DE2518793A1

DE2518793A1 - Ausruestung zur behandlung von material bei hoher temperatur und hohem druck

Info

Publication number: DE2518793A1
Application number: DE19752518793
Authority: DE
Inventors: Staffan Elmgren; Lennart Dipl Ing Svensson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-05-07
Filing date: 1975-04-28
Publication date: 1975-11-20
Also published as: US3900189A; JPS568718B2; FR2270000B1; DE2518793B2; SE389812B; DE2518793C3; GB1496439A; JPS50150971A; FR2270000A1; SE7406059L

Description

Patetanwälte

Dipi.-ing. Helmut Missiing 63 Qiessen 25.4.1975

Dipl.-fng. Richard Schlee Bismarckstrasse 43

Dr.-Ing. Joachim Boecker Telefon: (0641) 7to 19

Mi/K 12.475

Ällmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget, Västeras/Schweden

Ausrüstung zur Behandlung von Material bei hoher Temperatur

und hohem Druck

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Material bei hoher Temperatur und hohem Druck, mit einem Hochdruckzylinder, der aus einem inneren dickwandigen Rohr und einem um dieses Rohr gewickelten, vorgespannten Drahtoder Bandmantel besteht, der den Hauptteil der auftretenden Beanspruchungen aufnimmt, mit in den Zylinder hineinragenden Endverschlüssen, die zusammen mit dem Zylinder die Druckkammer bilden, und Einrichtungen zur Aufnahme axialer Druckkräfte von einem in die Druckkammer eingeschlossenen Druckmittel. Die Vorrichtung ist vor allem für Drucköfen zum Warmpressen von beispielsweise Pulverkörpern bei hoher Temperatur, bis zu 1500⁰C, in einer Gasatmosphäre unter hohem Druck, vorzugsweise 500 Bar und darüber, in und zur Verbindung von Pulverkörnern zu einem festen homogenen Körper mit hoher Dichte bestimmt. In dem schwedischen Patent 326 942 (DT-OS 1 953 306) sind solche Öfen bereits näher beschrieben» Die Druckkammer

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umschließt einen Ofenraum« Zwischen dem Qfenraum und den Wanden der Druckkammer befindet sich eine isolierende Hülle« Der Raum in der Druckkammer ist kostbar» weshalb man "bestrebt ist, die Wanddicke der Isolierung gering zu halten, um einen großen nutzbaren Ofenraum zu bekommen. Aufgrund der tfärmeverluste durch den isolierenden Mantel werden die Druckkammerwände erwärmt. Im Hinblick auf die hohen Beanspruchungen^ im Hochdruckzylinder muß die Temperatur des Materials auf

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einige hundert C begrenzt werden.

Bisher wurden mit Band- oder Drahtmantel versehene Hochdruckzylinder außen gekühlt. Besonders in Hochdruckzylindern mit großem inneren Durchmesser, die für hohen Druck vorgesehen sind, wird der Draht— oder Bandmantel dick und der Temperaturunterschied zwischen der inneren Fläche des Zylinders und der äußeren gekühlten Fläche des B^ndmantels groß, oftmals 50 - 100°C. Um die innere Temperatur unter dem zulässigen Niveau halten zu können, ist eine große Kühlwassermenge und/oder eine niedrige Kühlwassertemperatur erforderlich. In gewissen Fällen kann es mit unüberwindbaren Schwierigkeiten verbunden sein, die Zylindertemperatur überhaupt unter dem notwendigen Niveau zu halten. Vom Gesichtspunkt der Festigkeit ist der Temperaturgradient im Bandmantel ungünstig. Die Spannungsverteilung im Bandmantel wird in Abhängigkeit vom Temperaturgradienten beein-

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flußt, was die Festigkeit beeinflußt. Bei der Festigkeitsberechnung und Bestimmung der zulässigen Beanspruchung muß auf diese Beeinflussung Rücksicht genommen werden. Bandgewickelte Reaktionskolonnen für die chemische Industrie sind dort vorhanden, wo zwei von einem Bandmantel umgebene Rohreso ausgeformt sind, daß sich zwischen denseJben ein spiralförmiger Kühlkanal bildet. Diese Kolonnen sind für bedeutend niedrigere Druckniveaus bestimmt als Hochdruckzylinder für isostatisches Pressen, weshalb man vom Gesichtspunkt der Festigkeit die Spannungsüberschüsse tolerieren kann, die man aufgrund der Kühlkanäle erhält. Die für diese Kolonnen bekannten Konstruktionen sind jedoch nicht für bandgewickelte Zylinder mit einem sehr stark beanspruchten inneren Rohr geeignet.

Gemäß der Erfindung ist ein bandgewickelter Hochdruckzylinder mit im wesentlichen axialen Kühlkanälen in einer rohrförmigen Schicht im Bandmantel oder in einer Schicht zwischen dem Bandmantel und dem inneren Rohr des Zylinders ausgeführt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Patentansprüchen hervor.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine Schicht Stäbe mit abgeschrägten Ecken um das innere Rohr des Hochdruckzylinders gelegt, so daß man eine rohrförmig^ Stabschicht erhält.

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Zwischen den Abschrägungen der Stäbe und dem umgebenden Bandmantel oder einem Blechrohr bilden sich Kühlkanäle aus, wodurch verhindert wird, daß Kühlmedium in den Bandmantel des Zylinders eindringt. Die Stäbe.sind mit der Achse des Zylinders parallel. Die Kühlkanäle sind somit axial ausgerichtet. Das Kühlmittel wird durch Endringe zugeführt und um den Zylinder übe.T einen ringförmigen Raum verteilt, der aus den Endringen und den Stäben gebildet wird. Die Stäbe bedecken zweckmäßigerweise die ganze äußere Fläche des Hochdruckzylinders. Die radiale Kraft des Bandmantels wird dann in der Hauptsache gleichmäßig verteilt und Zusatzspannungen werden im wesentlichen vermieden. Es kann jedoch im Hinblickauf die Festigkeit und mit Rücksicht auf die sehr großen Beanspruchungen im inneren Rohr des Hochdruckzylinders angebracht sein, die rohrförmige Stabschicht zwischen zwei Bandschichten im Mantel zu verlegen, um das Risiko örtlicher Spannungskonzentrationen im inneren Rohr des Hochdruckzylinders ganz zu beseitigen.

In ei -3T alternativen Ausführungsform wird ein Rohr mit stabförmigen Partien um das innere Rohr des Hochdruckzylinders gelegt, wöbej die Kühlmittelkanäle aus in den Wänden angebrachten Nuten und zweckmäßigerweise dem umgebenden Bandmantel oder einem Blechrohr zwischen dem Rohr mit den Nuten und dem Bandmantel gebildet werden.

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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 einen Hochdruckofen, teilweise im Schnitt»

Fig. 2 einen axialen Teilschnitt durch die oberen und unteren Enden eines Hochdruckzylinders,

Fig. 3 einen radialen Teilschnitt durch denselben Hochdruckzylinder gemäß Linie A-A in Fig. 2 und

Fig. 4 einen radialen Schnitt durch einen alternativ hergestellten Zylinder.

In den Figuren bezeichnet 1 ein beweglich angeordnetes Pressengestell, das von der in Fig. 1 gezeigten Lage und einer Lage» in der es die Druckkammer 2 umgibt, verschiebbar ist. Das Pressengestell besteht aus Jochen 3 und 4 und dazwischenliegenden Distanzstücken 5 und einem diese zusammenhaltenden, vorgespannten Bandmantel 6. Das Gestell wird von Rädern 7 getragen, die auf Schienen 8 laufen. Die Hochdruckkammer wird von einem Pfeiler 9 getragen und enthält einen Hochdruck— zylinder 10 mit einem oberen Bndverschluß 11 mit einer Dichtung

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12 sowie einem unteren Endverschluß 13, der aus einem Ring 14 mi"t einer Dichtung 15 und einem in diesen hineinragenden Bodenteil 16 mit einer· Dichtung 17 bestellt. In der Druckkammer 2 befindet sich ein Ofenraum 1B mit einem Arbeitsstück 49. Druckmiitelkräfte _f die auf die EndverscliXüsse 11 und 13 wirken» werden vom Pressengestell 1 'aufgenommen. Zwischen den Druckkammerwänden und dem Of enrauai

15 ist eine isolierende Hülle angebracht, die aus einem isolierenden Zylinder 19» einem isolierenden Deckel 20 und einem isolierenden Boden 21 besteht. Der Gfenrausa 1c wird von elektrischen Heizelementen 22 umgeben» Diesen wird Energie über die Leitung 23 zugeführt. Der Druckkammer 16 wird Druckmittel durch den Kanal 24 zugeführt. Der Bodenteil

16 ist zum Chargieren des Ofenraumes heb- und senkbar ausgebildet. Der Bodenteil 16 wird von einer Konsole 25 mit einer Führung 26 getragen» die an einer Stange 27 entlanglauft. Die Betätigung wird mit Hilfe eines Hydraulikzylinders 28 vorgenommen, dessen Kolbenstange 29 mit der Führung 26 zusammengekuppelt ist.

Der Hachdruekzylinder enthält ein inneres Rohr 30» um das ein Bandmantel 31 gewickelt ist. Das Band ist unter Vorspannung gewickelt« Der Bandmantel nimmt den Hauptteil der vom Druck-

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mittel erzeugten Kräfte auf. Bisher hat man den Bandmantel bei Druckammern mit einem bandgewickelten Hochdruckzylinder außen gekühlt, um die Temperatur an der inneren Wand 32 des Rohres 30 auf einen in Bezug auf die Festigkeit tolerierbaren Wert zu begrenzen.

Mit der Steigerung des Drucks und des Zylinderdurchmessers nehmen jedoch auch die Dicke des Bandmantels und damit die Schv/ierigkeiten zu, die Temperatur der Rohrwand niedrig zu halten. Bei großen Bandschichtdicken wird der Temperaturfall zwischen Rohrwand und dem äußeren Teil des Bandmantels bei erreichbarem Wärmetransport groß und kann bis zu 50 — 100 C betragen. Außerdem führt der Temperaturgradient im Bandmantel zu nicht erwünscnten Veränderungen in den Spannungen innerhalb der verschiedenen Bandschichten, die ungünstig und schwer zu berechnen sind.

Um die Nachteile bei der bekannten Ausführung zu vermeiden, werden die Kühlkanäle in den Bandmantel oder zwischen Band— mantel und innerem Rohr des Zylinders 10 verlegt. In den Hochdruckzylinder 10 nach Fig. 2 und 3 sind eine Anzahl Stäbe 33 zwischen dem Rohr 30 und dem Bandmantel 31 eingelegt. Diese Stäbe sind axial ausgerichtet und bilden eine ringförmige Schicht um das Rohr 30. Die innere Fläche 3^ der Stäbe liegt

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an der äußeren Fläche 35 des Rohres 30 an. Die äußeren Ecken der Stäbe sind abgeschrägt. Zwischen den Stäben und dem Bandmantel 31 befindet sich ein Blechrohr 36. Die abgeschrägten Flächen 37 der Stäbe und die innere Flache 3S des Blechrohres bilden zusammen die Wände der axialen Kühlkanäle 39. An den Enden des Hochdruckzylinders sind Endringe 40 angebracht, die zum Rohr 30 mit Verschlußringen 41 axial fixiert sind» Zwischen dem Rohr 30, den Endringen 40 und den Ringen 42 bildet sich eine ringförmige Nut, in die ein Dichtungsring 43 gelegt ist, der verhindert, daß Kühlmedium zwischen dem Rohr 30 und den Ringen 40 austritt. Zwischen dem Rohr 30 und den Ringen 40 befindet sich ein Dichtungsring 44, der verhindert, daß Druckmittel in den Bandmantel dringt. In den Ringen 40 ist je ein ringförmiger Raum 45 zur Verteilung des Kühlmediums um die Stäbe 33 angeordnet. Zu den Kanälen 45 führen radiale Kanäle 46. Kühlmittel wird durch den Kanal 46 des einen Ringes 40 zugeführt, über den ringförmigen Raum 45 um die Stäbe 33 verteilt und strömt dann axial in den Kühlkanälen 39 um die Stäbe 33 zum Raum 45 in dem anderen Ring 40 und von dort durch den Kanal 46 und nicht gezeigten Leitungen zu einem Ablauf oder zu einem Kühler.

In Fig. 4 wird eine alternative Ausführung gezeigt, bei der die Stäbe zwischen Schichten des Bandmantels verlegt sind. Der Bandmantel besteht aus einem inneren Teil 31a, der direkt um das Rohr 30 gewickelt ist. Dieser Teil besteht aus einigen Bandschichten,

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beispielsweise zwischen drei und zehn Schichten. Auf dem inneren Teil 31a des Bandmantels sind eine Anzahl rechteckige Stäbe 50 im Abstand voneinander angeordnete Auf die Stabschicht ist der äußere Teil 31b des Bandmantels gewickelt. Zwischen den Stäben 50 und den Bandmantelteilen 31a und 31b bilden sich axiale
Kühlwasserkanäle 51. Der innere Bandmantelteil verteilt den
Stabdruck, so daß das Rohr im wesentlichen eire* gleichmäßigen
radialen Kraft ausgesetzt ist.

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Claims

Patentansprüche;

1." Vorrichtung zur Behandlung von Material bei hoher Temperatur und hohem Druck, mit einem Hochdruckzylinder, der aus einem Rohr und einem um diesen gewickelten, vorgespannten, kraftaufnehmenden Draht- oder Bandmantel besteht, mit in den Zylinder hineinragenden Endverschlüssen, sowie Einrichtungen zur Aufnahme der auf die Endverschlüsse wirkenden Kräfte, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern oder auf. der Innenseite des Baridmantels eine Schicht von im wesentlichen axial zum Hochdruckzylinder orientierten Stäben angeordnet ist, die Kühlkanäle bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken (37) der Stäbe (33) abgeschrägt sind, so daß sich axiale Kühlkanäle (39) zwischen diesen abgeschrägten Ecken und den diese umgebenden oder davorliegenden Konstruktionselementen ausbilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (33) von einem Blechrohr (36) umgeben sind, das zusammen mit den Stäben die Kühlkanäle (39) bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (30) des Hochdruckzylinders (10) von einem Rohr mit längsgehenden, stabförmigen Partien umgeben ist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bandmantel (31) zwischen den Mantel schichten (31a, 31"b) mit Abstand zueinander angeordnete Stäbe (50) eingefügt sind, zwischen denen Kühlkanäle (51) ausgebildet sind.

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