DE2638602A1

DE2638602A1 - Absperrorgan zum absperren von heisswind- oder heissgaskanaelen

Info

Publication number: DE2638602A1
Application number: DE19762638602
Authority: DE
Inventors: Peter Valter
Original assignee: Zimmermann and Jansen GmbH
Current assignee: Zimmermann and Jansen GmbH
Priority date: 1976-08-27
Filing date: 1976-08-27
Publication date: 1978-03-02
Also published as: DE2638602C3; DE2638602B2

Description

Patentanwalt Dipl.-ing. A. Behrendt Postfach 100226 4630 Bochum 1 ^ (0234)431395

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Absperrorgan zum Absperren von Heißwindodasr Heißgaskanälen

Die Erfindung betrifft ein Absperrorgan zum Absperren

von Heißwind- oder Heißgaskanälen, bestehend aus einer in einem Gehäuse angeordneten Absperrklappe, die an diametral gegenüberliegenden Lagerzapfen um 9o° schwenkbar im Gehäuse gelagert ist, wobei sowohl die Lagerzapfen als auch die Lager mittels durchströmenden Kühlmittels gekühlt sind.

Bei derartigen mit einer Absperrklappe versehenen Absperrorganen unterliegen die Klappe, deren Lagerung und das Gehäuse einer verhältnismäßig starken, jedoch unterschiedlichen Erwärmung, was zur Folge hat, daß aufgrund von unterschiedlichen Wärmedehnungen Undichtigkeiten und Verklemmungen auftreten. Aus diesem Grunde werden die nach dem Stande der Technik ( DT-Gbm 1 795 26o )

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bekannten Absperrorgane der genannten Art nur in Heißwindkanälen mit verhältnismäßig niedriger Temperatur und verhältnismäßig kleinem Querschnitt verwendet. Für größere Absperrquerschnitte und höhere Temperaturen verwendet man dagegen im allgemeinen sogenannte Heißwind-bzw. Heißgasschieber die mit einer in den Absperrquerschnitt einschiebbaren» wassergekühlten Schieberplatte versehen sind und gegebenenfalls auch gekühlte Sitzflächen für die Schieberplatte aufweisen. Bei derartigen Heißwindschiebern ist eine Überhitzung der Schieberplatte insofern nicht zu befürchten, als diese in der Offnungsotellung aus dem vom Medium durchströmten Querschnitt herausbewegt wird.

Die Verwendung von Heißwind- bzw. HeißgasSchiebern bringt eine Reihe von Problemen mit sich. Ein solcher Schieber benötigt nämlich einen verhältnismäßig großen Gehäusesack für die Aufnahme der Schieberplatte in der Öffnungsstellung und komplizierte Führungs- und Antriebseinrichtungen zum Ein- und Ausfahren der Schieberplatte. Aus diesem Grunde ist der konstruktive Aufwand für einen solchen Schieber verhältnismäßig hoch. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Schieberplatte im Betrieb stark wechselnden Temperaturen ausgesetzt ist, was im Hinlick auf die Materialermüdung schädlicher ist, als eine ständig gleichbleibend hohe Temperatur.

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Die bei Verwendung einer Absperrklappe als Heißwind- bzw. Heißgas-Absperrorgan befürchteten Schwierigkeiten betreffen insbesondere die ausreichende und gleichmäßige Kühlung der Klappe und des Gehäuses im Bereich der dem Medium ausgesetzten Dichtflächen zwischen Klappe und Gehäuse sowie die aus reichende Kühlung im Bereich der Lager.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, das Absperrorgan der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die genannten kritischen Bereiche in ausreichendem Maße und soweit gleichmäßig gekühlt werden, daß Undichtigkeiten und Verklemmungen nicht auftreten. Hierdurch soll es insbesondere ermöglicht werden, die vom konstruktiven Aufwand her einfache Absperrklappe auch in Heißwind- oder Heißgaskanälen großen Querschnitts und hoher Temperatur einzusetzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem Absperrorgan der eingangs genannten Art vor, daß in dem Gehäuse in an sich bekannter Weise sich jeweils um den halben Umfang des Absperrquerschnittes erstreckende Anschläge angeordnet sind, an die sich die Klappe beim Verschwenken in die Schließstellung in Strömungsrichtung des durchströmenden Mediums von vorn bzw. von hinten anlegt, wobei die Anschläge und der Klappenkörper hohl ausgebildet sind und von Kühlmittel durchströmt werden, welches im

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Klappenkörper mittels Einbauten in Form einer Doppelspirale von außen nach innen und anschließend von innen nach außen geführt wird, derart, daß das dem Klappenkörper zufließende Kühlmittel zunächst den von vorn am zugehörigen Anschlag anliegenden äußeren Klappenrand und das aus dem Klappenkörper abfließende Kühlmittel zuletzt den von hinten am zugehörigen Anschlag anliegenden äußeren Klappenrand durchströmt.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen werden sowohl der Klappenkörper als auch die diesem zugeordneten Anschläge am Gehäuse gut und gleichmäßig gekühlt. Dadurch, daß die Klappe in Strömungsrichtung des Mediums gesehen von vorn bzw. von hinten an den Anschlägen anliegt, kann sich die Klappe relativ zu den an den Anschlägen vorgesehen Dichtsitzen in radialer Richtung ausdehnen ohne daß es zu Verklemmungen kommt. Besonders wichtig ist, daß durch die vorgeschlagene Kühlmittelführung im Klappenkörper dessen dem Strom zugewandter Rand durch das zufließende Kühlmittel am intensivsten gekühlt wird. Der in Strömungsrichtung des Mediums von vorn am zugehörigen Anschlag anschlagende Rand des Klappenkörpers ist nämlich dem Medium

sowohl in der Öffnungsstellung als auch in der Schließstellung am intensivsten ausgesetzt. Der gegenüberliegende Rand des Klappenkörpers, der sich beim Schließen von

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hinten an den zugehörigen Anschlag anlegt, ist dagegen in der Schließstellung vo !!ständig durch den davor liegenden gekühlten Anschlag geschützt und kommt auch in der öffnungsstellung weniger intensiv mit dem Medium in Berührung. Aus diesem Grunde reicht es aus, diesen sich von hinten an den zugehörigen Anschlag anlegenden Klappenrand mit dem aus dem Klappenkörper abfließenden Kühlmittel, d. h, also weniger intensiv zu kühlen. Durch die intensivere Kühlung im Bereich des dem Medium stärker ausgesetzten Klappenrandes und die weniger intensive Kühlung am dem Medium weniger ausgesetzten Klappenrand ergibt sich im Effekt eine über den gesamten Umfang der Klappe gleichmäßige Temperaturverteilung, so daß die Klappe sich trotz der unterschiedlichen Wärmebeaufschlagung nicht verzieht oder verbiegt.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anschläge direkt an der Innenseite des Gehäusemantels angeschweißt sind und an einen gesonderten Kühlmittelkreislauf angeschlossen sind. Diese Ausführungsform ohne zusätzliche Gehäusekühlung ist konstruktiv besonders einfach und genügt den Anforderungen bei nicht allzu hoher Temperaturbelastung.

Für hohe und höchste Temperaturbelstungen ist vorgesehen,

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daß das Gehäuse mit

einem Kühlmantel aus in Umfangsrichtung verlaufenden, miteinander verschweißten und stromungstechnisch miteinander verbundenen Rechteck-Kühlrohren ausgekleidet ist. Dieser Kühlmantel gewirkt, daß zwischen dem Gehäuse einerseits und dem Klappenkörper andererseits keine großen Temperaturdifferenzen auftreten, die zu Verklemmungen führen könnten. Insbesondere gestattet es der Kühlmantel, die Anschläge direkt mit dem Gehäuse zu verbinden, ohne zwischen dem Gehäuse und den Anschlägen eine Möglichkeit zum Dehnungsausgleich bei unterschiedlicher Erwärmung zu ©haffen. Die Rechteck-Kühlrohie gestatten eine konstruktiv besonders einfache und unkomplizierte Ausbildung des Kühlmantels.

Zweckmäßig sind die den Kühlmantel bildenden Rechteck-Kühlrohre schraubenlinienförmig angeordnet. Hierdurch erübrigen sich Kühlmitteldurchgänge zwischen den einzelnen Ringen des Kühlmantels.

Der Kühlmantel bzw. die Anschläge sind in besonders vorteilhafter Weise durch den Gehäusemantel hindurch mit dem Gehäuse verschweißt. Hierdurch ist es möglich, diese Teile gesondert herzustellen und durch einen einfachen Schweißvorgang miteinander au verbinden.»

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Um zusammen mit dem Gehäuse auch die Lager der Lagerzapfen kühlen zu können, sind die im Gehäuse angeordneten Lager von ringförmigen Kühlkammern umgeben, die strömungstechnisch an den Kühlmittelkreislauf des Gehäusekühlmantels angeschlossen sind.

In den ringförmigen Kühlkammern sind zweckmäßig Einbauten vorgesehen, durch die das Kühlmittel in axialer Richtung umgelenkt wird. Hierdurch werden die Lager über ihre gesamte axialer Erstrecknung gut und gleichmäßig gekühlt.

Die Anschläge können zweckmäßig auch an der Innenseite des Kühlmantels augeschweißt sein und ebenfalls strömungstechnisch in den Kühlmittelkreislauf des Kühlmantels einbezogen sein. Hierdurch erhalten die Anschläge etwa die gleiche Temperatur wie der Kühlmantel des Gehäuses, an welchem sie befestigt sind. Zu Zerstörungen führende Spannungen aufgrund von unterschiedlichen Erwärmungen zwischen den Anschlägen einerseits und dem Gehäuse andererseits kann es somit nicht kommen.

Um in den Anschlägen große Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels zu erzielen, ist jeder Anschlag als Kastenprofil mit/veriaurcr.de Kühlmittelräume ausgebildet, die strömung3- / tecnnisch hintereinander geschaltet sind.

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Um den Wärmeübergang zwischen dem Medium und den großen Flächen des Absperrorganes zu vermindern, sind die Außenflächen des Klappenkörpers und die Innenflächen des Gehäuses unter zumindest teilweisem Einbezug der Anschläge verkleidet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der

Figur 1 einen senkrechten Schnitt durch das Absperrorgan gemäß der Erfindung quer zur Klappenwelle,

Figur 2 eine Ansicht des in Figur 1 dargestellten Absperrorganes am.der Richtung A in Figur 1

Figur 3 einen «Schnitt entlang der Linie B-C in Figur 1,

Figur 4- eine Draufsicht auf den aufgeschnittenen Klappenkörper und

Figur 5 einen Schnitt durch ein Lager der Klappenwelle zeigen.

In der Zeichnung ist das Gehäuse in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Es besteht aus einem zylindermanteiförmigen Mantelblech 2, das an beiden Stirnseiten mit Flanschen 3 versehen ist, die die Zylindermantelfläche sowohl nach außen als auch nach innen überragen. In das Mantelblech 2 ist ein Kühlmantel 4 eingesetzt. Dieser Kühlmantel 4- besteht aus schraubenlinienförmig angeordneten, miteinander verschweißten oder sonsi^jwie verbundenen Rechteck-Kühlrohren 5 . Mit dem Mantelblech 2 sind die Rechteck-

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Kühlrohre 5 durch Öffnungen 6 im Mantelblech 2 hindurch verschweißt Der aus dem Rechteck-Kühlrohren 5 gebildete Kühlmantel 4 fluchtet in axialer Richtung etwa mit den nach innen überstehenden Flanschen 3· Am Anfang und Ende des schraubenlinienförmig angeordneten Rechteck-Kühlrohres 5 befinden sich ein Kühlmittelsuflußanschluß 7 und ein Kühlmittelabflußanschluß An die Innenseite des Kühlmantels 4 sind zwei Anschläge 9 und 1o angeschweißt.. Diese Anschläge 9 und 1o erstrecken sich jeweils um den halben Umfang des Absperrquerschnittes bis in die Höhe der die Klappe tragenden Lagerzapfen. In axialer Richtung sind die beiden Anschläge 9 und 1o etwa um die Klappendicke versetzt angeordnet. Die Anschläge 9 und 1o bestehen jeweils aus einem Rechteckprofil, die durch Unterteilungen 11 und 12 je in zwei Kühlmittelkanäle unterteilt sind, die strömungstechnisch jeweils hintereinander geschaltet sind und, wie aus Figur 3 ersichtlich, an den Kühlmittelkreislauf des Kühlmantels 4 angeschlossen sind.

Alternativ können die Anschläge 9 und 1o aber auch an einen gesonderten Kühlmittelkreislauf oder gesonderte Kühlmittelkreisläufe angeschlossen sein.

Weiterhin befinden sich im Gehäuse 1 an diametral gegenüberliegenden Seiten zwei gekühlte Lager 13 und 14,die das Gehäuse 1 nach außen hin übeiragen. Die Lager 13 und 14 sind je von ringförmigen Kühlkammern 15 und 16 umgeben, die,

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wie aus Figur 5 ersichtlich ist, an den Kühlmittelkreislauf des Kühlmantels 4 angeschlossen sind. In den Kühlkammern und 16 sind Einbauten 1? und 18 angeordnet, durch die das Kühlmittel in axialer Richtung umgelenkt wird, derart, daß die Lager 13 und 14 über ihre gesamte axiale Erstrecknung gleichmäßig gekühlt werden.

In den Lagern 13 und 14 ist mittels zweier Lagerzapfen 19 und 2o die Absperrklappe 21 gelagert. Diese Absperrklappe

21 ist über die hohl ausgebildeten Lagerzapfen 19 und 2o an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, wird das Kühlmittel innerhalb der Absperrklappe mittels Einbauten 22 in Form einer Doppelspirale zunächst von außen nach innen und anschließend von innen nach außen geführt. Dabei durchfließt das zuströmende Kühlmittel zunächst einen Kanal, der sich über den halben Umfang des Klappenkörpers entlang dessen Außenrand erstreckt. Diese? halbe Umfang des Klappenkörpers wird also durch das neu zufließende Kühlmittel besonders intensiv gekühlt. Das von der Mitte des Klappenkörpers zurückströmende Kühlmittel durchströmt vor Austritt aus dem Lagerzapfen 2o einen Kanal, der sich über den verbleibenden halben Umfang des Klappenkörpers im Bereich von dessen äußerem Rand befindet. In diesem Umfangsbereich wird der Klappenkörper also weniger intensiv gekühlt.

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Um der unterschiedlichen Kühlung im Bereich des Umfanges der Klappe Rechnung zu tragen, ist diese im Absperrquerschnitt so angeordnet, daß der vom abströmenden Kühlmittel weniger intensiv gekühlte Umfangsbereich der Absperrklappe 21 in Strömungsrichtung des Heißwindes ( siehe Pfeile in Figur 1 ) gesehen hinter dem gekühlten Anschlag 9 liegt, während der vom frisch zuströmenden Kühlmittel besonders intensiv gekühlte Umfangsbereich der Absperrklappe 21

in Strömungsrichtung des Mediums vor dem Anschlag 1o liegt. Der weniger intensiv gekühlte Bereich der Absperrklappe 21 wird also durch den gekühlten Anschlag 9 geschützt. Der intensiver gekühlte Umfangsabschnitt ist dagegen dem Medium ausgesetzt. Letzteres gilt insbesondere für die in Figur 1 dargestellte Schließstellung.

Jedoch auch in der Öffnungsstellung ist der besonders intensiv gekühlte Umfangsbereich der Absperrklappe dem Heißwind- bzw. Heißgasstrom zugewandt, während der weniger intensiv gekühlte Umfangsbereich dem Strom abgesandt ist. Die gewählte besondere Art der Kühlung der itlappe wird also den Erfordernissen sowohl in der Öffnungsstellung als auch in der Schließstellung optimal gerecht.

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Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel können die Anschläge 9 und 1o auch direkt mit dem Mantelblech 2 verschweißt sein. In diesem Falle kann der Kühlmantel 4 gegebenenfalls fortfallt».

Um die großen Flächen des Absperrorganes gegen übermäßige Wärmebelastung zu schützen, sind die Außenflächen des Klappen, körpers 21 und die Innenflächen des Gehäuses 1 bzw. des Kühlmantels 4- mit wärmedämmendem feuerst em Material verkleidet, welches in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet ist.

Patentansprüche

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L e e r s e ι t e

Claims

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Patent anspräche

_v 1. Absperrorgan zum Absperren von Heißwind- bzw. Heißgaskanälen, bestehend aus einer in einem Gehäuse angeordneten Absperrklappe, die an diametral gegenüberliegenden Lagerzapfen um 9o schwenkbar im Gehäuse gelagert ist, wobei sowohl die Lagerzapfen als auch die Lager mittels durchströmenden Kühlmittels gekühlt sind, d adurch -gekenn ze ichnet, daß in dem Gehäuse ( 1 ) in an sich bekannter Weise sich Jeweils um den halben Umfang des Absperrquerschnittes erstreckende Anschläge ( 9, Ίο ) angeordnet sind, an die sich die Klappe ( 2Ί ) beim Verschwenken in die Schließstellung in Strömungsrichtung des durchströmenden Heißwindes von vorn bzw. von hinten anlegt, wobei die Anschläge ( 9» Ίο ) und der Plattenkörper hohl ausgebildet sind und von Kühlmittel durchströmt werden, welches im Plattenkörper mittels Einbauten ( 22 ) in Form einer Doppelspirale von außen nach innen und anschließend von ihnen nach außen geführt wird, derart, daß das dem Plattenkörper zufließende Kühlmittel zunächst den von vorn am zugehörigen Anschlag ( Ίο ) anliegenden äußeren Klappenrand und das aus dem Plattenkörper abfließende Kühlmittel zuletzt den von hinten am zugehörigen Anschlag ( 9 ) anliegenden äußeren Klappenrand durchströmt.

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2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge ( 9, 1o ) direkt an der Innenseite des Gehäusemantels ( 2 ) angeschweißt sind und an einen gesonderten Kühlmittelkreislauf angeschlossen sind.
3. Absperrorgan nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ( 1 ) mit einem Kühlmantel ( 4 ) aus in Umfagsrichtung verlaufenden, miteinander verschweißten und strömungstechnisch miteinander verbundenen Rechteck-Kühlrohren ( 5 ) ausgekleidet ist.
4. Absperrorgan nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kühlmantel ( 4 ) bildenden üechteck-Kühlrohre ( 5 ) schraubenlinienförmig angeordnet sind.
5. Absperrorgan nach einem der Ansprüche

1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmantel ( 4 ) bzw. die Anschläge (9, 1o ) durch den Gehäusemantel ( 2 ) hindurch niifc dem Gehäuse ( 1 ) verschweißt sind.
6. Absperrorgan nach einem der Ansprüche

im

~y bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die _fG_ehäuse ( 1 ) angeordneten Lager C 13» 14 ) von ringförmigen Kühlkammern ( 15» 16 ) umgeben sind, die strömungstechnisch an den Kühlmittelkreislauf des Kühlmantels ( 4 ) angeschlossen sind.

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7· Absperrorgan nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß in den ringförmigen Kühlkammern C 15, 16 ) Einbauten ( 17, 18 ) vorgesehen sind, durch die das Kühlmittel in axialer Richtung umgelenkt wird.
8. Absperrorgan nach einem der Ansprüche

3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge ( 9, 1o ) an der-!Innenseite des Kühlmantels ( 4 ) angeschweißt sind und strömungstechnisch in den Kühlmittelkreislauf des Kühlmantels ( 4- ) einbezogen sind.
9. Absperrorgan nach einem der Ansprüche

1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anschlag ( 9i "Io ) als Kastenprofil mit zwei parallel verlaufenden Kühlmittelräumen ausgebildet ist, die strömungstechnisch hintereinander geschaltet sind.
10. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen des Klappenkörpers ( 21 ) und die Innenflächen des Gehäuses ( 1 ) bzw. des Kühlmantels ( 4 ) unter zumindest teilweisem Einbezug der Anschläge ( 9, 1o ) mit wärmedämmendem feuerfestem Material ( 23 ) verkleidet sind.

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