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Absperrklappe für einenheiße Gase, insbesondere Rauchgase,
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führenden Kanal Die Erfindung betrifft eine Absperrklappe für einen
heiße Gase, insbesondere Rauchgase, führenden Kanal, der mit feuerfestem Material
ausgekleidet ist, durch das sich eine Welle der Klappe erstreckt.
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Derartige Absperrklappen dienen zum Absperren und gegebenenfalls auch
zum Regeln heißer Gasströme, z.B. von Brennerabgasen oder anderen Heißgasen mit
Temperaturen bis zu etwa 175o0C.
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Ublicherweise besteht der die Gase führende Kanal aus einem Rohr,
das mit feuerfesten Materialien, z.B. Schamotte oder Feuerleichtsteinen, ausgekleidet
ist.
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Die Klappe, bzw. die Flügel der Klappe, werden, soweit es die Gastemperatur
zuläßt, aus Stahlblech oder einer flachen Stahlkonstruktion hergestellt. ZUr Verwendung
bei höheren Gastemperaturen wäre es an sich möglich, die dem Gas ausgesetzte Klappe
aus hitzebeständigen Edelstahllegierungen herzustellen. Hierfür wäre jedoch ein
wirtschaftlich nicht tragbarer finanzieller Aufwand erforderlich, und außerdem würden
aus Edelstahl hergestellte Klappen allenfalls bei Gastemperaturen bis zu 13000 C
brauchbar sein.
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Bekannt ist es weiterhin, auch die Klappe aus einem rahmenartigen
Stahlgestell herzustellen, das mit feuerfestem Material oder feuerfesten Steinen
ausgefüllt wird. Das hat jedoch den Nachteil, daß die Oberflache der Klappe wenigstens
teilweise von Stahlteilen gebildet wird, die der Einwirkung der heißen Gase ausgesetzt
sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die sich daraus ergebenden Schwierigkeiten
zu vermeiden und eine betriebssicher arbeitende Absperrklappe mit langer Lebensdauer
zu schaffen, die Gastemperaturen bis etwa 1750 0 C standhält.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Welle im Bereich der Auskleidung
und der Klappe einen rechteckigen bis quadratischen Querschnitt aufweist und im
Bereich der Auskleidung von gegen die Auskleidung abdichtenden Durchführungssteinen
mit kreisförmigem Außenquerschnitt umgeben ist und daß die aus einem Stück Keramikmaterial
bestehende Klappe eine Öffnung mit einem dem Wellenquerschnitt angepaßten Querschnitt
aufweist.
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Dabei wird auf ein rahmenartiges Stahlgestell für die Klappe ganz
verzichtet und die Klappe einstückig aus Keramikmaterial, insbesondere aus Siliziumkarbid
hergestellt. Die Formgebung von Keramilcteilen, die hohen Temperaturen ausgesetzt
sind, ist kritisch, weil das Material nur wenig elastisch ist und deshalb leicht
Wärmerisse entstehen. Das gilt insbesondere für diejenigen Bereiche, auf die Kräfte
mechanisch einwirken, z.B. Durchführungen
von Wellen oder dergleichen.
Andererseits muß im vorliegenden Fall gewährleistet sein, daß Drehmomente zwischen
Welle und Klappe übertragen werden können, um die Klappe zu schwenken oder in einer
bestimmten stellung festzuhalten.
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Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von rechteckigen
bis quadratischen Querschnitten für die Welle und die Öffnung in der Klappe derartige
Schwierigkeiten nicht auftreten und auch bei extremen Temperaturbeanspruchungen
keine Wärmeris se im Keramikmaterial der Klappe entstehen.
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Bei der erfindungsgemäßen Klappe ist die Welle einerseits durch die
Klappe und andererseits durch die Durchführungssteine gegen die Einwirkung der heißen
Gase geschützt.
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Die Durchführungssteirle dichten gleichzeitig die in der Auskleidung
des Kanals erforderlichen Öffnungen ab urid verhindern, daß die heißen Gase nach
außen dringen.
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Es kann zweckmäßig sein,die Klappe und die Durchführungssteine auf
der Welle unter Zwischenschaltung einer nachgiebigen Lage zu halten. Hierdurch werden
bei unterschiedlichen temperaturbedingten Ausdehnungen der zelle hzw. des Keramikmaterials
Druckspannungen im Keramikmaterial, die zu Rissen führen könnten, verhindert. Insbesondere
kann die Lage aus einer auf die Welle gewickelten Bahn aus filzigem Papier bestehen,
das Fasern aus einem keramischen Material enthält. Hierdurch werden nicht nur Druckspannungen
in der Klappe vermieden, sondern es wird auch eine sehr gute Wärmeisolation zwischen
der Klappe und der Welle erzielt, insbesondere dann, wenn die Fasern aus einem dampfverdüsten
Gemisch aus Aluminiumoxyd, Siliziumdioxyd und/oder Soda, Borax und Zirkonoxyd bestehen.
Der durch dieses Material
gewëhrleistete geringe Wärmeübergang schützt
die Welle vor unzulässig hohen, ihre Festigkeit beeintrchtigenden Temperaturen.
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Es ist zweckm;]ßig, das Papier mit einem Keramikfasern enthaltenden
Klebstoff auf der Welle zu befestigen und/oder mit einem solchen Klebstoff zu tr
inken. Hierdurch wird der Zusammenbau der Absperrklappe erleichtert, die Haltbarkeit
der elastischen Lage erhöht und die Befestigung der Klappe auf der Welle verbessert.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die thermische Belastung
der Welle dadurch vermindert, daß die Welle hohl ist. Wenn die Welle im wesentlichen
senkrecht angeordnet ist, strömt bei dieser Ausbildung infolge der Kaminwirkung
ständig Luft durch den in der Welle befindlichen ffohlraum und kühlt diese. Wenn
diese Kühlung nicht ausreicht, können andere Kühlmittel verwendet und/oder ein Zwangsumlauf
des Kühlmittels eingerichtet werden. Im praktischen Gebrauch bei den oben angegebenen
Temperaturen hat sich gezeigt, daß bei der Kühlung durch Luft ohne Zwangsumlauf
die Temperatur des Wellenmaterials 800 ° C nicht übersteigt.
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Die erfindungsgemäße Absperrklappe eignet sich sowohl für den Einsatz
in horizontalen als auch in vertikalen Kanälen. Insbesondere beim Einsatz in horizontalen
Kanälen wird das Gewicht der Klappe auf die Durchführungssteine übertragen. Zur
Verringerung der mechanischen Beanspruchung der Durchführungssteine und zur Verbesserung
der Abstützung kann es vorteilhaft sein, wenn wenigstens an einem, nämlich
dem
unteren Ende der Welle ein Bund zur Abstützung der Welle am Kanal vorgesehen ist.
Dieser Bund kann sich insbesondere an einem Ringflansch eines Lagers für das Wellenende
abstützen, so daß die Gewichtskräfte auf kurzem Wege in den Kanal eingeleitet werden.
Zweckmäßig wird dabei das obere Wellenende in axialer Richtung nicht festgelegt,
so daß die temperaturbedingten Ausdehnungen der Welle nicht zur Ausbildung von Spannungen
führen.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert; es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Absperrklappe
in einem Heißgas führenden Kanal, Fig. 2 einen Schnitt in Richtung II-II durch den
Gegenstand nach Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils III auf den
Gegenstand nach Fig. 1.
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Der in den Figuren dargestellte Kanal 1 besteht aus einem Stahlrohrabschnitt,
an dessen Enden Flansche 2,3 angeschweißt sind, die durchgehende Bohrungen 4 für
Schrauben verbindungen mit zugeordneten Flansch eines weiteren Kanalabschnittes
besitzen. Der Kanal l weist angeschweißte Füße 5,6 aus Winkeleisen zur Abstützung
auf einem nicht dargestellten Fundament auf. Innen besitzt der Kanal l
eine
Auskleidung aus Formsteinen 7, die so angeordnet sind, daß zwei konzentrisch zueinander
angeordnete zylindrische Schichten 8, 9 gebildet sind. Die Formsteine der inn-en
Schicht 9 sind jeweils so gesetzt, daß sie die zwischen den Formsteinen der Schicht
8 gebildeten fugeii abdecken. An der Oberseite und der Uiiterseite des kanals 1
enden die Schichten 8, 9 vor besonderen Formsteinen 10,11, die jeweils eine durchgehende
Öffnung 12,13 mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen. Die Achsen der Öffnungen
12,13 fluchten miteinander.
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Koaxial zu der Öffnungen 12, 13 sind in Kanal 1 vor en Flansch/ 14,
15 umschlossene Öffnungen vorgesehen, wobei die Flansche 14,15 jeweils als Sitz
für Buchsen 16,17 dienen,die jeweils ein Wellenende 18,19 mit kreisförmigem Querschnitt
aufnehmen. Die Buchsen l6, 17 weisen innen eine mit den Öffnungen bzw. der Achse
konzentrische Ausnehmung für Packungen 20,21 auf, die mit Flanschen 22, 23 tzw.
deren vorsteJienden Ringabschnitten in die zugeordneten Ausnehmungen gedrückt und
dort gehalten werden.
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Die Teile der so gebildeten Stopfbuchsen sind mit hilfe von Muttern
24 gehalten, die auf Stehbolzen 25 aufgedreht sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
werden die Stehbolzen von Elammerkopfschrallhen gebildet, die an den Flanschen 14,
15 gehalten sind.
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Das untere Wellenende 19 mit t kreisförmigem Querschnitt endet an
einem Bund 26, der sic auf einem in den Kanal 1 vorstehenden Ringflansch 27 der
Buchse 17 abstützt. An den Bund 26 schließt sich koaxial mit dem Wellenende 19 eine
Welle 28 an, die sich durch den Kanal 1 erstreckt
urid auf der
andexeii weite des Kanals mit dem dort angeordneten Wellenende 18 verbunden ist.
Die beiden Wellenenden 18, 19 mit kreisförmigen Querschnitt und die Welle 28 mit
quadratischem Querschnitt sind hohl, so daß bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
durch Kaminwirkung Luft in das untere Wellenende 19 eintreten, aus durch die Welle
28 strömen und/dem oberen Wellenende 18 austreten kann.
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Die Welle 28 mit quadratischem Querschnitt ist über ihre gesamte Länge
mit einer Bahn 29 aus filzigem Papier umwickelt. Dadurch ist eine nachgiebige Zwischenlage
zwischen der Welle 28 und im Bereich der von den Schichten 8, 9 gebildeten Auskleidung
angeordneten Durchführungssteinen 30 sowie einer zum Absperren des Kanals 1 auf
der Welle 28 angeordneten Klappe 31 gebildet.
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Die Durchführungssteine 30 weisen eine dem Querschnitt der Welle 28
angepaßte mittige Öffnung mit quadratischem Querschnitt und im übrigen einen kreisförmigen
Außenquerschnitt auf, so daß sie zusammen mit zwischen den Durchführungssteinen
30 angeordneten Dichtringen 32 die Öffnungen 12, 13 in der Auskleidung abdichten.
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Das Gewicht der Klappe 31 mit den Flügeln 34 und 35 stützt sich über
die Durchführungssteine 30 aiif dem Ringflansch 27 der Buchse 17 ab. Lediglich werden
die Klappe sehr fest auf der Welle 28 sitzt, wird das Gewicht der Klappe über die
Welle und den Bund 26 auf das Lager übertragen. Die im oberen Teil des Kanals 1
angeordneten Durchführungssteine 30 sollen nur abdichten. Zwischen ihnen und der
oberen S-topfbuchse ist soviel Spiel vorhanden, daß d-ie Welle sich ohne weiteres
in Richtung ihrer Achse ausdehnen kann.
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Zwischen den im Bereich der beiden Wellenenden 18, 19 angeordneten
Durchführungssteinen 30 ist auf der Welle 28 die den Strömungsquerschnitt des Kanals
1 nahezu vollstcindig abdeckende Klappe 31 angeordnet. Die Klappe 31 bes teftt beim
dargestellten Ausführungsbeispiel aus Siliziumkarbid und weist im wesentlichen deri
in Fig. 2 dargestellten Querschnitt auf. Beidseits an einen Nabenbereich 33 schließen
sich ebene Flügel 34, 35 an. Der Nabenbereich 33 weist die in Fig. 2 dargestellte
ungefähr quadratische Querschnittsform und eine durchgehende Öffnung mit ebenfalls
quadratischem, dem Querschnitt der Welle 28 angepaßten Querschnitt auf. Em einzelnen
ist die Anordnung so getroffen, daß eine Diagonalebene der Welle 28 bzw.
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der Offnung im Nabenbereich 33 mit der Mittelebene 3t; der' Klappe
31 zusammenfällt. Dadurch urid durch die Anordnung der nachgiebigen Zwischenlage
aus der Bahn 29 werden unzulässige Spannungen sowie daraus entstehende Risse beim
Übertragen mechanischer Kräfte zwischen der Welle 28 urtd der Klappe 31 sowie durch
wärmebedingte Ausdehnung der Teile vermieden.
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Das obere Wellenende 18 erstreckt sich bis über die zugeordnete Stopfbuchse
hinaus und trägt eine Handhabe 37 zunl Verstellen der Klappe 31. An der flandhabe
37 ist eine mit einem hebel 38 gegen die Wirkung einer Feder 39 verstellbare Raste
Liü angeordnet, die in Ausnehmungen 41 einer arn Flansch 14 gehaltenen Rastsciteibe
42 eingreift.
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Dadurch kann die Klappe 31 in bestimmten Stellungen festgelegt und
auch zur Regelung des lleißgasstroms im Kanal 1 verwendet werden. Eine Markierung
43 auf der Rastscheibe 42 ermöglicht zusammen mit einem an der Handhabe 37 befestigten
Zeiger 44 die Kontrolle der jeweiligen Stellung der Klappe 31
Für
die auf der Welle 28 angeordneten nachgiebigen Lage hat sich als besonders geeignet
ein filziges Papiermaterial erwiesen, dessen Fasern teilweise oder vo]1-ständig
aus einem Keramikmaterial bestehen und die durch Dampfverdüsung aus einem bei etwa
2000°C schmelzflüssigen Gemisch hergestellt wurden, das im wesentlichen jus Aluminiumoxyd
und Siliziumdioxyd besteht und geringe Zusätze von oda, Borax oder Zirkonoxyd enthalt.
Das aus diesen Fasern hergeste3lte Papier oder Vlies besitzt eine außerordentlich
geringe Wärmeleitfähigkeit und eine verhältnismäßig große Nachgiebigkeit.
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Die Befestigung des Papieres auf der Welle 28 erfolgt zwec]rmäßig
mittels eines Klebstoffes, der wiederum die obengenannten lasern enthält. Mit diesem
Klebstoff kann auch die gesamte, die nachgiebige Lage 29 bildende Papierbahn getränkt
werden, ehe die Klappe 31 auf die Welle 28 aufgebracht wird.
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Im vorstehenden Ausffihrungsbeispiel ist eine Klappe beschrieben worden,
die zur Absperrung eines Kanales dient, der einen runden Querschnitt aufweist. Die
Erfindung läßt sich ebenso vorteilhaft auch bei klappen anwenden, die zur Absperrung
von Kanälen mit rechteckigem oder anderem Querschnitt dienen und auch für mehrflügelige
Absperrklappen, bei denen mehrere Flügel auf einer gemeinsamen Welle angeordnet
sind.
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- Patentansprüche -