DD139895A5 - Gekuehlte regelklappe fuer heissgasleitungen - Google Patents

Description

Berlin, den 6. 4. 1979 AP 14 6 K/209 879 _ 54 577 28

Gekühlte Regelklappe für Heißgasleitungen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Regelklappe für Heißgasleitungen, insbesondere für gekühlte Heißgasleitungen in Industrieöfen, sowie eine ebenfalls gekühlte Lagerung für diese Klappe·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

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

Je nach Einsatzfall 3ind solche Regelklappen und ihre Lagerung außerordentlich hohen thermischen und erisiven Beanspruchungen ausgesetzt, wodurch ihre Lebensdauer recht niedrig liegt, falls nicht besondere Haßnahmen, wie Kühlung und Verwendung spezieller Werkstoffe, getroffen werden.

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

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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 Schwenkwelle ein geeignetes Kühlmittel, wie V/asser oder Heißdampf, zugeführt wird· Die Abfuhr des Kühlmittels erfolgt ebenfalls durch die hohle Schwenkwelle, z. B, an der dem Kühlmitteleintritt gegenüberliegenden Seite. Im Innern dieser dosenartigen Klappe sind Leitstege für das Kühlmittel angebracht, durch welche für letzteres bestimmte, als mehr oder weniger günstig erachtete Strb'inungswege geschaffen werden.

Diese gekühlte Regelklappe für Heißgasleitungen nach dem Stand der Technik hat zwar eine höhere Lebensdauer als ungekühlte Klappen, sie ist Jedoch mit mehreren schwerwiegenden 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 Beanspruchung zuzuführen. Die Klappe unterliegt somit einer ungleichmäßigen thermischen Beanspruchung mit sich daraus ergebenden, verringerten Lebensdauer. Ferner sind die obenerwähnten Kihrungsstege für das Kühlmittel aus fabrikationstechnischen Gründen nur an einzelnen Stellen der Stegschmalseiten mit den Begrenzungswänden der Klappe verschweißt, wodurch mehr oder minder breite Spalte zwischen diesen Stegechmalseitsn und den Klappenwänden offen bleiben, welche Schleichwege für das Kühlmittel darstellen mit entsprechender !.linderung des Kühleffektes und Erhöhung des Kühlmittelverbrauchs. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Klappen

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mit Lenkung des Kühlmittels durch Führungsstege besteht im Vorhandensein zahlreicher toter Winkel, insbesondere im Bereich der Umlenkung des Kühlmittels um freie Stegenden, wodurch Wirbel- und Dampfblasenbildung mit entsprechendem ungünstigem 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 hat sich .schließlich herausgestellt, daß die Lagerung der Klappenwelle ein kritischer Punkt dieser Ausführung ist, indem bei Gastemperaturen in der Heißgasleitung von über etwa 800 ⁰C wegen mangelhafter Kühlung die akute Gefahr eines Funktionsversagens der Lagerung besteht.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine gekühlte Regelklappe für Heißgasleitungen so auszubilden, daß deren Lebensdauer und Funktionsweise so verbessert werden, daß auch eine Senkung des Kühlmittelverbrauches erreicht werden kann.

Darlegung йез Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe augrunde, eine gekühlte Regelklappe für Heißgasleitungen zu schaffen, welche es gestattet, bestimmten Bereichen der Regelklappe in gezielter Weise vorbestimmte Kühlmittelmengen zuzuführen, Wirbel- und Dampfblasenbildung des Kühlmittels weitgehend

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zu vermeiden, einen großen Kühleffekt durch hohe Kühlmitteldrücke und -geschwindigkeiten zu erreichen, sowie die thermische Belastbarkeit der Regelklappenlagerung zu erhöhen·

Erfindungsgemäß wird das erreicht durch eine flächige Rohr-an-Rohr-Konstruktion von annähernd halbkreisförmig gebogenen, laihlmittelführenden Kühlrohren, v/elche an ihren Enden auf einem mit Eintrittsoffnungen und Auslaßöffnungen versehenen und zum Schwenken der Regelklappe dienenden Achsrohr dicht angeschweißt sind.

Ein weiteres kennzeichnenden Merkmal besteht darin daß zur Kühlung des Zentralbereichs der Regelklappe zwei Kühlmittelkammern angeordnet sind_s zu deren Kühlmittelversorgung Eintrittsöffnungen und -Auslaßöffnungen im Achsrohr vorgesehen sind und daß das Achsrohr aus mehreren Rohrstutzen zusammengeschweißt ist. Die Kühlrohre sind an ihren Enden zweckmäßiger Y/eise abgeplattet und die die Kühlmittelein- und -austrittsöffnungen kalibriert. Der Kühlmitteleintritt liegt an einem Ende des Achsrohres, der Kühlmittelaustritt am anderen Ende desselben.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die Lagerkörper der Lagerung für das Achsrohr als Kühlkammern ausgebildet sind, welche an das Kühlsystem der gekühlten Heißgasleitung angeschlossen sind, wobei die Kühlkammern innen in zwei Kammern eingeteilt sind, welche in entgegengesetzter Richtung vom Kühlmittel durchströmt werden und wobei die Kühlkammern als Hohlzylinder ausgebildet sind.

Weitere Merlanale ergeben sich aus den Kennzeichen der

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Unteransprüche

Ausführungsbe i spi e1

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

Pig. 1: einen Querschnitt durch eine gekühlte Heißgasleitung mit darin schwenkbar montierter, gekühlter Regelklappe sowie gekühlter Klappenlagerung;

Pig» 2: eine Ansicht in Richtung A gem. Pig. 1 von Einzelheiten der Lagerkühlung.

In den Pig. sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Pig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Regelklappe 2, v/elche in einer gekühlten Heißgasleitung 4 eingebaut und an letzterer mittels Lagerungen б schwenkbar gelagert ist. Die Heißgasleitung 4 besteht aus einer Rohr-an-Rohr-Konstruktion. wie eine solche in der DE-Patentanineldung P 27 34 922.0 zur Kühlung von Abgasleitungen-, bzw. -krummem beschrieben ist und bei v/elcher in den die Leitungswand bildenden Kühlrohren 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 zusammengesetzt sein kann, und aus einer Mehrzahl von kreisbogenförmig gekrümmten Kühlrohren 18-, bis 18 und

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20-£ bis 20_η· Diese Kühlrohre 18; 20, deren Anzahl η 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 Heißgaoleitung 4· Da es in den anvisierten Eineatzfällen für die vorgeschlagene Klappe nicht auf einen hermetischen Abschluß der Heißgasleitung 4» sondern vielmehr auf eine approximative Regelung des Gasstroms innerhalb derselben ankommt, kann zwischen geschlossener Regelklappe 2 und Heißgasleitung 4 ein mehr oder weniger breiter Spalt 22 offenbleiben.

Die etwa halbkreisförmig gebogenen Kühlrohre 18; 20 sind angren-zend zum durchgehenden Achsrohr 8 und zu in letzterem vorgesehenen Öffnungen 24-j bis 24_n und 26-, bis 26_n etwas abgeplattet (siehe Pig. 1), damit ein Anschweißen derselben auf dem Achsrohr 8 auf ihrem ganzen, an dieses Achsrohr 8 anstoßenden Querschnittsbereich möglich ist. Selbstverständlich können die einzelnen Kühlrohre 18; 20 auch noch unter sich miteinander verschweißt werden, so wie dies für die Kühlrohre 19 (siehe Pig. 1) durchgeführt ist.

Der Zentralbereich der Regelklappe 2 wird durch zwei Kühlmittelkammern 28; 30 gekühlt, welche von einem Teil der Wandungen der Kühlrohre 18..; 20- und der Rohrstutzen 12; 14 uncL je zwei beidseitig aufgeschweißten Deckblechen 32; 34, bzw. 36; 38 (34 und 38 liegen vor der Zeichenebene und sind wegen der Schnittdarstellung nicht sichtbar) begrenzt werden.

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Zweckmäßigerweise können die Fugen 40 im Anschlußbereich der verschiedenen Kühlrohre 18; 20 an das Achsrohr 8 ebenfalls mit angeschweißten Deckblechen verschlossen werden.

Der Eintritt des Kühlmittels zur Regelklappe 2 erfolgt in Fig. 1 durch einen Kühlmitteleintritt 44 durch das Achsrohr 8· Die einzelnen Rohre bzw. Kühlkammern v/erden, wie durch Pfeile angedeutet, durch die verschiedenen radial angeordneten Eintrittsöffnungen 24^ - 24_n; 26^ - 26_n 42; 43 im Ächsrohr 8 mit Kühlmittel beaufschlagt, welches aus genannten Rohren, bzw. Kühlkammern, durch Auslaßöffnungen 24 ^!ц - 24'_n; 26·- - 2б'_п; 42'; 43 * in das Achsrohr 8 zurücktritt und durch den Kühlmittelaustritt 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 Querschnitts der einzelnen Eintrittsöffnungen 24·ι - 24_n; 26.. - 26_n; 42; 43 und/oder Auslaßöffnungen 24^ - 24 '_n; 26^ - 26 «_n; 42^f; 43' 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 Kühlrohr 18_n; 2O_n naturgemäß in der Heißgasströmung am meisten exponiert ist, kann diesem Rohr durch geeignete Dimensionierung der Eintrittsöffnung 24_n; 26_n ein entsprechend großer Anteil des Kühlmittels zugeführt v/erden. Die thermische Belastung kann in analoger Weise auf alle Rohre gleichmäßig verteilt und damit die Lebensdauer der Regelklappe 2 global verlängert werden. Von mindestens gleichgroßer Bedeutung ist aber auch der Umstand, daß wegen der

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druckmäßig hochbelastbaren Kühlrohre ein praktisch beliebig großer Kühleffekt durch Erhöhung des Kühlniitteldruckes erzielt werden kann, und damit wiederum eine entsprechende Erhöhung der Klappenlebensdauer, bzw. ihrer thermischen Belastbarkeit·

Da bei den bisherigen Regelklappen die Lagerung derselben einen schwachen Punkt darstellte und deswegen die thermische Belastbarkeit auf Gastemperaturen von rund 800 ⁰C beschränkt blieb, sieht die Erfindung ebenfalls an dieser Stelle eine wesentliche Verbesserung vor« Diese besteht in einer intensiven Kühlung der Klappenlagerung, wodurch, wie Versuche ergeben haben, die thermische Belastbarkeit bis auf Gastemperaturen von rund 1800 ⁰C ansteigt·

Diese hochwirksame Lagerkühlung wird durch eine Kühlmittelführung erzielt, wie sie aus den Pig· 1 und 2 ersichtlich und dadurch in günstiger Y/eise durchführbar ist, daß das Kühlsystem für die Gasleitungswandung zu diesem Zweck herangezogen v/erden kann.

Hierzu ist die Lagerung 6 des Achsrohres 8 im wesentlichen als Kühlinittelkammer in Form eines Hohlzylinders 50 ausgeführt. Der Kühlmittelstrom in der Heißgasleitung 4 hat, gemäß weiter oben genannter Patentanmeldung, in je zwei benachbarten Kühlrohren 19 entgegengesetzte Richtung (siehe in Fig. 2 die Position 19"; 19'" bzw. 19^fi 19"")· Ein solcher Kühlmittelstrom zweier benachbarter Kühlrohre 19 wird errindungsgemäß durch zwei voneinander abgetrennte Kammern 52; 54 im Hohlzylinder 50 geleitet (siehe Fig. 2) und gewährleistet dort eine intensive Kühlung der Lagerung 6. Diese Lagerung wird demnach nicht mehr nur von innen

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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 Steigerung der thermischen Belastbarkeit der Lagerung möglich·

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

Claims (9)

- 10 - 6. 4. 1979 54 577 28 Erfindungsanspruch

1· Gekühlte Regelklappe für Heißgasloitungen, insbesondere gekühlte Heißgasleitungen, gekennzeichnet durch eine flächige Rohr-an-Rohr-Konstruktion von annähernd halbkreisförmig gebogenen, kühlini t te If uhr enden Kühlrohren (18; 20), welche an ihren Enden auf einem mit Eintritt söffnungen (24; 26) und Auslaßöffnungen (24^T; 26») versehenen und zum Schwenken der Regelklappe (2) dienenden Achsrohr '(8) dicht angeschweißt sind,

2. Regelklappe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch* daß zur Kühlung des Zentralbereichs der Regelklappe (2) zwei Kühlmittelkammern (28; 30) angeordnet sind, zu deren Kühlmittelversorgung Eintrittsöffnungen (42; 43) und Auslaßöffnungen (42^!; 43^!) im Achsrohr (8) vorgesehen sind,

3· Regelklappe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Achsrohr (8) aus mehreren Rohrstutzen (10; 12; 14; 16) zusammengeschweißt ist.

4· Regelklappe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kühlrohre (18; 20) an ihren Enden abgeplattet sind.

5. Regelklappe nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Eintrittsöffnungen (24; 26; 42; 43) und Auslaßöffnungen (24¹; 26»; 42^!; 43') kalibriert sind.

6. Regelklappe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß an einem Ende des Achsrohres (8) der Kühlmitteleintritt

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(44) und am gegenüberliegenden Ende desselben der Kühlmittelaustritt (46) liegt.

7. Gekühlte Lagerung für die Regelklappe nach den Punkten 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Lagerkörper der Lagerung (6) für das Achsrohr (8) als Kühlkammern (50) ausgebildet sind, welche an da3 Kühlsystem der gekühlten Heißgasleitung (4) angeschlossen sind.

8· Lagerung nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Kühlkammern (50) innen in zwei Kammern (52; 54) eingeteilt sind, welche in entgegengesetzter Richtung vom Kühlmittel durchströmt v/erden.

9. Lagerung nach Punkt 7» gekennzeichnet dadurch, daß die Kühlkammern (50) als Hohlzylinder ausgebildet sind.

Hierzu 1 Bl. Zeichnung