční části 1_1, 12 znázorněny v rozloženém stavu vedle hlavní části 10. Ve skutečnosti jsou tyto boční části 11, 12 pevně s hlavní částí 10 spojeny, přičemž toto spojení je možno provést například pomocí neznázoměných šroubů. Aby se dosáhlo co nejhladšího povrchu vratných částí 14, mohou být boční části 11, 12 provedeny odděleně, takže vratné části 14 je možno vyrobit například frézováním.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Roštový element s chlazením kapalinou, s hlavou (7) a s upevňovacím nebo hnacím koncem (5), s kanálem pro přívod kapaliny, provedeným s rovnoběžnými úseky (13), se vstupem (15) kapaliny a výstupem (16) kapaliny, přičemž rovnoběžné úseky (13) kanálu jsou uspořádány kolmo k podélnému směru roštu a jsou přímé, vyznačující se tím, že vždy dva z více přímých úseků (13) kanálu jsou spojeny vratnou částí (14) uvnitř roštového elementu (1, 2), přičemž kanál má úzký průřez o velikosti v rozmezí od 20 do 500 mm².

2. Roštový element podle nároku 1, vyznačující se tím, že úseky (13) kanálu mají kruhový průřez o průměru v rozmezí od 5 do 25 mm.

3. Roštový element podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že odstupy mezi úseky (13) kanálu v oblasti hlavy (7) jsou menší a ve směru k upevňovacímu nebo hnacímu konci (5) jsou větší.

-4 CZ 290409 B6

4. Roštový element podle jednoho z nároků 1 až 3, v y z n a č u j í c í se t í m , že sestává z masivní deskové hlavní části (10), pevné v tlaku, a z po obou stranách upevněných úzkých masivních bočních částí (11, 12), pevných v tlaku, přičemž přímé úseky (13) kanálu jsou provedeny v hlavní části (10) a vratné části (14) jsou provedené v bočních částech (11, 12).

5. Roštový element podle jednoho z nároků 1 až 4, v y z n a č u j í c í se t í m , že přímé úseky (13) kanálu v hlavní části (10) jsou tvořeny průchozími děrami.

6. Roštový element podle jednoho z nároků 1 až 5, vy z n a č u j í c í se t í m , že kanál má hladkou vnitřní stěnu vyrobenou jemným obráběním.

7. Roštový element podle jednoho z nároků 1 až 6, v y z n a č u j í c í se t í m , že roštový element (1,2) je přiřazen vlastnímu regulovatelnému oběhu chladicí kapaliny.

8. Roštový element podle jednoho z nároků 1 až 6, v y z n a č u j í c í se t í m , že je spojovatelný s jiným roštovým elementem (1, 2) po vytvoření roštu, uspořádaného z roštových stupňů, kde alespoň dva, na sobě uspořádané roštové stupně jsou přiřazeny jednomu vlastnímu regulovatelnému oběhu chladicí kapaliny.

9. Roštový element podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že ve výstupu (16) je upraveno teplotní čidlo (17) pro zjišťování teploty pro regulaci teploty chladicí kapaliny změnou rychlosti proudění a/nebo tlaku chladicí kapaliny.

10. Roštový element podle jednoho z nároků 1 až 9, vy z n a č uj í c í se t í m , že v oblasti hlavy (7) jsou upraveny výstupní otvory (18) vzduchu pro primární spalovací vzduch, pro přivádění vzduchu z prostoru pod roštem tvořeným na sobě uspořádanými roštovými stupni z roštových elementů (1, 2).