DE1291757C2 - Drehrohr zum Erhitzen oder Abkuehlen schuettfaehigen oder fluessigen Gutes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Drehrohr zum Erhitzen oder Abkühlen schüttfähigen oder flüssigen Gutes, insbesondere zum Brennen von Tonerde, bei dem wendelförmige, in gleichmäßigen Drehwinkelabständen gegeneinander versetzte Einbauten vorgesehen sind, die von der Rohrwand nach innen ragen und innen durch einen gedachten, mit dem Drehrohr gleichachsigen Zylinder begrenzt sind.

Bei einem Drehrohr mit waagerechter oder leicht geneigter Achse, das sich um seine Achse dreht und an seinem einen Ende mit einem nicht gasförmigen Gut, beispielsweise einer Flüssigkeit oder einem Schüttgut oder Haufwerk beschickt wird, welches das Drehrohr an seinem anderen Ende verläßt, ist die « Größe des Querschnitts des gewöhnlich als Bett bezeichneten Stromes des durch das Drehrohr wandernden Gutes im wesentlichen abhängig von der Drehgeschwindigkeit und dem Querschnitt des Drehrohres sowie den Eigenschaften des Gutes, von denen die wichtigste sein Schüttwinkel oder innerer Reibungswinkel ist.

Wenn man den Querschnitt des Bettes unabhängig von den erwähnten Parametern vergrößern will, um beispielsweise die Verweilzcit des Gutes im Drehrohr oder den Wärmeaustausch zwischen dem Gut und einem durch den freien Teil des Drehrohrs strömenden Gases zu verändern, sieht man üblicherweise einen oder mehrere zum Drehrohr koaxiale Ringe vor, deren Innendurchmesser geringer ist als derjenige des Drehrohrs. Solche Ringe werden gewöhnlieh als Stauringe bezeichnet.

Bekannte Stauringe bestehen aus einer ebenen ringförmigen Platte. Die Anordnung eines solchen Staurings in einem Drehrohr hat den Nachteil, daß der Querschnitt, der für die mit oder entgegen dem wandernden Gut strömenden Gase frei bleibt, stark verringert wird

verringert sich der Durchlaßquer-Stauring bekannter Bauart von der

-Fidis

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Einbauten isl also unlösbar mit deren Forderwirkung verknüpit, wenn man von der Ausnahme absieht, daß die Einbauten dichtend aneinanderfügen ind somit einen gewöhnlichen Stauring bilden.

Ein anderes bekanntes Drehrohr (deutsche Patentschrift 272 253), das als Mischtrommel vorgesehen ist, weist an seinen beiden Endenje einen Mtz: ν l ausgebildeter schraubenartiger Schaufeln oder VoL-spiralen auf, während im mittleren Bereich des Du 1-rohrs nur kleine Schneckensegmente angeordnet sind. die in einem solchen Abstand voneinander angeomnet sind, daß d?~, Mischgut zwischen den einzehien Schneckengängen hindurchstromen kann Die VoIlspiralen und Schneckensegmente smd aut der einen Seite der mittleren Querschnittsebene des Drehrohrs rechtsgängig und auf der anderen beite luiKsgangig ausgebildet. Das Drehrohr läßt sich wahlweise von einem Ende oder von beiden Enden her milt dem Mischgut beschicken, wahrend es derart gedreht wird, daß das Mischgut zur Mitte des ürehrohrs gefördert und dort durchmischt wird. Das Mischgut häuft sich dabei in der Mitte des Drehrohrs derart an, daß nur ein geringer Restquerschnitt freibleibt. Nach dem Ende des Mischvorganges wird das Mischgut — zwangläufig an beiden Enden des Drehrohrs zugleich — dadurch ausgetragen, daß die Drehnchtung umgekehrt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehrohr der eingangs beschriebenen Gattung derart zu gestalten, daß bei gegebenem Innenquerschnitt des Drehrohrs und einem Stau von gegebenem Querschnitt, also auch bei gegebener freier Oberfläche des Gutes, der freie Durchtrittsquerschnitt für em über dem Stau durch das Drehrohr hindurchzuleitendes gas- oder dampfförmiges Medium möglichst groß, also durch die Einbauten in geringstmöglichem Maß beschränkt ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die wendeiförmigen Einbauten eine der Drehrichtung des Drehrohres entgegengesetzte Steigung aufweisen und einander jeweils in einem Winkelbereich überlappen, der mit dem Zentriwinkel

einer den inneren gedachten Begrenzungszylinder tangierende Sehne des Querschnittes des Drehrohres übereinstimmt

Im Gegensatz zu dem beschriebenen bekannten gattungsgemäßen Drehrohr kann das im erfindungs- x, gemäßen Drehrohr enthaltene schiittfähige oder flüssige Gut das von den wendelfönnigen Einbauten gebildete Hindernis erst dann überwinden, wenn es sich so hoch gestaut hat, daß es über den oberen Rand der jeweils untersten Einbauten hinwegströmen kann. Die erfindungsgemäß gestalteten Einbauten haben demnach dieselbe statische, also auch im Stillstand des Drehrohrs wirksame, Stauwirkung wie die üblichen in sich geschlossenen Stauringe; der Strömungswiderstand der erfindungsgemäßen Einbauten %s für ein über dem Stau durch das Drehrohr hindurchzuleitendes gas- oder dampfförmiges Medium ist jedoch sehr viel geringer als der Strömungswiderstand in sich geschlossener Stauringe, da das Medium zwischen den einzelnen erfindungsgemäßen Einbauten ao hindurchströmen kann.

Die wendelfönnigen Einbauten können — wie allgemein üblich — vorn und hinten jeweils durch eine die Achse des Drehrohres enthaltende Ebene begrenzt sein. Der Strömungswiderstand für das »5 durch das Drehrohr hindurchgeleitete gas- oder dampfförmige Medium und gleichzeitig der für die Herstellung der Einbauten erforderliche Werkstoffaufwand sind jedoch besonders gering, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung jede der wendelförmigen Einbauten vom und hinten durch je eine den inneren Begrenzungszylinder tangierende Ebene begrenzt ist.

Die Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Drehrohres sind zahlreich und umfassen alle Wärmetauscher für den unmittelbaren Wärmeaustausch zwischen einem Dampf oder Gas, beispielsweise Rauchgas, einerseits und einer Flüssigkeit oder einem Schüttgut andererseits, gleichgültig, in welcher Richtung der Wärmeaustausch stattfindet. Als Beispiele werden die Anwendung als Drehrohrofen für das Brennen von Tonerde und als Drehrohrkühler für gebrannte Tonerde genannt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematicher Zeichnungen durch eine Gegenüberstellung verschiedener bekannter Drehrohre mit mehreren Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Drehrohrofen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen als Drehrohr ausgebildeten Wärmetauscher bekannter Bauart in einem zu seiner Achse senkrechten Schnitt,

F i g. 2 eine andere bekannte Bauart eines als Drehrohr gestalteten Wärmetauschers,

F i g. 3 eine dritte bekannte Bauart eines als Drehrohr gestalteten Wärmetauschers,

F i g. 4 einen als Drehrohr gestalteten Wärmetauscher mit Merkmalen der Erfindung in einem Schnitt senkrecht zu seiner Drehachse,

F i g. 5 eine Darstellung, die das Verständnis der Wirkungsweise der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung erleichtern soll,

F i g. 6 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehrohres im Schnitt senkrecht zur Achse,

F i g. 7 eine Einzelheit aus F i g. 6.

In allen Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in F i g. 1 dargestellte bekannte Wärmetauscher umfaßt ein Rohr 1 mit waagerechter oder leicht geneigter Achse, das sich im Sinne des Pfeiles 10 um seine Achse 2 dreht. Durch das Rohr 1 strömt im unteren Teil des Querschnitts das zu behandelnde Gut 5, während das Rohr im oberen Teil des Querschnitts von heißen oder kalten Gasen durchströmt wird, je nachdem, ob das Gut erwärmt oder abgekühlt werden soll. Ein durch zwei benachbarte axiale Ebenen begrenzter Sektor 3 des Rohres 1 durchwandert abwechselnd den Bereich 4, wo er Wärme aufnimmt bzw. abgibt, und den unteren Bereich, wo er die aufgenommene Wärme an das Gut 5 abgibt bzw. vom Gut neue Wärme aufnimmt. In der Praxis erhöht man die wärmespeichernde Masse des Wärmetauschers, indem man gemäß F i g. 2 in dem Rohr 1 konzentrische Ringe 6, 7 anordnet, die aus mehreren, von Speichen 8 festgehaltenen Reifen bestehen.

Von der Achse 2 des Rohrs 1 aus gesehen erscheint die Masse des Gutes 5 unter einem Winkel 9, der als Zentriwinkel bezeichnet wird. Die bei jeder Umdrehung des Rohres 1 auf das Gut 5 übertragene Wärmemenge hängt von diesem Zentriwinkel ab und erreicht ihr Maximum bei einer bestimmten Größe des Zentriwinkels, die von der Beschaffenheit des Gutes abhängt. Bei Aluminiumoxyd A1₂O_S beträgt der Optimalwert 135«; die übertragene Wärmemenge nimmt jedoch nur um 5% ab, wenn der Winkel sich auf 155« oder auf 100« ändert. Mit Rücksicht auf den Durchsatz wird vorzugsweise ein Zentriwinkel von 135 bis 155» eingehalten.

Die das gewünschte Bett begrenzende Ebene schneidet die Ebene der F i g. 1 in einer Geraden, die einen um den Mittelpunkt 2 geschlagenen Kreis 11 umhüllt, wenn sich das Rohr 1 um seine Achse 2 dreht.

Gemäß F i g. 3 erhält man den Zentriwinkel 9 gewöhnlich durch Verwendung eines zum Drehrohr koaxialen, ununterbrochenen Ringes 12, der durch den inneren Kreis 11 begrenzt ist. Bei einem Zentriwinkel von 155e läßt dieser Ring nur eine sehr geringe Fläche in der Größenordnung von einem Zwölftel des Gesamtquerschnittes für den Durchtritt der Rauchgase oder Gase frei. Die diesem Durchtrittsquerschnitt umgekehrt proportionale Geschwindigkeit der Gase ist daher groß, so daß eine starke Turbulenz entsteht und große Mengen des Gutes 5 mitgerissen werden, gleichgültig ob dieses flüssig oder fest ist.

Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, daß, wie in F i g. 4 dargestellt, im Strömungsweg des Gutes 5 ein Stauring angeordnet wird, der mehrere zum Rohr 1 koaxiale Wendelflächen umfaßt, die jeweils gleiche Umlaufwinkel haben und um gleiche Winkel in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind. Der Drehsinn der Wendelflächen ist dem Drehsinn des Rohres 1 entgegengesetzt.

Die Wendelflächen sind durch eine zum Drehrohr 1 koaxiale Zylinderfläche 11 begrenzt; die diesen Zylinder berührende und das Drehrohr schneidende Ebene 18-19 begrenzt zusammen mit dem Drehrohr ein vom Gut 5 eingenommenes Zylindersegment, dessen Querschnitt den größtmöglicher Querschnitt des Bettes darstellt.

Wenn der Zentriwinkel 9 einen Betrag von A Neugrad hat und wenn der Stauring /1 wendel· flächenförmige Gewindegänge umfaßt, dann ergib'

5 6

sieh der Umlaufwinkel F jedes Gewindeganges aus zwei ebenfalls zu den Mantellinien parallele Geraden

der Formel 20' und 20" dargestellt ist. Pie stromaufwärts weir

400 sende Seite erscheint im oberen Teil der Abwicklung.

F - — + A Neugrad. Da _sj_ch das Rohr nur langsam dreht (Pfeil 10),

^ S füllen sich die Zwischenräume zwischen den Wendel-

Bin solcher Umlaufwinkel ermöglicht die Ent flächen bis zu einer Höhe, die dem Niveau der strom'

stehung eines Flüssigkeitsstaus mit einem Zentri' aufwärts befindlichen Flüssigkeit entspricht, sobald

winkel A, Bei einem schüttfähigen Gut, dessen sie mit dieser Flüssigkeit Verbindung erhalten. Wie

Schüttwinkel nioht vemachlässigbar klein ist, kann man in der Abwicklung der Fig.5 erkennt, trifft

der Umlaufwinkel geringer sein. ie die Flüssigkeit, die in den Räumen zwischen den

Die Wendelfläehen können gemäß Fig.6 jeweils Wendelflächen gleiches Niveau hat, immer auf eine

durch zwei Ebenen begrenzt sein, die den inneren Sperre, die das Bett daran bindert, auf eine Höhe

Zylinder 11 berühren und jeweils das eine Ende abzusinken, die einem Zentriwinkel von weniger

der Wendel enthalten. als 155« entspricht. Als Beispiel werde der Augen-

Die Gewindesteigung kann willkürlich gewählt ig blick betrachtet, in dem der Zwischenraum 23',

werden, sie darf jedoch weder zu gering sein, damit 22', 22, 23 sich infolge der Drehung mit Flüssigkeit

di? durch die Zwischenräume zwischen den Wendel- anfüllt und der Punkt 23' auf der Geraden 19' liegt.

flächen hindurchströmenden Gase oder Rauchgase In diesem Augenblick fällt der Punkt 22 mit der

keinen übermäßigen Druckverlust erleiden; noch Geraden 18' zusammen; das bedeutet, daß sich der

darf die Steigung zu groß sein, damit das Gut bei ap von der Wendefläche 22-22' gebildete Gewinde-

der Drehung ucs Rohres noch längs der Wendel- gang nach dem Ausgleich des Flüssigkeitsspiegels

flächen zurückwandern kann. dem Abfließen der Flüssigkeit widersetzt.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des erfln- Diese Überlegung macht es verständlich, daß

dungsgemäßen Stauringes erklärt; dabei wird an- die Gewindegänge letzten Endes jeweils von einem

genommen, das zu stauende Gut sei eine Flüssigkeit as Wendelflächensektor mit einem Umlaufwinkei von

und das Drehrohr 1 habe eine waagerechte Achse. 400 _XT .,.,_, . ,.. , , ·.

Se Erklärung trifft jedoch auch darm zu, wenn das ΊΓ ^Neu8^rad 8^{eblldet seln konnen}> ^{an dessen beide}

Gut ein Haufwerk ist und/oder das Drehrohr leicht Enden jeweils ein Zwickel angesetzt ist, die dadurch

gegen die Horizontale geneigt ist. entstehen, daß man die Fortsetzung der Wendel -

Bei dem Wärmetauscher gemäß Fig.,4 wird ein 30 fläche mit zwei Ebenen schneidet, die den inneren

Stau, der in dem dargestellten Beispiel einen Zentri- Zylinder berühren und jeweils einen Endpunkt der

winkel von 4 = 155⁸ aufweist, durch η = 8 Wendel- die Wendelfläche erzeugenden Wendel auf den.

flächen erhalten. Der Umlaufwinkel F der Wendel- Drehrohr enthalten.

flächen ist demnach: Der Umlaufwinkei jedes dieser Zwickel ist dem-

³⁵ nach-γ. Fig. 6 stellt einen solchen Stauring dar.

400 400 ~~

F= - + A = + 155 = 205«. ein Vergleich mit Fig. 4 macht die Bedeutung der

ⁿ ° beschriebenen Begrenzung der Wendelfläehen deut

lich. F ι g. 7 stellt einen Gewindegang für einen Stau

Um das Verständnis der Wirkungsweise des als 40 von 155« Zentriwinkel dar. Der Gewindegang umfaßt Wendelfläche ausgebildeten Stauringes zu erleich- einen Wendelflächensektor 31 mit einem Umlauftern, ist die in Fig. 4 dargestellte Anordnung in ^^ ₃₂ 400 _{= d} ^_{ckel 33}

Fig. 5 mittels die Achse 2 un rechten Winkel schnei- 8 '

dender Geraden auf die Wand des Drehrohres 1 pro- und 34 mit einem Umlaufwinkel 35 von jeweils jiziert und diese Projektion im unteren Teü der 45 jL ₌ ^ls-L = 77 5g verlängert ist Fig. 5 in einer Ebene abgewinkelt. 22' * ·

Die einzelnen Wendelfläcben 21-28 erscheinen in Bei dem erfindungsgemäßen Stauring ist der Durch-

der Abwicklung als Geraden 21-21' bis 28-28', die laßquerschnitt für die Gase oder Rauchgase nur in gegen die Mantellinien des Zylinders geneigt sind. dem geringstmöglichen Maß verkleinert mid ent-Die Grenzen 18 und 19 des gestauten Gutes bzw. 50 spricht dem Gesamtquerschnitt des Drehrohres 1, der Bettes erscheinen als zwei zu den Mantellinien des um den Querschnitt des Bettes vermindert ist Dieser Drehrohres 1 parallele Geraden 18' und 19'. Es sei Durchlaßquerschnitt ist somit wesentlich größer als angenommen, das Drehrohr sei längs der Mantel- der Querschnitt 4, den der zum Drehrohr koaxiale linie 20 aufgeschnitten, die in der Abwicklung durch Ring 12 in F i g. 3 frei läßt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Drehrohr zum Erhitzen oder Abkühlen schüttfähigen oder flüssigen Gutes, insbesondere zum Brennen von Tonerde, bei dem wendelförmige, in gleichmäßigen Drehwinkelabständen gegeneuiander versetzte Einbauten vorgesehen sind, die von der Rohrwand nach innen ragen und innen durch einen gedachten, mit dem Drehrohr gleichachsigen Zylinder begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmigen Einbauten (13; 14) eine der Drehrichtung des Drehrohres (1) entgegengesetzte St«- gung aufweisen und einander jeweils in einem Winkelbereich überlappen, der mit dem Zentriwinkel <9) einer den inneren gedachten Begrenzungszyünder (11) tangierenden Sehne (18-19) des^uerschnitts des Drehrohres (1) überein-

^Drehrohr nach Anspruch 1, dadurch ge-