DE2438071A1

DE2438071A1 - Rotations-beschickungsvorrichtung und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2438071A1
Application number: DE2438071A
Authority: DE
Inventors: Forrest E Logan
Original assignee: Occidental Petroleum Corp
Current assignee: Occidental Petroleum Corp
Priority date: 1973-08-15
Filing date: 1974-08-07
Publication date: 1975-02-27
Also published as: GB1482204A; FR2241029B3; DK433974A; IT1019886B; AU7234474A; BE818840A; SE7410095L; US3913800A; JPS5052762A; FR2241029A1; CA1005400A; NL7410968A; CH588990A5

Description

Dipl. !ng. Karl A. Brose
Dipl.lng. D. Karlßrose

D-8023 München-Pullach
WienerSir. 2.T. Mdin. 7930570,79 317 82

DBR/sta - 31-G-72 München-Pullacli, den 7. Aug. 1974

OCCIDENTAL PETROLEUM CORPORATION, eine Firma nach den Gesetzen des Staates Kalifornien, USA, IO889 Wilshire Boulevard, Los Angeles, Kalif., 90024, USA

Rotations-Beschickungsvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Rotations-Beschickungsvorrichtung und insbesondere die Dichtungen zwischen den Abteilen derartiger Beschickungsvorrichtungen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Rotations-Beschickungsvorrichtungen sind beispielsweise in den US-Patentschriften 2 879 094; 2 886 191} 3 052 383 und 3 201 beschrieben. Im allgemeinen weist eine derartige Beschickungsvorrichtung einen Rotor auf, der radiale, Abteile begrenzende Wandungen aufweist, die drehbar in einem zylindrischen Rotor-Hohlraum eines Gehäuses gelagert sind, welches eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweist, die in Verbindung mit dem Hohlraum stehen.

Die durch den Rotor in dem Hohlraum gebildeten sich bewegenden Abteile müssen gegeneinander sowohl an den Berührungsflächen zwischen den Rotorwandungen und den Endwandungen des Hohlraumes, als auch an den Berührungsflächen zwischen den Rotorwandungen und der zylindrischen Wandung oder der Umfangsfläche des Hohlraumes abgedichtet werden. Üblicherweise bestehen die Dichtungen zwischen den Abteilen aus an den Enden der radialen Wandun-

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gen befestigten Klingen. Bei einer bekannten Ausführungsform werden aus einem flexiblen Material, beispielsweise Gummi, hergestellte Klingen verwendet, die in Berührung mit der Umfangsfläehe des Hohlraumes stehen. Die Flexibilität des Materials gewährleistet, daß eine derartige Klinge in Berührung mit der Umfangsflache des Hohlraumes trotz Oberflächenunregelmäßigkeiten und axialen Fluchtungsfehlern des Rotors in dem Hohlraum bleibt. Die Materialien, aus .denen derartige flexible Klingen hergestellt werden können, zeigen jedoch die Neigung, sich zu zersetzen oder in ihren Eigenschaften nachzulassen, wenn sie extrem hohen oder niedrigen Temperaturen oder teilchenförmigen! Material mit schleifender Wirkung ausgesetzt werden. Bei einer bekannten anderen Ausführungsform werden weiche Metallklingen mit einer abgeschrägten Oberfläche in Berührung mit der Umfangsfläche des Hohlraumes verwendet. Diese aus Metall bestehenden Klingen zeigen jedoch die Neigung, im Betrieb durch Verschleiß in ihrer Höhe verringert zu werden, insbesondere, wenn die Beschickungsvorrichtung bei teilchenförmigen!· Material mit schleifenden Eigenschaften eingesetzt wird. Folglich müssen derartige aus Metall bestehende Klingen häufig neu eingestellt und ersetzt werden, um die oben erwähnte Berührung mit der Umfangsflache zu gewährleisten, während sie im Betrieb verschleißen.

Bei Pyrolyseverfahren besteht ein typisches Einsatzgebiet von Rotations-Beschickungsvorrichtungen darin, teilchehförmige Feststoffe, die aus einem gasförmigen Trägerstrom, beispielsweise durch einen Zyklonabscheider, bei einem bestimmten Druck abgetrennt wurden, in einen anderen Gasstrom zu übertragen, der einen anderen, beispielsweise höheren, Druck aufweist. Falls nun die Abdichtungen zwischen den Abteilen nicht wirksam arbeiten, fließt unter der Wirkung des Druckdifferentials Gas durch die Beschickungsvorrichtung. Dieser Vorgang ist als ^MDurchbläser¹¹ bekannt. Falls diese Gasströmung zu groß ist, kann sie einige abgetrennte Teilchen mittragen, und falls dies in einer Richtung erfolgt, die entgegengesetzt zu der erforderlichen Richtung liegt, verringert der "Durchbläser" erheblich den Wirkungsgrad des Übertragungsvorganges. Hinzu kommt, daß das

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durch den "Durchbläser" geförderte Gas zu einem nachteiligen Vermischen der beiden Gasströme führen, kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zu vermeiden.·

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Rotations—Beschickungsvorrichtung mit einem Gehäuse, welches einen zylindrischen Hohlraum mit in der Umf.ang.sflache des Hohlraumes ausgebildeten Einlaß- und Auslaßöffnungen bildet, und mit einem drehbaren in dem Hohlraum gelagerten Rotor, wobei der Rotor eine Anzahl von Förderabteile bildenden radialen Wandungen aufweist, die sich bis zu einem Punkt im Bereich der Umfangsflache des Hohlraumes erstrecken, im wesentlichen dadurch gelöst, daß die von jeder radialen Wandung getragenen Abdichtungsvorrichtungen eine Dichtungsfläche mit einer Wölbung aufweisen, die im wesentlichen der Wölbung der Umfangsfläche des Hohlraumes entspricht, und daß die Dichtungsflächen in einem Abstand von der Umfangsfläche des Hohlraumes angeordnet sind, der zwischen den Abteilen unter Betriebsbedingungen eine gesteuerte laminare . Medienströmung erzeugt.

Der Abstand zwischen jeder Dichtungsfläche und der Umfangsfläche des Hohlraumes ist derart gewählt, daß er eine annehmbare Leck-Strömungsmenge zwischen den Abteilen für das jeweils vorliegende Druckdifferential zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Rotations-Beschickungsvorrichtung und den Medieneigenschaften bei dem geplanten Arbeitszustand gewährleistet. Eine derartige annehmbare Leck-Strömung in einem pyrolytischen Verfahren, bei welchem die Rotations-Beschickungsvorrichtung an den Peststoffauslaß eines Zyklonabscheiders angeschlossen ist, liegt beispielsweise bei etwa 0,5 /» des Gesamtgasstromes zu dem Zyklonabscheider.

Da die Abdichtung zwischen den Abteilen nach der vorliegenden Erfindung nicht auf der Flexibilität einer in Eingriff mit der Umfangswandung des Gehäusehohlraumes stehenden Klinge beruht,

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kann jegliches Material, welches den in der Rotations-Beschickungsvorrichtung vorliegenden Bedingungen standhält, verwendet werden, um die Dichtung zu bilden, welche die oben genannte Dichtungsfläche gegenüber der Umfangswandung des Gehäueehohlraumes bildet. Da die Abdichtung zwischen den Abteilen nach der vorliegenden Erfindung gleichfalls nicht auf einer Berührung zwischen der Dichtungsfläche und der Umfangswandung des Hohlraumes beruht, ist der Verschleiß der Dichtung vernachlässigbar klein. Unabhängig.hiervon wird durch die Erfindung eine wirksame Mediendichtung geschaffen, mittels derer die Leckverluste gesteuert werden können, um den gestellten Anforderungen zu genügen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer zweckdienlichen in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine seitliche Schnittansicht der Rotations-Beschickungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 1 durch die Linie 2 umrissenen Bereiches, welcher Einzelheiten der Abdichtung zwischen den Abteilen zeigt; und

Figur 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Abstand einer Dichtung zwischen den Abteilen der in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Bauweise und der Leckströmung für eine Anzahl von verschiedenen Werten des Druckdifferentials.

Bei der in Figur 1 veranschaulichten Rotations-Beschickungsvorrichtung weist ejn Gehäuse 10 einen zylindrischen Rotorhohlraum 11 auf. Eine Einlaßöffnung 12 und eine Auslaßöffnung 13 stehen in Verbindung mit dem Hohlraum 11. Eine Leitung 14 ist an die Einlaßöffnung 12 angekoppelt. Beispielsweise kann die Leitung 14 an pinen Zyklonabscheider angeschlossen sein, in welchem teilchenförmige Tier— oder Pflanzenkohle oder ein

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ähnliches Verkokungsprodukt (char) aus einem Träger/abgetrennt wird. Die Auslaßöffnung 13 ist an eine leitung 15 gekoppelt, die "beispielsweise das teilchenförmige Material, beispielsweise ein Verkokungsprodukt der oben, genannten Art, abfördert, welches durch die Rotations-Beschickungsvorrichtung hindurchgeleitet wird und in einem anderen Gasstrom ausgestoßen wird, der einen anderen Druck, beispielsweise einen höheren Druck, als der Druck in der Leitung 14 aufweist.

Ein Rotor 16 mit einer Anzahl von Abteile bildenden radialen Wandungen 17 ist fest auf einer Welle 1-8 angeordnet, die an einen Motor (nicht dargestellt) gekoppelt ist, um den Rotor 16 in dem Hohlraum 1ί zu drehen. Die Enden der radialen Wandungen -17 des Rotors 16 sind gegenüber den Endwandungen des Hohlraumes durch übliche Einrichtungen abgedichtet, auf welche sich die vorliegende Erfindung nicht bezieht. Die Abteile des Rotors 16 sind durch Dichtklingen 30, die an den Enden der entsprechenden Wandungen 17 montiert sind, abgedichtet, wobei die Dichtklingen 30 verstellbar an den entsprechenden Enden der Wandungen 17 durch Befestigungsmittel 31 angebracht sind.

In Figur 2 ist eine vergrößerte Ansicht einer Wandung 17 und der dazugehörigen Dichtklinge 30 dargestellt. Wie veranschaulicht, weist die Dichtklinge 30 eine Dichtungsfläche 32 im Bereich der zylindrischen Umfangswandung des Hohlraumes 11 auf, wobei die Dichtungsfläche 32 ein Längssegment eines geraden Zylinders mit einem Radius R ist, der im wesentlichen gleich dem Wölbungsradius der Wandung des Hohlraumes 11 ist. Folglich entspricht die Wölbung der Dichtungsfläche 32 im wesentlichen der Wölbung der Umfangsflache des Hohlraumes 11. Die Dichtungsfläche 32 ist in einem kleinen Abstand S von der Umfangsfläche des Hohlraumes 11 angeordnet, um einen schmalen gleichmäßigen Spalt am Ende der Wandung 17 zu bilden. Die Breite T der Dichtungsfläche 32 ist vorzugsweise mindestens gleich der Dicke der Wandung 17. Der Abstand S ist ausreichend klein und die Breite T ausreichend groß, um zu gewährleisten, daß unter den gepLanten Arbeitsbedingungen eine gesteuerte laminare Strömung

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des Gases in der Beschickungsvorrichtung durch den schmalen Spalt zwischen der Dichtungsklinge 30 und der benachbarten Umfangsfläche des Hohlraumes 11 erzeugt wird. Als Ergebnis hiervon ist die Leckströmungsgeschwindigkeit vergleichsweise klein, normalerweise in der Größenordnung von etwa 0,5 f° der Gesamtgasströmung zu dem angeschlossenen Zyklonabscheider (nicht dargestellt) und kleiner als eine Strömung, die das Beschickungssystem unterbrechen würde.

Der richtige Abstand oder Spiel der Dichtungsklinge bei einer gewählten Arbeits-(Gas)Temperatur kann durch die folgende Formel berechnet werden:

'S_t=f± O,25£ (1)

in der *

'o,5O8(Q)(N-2)(T)(u.) 1" f(mm) = _L Jj₇₇^ i-J (2)

S. = der Abstand der Dichtungsklinge in mm bei Arbeits-(Gas) Temperatur in G;

Q = der gesamte zulässige Leckverlust oder Durchblasen über die Dichtungsflächen der Dichtklinge in tatsächlichen Kubikmetern (m-⁵) pro Minute;

Δ.Ρ =a das Druckdifferential über die Rotations-Beschickungseinrichtung in Kilogramm pro QuadratZentimeter (kg/cm );

T = die Breite jeder Dichtungsfläche in Zentimetern (cm);

L = die Länge jeder Dichtungsfläche der Klinge in Zentimetern (cm); ,

N = die Anzahl der Dichtklingen auf dem Rotor, wobei die

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minimale Anzahl vier beträgt;

u. = die Viskosität des über die Klinge strömenden Gases in Gentipoises bei der betreffenden Arbeitstemperatur.

In Figur 3 ist das beidseitig logarithmisch aufgetragene Verhältnis zwischen dem Abstand S und dem Druckdifferential C, P für verschiedene Leckströmungsmengen von Stickstoffgas in einer speziellen Ventilbauweise bei 650 ° veranschaulicht.

Die Ventilbauart, bei der diese Ergebnisse erzielt wurden, war ein Rotations-Beschickungsventil mit einem Durchmesser von 10 cm und acht radialen Wandungen, die mit Dichtklingen ausgestattet waren, welche je eine Länge (L) von 17,5 cm und eine Breite (T) von 0,159 cm aufwiesen, u^ betrug 0,04 Cp:

•f _ f (0.508(8-2) χ 0,159 x 0,04) Q J i - L^ 17,5 x &P J

= [θ,001108 JSp-"] (3)

Bei der Berechnung von S₄. für eine bestimmte Leckströmungsmenge

T·

unter den jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen wird der Leckverlust zwischen den Dichtklingen und der zylindrischen Wandung des Hohlraumes berücksichtigt und der Leckverlust um die Enden der Rotorwandungen oder durch den Bereich des Lagers vernachlässigt, da die Leckverluste an diesen Punkten unabhängig von den verwendeten Dichtungen sind. Folglich stellen die Kurven 40 bis 50 in Figur 3 Aufzeichnungen der Beziehung zwischen S und Δ P für verschiedene Werte der Leckströraungsmenge durch den Spalt zwischen der Dichtungsfläche 32 und der Urafanßsfläche des Hohlraumes 11 dar. Die Kurven 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 471 48, 49 und 50 sind auf Strömungsmengen von 0,005, 0,007, 0,010, 0,025, 0,050, 0,075, 0,100, 0,150, 0,200," 0,300 bzw. 0,900 tatsächliche Kubikmeter pro Minute für den achtwandigen Rotor bezogen. Aus einer derartigen Kurvenschar kann der Ab-

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stand S für einen bestimmten Differentialdruck zur Erzielung einer gewählten Leckströmungsmenge bestimmt werden. Indem man die Kurve aufzeichnet, die der zulässigen Leckströmungsmenge entspricht, und anschließend den Schnittpunkt mit der das spezielle vorliegende Druckdifferential darstellenden Abszisse nimmt, erhöht man den optimalen Abstand S (S = f) auf der Ordinate, die den gleichen Schnittpunkt aufweist. Beispielsweise, falls die zulässige Leckströmungsmenge Q 0,075 m /Minute und das vorliegende Druckdifferential Δ Ρ 0,700 kg/cm beträgt, wird der Schnittpunkt der Kurve 45 mit der Abszisse 0,700 erhalten. Die entsprechende Ordinate gibt dann den optimalen Abstand S als bei etwa 0,110 mm an. Die Befestigungsmittel 31 werden dann gelöst, um eine Bewegung der Dichtklingen 30 zu ermöglichen, um diesen optimalen Abstand S für jede Klinge einzustellen.

Jede Dichtklinge 30 ist vorzugsweise aus einem Metall hergestellt, welches bei der Betriebstemperatur der Rotations-Beschickungseinrichtung weicher ist als daf5 Metall, aus dem dan Gehäuse 10 hergestellt ist. Die Dichtklingen 30 können jedoch aus jedem Material hergestellt werden, das den Umwälzbedingungen innerhalb der Rotations-Beschickungseinrichtung widerstehen kann. Für extreme; Arbeitstemperaturen, für welche die Dichtungsanordnung nach der vorliegenden Ei findung insbesondere geeignet ist, sind bevorzugte Materialien für die Dichtklinge rostfreier Stahl, Inconel TM und dergleichen.

Die vorliegende Erfindung kann gleichfalls bei bereits vorhandenen Rotations-Beschickungsvorrichtungen mit den üblichen abnehmbaren Dicht\mgen angewendet werden, um eine größere Lebensdauer der Abdichtungen zwischen den Abteilen zu erreichen. !Mißlich können Dichtklingen, welche die rrforderliche Form der Dichtungsfläche 32 aufweisen, als Erratzteile für die urspiünglich vorgesehenen Dichtklingen hergestellt werden, wobei entsprechend der vorliegenden Konstruktion der Rotations-Beschickungseinrichtung angepaßte Abmessungen der Klingen und Befestigungsanordnungen vorgesehen werden.

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Bei der Herstellung der Dichtungsflache 32 kann der Rotor selbst zweckdienlich als Spannvorrichtung verwendet werden, wobei die Dichtklingen auf den Enden der Wandungen 17 derart montiert sind, daß sie geringfügig über den Radius R, das heißt den Radius des Hohlraumes 11, vorstehen. Dei* Rotor wird dann auf einer Drehbank oder einer anderen zweckdienlichen Werkzeugmaschine angeordnet, um die Dichtungsfläche der Dichtklingen auf einen Radius R und auf eine Oberflächengüte von etwa 16 bis 32 durch annehmbare Bearbeitungsnormen spanabhebend zu bearbeiten. Nachdem die Dichtklingen auf diese Weise spanabhebend bearbeitet wurden, werden die Dichtklingen gelöst und der Rotor in den Rotorhohlraum eingebaut. Anschließend wird der Abstand S zwischen der Dichtungsfläche und dem Umfang des Rotorhohlraums mittels einer Fühlmeßlehre auf den Wert eingestellt, der durch Berechnung oder aus der graphischen Darstellung gemäß Figur 2 ermittelt wurde, um den zulässigen Leckströmungswert für die vorliegenden Gaseigenschaften und das vorliegende Druckdifferential festzulegen. Es ist von besonderer Bedeutung, zu gewährleisten, daß der Abstand S gleichmaßig über die Gesamtlänge der Dichtklinge ist, da sonst die Leckströmung unregelmäßig wäre.

Die Einstellungen des Abstandes der Dichtklingen im Hohlraum 11 werden normalerweise bei Raumtemperatur, beispielsweise bei 20 °, durchgeführt. In einigen Fällen müssen Vorkehrungen für unterschiedliche thermische Expansionen oder Kontraktionen des Materials der Dichtklingen bezüglich des Gehäuses getroffen werden, so daß der gewünschte Abstand von der Wandung des Hohlraumes bei Betriebstemperatur erreicht wird. In vielen Fällen jedoch weisen die Dichtklingen und das Gehäuse eine vergleichbare thermische Bewegung auf, so daß der Betriebsabstand S der Dichbklinge bei Raumtemperatur eingestellt werden kann.

Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen veranschaulichten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

Patentansprüche

./Rotations-Beschickungsvorrichtung mit einem Gehäuse, welches einen zylindrischen Hohlraum mit in der Umfangsfläche des Hohlraumes ausgebildeten Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweist, mit einem drehbar in dem Hohlraum gelagerten Rotor, welcher eine Anzahl radialer Wandungen aufweist, die Förderabteile bilden und sich bis zu einem Punkt im Bereich der Umfangsfläche des Hohlraumes erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß Abdichtungsvorrichtungen (30) von jeder der radialen Wandungen (17) getragen vorgesehen sind, welche eine Dichtungsfläche (32) mit einer Wölbung (R) aufweisen, die im wesentlichen der Wölbung der Umfangsfläche des Hohlraumes (11) entspricht, und daß die Dichtungsfläche (32) von der Umfangsfläche des Hohlraumes (11) in einem Abstand (S) angeordnet ist, der eine gesteuerte laminare Medienströmung zwischen den Abteilen unter Betriebsbedingungen erzeugt.
2. Beschickungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfläche (32) auf einer Dichtklinge (30) ausgebildet ist, welche verstellbar am Ende jeder radialen Wandung (17) befestigt ist.
3. Beschickungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfläche (32) mindestens genauso breit wie die radiale Wandung, die eine derartige Dichtungsfläche trägt, ausgebildet ist.
4. Beschickungsvorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dichtungsfläche (32) von der Umfangsfläche des Gehäusehohlraumes (11) in einem Abstand in dem Bereich zwischen 0,0025 bis 1,00 mm angeordnet ist.
5. Beschickungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (S,) jeder Dichtungsfläche (32) von der Umfangswandung des Hohlraumes (11) unter Betriebsbedingungen durch die Formel:

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S₊ = f ± O,25f

"bestimmt ist, wobei ..

Γ O,5O8(Q)(N-2)(T)(u_t)l ~ f(mm) =

O,5O8(Q)(N-2)(T)(u_t)l p-^p J

Q der gesamte zulässige Leckverlust über die Dichtungsflächen in tatsächlichen Kubikmetern pro Minute, &P das Druckdifferential über die Rotations-Beschickungsvorrichtung in Kilogramm pro QuadratZentimeter, T die Breite jeder Dichtungsfläche in Zentimetern, L die Länge jeder Dichtungsfläche in Zentimetern, N die Anzahl der Dichtungsflächen und u. die Viskosität des Mediums bei dem Druckdifferential /5^P- und der Arbeitstemperatur t ⁰C in Gentipoises ist.

Verfahren zur Herstellung einer Rotations-Beschickungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Gehäuse mit einem zylindrischen Hohlraum von dem Radius R hergestellt wird, daß dann ein Rotor mit radialen Wandungen zwischen den Abteilen einer verstellbaren radialen Länge geformt wird, daß die Wandungen auf eine Ausdehnung größer als R eingestellt worden, daß die Kanten der Wandungen spanabhebend auf einci Wölbungsradius R um die Rotationsachse des Rotors bearbeitet werden, daß dann der Rotor in dem Hohlraum im Gehäuse u.m seine Achse drehbar gelagert wird, und daß dann die Wandungen auf eine radiale Größe kleiner als R um einen Abstand eingestellt werden, welcher eine gesteuerte laminare Strömung unter Betriebsbedingungen des Mediums zwischen den Rotorabteilen der Beschickungsvorrichtung gewährleistet.

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