DE2366032C3 - Wassergekühlter Hochtemperaturschieber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Hochtemperaturschieber gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Hochtemperaturschieber ist aus dem Prospekt der Firma Zimmermann & Jansen GmbH mit dem Titel »Heißwindschieber« 11/73 bekannt. Mit laufend steigenden Durchmessern erhöht sich die thermische Belastung der bekannten Heißwindschieber ständig, was durch Verbesserung der verwendeten Werkstoffe und die bekannte Wasserkühlung nicht mehr ausreichend beherrscht werden kann. Bei dem 5υ bekannten wassergekühlten Heißwindschieber wurde praktisch die gesamte radiale Querschnittsabmessung des Schiebergehäuses nur von den die Dichtsitze umgebenden Ringkanälen sowie von deren gemeinsamen Rücklauf-Kühlkanal ausgefüllt. Damit aber ergaben sich Schwierigkeiten, wenn durch Verkleinerung des Querschnittes der Kühlkanäle, insbesondere das Rücklaufkühlkdnals eine Verbesserung der Kühlwirkung bewirkt werden soll, weil die damit verbundene Verkleinerung des von den Kühlkanälen ausgefüllten Querschnittsraums einen freien Querschnittsraum übrigließ, welcher gewissermaßen eine Schwachstelle bildete und somit stabilitäts- und wärmespannungsmäßig nicht zu bewältigen war.

Es ist zwar schon bekannt (z. B. DE-PS 15 33 865), zur Verringerung der Kühlkanalströmungsquerschnitte in diese hinein Verdrängungskörper einzubauen, doch ist diese Lösung technisch und wirtschaftlich sehr aufwendig und trägt nichts zur Stabilität des Schiebergehäuses beL

Aus dem DE-GM 19 52 440 ist ein Heißwindschieber bekannt, der im Bereich der Dichtleisten Ringkanäle aufweist Zusätzlich ist ein seitliche Ringflansche im Abstand haltender Ringsteg vorgesehen, der innen durch wendelförmig verlegte Kühlrohre abgedeckt ist Schließlich sind seitlich in die Ringflansche zusätzliche, unabhängig vom übrigen System mit Kühlmittel gespeiste Kühlkanäle eingeformt, die radial außerhalb der Kühlkanäle liegen und mit dem jeweils benachbarten Ringkanal zumindest teilweise eine gemeinsame, wärmeleitende Wandung aufweisen.

Diese eiingeformten zusätzlichen Kühlkanäle sind sshr aufwendig herzustellen und vermögen die Wirksamkeit der Kühlung nicht deutlich zu verbessern, da sie im wesentlichen im Flanschbereich angeordnet sind, wo weniger Kühlleistung benötigt wird. Da die zusätzlichen Kühlkanäle in den Ringflanschen angeordnet sind, findet auch nur ein schlechter Wärmeübergang .zwischen diesen und den Rip.gkanäler. bzw. den Kühlrohren statt

Aufgabe der Erfindung ist es, den wassergekühlten Hochtemperaturschieber gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs dahingehend zu verbessern, daß die Wirksamkeit der Kühlung erhöht wird, und zwar unter gleichzeitiger Erhöhung der Zuverlässigkeit und Beherrschung der Wärmespannungen, wobei möglichst eine Vereinfachung und Verbilligung sowie eine Reduzierung des Raumbedarfs erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Mit den erfindungsgemäßen Merkmalen werden folgende Vorteile erzielt:

Bei reduziertem Querschnitt der die Dichtleisten kühlenden Ringkanäle und deren Rücklaufkanal sowie den Wärmetausch zwischen diesen Kanälen und den zusätzlichen Kühlkanälen wird bei ^'enngem Raumbedarf der Gehäusekonstrukti -·π eine verbesserte Kühlwirkung erhalten. Durch die konstruktive Anordnung der die einzelnen Kanäle begrenzenden Wände wird eine auch bei thermischer Wechselbelastung stabile Konstruktion erhalten. Auch ist es leicht möglich, den Querschnitt der einzelnen Kanäle den jeweils geforderten Bedingungen anzupassen, ohne daß grundlegende konstruktive Änderungen nötig wären bzw. die mechanische Stabilität beeinträchtigt würde. Auch wird durch die zusätzlichen Kühlkanäle mit den gemeinsamen wärmeleitenden Wandungen eine deutlich verbesserte Gleichmäßigkeit der Kühlung erzielt, wobei auch di*" Anbauflansche selbst eine verstärkte Kühlfunktion übernehmen. Die Kühlwirkung läßt sich zusätzlich verbessern, wenn die zusätzlichen Kühlkanäle unabhängig von der Kühlung durch die Ringkanäle und den Rücklaufkanal arbeitet. Obwohl die vorstehend erwähnte unabhängige Zusatzkühlung eine besonders flexible Anpassung der Heißwindschiebergehäuse an die unterschiedlichsten Konstruktions- und Betriebsgegebenheiten erlaubt, kann es in besonderen Fällen auch ausreichend sein, den von den zusätzlichen Kühlkanälen innerhalb des Gehäusemantels eingenommenen Raum als offene, luftgekühlte oder zumindest auch teilweise ausgemauerte Ringräume zu gestalten.

Die Erfindung wird nachstehend in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hochtemperaturschieber, insbesondere einen

Heißwindschieber,

Fig.2 einen vergrößerten Teil-Querschnitt gemäß a-ainFig. 1,

Fig.3 einen Querschnitt gemäß Schnitt III—III in F i g. 1 und

F i g. 4 einen Querschnitt ähnlich F i g. 3 etwa entlang der Vorderseite der Schieberplatte, jedoch mit zusätzlichen Details und teilweise weggebrochener Wand der Schieberplatte.

Gemäß den Fig. 1, 3 und 4 ist der untere Teil des Gehäuses 1 eines Heißwindschiebers mit axial-endseitigen Einbauflanschen 2 versehen, mit denen der Heißwindschieber an entsprechende Anschlußflansche 5 einer Rohrleitung 3 unter Abdichtung der radial aneinanderstoßenden Flanschflächen angeschlossen ist. Die Rohrleitung 3 besitzt ihrerseits zur Reduzierung thermischer Verluste, besonders aber zum Schutz vor zu hoher Temperaturbeanspruchung ihres Stahlmantels β, an ihrer Innenseite eine feuerfeste Ausmauerung 4a als Isolation gegen die Temperatur der durch die Rohrleitung strömender. Gase.

Das Gehäuse 1 des Heißwindschiebers ist uassergekühlt, und zwar primär mittels Ringkanälen 7 und 8, die auf beiden Seiten am Rand einer ebenfalls wassergekühlten Schieberplatte 18 angeordnet sind und über Kühlwassereintritte 22 mit Kühlwasser versorgt werden. In den Figuren ist nur der untere Teil des Heißwindschiebers dargestellt, welcher über Schacht-Anschlußflansche 11 mit dem Schachtteil des Heißwindschiebers verbunden ist, der auch die (nicht dargestellte) Betätigungseinrichtung für die Bewegung der Schieberplatte 18 längs der Mittelachse A aufweist.

Die Schieberplatte 18 kann auf beiden Seiten ebenfalls eine feuerfeste Ausmauerung 18a besitzen und in ihrem Inneren Wasserkühlungskanäle 186 aufweisen, welche unabhängig von der Kühlung des Gehäuses 1 mit Kühlwasser versorgt werden. Die Schieberplatte 18 kann zudem mit Schieberkeilen 18causgestattet sein.

Obwohl an der Innenfläche des Gehäuses 1 eine feuerfeste Ausmauerung 4b vorgesehen sein kann, muß die Mantelkonstruktion des Gehäuses 1 wassergekühlt werden. Dafür weist die Mantelkonstrul-.tion des Gehäuses 1 jeweils zu beiden Seiten des Umfangsrands der Schieberplatte 18 eine innere, U-profilartige Ringkanalwand 10a auf, welche auf ihrer der Schieberplatte zugewandten Seite Dichtleisten 106 tragen und diese kühlen. Die Ringkanalwände 10a sind innerhalb des Gehäuses 1 ringförmig angeordnet und bilden ein Hohlprofil, welches auf seiner radial äußeren Seite von einer Zwischenwand 14 begrenzt wird und auf diese Weise die Ringkanäle 7 und 8 für die Wasserkühlung des Gehäuses 1 bildet. Die Ringkanäle 7 und 8 erstrecken sich in Axialrichtung von der Schieberplatte bis jeweils an die Außenebene der Einbauflansche 2 heran.

Die Zufuhr des Kühlwassers erfolgt über die. Kühlwassereintritte 22 im oberen Teil des Gehäuses 1 über einen zwischen Stirnblechen 20 und Trennwänden 21 gebildeten Durchlaß in die Ringkanäle 7 und 8.

Im jeweils untersten Abschnitt der Ringkanäle 7 und 8 ist je eine Übergangsöffnung 15 vorgesehen, durch die das Kühlwasser aus den Ringkanälen in einen Kühlkanal 13 eintritt, welcher den um den Rand der Schieberplatte 18 herum liegenden Teil des Gehäuses 1 kühlt und die Ringkanäle 7 und 8 etwas überlappt.

Dieser Kühlkanal 13 wird von einem zwischen den inneren Ringkanalwänden 10a angeordneten Mittelabschnitt 10 sowie zwei radia.en Seitenwänden 9 und einer Außenwandung 12 gebildet, welcher in dieser Form (Fig. 1) in dem außerhalb der Querachse Bangeordneten, 180° des Gehäuseumfangs umspannenden Bereich des Gehäuses 1 verläuft

Der oberhalb der Querachse B liegende Bereich des Gehäuses 1 ist für das Herausziehen der Schieberplatte

18 als Schacht ausgebildet, welcher randseitig von beidseitigen Fortsetzen des Kühlkanals 13 (F i g. 4) und axialseitig jeweils von Kühlwasserräumen 26, die zwischen den Stirnblechen 20 und der Außenwand des

ίο Gehäuses 1 vorgesehen sind, umschlossen ist. Aus diesen Kühlwasserräumen 26 fließt das Kühlwasser dann über einen oder mehrere Kühlwasserauslritte 23 — gegebenenfalls unter Kühlung auch des Oberteils des Heißwindschiebers — ab.

!5 Im unteren Bereich der Ringnut, innerhalb der die Schieberplatte 18 bewegbar ist, kann ein Druckentlastungs- bzw. Oberdruckventil 27 corgesehen sein, welches mit seiner Zuleitung quer durch den Kühlkanal 13 hindurch verläuft.

In der dargestellten Weise bilden Jie Ringkanäle 7 tinei Λ «»in» prctp rinirfnrmiir im fvoliiitt.-o 1 iimloiifAn/lp

»••ν W ViItV Vl *rw, » IK^IVi llll^ ■■■> N^WIIMtJt.«. S UllllUUlwilVV Kühlphase, der sich über die Übergangsöffnungen 15 die zweite Kühlphase durch den Kühlkanal 13 anschließt, der sich um mindestens den unteren, 180° umfassenden Bereich des Gehäuses erstreckt und über die nachgeschalteten Kühlwasserräume 26 den Rücklauf des Kühlwassers der primären Kühlung bildet. Der Querschnitt des Kühlkanals 13 soll mindestens in seinem unterhalb der Mittelquerachse liegenden Bereich die Summer des Strömungsquerschnitts der Ringkanäle 7 und 8.nicht überschreiten.

Im Kühlwasserraum 26 sind besondere Leitbleche 19 vorgesehen, die den Kühlwasserraum 26 voll überbrükken (und dabei im übrigen auch verstärken) und zwischen sich definierte Spalte bzw. Durchlässe 19d> bilden, deren Gesamtquerschnitt im wesentlichen dem Querschnitt des Kühlkanals 13 entspricht, so daß jegliche Feststoffe in den Raum oberhalb der Leitfcleche

19 weitergetragen und von dort — gegebenenfalls nach gewisser Anreicherung — durch die genügend weit ausgebildeten Kühlwasseraustritte 23 ausgetragen werden.

Durch den nur maximal bis zum Gesamtquerschnitt der Ringkanäle 7 und 8 ausgebildeten Strömungsquerschnitt des Kühlkanals 13 wird — infolge der höheren Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers — ein zusätzlich verbesserter Kühlungswirkungsgrad erreicht.

Entscheidende Vorteile werden aber erzielt, wenn

eine von der primären Kühlung unabhängige zusätzliehe Kühlung vorgesehen wird, wie sie am besten aus Fig. 1 und 2 hervorgeht. Dafür sind außen um die Ringkanäle 7 und 8 herum jeweils zusätzliche Kühlkanile 16 angebracht.

Diese Kühlkanäle 16 haben mit den Ringkanälen 7 und 8 jeweils zwei Wandungen, nämlich die Zwischenwand 14 und die Seitenwände 9, wenigstens teilweise gemeinsam, so daß ein ausgezeichneter Wärmeübergang zu den Kühlkanälen 16 ermöglicht wird. Selbst aus dem Kühlkanal 13 v.ird über seine Außenwandung 12, welche mit den Seitenwänden verschweißt ist, ausreichend Wärme an die Zusatzkühlung abgeführt. Außerdem erstreckt sich die Zwischenwand 14 über fast die gesamte axiale Abmessung der Ringkanäle 7 und 8 zwischen der Primär- und der Zusatzkühlung, so daß

fi5 eine große Wärmeübergangsrläche zur Verfügung steht. Die Zwischenwand 14 könnte auch als Material mit geringerer Stärke ausgebildet sein, da sie sich innerhalb des Gehäusemantels 9a befindet. Die weiteren Wandun-

gen der Kühlkanäle 16 sind der Gehäusemantel 9a, der zugleich die äußere Umfangsbegrenzung der Kühlkanäle 16 bildet, und die axial-äußeren Begrenzungen 96. Eine zusätzliche Kühlwirkung ergibt sich aus der Anordnung der Kühlkanäle 16 nahe den Einbauflansehen 2, die ergänzende Kühlflächen bilden.

In F i g. 2 ist die Strömungsrichtung der Zusatzkühlung durch die Kühlkanäle 16 dargestellt, wobei das Kühlwasser durch den Einlaß 17a nach Umlaufen des Ringumfanges des Kühlkanals 16, der durch eine Trennwand 16a als einfache Schleife ausgebildet ist, zurück zum Auslaß 176 gelangt. Dabei ist zu bemerken, daß — wie dargestellt — eine zur Kühlung der Ringkanäle 7 und 8 teilweise gegenläufig gerichtete Zusatzkühlung durch die Kühlkanäle 16 besonders vorteilhaft ist. Am Gehäusemantel 9a und/oder den Seitenwänden 9 können noch Zwischenstege 25 vorgesehen sein, die sowohl zur Verstärkung der K

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Da die Zusatzkühlung mittels der Kühlkanäle 16 völlig unabhängig von der Primärkühlung arbeitet, kann die Kühlwirkung beider besser auf ihre speziellen Funktionen — z. B. die Primärkühlung zur intensiven Kühlung der Dichtleisten — abgestellt werden und die Gesamtkühlung durch die Kombination beider Kühlsysteme erreicht werden. Beispielsweise kann die Primärkühlung bewußt etwas unterdimensioniert und/ oder mit hoher — und damit besser bestimmbarer — Kühlmittelgeschwindigkeit eingestellt werden, so daß auch die Freihaltung von Verstopfungen durch Feststoffabsetzurigen noch verbessert wird und die Zusatzkühlung entsprechend stärker wirkend hinzukombiniert wird. Auf diese Weise sind spezielle Kühlwirkungen leichter bestimmbar zu erreichen. Die Zusatzkühlung hat vorzugsweise einen größeren Gesamt-Strömungsquerschnitt und eine merklich geringere Kühlmittelgeschwindigkeit als die Primärkühlung.

Die Konstruktion der unabhängigen Zusatzkühlung bzw. zusätzlichen Außenkühlung ist auch mit Einlaß von unten und Auslaß oben sowie als doppelt gegenläufige Kühlung möglich.

Die in den Figuren dargestellte Konstruktion eines Heißwindschiebers hestehi vorzugsweise aus entsprechend geformten und miteinander verschweißten, vorzugsweise UP-verschweißten Stahlplatten und Stahlprofilen, die nacheinander leicht zugänglich verschweißbar sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wassergekühlter Hochtemperaturschieber mit ringförmigen Flanschen und entlang von Dichtleisten für den Schieber über beide Umfangsseiten vom Oberteil bis zum unteren Bereich des Gehäuses verlaufenden Ringkanälen, mit radial inneren und radial äußeren Wänden, wobei in letzteren Obertrittsöffnungen zu einem radial gegenüber den to Ringkanälen weiter außen liegenden Rücklauf-Kühlkanal mit einer radial äußeren Wand vorgesehen sind, welcher um den um die Schieberplatte angeordneten Bereich des Gehäuses zum Gehäuseoberteil, in dem sich der Kühlmittelaustritt befindet, zurückverläuft, wobei die als Ringkanäle ausgebildeten Dichtleisten mindestens im unteren, 180° umfassenden Bereich des Schiebers mit dem Rucklauf-Kühlkanal eine mindestens bereichsweise gemeinsam^ wärmeleitende Wandung haben, d a -

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   daß zusätzliche, unabhängig vom übrigen System mit Kühlmittel gespeiste Kühlkanäle (16) vorgesehen sind,

   die radial auswärts der Ringkanäle (7,8) liegen, nahe den Flanschen (2) ringförmig um die Ringkanäle (7,8) angeordnet sind

   und mit den Ringkanälen (7, 8) und dem Rücklauf-Kühlkanal (13) zumindest teilweise gemeinsame, wärmeleitende Wandungen (14,9) aufweisen, wobei die den zusätzlichen Kühlkanälen (16) und dem Rücklauf-Kühlkanal (133 teilweise gemeinsamen radial verlaufenden Wandungen (9) zwischen sich die radial äußere Wand (12) des Rücklauf-Kühlkanals (13) einschließen.