DE102020006614A1 - Electric heating sleeve - Google Patents
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Abstract
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Heizmanschette zur Beheizung der Ventilspindelgehäuse von in der Hochtemperaturenergietechnik eingesetzten Ventilen zu entwickeln, die resistent gegen die in der Hochtemperaturenergietechnik eingesetzten Salze und Säuren ist, und die unter sehr extremen Rahmenbedingungen, wie hohen täglichen Außentemperaturschwankungen, extrem hohen Luftfeuchtigkeiten, bei einer Heiztemperatur der Heizmanschette von bis maximal 750 °C eine hochexakte und sehr zuverlässige Temperierung über eine lange Lebensdauer gewährleistet.Die erfindungsgemäße Elektrische Heizmanschette (1) mit zwei aus Gussmaterial bestehenden Halbschalen (3), die innen als Kontaktfläche eine Innenkontur (4) und außen eine etwa zylinderförmige äußere Mantelfläche (5) aufweisen, zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass die beiden Halbschalen (3) völlig baugleich sind, und an jeder der Halbschalen (3) ein separater Klemmkasten (7) zur Energieversorgung angeordnet ist, und dass zwischen der Halbschale (3) und dem dieser zugeordneten Klemmkasten (7) ein Distanzrohr (9) angeordnet ist, und dass um die äußere Mantelfläche (5) der Halbschale (3) herum eine in etwa in ihren Dickenabmessungen der Länge des Distanzrohres (9) entsprechende Wärmedämmung (14) angeordnet ist.Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizmanschette zur Beheizung der Ventilspindelgehäuse von in der Hochtemperaturenergietechnik eingesetzten Ventilen.The object of the invention is to develop an electrical heating sleeve for heating the valve spindle housing of valves used in high-temperature energy technology, which is resistant to the salts and acids used in high-temperature energy technology, and which under very extreme conditions, such as high daily outside temperature fluctuations, extremely high Humidity, with a heating temperature of the heating sleeve of up to 750 °C, a highly precise and very reliable temperature control is guaranteed over a long service life. The electric heating sleeve (1) according to the invention with two half-shells (3) made of cast material, which have an inner contour (4 ) and have an approximately cylindrical outer lateral surface (5) on the outside, is characterized, among other things, by the fact that the two half-shells (3) are completely identical in construction, and a separate terminal box (7) for power supply is arranged on each of the half-shells (3), U.N d that a spacer tube (9) is arranged between the half-shell (3) and the terminal box (7) assigned to it, and that around the outer lateral surface (5) of the half-shell (3) there is a spacer tube approximately in its thickness dimensions of the length of the spacer tube ( 9) appropriate thermal insulation (14) is arranged. The invention relates to an electrical heating sleeve for heating the valve spindle housing of valves used in high-temperature energy technology.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizmanschette zur Beheizung der Ventilspindelgehäuse von in der Hochtemperaturenergietechnik eingesetzten Ventilen, die insbes. in Verbindung mit Solarheizkraftwerken zumeist unter sehr extremen Rahmenbedingungen (wie beispielsweise in der Wüste) eingesetzt werden, um bei Bedarf auch Nachts den Heißdampf zum Betreiben der elektrischen Turbinen zu erzeugen.The invention relates to an electrical heating sleeve for heating the valve spindle housing of valves used in high-temperature energy technology, which are used in particular in connection with solar thermal power plants, mostly under very extreme conditions (such as in the desert), in order to use the superheated steam to operate the electrical to produce turbines.
Im Laufe der Sonneneinstrahlung des Tages werden die Salzlaugen durch Solarzellen erhitzt. Hier entstehen Temperaturen bis über 700°C. Diese Salzlaugen werden über die Ventile in entsprechend isolierte Tanks gepumpt und Nachts, bei Absinken der Außentemperaturen, zur Erzeugung des Heißdampfes, dann zum Betreiben der Turbinen aus den Vorratstanks über diese Ventile entnommen/abgelassen/zurückgepumpt. Die dabei auftretenden schnellen Temperaturwechsel können ein Absinken der Temperatur zur Folge haben. Bei Minus 27°C gefrieren die Salze und machen die Ventile unbrauchbar, aus diesem Grund werden die Stellspindeln beheizt.During the course of the day's solar radiation, the brines are heated by solar cells. Temperatures of over 700°C occur here. These brines are pumped through the valves into appropriately insulated tanks and at night, when the outside temperatures drop, to generate superheated steam and then removed/drained/pumped back from the storage tanks through these valves to operate the turbines. The rapid temperature changes that occur can result in a drop in temperature. At minus 27°C, the salts freeze and make the valves unusable, which is why the adjusting spindles are heated.
Im Stand der Hochtemperaturenergietechnik sind elektrische Heizungen für derartige Ventilspindelgehäuse bekannt, die, wie in der
Im Stand der Technik kommt es trotz des Einsatzes dieser elektrischen Beheizung der Ventilspindelgehäuse, beispielsweise bei einem zu schnellen Ablassen der heißen, in flüssiger Form bei ca. 400°C bevorrateten Salze dazu, dass sich die Ventile unkontrolliert schnell und sehr stark abkühlen, so dass, bei einer Temperatur des Ventils von beispielsweise ca. +27°C, die durch das Ventil hindurch geleiteten Salze im Ventilkörper erstarren.In the prior art, despite the use of this electrical heating of the valve spindle housing, for example if the hot salts stored in liquid form at approx , at a valve temperature of, for example, approx. +27°C, the salts passed through the valve solidify in the valve body.
Dies führt zwangsläufig dann dazu, dass die Ventilspindel nicht mehr verstellt werden kann, d.h. dass das Ventil nicht mehrfunktionsfähig ist.This inevitably means that the valve spindle can no longer be adjusted, i.e. that the valve is no longer functional.
Die so unkontrolliert „eingefrorenen“ Ventile müssen dann komplett aufwendig ausgebaut und anschließend sehr kosten- und zeitintensiv wieder instand gesetzt werden.The uncontrolled "frozen" valves then have to be completely removed and then repaired, which is very costly and time-consuming.
Im Stand der Technik sind bereits, insbesondere im Fachbereich der Kunststoffbearbeitung, spezielle Heizmanschetten zum Beheizen von rohrförmigen Gegenständen vorbeschrieben.Special heating sleeves for heating tubular objects are already described in the prior art, particularly in the field of plastics processing.
So ist aus der
Diese aus der
Zudem ist aus der
Diese Temperierelemente weisen verfahrenstechnisch bedingte, sowohl zur inneren wie auch zur äußeren Mantelfläche der Halbschale hin gerichtete, vom Gussmetall unbedeckte Stützflächen auf, die zur Lagesicherung des Temperierelementes während des Spritzgießens benötigt werden.Due to the process, these temperature control elements have supporting surfaces which are not covered by the cast metal and which are directed towards both the inner and the outer lateral surface of the half-shell and which are required to secure the position of the temperature control element during injection molding.
Diese gemäß der in der
Diese nach der
Darüber hinaus tritt im Bereich der Stützflächen bei wesentlich niedrigeren Temperaturen bereits unter ganz normalen Randbedingungen eine deutlich erhöhte Korrosionsneigung auf, die einen Einsatz unter den extremen und salzhaltigen Rahmenbedingungen der Hochtemperaturenergietechnik völlig unmöglich macht.In addition, there is a significantly increased tendency to corrosion in the area of the support surfaces at significantly lower temperatures, even under normal boundary conditions makes it completely impossible to use under the extreme and salty conditions of high-temperature energy technology.
Weiterhin ist aus der
Dieses Heizelement ist ein mit elektrischer Energie beaufschlagbarer Leiter, der gegenüber dem Wärmeübertragungskörper eine elektrische Isolierung aufweist und der zudem zerstörungsfrei biegbar ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der
Auch diese in der
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine elektrische Heizmanschette zur Beheizung der Ventilspindelgehäuse von in der Hochtemperaturenergietechnik eingesetzten Ventilen zu entwickeln, die einfach und schnell montiert, aber auch einfach, schnell und kostengünstig instand gehalten werden kann, die aber auch das „Einfrieren“ der Ventile vollständig vermeiden soll, und die gleichzeitig ein energieeffizientes Beheizen der Ventilspindelgehäusen ermöglichen soll, resistent gegen die in der Hochtemperaturenergietechnik eingesetzten Salze und Säuren sein soll, und die zudem selbst unter sehr extremen Rahmenbedingungen, wie täglichen Außentemperaturschwankungen im Bereich von minus 10 °C über den Taupunkt bis plus 60 °C, einer extrem hohen Luftfeuchtigkeit, bei einer Heiztemperatur der Heizmanschette von bis maximal 750 °C eine hochexakte und sehr zuverlässige Temperierung über eine lange Lebensdauer gewährleisten soll, und die darüber hinaus zudem fertigungstechnisch einfach hergestellt werden kann.It is therefore the object of the invention to develop an electric heating sleeve for heating the valve spindle housing of valves used in high-temperature energy technology, which can be installed easily and quickly, but also maintained easily, quickly and inexpensively, but which also prevents the valves from "freezing". should be completely avoided, and which should at the same time enable energy-efficient heating of the valve spindle housing, should be resistant to the salts and acids used in high-temperature energy technology, and which should also be used under very extreme conditions, such as daily outside temperature fluctuations in the range of
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektrische Heizmanschette 1 für in der Hochtemperaturenergietechnik eingesetzte Ventilspindelgehäuse 2, nach den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.According to the invention, this object is achieved by an
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den zum Ausführungsbeispiel gehörigen fünf Darstellungen einer möglichen Bauformen der erfindungsgemäßen Lösung.Advantageous designs, details and features of the invention result from the dependent claims and from the following description of the exemplary embodiment according to the invention in connection with the exemplary embodiment of five representations of a possible design of the solution according to the invention.
Die Darstellungen zeigen dabei in der
-
1 : eine im Stand der Technik, in der Hochtemperaturenergietechnik, eingesetzte elektrische Heizung fürVentilspindelgehäuse 2, die aus einem um dasjeweilige Ventilspindelgehäuse 2 herum gewickelten,elektrischen Rohrheizkörper 6 besteht; -
2 : eineHalbschale 3 dererfindungsgemäßen Heizmanschette 1 zur Beheizung derVentilspindelgehäuse 2 der in der Hochtemperaturenergietechnik eingesetzten Ventile, in einer Draufsicht; -
3 : die Seitenansicht zu der in2 dargestellten Halbschale 3 dererfindungsgemäßen Heizmanschette 1; -
4 : die räumliche Darstellung dererfindungsgemäßen Heizmanschette 1 in einer Zusammenbauzeichnung, wobei diese aus zwei baugleichen erfindungsgemäßen, in den2 und3 dargestellten,Halbschalen 3 besteht; -
5 : eine an einemVentilspindelgehäuse 2, gemäß der4 , montierteerfindungsgemäße Heizmanschette 1 mitWärmedämmung 14, d.h. im wärmegedämmten Endmontagezustand, in der Draufsicht; -
6 : die Schnittdarstellung bei A-A, gemäß der5 .
-
1 : an electric heater forvalve spindle housing 2 used in the prior art, in high-temperature energy technology, which consists of an electrictubular heater 6 wound around the respectivevalve spindle housing 2; -
2 : a half-shell 3 of theheating sleeve 1 according to the invention for heating thevalve spindle housing 2 of the valves used in high-temperature energy technology, in a plan view; -
3 : the side view to the in2 shown half-shell 3 of theheating sleeve 1 according to the invention; -
4 : The spatial representation of theheating sleeve 1 according to the invention in an assembly drawing, this being made up of two identical constructions according to theinvention 2 and3 shown, half-shells 3 consists; -
5 : one on avalve stem housing 2, according to4 , Mountedheating collar 1 according to the invention withthermal insulation 14, ie in the thermally insulated final assembly state, in plan view; -
6 : the sectional view at AA, according to the5 .
Die in den
In jeder der Halbschalen 3 ist, wie in den
Durch das Vergießen der Rohrheizkörper in den Halbschalen 3 entsteht ein stabiler und sicherer Aufbau der jeweiligen Halbschale 3 die einen robusten, zuverlässigen Einsatz der Heizmanschetten 1 selbst unter extremsten Einsatzbedingungen ermöglicht.The casting of the tubular heating elements in the half-
Die Baugröße und die Heizleistung der jeweils Einssatz findenden Heizmanschetten 1 kann durch das bei der Herstellung der Halbschalen 3 Einsatz findende Sandgussverfahren optimal an die jeweils zu beheizenden Ventilspindelgehäusebauform angepasst werden.The size and heating capacity of the
Die Rohrheizkörper 6 sind dabei stets so in den Halbschalen 3 angeordnet und dort vergossen, dass an der Innenfläche, der Innenkontur 4 der Heizmanschette 1 eine gleichmäßige Wärmeverteilung gewährleistet ist. The
Erfindungsgemäß ist auch, dass im Verbindungsbereich der beiden Halbschalen 3 stets Montagelaschen 8, zur Verbindung der beiden Halbschalen 3 miteinander, angeordnet sind.According to the invention is that in the connection area of the two half-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden beide Halbschalen 3 über sechs angegossenen Montagelaschen 8 miteinander verschraubt.In the present exemplary embodiment, both half-
Die Anwendung von Montagelaschen 8 macht eine schnelle Montage wie auch eine schnelle Demontage der erfindungsgemäßen Heizmanschetten 1 möglich. Vorteilhafter Weise sind in diesen Montagelaschen 8 Durchgangsbohrungen 17 zur Aufnahme von Spannschrauben 18 angeordnet.The use of
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in jeder der Montagelasche 8 jeweils eine Durchgangsbohrung 17 angeordnet.In the present exemplary embodiment, a
Durch den Einsatz von in diesen Durchgangsbohrungen 17 angeordneten Spannschrauben 18 können die beiden Halbschalen, nachdem diese um Ventilspindelgehäuse 2 gelegt wurden, wie in den
Wesentlich ist aber auch, dass die Innenkontur 4 der Halbschalen 3 durch mechanische Bearbeitung nach dem Gießen in Größe und Form optimal und exakt an die Außenkontur, d.h. auch an den Außendurchmesser des jeweils zu beheizenden Ventilspindelgehäuse 2 angepasst werden kann, so dass stets ein sehr energieeffizientes Beheizen des Ventilspindelgehäuses 2 gewährleistet ist. Kennzeichnend ist auch, dass an jeder der baugleichen Halbschalen 3 ein separater Klemmkasten 7 zur Energieversorgung angeordnet ist.However, it is also important that the
Dies ermöglicht, dass jede Halbschale 3 der Heizmanschette 1 im Rahmen der Instandhaltung mit überschaubaren Kostenaufwand einfach und kostengünstig separat ausgetauscht und auch separat instand gehalten werden kann. Zudem wird dadurch eine Redundanz gewährleistet, welche z.B. bei Ausfall eines Thermoelementes 11 eine schnelle Fehlererkennung sowie einen Weiterbetrieb bis zur Reparatur gewährleistet, und dadurch die Ausfallsicherheit verbessert.This makes it possible for each half-
Das Gussmaterial der Halbschalen 3 besteht erfindungsgemäß aus der Messinglegierung CC761S.According to the invention, the cast material of the half-
Diese Messinglegierung ist salzwasserfest und kann dauerhaft bis zu einer Temperatur von 700°C, und maximal bis zu einer Temperatur von 750 °C betrieben werden.This brass alloy is resistant to salt water and can be operated continuously up to a temperature of 700°C and a maximum of up to a temperature of 750°C.
Wesentlich ist auch, dass als Ummantelung 15 für die Rohrheizkörper 6 der Werkstoff 1.4541 (X6CrNiTi18-10) eingesetzt wird.It is also important that the material 1.4541 (X6CrNiTi18-10) is used as the
In der Kombination bewirken die eingesetzten Materialien, d.h. der jeweilig erfindungsgemäß eingesetzte Gusswerkstoff in Verbindung mit der erfindungsgemäß, für die Ummantelung 15 der Rohrheizkörper 6, eingesetzten Stahllegierung, dass durch das gemeinsame Ausdehnungsverhalten dieser erfindungsgemäß eingesetzten Werkstoffe beim Gießen der Rohrheizkörper 6 der Gusstemperatur standhält.In combination, the materials used, i.e. the respective casting material used according to the invention in conjunction with the steel alloy used according to the invention for the
Die im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eingesetzten, vergossenen Rohrheizkörper haben einen Durchmesser von 6 mm.The encapsulated tubular heaters used in the exemplary embodiment according to the invention have a diameter of 6 mm.
Erfindungswesentlich ist weiterhin, dass zwischen der Halbschale 3 und dem dieser zugeordneten Klemmkasten 7 ein Distanzrohr 9 angeordnet ist, welches den Klemmkasten 7 auch von der Mantelfläche 5 der Halbschale 3 beabstandet und sicher und zuverlässig stabilisiert, und neben einer sicheren Kabelführung auch noch den Einbau weiterer Baugruppen ermöglicht.It is also essential to the invention that a
Wesentlich ist, dass das Distanzrohr 9 in der jeweiligen Halbschale 3 eingegossen , oder in einer mit der Halbschale 3 hart verlöteten Adapterplatte 16 fest/starr verankert ist.It is essential that the
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Distanzrohr 9 aus einem U-Profil aus dem Werkstoff 1.4301 (X5CrNi18-10) und ist im Angussstutzen 16 in der jeweiligen Halbschale 3 fest verankert.In the present exemplary embodiment, the
Erfindungswesentlich ist auch, dass die im Distanzrohr 9 angeordneten Endbereiche 10 des Rohrheizkörpers 6 als Kaltenden 10 (d.h. ohne Heizwicklungen) ausgebildet sind.It is also essential to the invention that the
Der elektrische Anschluss der Rohrheizkörper endet im Klemmkasten 7.The electrical connection of the tubular heating elements ends in the
Der erfindungsgemäße Aufbau, mit dem erfindungsgemäßen Distanzrohr 9 und den erfindungsgemäß als Kaltenden 10 im Distanzrohr 9 angeordneten Endbereichen 10 des Rohrheizkörpers 6, bewirkt eine erfindungsgemäße thermische Entkopplung des Klemmkastens 7 mit den elektrischen Anschlussstellen von der Mantelfläche 5 der Heizmanschette 1, die dann den zuverlässigen Dauerbetrieb der erfindungsgemäßen Heizmanschette 1 bei hohen Betriebstemperaturen von bis zu 750 °C ermöglicht.The structure according to the invention, with the
Wesentlich ist auch, dass der Klemmkasten 7 selbst aus Edelstahl besteht, wodurch die gesamte Heizmanschette 1 konstruktiv sehr kostengünstig so gestaltet werden kann, dass der Schutzgrad IP67 gewährleistet ist.It is also important that the
Wesentlich ist weiterhin, dass im Distanzrohr 9 ein Thermoelement 11 angeordnet ist, welches als Messsystem der Temperaturregelung dient, um ein „Einfrieren“ der jeweiligen Ventile zu vermeiden.It is also essential that a
Kennzeichnend ist weiterhin, dass der Messpunkt 12 des Thermoelementes 11 in einer Bohrung 13 in der Halbschale 3 angeordnet ist, dadurch wird eine sehr kurze Reaktionszeit zur Temperaturregelung gewährleistet.It is also characteristic that the measuring point 12 of the
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Thermoelement 11 Typ K eingesetzt.In the present embodiment, a
Erfindungswesentlich ist auch, dass um die äußere Mantelfläche 5 der Halbschale 3 herum eine in etwa in ihren Dickenabmessungen der Länge des Distanzrohres 9 entsprechenden Wärmedämmung 14 angeordnet ist.It is also essential to the invention that
Dadurch wird mittels der erfindungsgemäßen Heizmanschette 1 nicht nur eine hochexakte und sehr zuverlässige Temperierung des Ventilspindelgehäuses 2, sondern auch eine sehr heizkostenoptimierte Temperierung des Ventilspindelgehäuses 2 gewährleistet.As a result, not only a highly precise and very reliable temperature control of the
Wesentlich ist auch, dass das Thermoelement 11 auswechselbar im Distanzrohr 9 und in der Bohrung 13 der Halbschale 3 angeordnet ist. Dadurch kann auch das Thermoelement 11 separat, sehr einfach, schnell und kostengünstig ersetzt, oder auch instand gehalten werden.It is also important that the
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen eine Heizmanschette 1 zur Beheizung eines Ventilspindelgehäuses 2 bei in der Hochtemperaturenergietechnik eingesetzten Ventilen zu entwickeln, die einfach und schnell montiert, aber auch einfach, schnell und kostengünstig instand gehalten werden kann, die aber auch das „Einfrieren“ der Ventile vollständig vermeidet und die gleichzeitig ein energieeffizientes Beheizen der Ventilspindelgehäusen 2 ermöglichet, resistent gegen die in der Hochtemperaturenergietechnik eingesetzten Salze und Säuren ist, und die zudem selbst unter sehr extremen Rahmenbedingungen, wie täglichen Außentemperaturschwankungen im Bereich von minus 10 °C über den Taupunkt bis plus 60 °C, einer extrem hohen Luftfeuchtigkeit, bei einer Heiztemperatur der Heizmanschette von bis maximal 750 °C eine hochexakte und sehr zuverlässige Temperierung über eine lange Lebensdauer gewährleistet, und die darüber hinaus zudem fertigungstechnisch einfach hergestellt werden kann.By means of the solution according to the invention, it has thus been possible to develop a
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Heizmanschetteheating sleeve
- 22
- Ventilspindelgehäusevalve stem housing
- 33
- Halbschalehalf shell
- 44
- Innenkonturinner contour
- 55
- Mantelflächelateral surface
- 66
- Rohrheizkörpertubular heater
- 77
- Klemmkastenterminal box
- 88th
- Montagelaschemounting tab
- 99
- Distanzrohrspacer tube
- 1010
- Kaltendecold end
- 1111
- Thermoelementthermocouple
- 1212
- Messpunktmeasuring point
- 1313
- Bohrungdrilling
- 1414
- Wärmedämmungthermal insulation
- 1515
- Ummantelungsheathing
- 1616
- Angussstutzensprue nozzle
- 1717
- Durchgangsbohrungthrough hole
- 1818
- Spannschraubeclamping screw
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- DE 102010021968 A1 [0015, 0016, 0017]DE 102010021968 A1 [0015, 0016, 0017]
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