DE202009010307U1 - Furnace exhaust flap - Google Patents
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Abstract
Ofenabgasklappe (12), insbesondere zur Ofendruckregelung, mit einer Klappenwelle (14) und einem daran befestigten Klappenblatt (16), das sich in einer Ebene erstreckt, die durch die Klappenwelle hindurchgeht oder in geringem Abstand parallel dazu verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappenwelle (14) aus oxydischer Hartkeramik besteht und das Klappenblatt (16) aus einem oxidkeramischen Faserverbundwerkstoff besteht, der mittels Al2O3- und SiO2-Keramikpartikeln oberflächenversiegelt ist.A kiln exhaust flap (12), in particular for furnace pressure control, comprising a flap shaft (14) and a flap blade (16) attached thereto, extending in a plane passing through or at a small distance parallel to the flap shaft, characterized in that the flap shaft (14) consists of oxidic hard ceramic and the damper blade (16) consists of an oxide-ceramic fiber composite material which is surface-sealed by means of Al 2 O 3 and SiO 2 ceramic particles.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ofenabgasklappe, insbesondere zur Ofendruckregelung, mit einer Klappenwelle und einem daran befestigten Klappenblatt, das sich in einer Ebene erstreckt, die durch die Klappenwelle hindurchgeht oder in geringem Abstand parallel dazu verläuft, sowie eine damit ausgerüstete Abgasauslasseinheit.The The invention relates to a furnace exhaust valve, in particular for furnace pressure control, with a flap shaft and a damper blade attached thereto, the extending in a plane passing through the flap shaft or at a small distance parallel to it, as well an exhaust outlet unit equipped therewith.
Eine derartige Abgasklappe besteht üblicherweise aus Stahl. Für höhere Temperaturbelastung kann man hochhitzebeständigen und/oder mit feuerfestem Material ummantelten Stahl verwenden. Bei noch höherer Temperaturbelastung muss jedoch in jedem Fall eine Zwangskühlung der Abgasklappe mittels Luft oder Wasser vorgesehen werden, was Herstellung und Betrieb sehr aufwändig macht. Weitere Probleme entstehen durch den hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl.A Such exhaust flap is usually made of steel. For higher temperature load can be highly heat resistant and / or steel coated with refractory material. at However, even higher temperature load must in any case a forced cooling of the exhaust flap by means of air or water be provided, making production and operation very expensive power. Further problems arise due to the high thermal expansion coefficient of steel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ofenabgasklappe bereitzustellen, die auch bei Hochtemperaturanwendung ohne Zwangskühlung auskommt.Of the The invention has for its object to provide a furnace exhaust flap, which does not require forced cooling even in high temperature applications.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Klappenwelle aus oxydischer Hartkeramik und das Klappenblatt aus einem oxidkeramischen Faserverbundwerkstoff besteht, der mittels Al2O3- und SiO2-Keramikpartikeln oberflächenversiegelt ist.This object is achieved according to the invention in that the valve shaft of oxidic hard ceramic and the damper blade consists of an oxide-ceramic fiber composite material which is surface-sealed by means of Al 2 O 3 and SiO 2 ceramic particles.
Indem die erfindungsgemäße Ofenabgasklappe vollständig aus Keramikmaterialien besteht, hält diese besonders hohen Temperaturen Stand, ohne gekühlt werden zu müssen. Insbesondere ist eine Anwendungstemperatur bis 1300°C sichergestellt.By doing the furnace exhaust valve according to the invention completely Made of ceramic materials, this holds particularly high Temperatures without having to be cooled. In particular, an application temperature up to 1300 ° C is ensured.
Wegen des geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und der geringen Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Keramikmaterialien ist die erfindungsgemäße Ofenabgasklappe auch höchst beständig gegen häufige und schnelle Temperaturwechsel.Because of the low coefficient of thermal expansion and the low Thermal conductivity of the ceramic materials used is the furnace exhaust valve according to the invention also highly resistant to frequent and fast Temperature changes.
Es hat sich gezeigt, dass eine erfindungsgemäß gestaltete und zusammengesetzte Ofenabgasklappe auch den statischen und dynamischen Beanspruchungen gewachsen ist, die insbesondere bei einer Ofendruckregelung mittels der Klappe auftreten.It has been shown that an inventively designed and composite furnace exhaust damper also static and dynamic Demands has grown, especially in a furnace pressure control occur by means of the flap.
Die erfindungsgemäße Gestaltung und Materialwahl ermöglichen außerdem ein besonders geringes Gewicht der Abgasklappe. Außerdem ist die erfindungsgemäße Ofenabgasklappe praktisch verzugsfrei. Aus beiden Gründen kann ihr Antrieb wesentlichen schwächer dimensioniert sein als jener von herkömmlichen Abgasklappen, die relativ schwer sind und sich im Betrieb stark verziehen und daher blockieren können.The allow design and material choice according to the invention In addition, a particularly low weight of the exhaust flap. In addition, the furnace exhaust valve according to the invention virtually distortion-free. For both reasons, their drive substantially smaller than that of conventional exhaust valves, which are relatively heavy and Strongly distorted during operation and therefore can block.
Weitere Vorteile der Erfindung sind die chemische Beständigkeit der Abgasklappe und der Umstand, dass aufgrund des Einsatzes von Oxidkeramik keine Oxidation der Abgasklappe mehr möglich ist.Further Advantages of the invention are the chemical resistance the exhaust flap and the fact that due to the use of Oxide ceramic no oxidation of the exhaust flap longer possible is.
Üblicherweise besteht das Klappenblatt aus zwei gleich großen halbkreisförmigen Platten, die an ihren geraden Kanten mit der Klappenwelle verbunden sind, bzw. einer einzigen kreisrunden Platte, die durch die Klappenwelle hindurchgeht oder tangential daran vorbeigeht. Zusätzlich kann man angeformte Verstärkungsrippen vorsehen, die von der Klappenwelle her mit allmählich kleiner werdender Höhe in beiden Richtungen und beidseitig auf dem Klappenblatt verlaufen. Dabei kann der oxidkeramische Faserverbundwerkstoff auch die Klappenwelle bedecken und die Verstärkungsrippen ausbilden, so dass alle Teile integral miteinander verbunden sind. Vorzugsweise werden erst zum Schluss sämtliche Teile mittels der Al2O3- und SiO2-Keramikpartikel oberflächenversiegelt.Typically, the damper blade consists of two equal-sized semicircular plates which are connected at their straight edges with the valve shaft, or a single circular plate which passes through the valve shaft or passes tangentially thereto. In addition, one can provide molded reinforcing ribs extending from the valve shaft forth with gradually decreasing height in both directions and both sides on the damper blade. In this case, the oxide-ceramic fiber composite material also cover the flap shaft and form the reinforcing ribs, so that all parts are integrally connected to each other. Preferably, only at the end are all parts surface-sealed by means of the Al 2 O 3 and SiO 2 ceramic particles.
Den oxidkeramischen Faserverbundwerkstoff erhält man vorzugsweise durch Infiltration von oxidkeramischen Faserbündeln auf der Basis von Aluminiumoxid und Mullit mit einer wässrigen keramischen Suspension, die hauptsächlich Aluminiumoxid oder ein Gemisch aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid enthält, Wickeln der so behandelten Faserbündel auf einen geeigneten Formkörper, Trocknen, und Sintern. Ein derartiger Faserverbundwerkstoff, der für die erfindungsgemäße Ofenabgasklappe besonders geeignet ist, ist das Material Whipox® (Wound Highly Porous Oxide Ceramic Matrix Composites), mit dem man z. B. Brennkammern von Gasturbinen auskleidet oder Brennerdüsen für Industrieöfen herstellt.The oxide-ceramic fiber composite material is preferably obtained by infiltration of oxide-ceramic fiber bundles based on alumina and mullite with an aqueous ceramic suspension containing mainly alumina or a mixture of alumina and silica, winding the thus treated fiber bundles on a suitable shaped body, drying, and sintering , Such a fiber composite material, which is particularly suitable for the furnace exhaust valve according to the invention, is the material Whipox ® (Wound Highly Porous Porous Ceramic Matrix Composites), with the z. B. combustion chambers of gas turbines or produces burner nozzles for industrial furnaces.
Komponenten aus Whipox® werden mit rechnergesteuerten Wickelanlagen hergestellt. Der Querschnitt, das Wickelmuster und die Belegungsdichte eines Wickelkörpers sind in weiten Bereichen variabel. Die Keramikfasern werden thermisch von ihrer organischen Schutzschicht („Schlichte”) befreit. Anschließend erfolgt die Infiltration des Faserbündels mit einer wässrigen Suspension des Matrixpulvers („Schlicker”). Das infiltrierte Faserbündel wird angetrocknet und programmgesteuert aufgewickelt. Nach dem Wickelprozess werden die Wickelkörper im Ganzen abgenommen oder aufgetrennt. Die so hergestellten flexiblen Matten können prinzipiell unbegrenzt gelagert werden. Durch Umformen und Fügen sowie anschließendes Trocknen, Sintern und ggf. Nachbearbeiten und Beschichten ergeben sich die gewünschten Endprodukte, hier die erfindungsgemäße Abgasklappe.Components made of Whipox ® are manufactured using computer-controlled winding systems. The cross section, the winding pattern and the covering density of a wound body are variable within wide ranges. The ceramic fibers are thermally released from their organic protective layer ("sizing"). Subsequently, the infiltration of the fiber bundle with an aqueous suspension of the matrix powder ("slip"). The infiltrated fiber bundle is dried and wound up under program control. After the winding process, the winding bodies are removed as a whole or separated. The flexible mats thus produced can in principle be stored indefinitely. By forming and joining and subsequent drying, sintering and optionally finishing and coating, the desired end products, here the exhaust flap according to the invention result.
Whipox® zeichnet sich durch hohe Festigkeit bei niedrigem spezifischem Gewicht aus. Aufgrund der hohen Materialporosität zeigt Whipox® ein ausgeprägtes nicht-sprödes Bruchverhalten. Whipox® ist hochtemperatur- und oxidationsbeständig, zeigt eine exzellente Schadenstoleranz unter extremen Last- und Temperaturwechseln sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Medien. Die für Whipox® typische hohe Permeabilität kann durch Beschichtungen in weiten Bereichen variiert werden. Außerdem besteht die Möglichkeit einer Nachbearbeitung der Komponenten mit konventionellen und kostengünstigen, spanabhebenden Methoden wie Bohren, Fräsen, Sägen, Schleifen etc.Whipox ® is characterized by high strength at low specific weight. Due to the high material porosity Whipox ® shows a pronounced non-brittle fracture behavior. Whipox ® is resistant to high temperatures and oxidation, shows excellent damage tolerance under extreme load and temperature changes and high corrosion resistance in aggressive media. The high permeability typical of Whipox ® can be varied within a wide range by means of coatings. In addition, there is the possibility of reworking the components with conventional and cost-effective, machining methods such as drilling, milling, sawing, grinding, etc.
Detaillierte
Beschreibungen der Whipox®-Werkstoffe
und ihrer Herstellung findet man in den Druckschriften
Die Oberflächenversiegelung aus Al2O3- und SiO2-Keramikpartikeln erhält man vorzugsweise durch Herstellen einer pastösen Suspension von 72 Gewichtsprozent Al2O3 und 28 Gewichtsprozent SiO2 in Wasser, Auftragen der Suspension auf das Klappenblatt und ggf. auf die Klappenwelle und die Verstärkungsrippen, und Trocknen. Eine derartige Oberflächenversiegelung, die für die erfindungsgemäße Ofenabgasklappe besonders geeignet ist, erhält man mit dem Material Duomullit®. Duomullit® zeichnet sich aus durch innige keramische Bindung, gute Reflektionsoberfläche, Reduzierung der thermischen Belastung an der Isolierung, erschwerte Infiltration von Schadstoffen in die Isolierung, mögliche Strömungsgeschwindigkeiten von bis zu 50 m/sec und eine Anwendungstemperatur bis 1500°C.The surface sealing of Al 2 O 3 - and SiO 2 ceramic particles is preferably obtained by preparing a pasty suspension of 72 weight percent Al 2 O 3 and 28 weight percent SiO 2 in water, applying the suspension on the damper blade and possibly on the valve shaft and the Reinforcing ribs, and drying. Such a surface seal, which is particularly suitable for the furnace exhaust valve according to the invention, is obtained with the material Duomullit ® . Duomullit ® is characterized by its intimate ceramic bond, good reflection surface, reduction of the thermal load on the insulation, difficult infiltration of pollutants into the insulation, possible flow velocities of up to 50 m / sec and an application temperature of up to 1500 ° C.
Es folgt eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Deren einzige Figur zeigt eine Explosions-Perspektivansicht einer keramischen Abgasklappe in einer Abgasauslasseinheit für einen Industrieofen.It follows a description of an embodiment based the drawing. Its sole figure shows an exploded perspective view a ceramic exhaust valve in an exhaust gas outlet unit for an industrial oven.
Die
Abgasauslasseinheit enthält zwei Metallzylinderabschnitte
Wenn
die zwei Metallzylinderabschnitte
Die
Abgasklappe
Im
Ausführungsbeispiel hat die Abgasklappe
Die
Klappenwelle
Zum
Schluss wird das Ganze mit einer Schicht Duomullit® oberflächenversiegelt,
und zwar durch Auftragen einer pastösen Suspension von
72 Gewichtsprozent Al2O3 und
28 Gewichtsprozent SiO2 in Wasser, Auftragen
der Suspension auf die Klappenwelle
Die
Enden der Klappenwelle
Die
so hergestellte Abgasklappe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - DE 102005027561 A1 [0014] DE 102005027561 A1 [0014]
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