DE2849990A1

DE2849990A1 - Gekuehlte regelklappe fuer heissgasleitungen

Info

Publication number: DE2849990A1
Application number: DE19782849990
Authority: DE
Inventors: Herbert Kuhlmann
Original assignee: Sidepal SA
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-11-17
Publication date: 1979-06-21
Also published as: AT371909B; NO146919C; DE2857706C2; FR2412021B1; ATA896378A; GB2011052B; RO84874B; SE7812557L; BE872829A; US4237854A; JPS5488812A; CH633870A5; DK568178A; LU78708A1; NO784205L; BR7808256A; IT1100729B; ES475886A1; FR2412021A1; IT7830964A0

Description

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München, den 17. November 1978 Anwaltsaktenz.: 194 - Pat. l6

SIDEPAL S. Α» Societe Industrielle de Participations Luxembourgeoise, l4, rue Aldringen, Luxembourg

Gekühlte Regelklappe für Heißgasleitungen

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Regelklappe für Heißgasleitungen, insbesondere gekühlte Heißgasleitungen, sowie eine ebenfalls gekühlte Lagerung für diese Klappe.

Regelklappen in Hexßgaslextungen, z. B. in Abgasleitungen von Industrieöfen, wie etwa elektrischen Lichtbogenofen, dienen zur Druck- und Mengenregelung in den gasführenden Rohren und damit in den der Klappe vor- und nachgeschalteten Komponenten der Gesamtanlage.

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Je nach Einsatzfall sind solche Regelklappen und ihre Lagerung außerordentlich hohen thermischen und erosiven Beanspruchungen ausgesetzt, wodurch ihre Lebensdauer recht niedrig liegt, falls nicht besondere Massnahmen, wie Kühlung und Verwendung spezieller Werkstoffe, getroffen werden. Für hohe Beanspruchungen, wie sie z.B. in den Abgasrohren von elektrischen Lichtbogenofen zur Sonderstahlherstellung vorliegen, werden deshalb vielfach wasser- bzw. dampfgekühlte Klappen verwendet.

Diese gekühlten Klappen nach dem Stand der

Technik bestehen aus einem flachen, dosenartigen Zylinder, welcher an der Gasleitung drehbar gelagert ist und welchem durch seine hohle Schwenkwelle ein geeignetes Kühlmittel, wie Wasser oder Heissdampf, zugeführt wird. Die Abfuhr des Kühlmittels erfolgt ebenfalls durch die hohle Schwenkwelle, z.B. an der dem Kühlmitteleintritt gegenüberliegenden Seite letzterer. Im Innern dieser dosenartigen Klappe sind

Leitstege für das Kühlmittel angebracht,

durch welche für letzteres bestimmte, als mehr oder weniger günstig erachtete Strömungswege geschaffen werden.

Diese gekühlte Regelklappe für Heissgasleitungen nach dem Stand der Technik hat zwar eine höhere Lebensdauer als ungekühlte Klappen, sie ist jedoch mit mehreren schwerwiegenden Mangeln behaftet.

So ist es z.B. bei diesen bekannten Klappen nicht möglich, bestimmten Zonen der Klappe in gezielter Weise grössere Kühlmittelmengen als anderen Zonen zwecks Anpassung der Kühlwirkung an die jeweils örtlich gegebene thermische Beanspruchung zuzuführen. Die Klappe unterliegt somit einer ungleichmässigen thermischen Beanspruchung mit sich daraus ergebenden, verringerten Lebensdauer. Ferner sind die obenerwähnten Führungsstege für das Kühlmittel aus fabrikationstechnischen Gründen nur an einzelnen Stellen der Stegschmal— seiten mit den Begrenzungswänden der Klappe verschweisst, wodurch mehr oder minder breite Spalte zwischen diesen Stegschmalseiten und den Klappenwänden offen bleiben, welche Schleichwege für das Kühlmittel darstellen mit entsprechender

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Minderung des Kühleffektes und Erhöhung des Kühlmittelverbrauchs. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Klappen mit Lenkung des Kühlmittels durch Führungsstege besteht im Vorhandensein zahlreicher toter Winkel, insbesondere im Bereich der Umlenkung des Kühlmittels um freie Stegenden., wodurch Wirbel- und Dampfblasenbildung mit entsprechendem ungünstigem Wärmestau und Druckverlust begünstigt werden.

Ein grundsätzlicher Nachteil der bekannten Klappen ist auch ihre flache, dosenartige Form, welche sich wegen Verformungsgefahr nicht für hohe Kühlmitteldrücke eignet, wodurch wiederum eine Begrenzung des Kühleffektes gegeben ist.

Es hat sich schliesslich herausgestellt, dass die Lagerung der Klappenwelle ein kritischer Punkt dieser Ausführung ist, indem bei Gastemperaturen in der Heissgasleitung von über etwa 800°C wegen mangelhafter Kühlung die akute Gefahr eines Funktionsversagens der Lagerung besteht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die aufgezeigten Mangel und Unzulänglichkeiten des Standes der Technik zu vermeiden oder grösstenteils auszuschalten indem eine Regelklappe der eingangs erwähnten Gattung vorgeschlagen wird, welche es gestattet, bestimmten Zonen der Klappe in gezielter Weise bestimmte Kühlmittelmengen zuzuführen, Wirbel- und Dampfblasenbildung des Kühlmittels weitgehend zu vermeiden, einen grossen Kühleffekt durch hohe Kühlmitteldrücke und-geschwindigkeiten zu erzielen, sowie die thermische Belastbarkeit der Klappenlagerung wesentlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Regelklappe der eingangs erwähnten Art durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 7 aufgeführten Merkmale gelöst.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Kennzeichen der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1, einen Querschnitt durch eine gekühlte Heissgasleitung mit darin schwenkbar montierter, gekühlter Regelklappe sowie 'gekühlter Klappenlagerung;

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Figur 2, eine Ansicht in Richtung A aus Figur 1 von Einzelheiten der Lagerkühlung.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Referenzzahlen versehen.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemässe Regelklappe 2, welche in einer gekühlten Heissgasleitung 4 eingebaut ist und an letzterer mittels . Lagerungen 6 schwenkbar gelagert ist. Die Heissgasleitung 4 besteht aus einer Rohr-an-Rohr-Konstruktion, wie eine solche in der deutschen Patentanmeldung P 27 34 922.0 zur Kühlung von Abgasleitungen-, bzw. -krümmern beschrieben ist und bei welcher in den die Leitungswand bildenden Rohren 19 ein Kühlmittel, z.B. Wasser, zirkuliert. Die Klappe 2 besteht im wesentlichen aus einem Achsrohr 8, welches vorteilhafterweise aus mehreren, miteinander verschweissten Rohrstutzen 10, 12, 14, 16 zusammengesetzt sein kann, und aus einer Mehrzahl von kreisbogenförmig gekrümmten Kühlrohren IS₁ bis 18_n und 20_χ bis 20_n· Diese Kühlrohre 18, 20, deren Anzahl η von ihrem Querschnitt und dem Innendurchmesser der Gasleitung 4 abhängt, sind ebenfalls in einer Rohr-an-Rohr-Konstruktion zusammengefasst und bilden damit ein flächiges, im wesentlichen kreisförmiges Abschlussorgan innerhalb der Gasleitung 4. Da es in den anvisierten Einsatzfallen für die vorgeschlagene Klappe nicht auf einen hermetischen Abschluss der Gasleitung 4, sondern vielmehr auf eine approximative Regelung des Gasstroms innerhalb derselben ankommt, kann zwischen geschlossener Klappe 2 und Gasleitung 4 ein mehr oder weniger breiter Spalt 22 offenbleiben.

Die etwa halbkreisförmig gebogenen Rohre 18, 20 sind angrenzend zum durchgehenden Achsrohr 8 und zu in letzterem vorgesehenen Oeffnungen 24, bis 24 und 26, bis 26

etwas abgeplattet (siehe Figur 1), damit ein Anschweissen derselben auf dem Achsrohr 8 auf ihrem ganzen, an dieses Achsrohr 8 anstossenden Querschnittsbereich möglich ist. Selbstverständlich können die einzelnen Rohre 18, bzw. 20 auch noch unter sich miteinander verschweisst werden, so wie dies für die Rohre 19 (siehe Figur 1) durchgeführt ist.

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Der Zentralbereich der Regelklappe 2 wird durch zwei Kühlmittelkammern 28, 3O gekühlt, welche von einem Teil der Rohrwandungen 18,, 20,, 12, 14 und je zwei beidseitig aufgeschweissten Deckblechen 32, 34, bzw- 36, 38 (34 und 38 liegen vor der Zeichenebene und sind wegen der Schnittdarstellung nicht sichtbar) begrenzt werden.

Zweckmässigerweise können die Fugen 40 im Anschlussbereich der verschiedenen Kühlrohre 18, 20 an das Achsrohr 8 ebenfalls mit angeschweissten Deckblechen verschlossen werden.

Der Eintritt des Kühlmittels zur Regelklappe 2 erfolgt in Figur 1 bei 44 durch das Achsrohr 8. Die einzelnen Rohre bzw. Kühlkammern werden, wie durch Pfeile angedeutet, durch die verschiedenen Radialöffnungen 24, 26, 42 im Achsrohr 8 mit Kühlmittel beaufschlagt, welches aus genannten Rohren, bzw. Kühlkammern, durch Auslassöffnungen 24', 26', 42' in das Achsrohr 8 zurücktritt und bei 46 das System verlässt.

Der grosse Vorteil dieser individuellen Kühlmittelzufuhr zu den einzelnen Rohren, bzw. Kammern besteht darin, dass durch geeignete Wahl, bzw. Kalibrierung des Querschnitts der einzelnen Zutrittsöffnungen 24, 26, 42 und/oder Austrittsöffnungen 24', 26", 42· jedem Rohr ein genau dosierbarer Anteil des durchgesetzten Gesamtkühlmittelstromes zugeteilt werden kann in Abhängigkeit von der individuell verschiedenen thermischen Belastung der einzelnen Klappenzonen. Da z.B. das äussere Rohr 18 , 20 naturgemäss in der Heissgasströmung

am meisten exponiert ist, kann diesem Rohr durch geeignete Dimensionierung der Eintrittsöffnung 24 , 26 ein entsprechend

grosser Anteil des Kühlmittels zugeführt werden. Die thermische Belastung kann in analoger Weise auf alle Rohre gleichmässig verteilt und damit die Lebensdauer der Klappe global verlängert werden. Von mindestens gleichgrosser Bedeutung ist aber auch der Umstand, dass wegen der druckmässig hochbelastbaren Kühlrohre ein praktisch beliebig grosser Kühleffekt durch Erhöhung des Kühlmitteldruckes erzielt werden kann, und damit wiederum eine entsprechende Erhöhung der Klappenlebensdauer, bzw. ihrer thermischen Belastbarkeit.

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Da bei den bisherigen Regelklappen die Lagerung derselben einen schwachen Punkt darstellte und deswegen, die thermische Belastbarkeit auf Gastemperaturen von rund 8OO°C beschränkt blieb, sieht die Erfindung ebenfalls an dieser Stelle eine wesentliche Verbesserung vor. Diese besteht in einer intensiven Kühlung der Klappenlagerung wodurch, wie Versuche ergeben haben,, die thermische Belastbarkeit bis auf Gastemperatüren von rund 1800 C ansteigt.

Diese hochwirksame Lagerkühlung wird durch eine Kühlmittelführung erzielt, wie sie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich und dadurch in günstiger Weise durchführbar ist, dass das Kühlsystem für die Gasleitungswandung zu diesem Zweck herangezogen werden kann.

Hierzu ist die Lagerung 6 des Achsrohres 8 im

wesentlichen als Kühlmittelkammer in Form eines Hohlzylinders 50 ausgeführt- Der Kühlmittelstrom in der Leitungswandung 4 hat, gemäss weiter oben genannter Patentanmeldung, in je zwei benachbarten Kühlrohren 19 entgegengesetzte Richtung (siehe in Figur 2 19", 19"', bzw. 19', 19""). Ein solcher Kühlmittelstrom zweier benachbarter Kühlrohre 19 wird erfindungsgemäss durch zwei voneinander abgetrennte Abteile 52, 54 ix Lagerkörper 50 geleitet (siehe Figur 2) und gewährleistet dort eine intensive Kühlung der Lagerung 6. Diese Lagerung wird demnach nicht mehr nur von innen durch den Kühlmittelstrom im Achsrohr 8 gekühlt, sondern auch, und zwar auf einer grossen Oberfläche, ebenfalls von aussen. Hiermit wird die • weiter oben erwähnte, ganz erhebliche Steigerung der thermischen Belastbarkeit der Lagerung möglich.

Wie aus vorstehenden Ausführungen mit genügender Klarheit hervorgeht, bedeutet die vorgeschlagene Regelklappe mit gekühlter Lagerung einen beachtlichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik, da sowohl die Lebensdauer dieser Elemente ganz wesentlich erhöht werden konnte als auch ihr Anwendungsbereich erweitert, indem eine bisher nicht mögliche thermische Belastbarkeit realisiert werden konnte.

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Claims

Patentansprüche

1. Gekühlte Regelklappe für Heissgasleitungen,

insbesondere gekühlte Heissgasleitungen, gekennzeichnet durch eine flächige Rohr-an-Rohr-Konstruktion von annähernd halbkreisförmig gebogenen, kühlmittelführenden Rohren (18, 20), welche an ihren Enden auf einem mit Kühlmittelein- und -aus- " trittsöffnungen (24, 26, 24·, 26') versehenen und zum Schwenken der Regelklappe (2) dienenden Achsrohr (8) dicht angeschweisst sind.

2. Regelklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralbereich der Klappe (2) durch zwei Kühlmittelkammern (28, 30) gekühlt wird, welche durch Kühlmittelein- und -austrittsöffnungen (42, 43 , 42', 43') im Achsrohr (8) mit Kühlmittel versorgt werden.

3. Regelklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Achsrohr (8) aus mehreren Rohrstutzen (10, 12, 14, 16) zusammen geschweisst ist.

4. Regelklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (18, 20) an ihren Enden abgeplattet sind.

5. Regelklappe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelein- und -austrittsöffnungen (24, 26, 42, 43, 24>, 26', 42', 43') kalibriert sind.

6. Regelklappe nach Anspruch 1, dadurch gckennzeich-. net, dass das Kühlmittel an einem Ende (44) des Achsrohres

(8) eintritt und am gegenüberliegendem Ende (4 6) desselben austritt.

7. Gekühlte Lagerung für die Regelklappe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkörper der Lagerung (6) für das Achsrohr (8) als Kühlkammern (50) ausgebildet sind, welche aus dem Kühlsystem der gekühlten Heissgasleitung (4) · mit Kühlmittel beaufschlagt werden.

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8. Lagerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet/ dass die Kühlkammern (50) innen in zwei Abteile (52, 54) eingeteilt sind, welche in entgegengesetzter Richtung vom Kühlmittel durchströmt werden.

9. Lagerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Kühlkammern (50) als Hohlzylinder ausgebildet sind.

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