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Röhrenrekuperator Die Ofentechnik erfordert Rekuperatoren für Abgase,
die mit Temperaturen bis zu etwa 1100° C in den Rekuperator eingeführt werden. Für
diesen Zweck kommen Röhrenrekuperatoren zum Einsatz, bei denen (las wärmeabgebende
Medium, z. B. die Abgase eines Ofens, durch die Rohre, das wärmeaufnehmende Medium
Luft zwischen den Röhren strömt. Die Rohre sind mit ihren offenen Enden an einer
oberen und unteren Querwand befestigt.
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Werden diese Rekuperatoren mit Abgasen beschickt, die stark staubhaltig
sind, so hat sich in vielen Fällen gtveigt, daß die Rohre plötzlich abreißen. Die
Ursache wurde schließlich darin gefunden, daß bei staubhaltigen Gasen einige Rohre
stärker verstauben als andere und sich unter Umständen ganz zusetzen. Durch diese
Rohre strömt dann kein wärmeabgebendes Gas mehr, sie werden aber nach wie vor vom
kühlendeii wärmeaufnehmenden Gas umspült. Daher werden sie wesentlich kälter als
die anderen, ziehen sich entsprechend zusammen und reißen ab.
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Man hat versucht, diesen Übelstand durch eine bewegliche Lagerung
der Rohre zu beseitigen, wobei aber wieder (las Problem der Abdichtung an der beweglichen
Lagerung entsteht. Man hat z. B. Stopfwüchsen bekannter Konstruktion mit Asbestpackung
verwendet, die am kühlen, beweglich gelagerten Ende der Rohre angebracht werden.
Zog man diese Stopfbüchsen fest an, so daß sie vollständig dicht waren, so wurde
ihre Wandreibung bei Bewegung der Rohre so groß, daß die hei hohen Temperaturen
am heißen Ende in der Festigkeit stark nachlassenden Rohr-@vände dein Druck nicht
standhielten und sich verformten.
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Versuche haben ergeben, daß solche Stopfbüchsen Reibungskräfte bis
zu 500 kg und mehr pro Rohr aufweisen. Dazu kommt noch, daß derartige Stopfbüchsenpackungen
nicht dicht bleiben, weil sich die Rohre bei der Erhitzung radial ausdehnen und
dann die Packung beiseite drücken. Bei einer Temperatursenkung ziehen sich die Rohre
wieder zusammen, die Dichtung folgt nicht, und es entsteht ein Spalt und damit eine
Undichtigkeit.
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Nach einem bekannten Vorschlag sind für die Abdichtung der beweglich
gelagerten Rohrenden Dichtungspackungen vorgesehen, die von geschlitzten Halteringen
gegen die Rohre gepreßt werden. Die Dichtungspackungen und deren Halteringe sind
dabei durch eine ihnen gemeinsame Abdeckplatte in ihrer Arbeitslage gehalten, die
mittels Schrauben mit der oberen Querwand verbunden ist, die von den Rohrenden durchdrungen
wird.
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Durch diese Befestigungsart kann der Übelstand nicht vermieden werden,
daß in den Fällen, wenn entweder eine neue Dichtungspackung bzw. ein Haltering oder
ein anderes Rohr eingesetzt werden muß, die für alle Halteringe der Dichtungspackungen
gemeinsame Abdeckplatte entfernt werden muß, wodurch die Abdichtungen aller Rohre
beeinflußt werden und sich verlagern, so daß nach dem Wiederaufsetzen der Ab-(?eckplatte
die Lage aller Dichtungen bzw. Halteringe tiberprüft werden muß, was einen erheblichen
Zeitbedarf und Arbeitsaufwand bedingt.
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Ein weiterer 'Nachteil besteht darin, daß die Reihung der Dichtungspackungen,
wenn man sie genügend fest zur Anlage an die Rohre bringt, bei Bewegung der Rohre
so groß werden kann, daß die bei hohen Temperaturen am heißen Ende in der Festig-].zeit
stark nachlassenden Rohrwände dem Druck nicht standhalten und sich verformen, wie
es auch bei den eingangs erwähnten Stopfbüchsendichtungen der Fall ist.
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Um diesen Übelstand zu beheben, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
für die Abdichtung der Rohre in der oberen Querwand an sich bekannte, die Rohre
nach innen selbstspannend umfassende, kolbenringartige Dichtungen vorzusehen, die
in den Innennuten von Halteringen liegen, von denen jeweils zwei benachbarte durch
abnehmbare Abdeckplatten gehalten sind.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bildet der Haltering mit
einer Ringscheibe die Aufnahme für den Dichtungsring. Am Rohrboden wird außerdem
eine nachgiebige dichtende Ringscheibe angeordnet, gegen die der Haltering durch
eine Deckplatte mittels Scheiben od. dgl. lösbare Mittel gedrückt wird.
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Um in einfacher Weise einen Wärmeschutz für die Dichtungsringe zu
bilden, sind weiterhin erfindungsgemäß in die Rohrenden Hülsen eingesetzt, die einen
toten Luftraum für die Dichtungsringe bilden.
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Zur Verstärkung der Kühlung wird außerdem erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die Dichtungsringe in
Entfernung vom Rohrende weg zu verlegen und
die Halterung der Dichtungsringe durch eine lose eingefüllte Isoliermasse abzudecken,
die mit den Rohrenden abschließt.
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Statt durch Schrauben, kann der Druck auch durch heile od. dgl. ausgeübt
werden. Es können ein oder mehrere Kolbenringe angewendet werden, und für die Gestaltung
der Kolbenringe sind alle diejenigen Forinen benutzbar. die von dem Motorkolben
her bekannt sind. hie Vorteile der Dichtung bestehen außer der Nachgiebigkeit bzw.
Elastizität darin, daß die Dichtung herausnehmbar und keinerlei Schweißung erforderlich
ist. Das ist von großer Bedeutung, weil sich gezeigt hat, Claß durch Anschweißen
von Dichtungsstiicken an der oberen, an sich ja kühleren Rohrbodenplatte Spannungen
entstehen, die zu kleinen Verkantungen und damit zu unzulässigen Undichtigkeiten
führen.
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In der Zeichnung. die in Abb.l einen Röhrenrekuperator im Schnitt
dar-#,tellt und in der A1>1>.2 Einzelheiten der Rohrabdichtung in vergrößertem Maßstab
wiedergibt, i#t ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Mit 1 ist ein Rekuperator
bezeichnet. dessen Heizgase. z. B. die Abgase eines Ofens, bei 2 eintreten. Sie
durchströmen dann die Rohre 3, von denen der Über-,ichtlichkeit halber nur eins
dargestellt ist und treten 1>ei 4 aus. Die Rohre 3 sind in den Querwänden (Rohrbodenplatten)
5 und 6 gelagert. Das wärmeaufnehmende Medium wird bei 7 in den Rekuperator eingeführt,
umspült die Rohre 3 und tritt bei 8 aus. Die in der oberen Rohrbodenplatte 5 gelagerten
Rohre 3 (%-g1. Abb.2) werden von den Kolbenringen 9 umschlossen, die sich federnd
an die entsprechend gearbeiteten Rohrwände anlegen. Jeder Kolbenring 9 wird von
einem passend angedrehten Ring 10 gehalten. der über den Ring 11 auf die nachgiebige
Ringscheibe 12 drückt, wodurch auch eine Abdichtung nach unten erzielt ist. Der
Druck auf die den Kolbenring 9 lose umschließenden Ringe 10 und 11 sowie auf die
Ringscheibe 12 wird über die Platte 13 durch die \lutter 14 des in den Boden
der Querwand 5 eingesetzten Schraubenbolzens 15 ausgeübt.
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Da die Abgastemperatur selbst beim Verlassen der Rohre 3 am oberen
Ende noch recht hoch ist, könnten <Nie Kolbenringe 9 entspannen oder oxydieren,
da diese nicht unmittelbar von der Luft umspiilt werden. Deshalb wird gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung in die Rohre 3 oben eine Hülse 16 eingehängt
und befestigt. Zwischen der Wandung dieser Hülse 16 und der Rohrwandung entsteht
ein toter Luftraum 17, der als Isolierung wirkt und damit die Kolbenringe sowie
deren Halterungselemente schützt.
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Die hier geschilderte elastische Abdichtung ist nur ein Beispiel,
das abgewandelt werden kann. Bei sehr hohen Temperaturen wird es z. B. vorteilhaft
sein, die Dichtung tiefer bis in den Luftraum zu verlegen, um eine noch wirksamere
Kühlung durch die strömende Luft zu erreichen.
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Um schließlich auch noch die Bolzen 15 und die Mutter 14 bzw.
die gesamte Lagerung der Kolbenringe 9 gegen die von oben her einwirkenden heißen
Abgase zu schützen, wird eine lose Isoliermasse 18 eingefüllt, welche die gesamte
Lagerung abdeckt.
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Für die Dichtung am Oberende der Rohre ist wesentlich, daß sie in
radialer Richtung federt. Die Elastizität wird am einfachsten durch selbstspannende
Kolbenringe erzielt. -Man kann aber auch Ringe verwenden, welche aus mehreren, einander
teilweise überdeckenden bzw. dicht aneinander anschließenden Teilen bestehen, die
durch ein radial wirkendes. elastisches Mittel. etwa eine um den Dichtungsring gelegte
Schraubenfeder, an die Rohre angepreßt werden.
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Die Erfindung löst zum erstenmal die Aufgabe. Stahlrekuperatoren auch
für die höchsten Abgastemperaturen von Öfen zu schaffen, und erschließt damit dem
StahlrekuperatorAnwendungsbereiche, die lange Zeit als unerreichbar angesehen worden
sind.