DE10143192A1

DE10143192A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation thermischer Ausdehnung eines Zellenradschleusenrotors

Info

Publication number: DE10143192A1
Application number: DE2001143192
Authority: DE
Inventors: Hubert Wittreck; Juergen Hartl; Guido Winkhardt; Dieter Heep
Original assignee: Motan Materials Handling GmbH
Current assignee: Motan Materials Handling GmbH
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2003-03-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Kompensation thermischer Ausdehnung eines Zellenradschleusenrotors, mittels geregeltem Beheizen und/oder Kühlen des Zellenradschleusenrotors und/oder des Gehäuses, und ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Messung von Zellenradtemperatur und/oder Schüttguttemperatur sowie der Gehäusetemperatur und der Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslauf der Zellenradschleuse vorhanden sind, und dass unter Berücksichtigung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Zellenrad-, Seitendeckel- und Gehäusewerkstoffe mittels eines Regelkreises Zellenrad und/oder Gehäuse durch Heiz- oder Kühlmittel auf die Temperatur gebracht werden, durch die sich der berechnete optimale Spalt unter Berücksichtigung einer hinterlegten druckabhängigen Biegelinie der Zellenradschleuse bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation thermischer Ausdehnung eines Rotordurchmessers nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 10.

Vorrichtungen dieser Art werden benutzt, um ein Klemmen des Schleusenrotors im Gehäuse der Zellenradschleuse zu verhindern, wenn bei Inbetriebnahme des Systems das heiße Schüttgut den Rotor schneller erwärmt als das Gehäuse und dieser über die Durchmesservergrößerung des Rotors das Gehäuse berührt.

Nach dem Stand der Technik wird ein Kompromiß aus Vorheizen und/oder Kühlen des Gehäuses und Herstellung eines größeren Spaltes bei 20° Celsius Herstellungstemperatur gewählt, um einen Betriebsspalt zu erhalten, der eine Berührung des Rotors am Gehäuse ausschließt.

Der Preis dafür sind höhere Leckluftwerte in der Anlaufphase, bis aus dem Fertigungsspalt durch Temperaturerhöhung des Rotors sich der gewünschte Betriebsspalt gebildet hat. Bei höheren Temperaturen wird durch den Umstand, dass der Leckluftspalt so ausgelegt werden muß, dass bei größtem ΔT, also dem größtem Temperaturunterschied zwischen Rotor und Gehäuse, dieser immer noch so groß sein muß, dass der Rotor nicht streift oder gar blockiert, auch im Betriebszustand, wenn sowohl Rotor als auch Gehäuse ihre Betriebstemperatur erreicht haben ein nicht unbeträchtlicher Leckverlust der Förderluft auftritt.

In der DE 37 42 519 C1 und in der DE 37 42 521 werden gesteuerte PTFE- Kunststoffleisten benutzt, um den Rotordurchmesser veränderlich zu gestalten. Weiterhin sind die verschiedensten Stegbewegungsmöglichkeiten bekannt geworden, von Federanpressung bis zur hydraulischen und pneumatischen Hilfsenergie. Auch die Kombination von durch thermische Ausdehnung richtungswechselnde Metall-Leisten in der Nuten wurde vorgeschlagen.

Alle diese Lösungen bauen auf schwierig herzustellende Stegnuten auf. Fräst man mit Hilfe eines Scheibenfräsers das fertige Zellenrad, findet man immer einen durch das Schweißen verzogenen Steg vor. Fräst man erst den Steg, dann verzieht sich der Nutbereich, wenn am Steg geschweißt wird.

In den meisten Anwendungsfällen wird außerdem nicht akzeptiert, dass das Schüttgut durch den Verschleiß an der Kunststoffleiste kontaminiert wird.

Ein anderer Lösungsweg versucht, durch temperaturabhängiges Verschieben eines konischen Rotors im kegeligen Gehäusedurchmesser mit Hilfe eines Stellmotors optimale Betriebsspalte zu erzielen. Grundlage der Verschiebung ist die Spaltmessung mit einem pneumatischen Sensor, der mit seiner Messung die entsprechende Verschiebung des Rotors mit einem Stellmotor auslöst. Dabei verändert sich auf der Linie des Gehäusekegels an jedem Punkt von Anfang bis Ende des Verstellvorganges radial der gegenüberliegende Rotordurchmesser.

In der DE 199 36 136 C1 werden verschiedene Lösungen beschrieben, welche Mittel zur Messung des Abstandes zwischen Zellenrad und Gehäusebohrung vorhanden sind und dass das Zellenrad und/oder die Gehäusebohrung in Abhängigkeit des Meßwertes zumindest örtlich radial verformbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Spaltmaß zwischen Zellenrad und Gehäusebohrung beim An- und Abfahren und/oder bei prozeßbedingten Änderungen der Betriebsparameter so zu steuern, dass ein Mindestspalt gebildet wird, der die Leckgas- oder Leckdampfmenge auf ein Mindestmaß reduziert, gleichzeitig aber eine Biegung des Zellenrades durch Druckdifferenz ohne Berühren der Gehäusebohrung zuläßt.

Die Aufgabe wird durch die technischen Lehren der Ansprüche 1 und 10 gelöst.

Wesentlich ist dabei, dass Mittel zur Messung von Zellenradtemperatur und/oder Schüttguttemperatur sowie Gehäusetemperatur und Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslauf vorhanden sind, und dass unter Berücksichtigung gleicher oder verschiedener thermischer Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Zellenrad-, Seitendeckel- und Gehäusewerkstoffe mittels eines Regelkreises Zellenrad und/oder Gehäuse durch Heiz- oder Kühlmittel auf die Temperatur gebracht werden, durch die sich der berechnete optimale Spalt unter Berücksichtigung der hinterlegten druckabhängigen Biegelinie der Zellenradschleuse bildet.

Weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass nun erstmals erkannt wurde, dass auch entsprechende Druckänderungen im Förderstrom zu einer Spaltänderung im Zwischenraum zwischen dem Zellenrad und der Gehäuseinnenwand führen. Auch diese Druckänderungen können zu einem Blockieren des Zellenrades führen. Erfindungsgemäß wird dies nun dadurch vermieden, dass auch Druckänderungen mit in die Regelstrecke einbezogen werden und nicht nur Temperaturänderungen.

Es ist zwar aus dem Stand der Technik bekannt, dass man eine reinere Temperaturregelung der Temperatur entweder des Zellenrades und/oder des Gehäuses vornimmt, um einen möglichst konstanten Spalt zu bekommen, der so groß sein muss, dass er eventuell durch Druckänderungen hervorgehobene Biegungen des Zellenrades ebenfalls toleriert. Nachteil hierbei ist jedoch, dass bei einem niedrigen Druck mit einem relativ großen Spalt gerechnet werden muss, der entsprechende Leckluftverluste verursacht, die nicht notwendig sind.

Daher liegt das Wesen der Erfindung darin, auch noch die entsprechenden Druckänderungen im Förderstrom bedingt durch Massenstromänderungen oder durch Weglängenänderungen des Fördergutes mit in die Regelung einzubeziehen.

Die Einbeziehung der Druckänderung erfolgt nun dadurch, dass entsprechend der Druckänderung die Temperatur entweder des Zellenrades und/oder des Gehäuses nachgeführt wird. Hierbei ist es gleichgültig, ob Kühlmittel oder Heizmittel eingesetzt werden.

Beispielsweise offenbart die vorliegende Erfindung eine Ausführungsform, bei der bei einer entsprechenden Druckerhöhung die Temperatur des Gehäuses erhöht wird.

In analoger Weise kann jedoch auch bei gleichbleibender Temperatur des Gehäuses die Temperatur des Zellenrades abgesenkt werden.

Entscheidend ist also die Temperaturdifferenz zwischen Zellenrad und Gehäuse, die in Abhängigkeit von den Ausdehnungskoeffizienten den Spalt bildet. Diesen Zusammenhängen überlagernd wirkt die Druckänderung in der Zellradschleuse.

In der Reglereinheit, die die entsprechenden Regelungen vornimmt, wird also auch eine druckabhängige Biegelinie der Zellenradschleuse hinterlegt. Dies erfolgt beispielsweise durch Einspeicherung entsprechender Werte in einen EPROM.

Die druckabhängige Biegelinie ist vom Schleusentyp und von der Konstruktion der Zellenradschleuse abhängig. Sie kann entweder experimentell festgestellt werden oder auch berechnet werden.

Damit ist es erstmals möglich, jeden Betriebszustand - auch bei entsprechenden Druckänderungen - mit optimalstem Betriebsspalt zu fahren, der die geringsten Leckgasmengen garantiert.

Die hinterlegte druckabhängige Biegelinie der Zellenradschleuse ist also die unter Druckeinwirkung erfolgende Verformung des Zellenrades, die erfindungsgemäß ebenfalls nun berücksichtigt wird.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.

Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisiert eine Regelung nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Temperatur-Zeitverlauf-Diagramm von Zellenrad und Gehäuse;

Fig. 3 die Darstellung des Förderdruckes über die Zeit;

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungsform der Regelung.

In Fig. 1 ist allgemein eine Zellenradschleuse 1 dargestellt, die aus einem Gehäuse 2 besteht, in dem drehend angetrieben ein Zellenrad 20 läuft. Dieses Zellenrad hat eine Anzahl von Taschen, die über einen oberen Einlauf 3 in Pfeilrichtung 5 mit dem Fördergut gefüllt werden. Das Fördergut wird dem gemäß nach unten über den Auslauf 4 abgegeben.

Am Gehäuse 2 sind nun ein oder mehrere Wärmetauscher 8 angebracht, wobei hier lediglich ein einziger Wärmetauscher 8 dargestellt ist. Die sekundäre Seite des Wärmetauschers 8 ist hierbei wärmeleitend mit dem Gehäuse 2 verbunden, während die primäre Seite 9 des Wärmetauschers 8 über eine Leitung 18 entweder mit einem Heizmedium in Abhängigkeit von der Stellung des Regelventils 12 oder über die Leitung 17 mit einem Kühlmedium über das Regelventil 15 versorgt wird.

Am Einlauf 3 ist ein erster Temperaturfühler 6 angeordnet, dem noch zusätzlich ein Druckfühler 11 zugeordnet sein kann.

Am Gehäuse 2 ist ein Temperaturfühler 7 angeordnet und am Auslauf 4 ist ein Druckfühler 10 angeordnet.

Der Wert des Druckfühlers 10 kann entweder als absoluter Druck erfasst werden, oder es wird eine Differenz wird zwischen dem Druckfühler 10 und 11 gebildet.

Die genannten Signale werden alle einem Regler 19 zugeführt, der eine entsprechende Regelcharakteristik aufweist. Diese Regelcharakteristik ist beispielsweise als EPROM hinterlegt.

Die Stellsignale 13, 14 zu den Reglern 12, 15 werden durch den Regler 19 gebildet.

In Abhängigkeit von den Stellsignalen 13, 14 wird entweder über das jeweilige Regelventil 12, 15 Heiz- oder Kühlmittel zugeführt. Am Regler 15 ist beispielsweise ein Kühlmittelanschluss 16 schematisiert dargestellt.

Fig. 2 zeigt nun als erstes Beispiel für eine druckabhängige Regelung, dass während des Anfahrbetriebes und im stationären Betrieb der Temperaturverlauf 21 des Zellenrades entsprechend ansteigt und dann konstant bleibt. Gleiches gilt auch für den Temperaturverlauf 22 der Temperatur des Gehäuses.

Wird nun aber gemäß Fig. 3 im Bereich des Förderdruckes eine Druckschwankung festgestellt, dann würde diese - ohne Regelung - zu einer entsprechenden Verbiegung des Zellenrades führen und damit zu einer Verringerung des Spaltes, was im Extremfall zu einer Blockade des Zellenrades 20 führen kann.

Um dies zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Temperatur des Gehäuses 22 während der Druckerhöhung in dem Zeitraum t1 bis t2 angehoben, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Ebenso berücksichtigt die erfindungsgemäße Regelung auch eine Temperaturänderung zellenradbedingt durch eine geänderte Produkttemperatur. Eine derartige Temperaturänderung des Fördermediums wird ebenfalls zu einer entsprechenden Temperaturänderung der Gehäusetemperatur führen und dementsprechend in die Regelungsstrecke einfließen.

In analoger Weise ist in Fig. 4 gezeigt, dass anstatt der Erhöhung der Temperatur des Gehäuses auch die Temperatur des Zellenrades entsprechend abgesenkt werden kann.

Um eine schnelle Regelung zu erreichen, ist es beispielsweise möglich, zum Zeitpunkt t2 nach der Zuführung eines entsprechenden Heizmediums sofort Kühlmedium zuzuführen, um eine schnelle Reaktion zu erhalten. Zeichnungslegende 1 Zellenradschleuse
2 Gehäuse
3 Einlauf
4 Auslauf
5 Pfeilrichtung
6 Temperaturfühler
7 Temperaturfühler
8 Wärmetauscher/Heiz-Kühlelement
9 Primärseite
10 Druckfühler
11 Druckfühler
12 Regelventil
13 Stellsignal (Heizung)
14 Stellsignal (Kühlung)
15 Regelventil
16 Kühlmittelanschluss
17 Leitung
18 Leitung
19 Regler
20 Zellenrad
21 Temperaturverlauf
22 Temperaturverlauf
23 Druckverlauf

Claims

1. Verfahren zur Kompensation thermischer Ausdehnung eines Zellenradschleusenrotors, mittels geregeltem Beheizen und/oder Kühlen des Zellenradschleusenrotors und/oder des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, dass in die Regelstrecke des Reglers (19) Temperaturparameter, Druckparameter und eine druckabhängige Biegelinie der Zellenradschleuse (1) einfließen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck an Einlauf (3) und Auslauf (4) der Zellenradschleuse (1) erfasst wird, und die Regelung beeinflußt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderungen an Einlauf (3) und Auslauf (4) der Zellenradschleuse (1), erfaßt werden und die Regelung beeinflussen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderungen zwischen Einlauf (3) und Auslauf (4) der Zellenradschleuse (1) erfaßt werden und die Regelung beeinflussen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechenden Druckänderungen im Förderstrom, bedingt durch Massenstromänderungen oder durch Weglängenänderungen des Fördergutes, mit in die Regelung des Reglers (19) einbezogen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend der Druckänderung die Temperatur des Zellenrades (20) und/oder des Gehäuses (2) nachgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend der Temperaturänderung des Fördergutes die Temperatur des Zellenrades (20) und/oder des Gehäuses (2) nachgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Druckerhöhung die Temperatur des Gehäuses (2) entsprechend erhöht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Druckerhöhung die Temperatur des Zellenrades (20) abgesenkt wird.

10. Vorrichtung zur Kompensation thermischer Ausdehnung eines Zellenradschleusenrotors, mittels geregeltem Beheizen und/oder Kühlen des Zellenradschleusenrotors und/oder des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (6, 7, 10, 11) zur Messung von Zellenradtemperatur und/oder Schüttguttemperatur sowie der Gehäusetemperatur und der Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslauf (3, 4) der Zellenradschleuse (1) vorhanden sind, und dass unter Berücksichtigung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Zellenrad-, Seitendeckel- und Gehäusewerkstoffe mittels eines Regelkreises Zellenrad (20) und/oder Gehäuse (2) durch Heiz- oder Kühlmittel auf die Temperatur gebracht werden, durch die sich der berechnete optimale Spalt unter Berücksichtigung einer hinterlegten druckabhängigen Biegelinie der Zellenradschleuse (1) bildet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Regler (19) eine druckabhängige Biegelinie der Zellenradschleuse (1) hinterlegt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10, 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckparameter im Einlauf (3) mittels Druckfühler (11) und im Auslauf (4) mittels Druckfühler (10) erfaßt werden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10, 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturparameter im Einlauf (3) mittels Temperaturfühler (6) und im Auslauf (4) mittels Temperaturfühler (7) erfaßt werden.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10, 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (19) wahlweise das Regelventil (12) zur Erhöhung der Temperatur oder das Regelventil (15) zur Absenkung der Temperatur im Regelkreis ansteuert.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10, 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (8) zur Temperaturänderung vorhanden ist.