DE3639001C1

DE3639001C1 - Seal of a ceramic pipe

Info

Publication number: DE3639001C1
Application number: DE19863639001
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hohn
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1986-11-14
Publication date: 1988-04-28

Abstract

A seal of a ceramic pipe (3) in a ceramic plate (2), in particular in the case of a high-temperature heat exchanger, is intended to be highly temperature-resistant, to permit expansions of the pipe (3) and to permit simple mounting. Ceramic bushes (5) are inserted into the plate (2) for this purpose. Ceramic fibre material (7) is introduced, as sealant, into an annular space (6) formed by the bush (5). The bush (5) exhibits a collar (8) with at least one cutout (11). A ceramic closure ring (13) is locked to the collar (8) and compresses the sealant. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtung eines durch eine Ausnehmung einer keramischen Platte geführten keramischen Rohres, insbesondere bei einem Hochtemperatur-Wärmetauscher.The invention relates to a sealing by a Recess of a ceramic plate guided ceramic tube, especially with a high temperature heat exchanger.

In der DE-PS 8 91 994 ist ein Wärmetauscher beschrieben, dessen Heizfläche aus nichtmetallischen Rohren besteht, die mittels elastischer, z.B. aus Gummi bestehender Ringe an zylindrischen Dichtungsflächen in den Böden abgedichtet sind.In DE-PS 8 91 994 a heat exchanger is described, the Heating surface consists of non-metallic pipes, which means more elastic, e.g. rubber rings on cylindrical Sealing surfaces in the floors are sealed.

Weiterhin ist in der DE-OS 26 35 842 eine Vorrichtung zur dichten Befestigung eines Rohres in der Wandung einer unter hydrostatischem Druck stehenden Kammer bekannt geworden. Diese Vorrichtung besteht aus einer Hülse aus einem elastischen Material.Furthermore, in DE-OS 26 35 842 a device for sealing Fastening a pipe in the wall of an under hydrostatic pressure chamber become known. These Device consists of a sleeve made of an elastic Material.

Hochtemperatur-Wärmetauscher, die beispielsweise heiße Ofenabgase verwerten, weisen Rohre aus SiSiC-Keramik auf. Diese Rohre sind durch eine keramische Kopfplatte des Wärmetauschers hindurchzuführen. An die Abdichtung werden dabei hohe Anforderungen gestellt. Die Abdichtung soll einerseits dauerhaft dicht sein. Andererseits soll sie temperaturbedingte Dehnungen der Rohre zulassen, ohne daß es zu Verspannungen kommt. Außerdem soll die Montage der Rohre einfach sein, ohne daß die Rohre eingezwängt werden.High temperature heat exchangers, for example hot furnace gases recycling, have pipes made of SiSiC ceramic. These pipes are through a ceramic head plate of the heat exchanger lead through. The seals are high Requirements. On the one hand, the seal should be permanent be tight. On the other hand, it should be temperature-related strains allow the pipes without causing tension. Furthermore The assembly of the pipes should be easy without the pipes be squeezed.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Abdichtung vorzuschlagen, die hohen Temperaturen standhält und Dehnungen des Rohres aufnimmt.The object of the invention is to provide such a seal propose that withstand the high temperatures and stretch the Tube.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß in die Ausnehmung der keramischen Platte eine keramische Buchse eingesetzt ist, daß zwischen dem Außenumfang des Rohres und dem Innenumfang der Buchse ein Ringraum ausgebildet ist, in den keramisches Material als Dichtmittel eingefüllt ist, daß die Buchse einen Bund mit wenigstens einer Aussparung aufweist und daß bei dem Bund in den Ringraum ein keramischer Verschlußring eingesetzt ist, der das Dichtmittel komprimiert und mit dem Bund verriegelt ist.According to the invention, the above object is achieved in that Recess of the ceramic plate a ceramic socket is used that between the outer circumference of the tube and the An inner space of the socket is formed in the ceramic material is filled as a sealant that the Socket has a collar with at least one recess and that with the collar in the annular space a ceramic locking ring is used, which compresses the sealant and with the collar is locked.

Vorzugsweise ist als Dichtmittel ein keramisches Fasermaterial verwendet.A ceramic fiber material is preferably used as the sealant used.

Da diese Abdichtung ausschließlich aus keramischen Materialien besteht, ist sie hoch temperaturbeständig. Das Dichtmittel erlaubt axiale und radiale Ausdehnungen des Rohres, ohne daß dabei mechanische Verspannungen entstehen. Durch den Verschlußring ist erreicht, daß zwischen dem Bund der Buchse und dem Rohr ein hinreichend großer Spalt bestehen kann, durch den sich das Dichtmittel nach dem Einsetzen des Rohres in die Buchse in den Ringspalt einbringen läßt. Der Verschlußring schafft gleichzeitig einen hinreichenden Anpreßdruck des Dichtmittels an das Rohr. Insgesamt ist die Gefahr des Ausbrechens der bruchempfindlichen Rohre behoben.Because this seal is made entirely of ceramic materials exists, it is highly temperature-resistant. The sealant allows axial and radial expansion of the tube without this creates mechanical tension. By the Locking ring is achieved that between the collar of the socket and the pipe can have a sufficiently large gap through which the sealant after inserting the pipe into the socket can be introduced into the annular gap. The lock ring creates at the same time an adequate contact pressure of the sealant the pipe. Overall, the risk of breaking out is break-sensitive pipes fixed.

Die Durchführung des Rohres durch die Buchse ist - vor dem Einbringen des Dichtmittels - mit einem vergleichsweise großen Spiel versehen, so daß die mehreren durch Buchsen der Kopfplatte hindurchgeführten Rohre bei der Montage nicht eingezwängt werden.The implementation of the tube by the bushing is - provided with a comparatively large clearance so that the plurality of sockets passed through the head plate pipes are not constrained during assembly - prior to the introduction of the sealing agent.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims. The following are exemplary embodiments the invention explained in more detail with reference to drawings. Show it:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt einer Abdichtung eines Rohres an einer Kopfplatte, Fig. 1 shows a partial cross section of a sealing of a tube to a head plate,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Abdichtung, Fig. 2 shows another embodiment of the seal,

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Abdichtung längs der Linie III-III nach Fig. 1 oder Fig. 2 und Fig. 3 is a plan view of the seal along the line III-III of Fig. 1 or Fig. 2 and

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Abdichtung im Schnitt. Fig. 4 shows another embodiment of the seal in section.

An einem nicht näher dargestellten Mantel eines Wärmetauschers sind eine Bodenplatte 1 (vgl. Fig. 4) und eine Kopfplatte 2 (vgl. Fig. 1 bis Fig. 4) angeordnet. Die Bodenplatte 1 und die Kopfplatte 2 bestehen aus Feuerbeton. A bottom plate are connected to a not-shown casing of a heat exchanger 1 (see. Fig. 4) and a top plate 2 (see. Fig. 1 to Fig. 4). The base plate 1 and the top plate 2 are made of refractory concrete.

Durch das Wärmetauschergehäuse erstrecken sich Rohre 3 aus SiSiC-Keramik. Die Rohre 3 sind in die Bodenplatte 1 eingesetzt und mit Feuerkitt 4 (vgl. Fig. 4) befestigt und abgedichtet.Pipes 3 made of SiSiC ceramic extend through the heat exchanger housing. The tubes 3 are inserted into the base plate 1 and fastened and sealed with fire cement 4 (cf. FIG. 4).

In die Kopfplatte 2 ist für jedes Rohr 3 eine Buchse 5 eingesetzt. Die Buchse 5 ist aus einer Oxidkeramik gefertigt.A bushing 5 is inserted into the head plate 2 for each tube 3 . The socket 5 is made of an oxide ceramic.

Die Buchse 5 bildet einen vergleichsweise großen Ringraum 6 um das Rohr 3. Der Radius des Rohres 3 ist etwa halb so groß wie der Außenradius des Ringraumes 6. Der Ringraum 6 ist mit keramischem Fasermaterial 7 als Dichtmittel gefüllt.The bushing 5 forms a comparatively large annular space 6 around the pipe 3 . The radius of the tube 3 is approximately half the size of the outer radius of the annular space 6 . The annular space 6 is filled with ceramic fiber material 7 as a sealant.

Die Buchse 5 weist am der Bodenplatte 1 abgewandten Ende einen Bund 8 auf, dessen freier Durchmesser wesentlich größer als der Außendurchmesser des Rohres 3 ist. Dadurch entsteht zwischen dem Rohr 3 und dem Bund 8 ein weiterer Ringspalt 9. Ein entsprechender Ringspalt 10 ist an der dem Ringspalt 9 abgewandten Seite des Fasermaterials 7 vorgesehen. Durch die im Vergleich zum Rohrdurchmesser weiten Ringspalte 9, 10 ist erreicht, daß sich auch bei Maßtoleranzen die Kopfplatte 2 auf die auf der Bodenplatte 1 befestigten Rohre 3 aufsetzen läßt.The socket 5 has a collar 8 at the end facing away from the base plate 1 , the free diameter of which is substantially larger than the outside diameter of the tube 3 . This creates a further annular gap 9 between the tube 3 and the collar 8 . A corresponding annular gap 10 is provided on the side of the fiber material 7 facing away from the annular gap 9 . The annular gaps 9 , 10 , which are wide in comparison to the tube diameter, mean that the head plate 2 can be placed on the tubes 3 fastened to the base plate 1 even with dimensional tolerances.

Der Bund 8 weist an seinem Umfang vier Aussparungen 11 auf. Mit den Aussparungen 11 entsprechenden Vorsprüngen 12 ist ein Verschlußring 13 versehen. Der Verschlußring 13 besteht ebenfalls aus einer Oxidkeramik. Der Innendurchmesser des Verschlußringes 13 ist nur wenig größer als der Außendurchmesser des Rohres 3. In Fig. 3 ist der Verschlußring 13 in der Stellung gezeigt, in der er mit dem Bund 8 noch nicht verriegelt ist. Zum Verriegeln des Verschlußringes 13 wird dieser um etwa 45 gedreht, wobei dann die Vorsprünge 12 unter den Bund 8 greifen. Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und Fig. 2 weist die Buchse 5 an ihrem dem Bund 8 abgewandten Ende einen weiteren Bund 14 auf. Zwischen diesem und dem Rohr 3 ist der Ringspalt 10 gebildet. Das keramische Fasermaterial 7 liegt zwischen dem Bund 14 und dem Verschlußring 13.The collar 8 has four recesses 11 on its circumference. A locking ring 13 is provided with the projections 12 corresponding to the recesses 11 . The locking ring 13 also consists of an oxide ceramic. The inside diameter of the locking ring 13 is only slightly larger than the outside diameter of the tube 3 . In Fig. 3 the locking ring 13 is shown in the position in which it is not yet locked with the collar 8 . To lock the locking ring 13 , the latter is rotated by approximately 45, the projections 12 then engaging under the collar 8 . In the embodiments according to FIG. 1 and FIG. 2 5, the socket at its end of the collar 8 is remote to another collar 14. Between this and the tube 3 , the annular gap 10 is formed. The ceramic fiber material 7 lies between the collar 14 and the locking ring 13 .

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist die Buchse 5 eine tonnenförmige Gestalt auf. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Buchse 5 mit einer Wellung versehen. In beiden Fällen sind die Buchsen 5 bei der Herstellung der Kopfplatte 2 in den diese bildenden Feuerbeton eingegossen.In the embodiment of FIG. 1, the socket 5 has a barrel shape. In the embodiment according to FIG. 2, the sleeve is provided with a corrugation. 5 In both cases, the bushes 5 are cast into the refractory concrete forming the top plate 2 during manufacture.

Die Montage geschieht etwa folgendermaßen:The assembly takes place as follows:

In die in die Kopfplatte 2 formschlüssig eingegossenen Buchsen 5 werden die Rohre 3 mit ihren freien Enden eingesteckt. Die weiten Ringspalte 9, 10 gewährleisten auch bei größeren Toleranzen und Schrägstellungen eine freie Lage der Rohrenden in den Buchsen 5, so daß die empfindlichen Rohre 3 nicht brechen können.The tubes 3 are inserted with their free ends into the bushings 5 which are cast into the head plate 2 in a form-fitting manner. The wide annular gaps 9 , 10 ensure a free position of the pipe ends in the bushes 5 even with larger tolerances and inclinations, so that the sensitive pipes 3 cannot break.

Anschließend wird durch den Ringspalt 9 das Fasermaterial 7 eingefüllt und verdichtet. Schließlich wird der Verschlußring 13 durch den Ringspalt 9 eingeführt, auf das Fasermaterial 7 gepreßt und durch Drehen verriegelt. Um die Drehung mit einem Spezialwerkzeug durchführen zu können, weist der Verschlußring 13 Sacklöcher 15 (vgl. Fig. 3) auf. Das Fasermaterial 7 ist nun fest an das Rohr 3 gedrückt und gewährleistet eine dauerhafte Dichtung. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Buchse 5 zylindrisch ausgebildet und in eine Bohrung 16 der Kopfplatte 2 eingepreßt. An der Kopfplatte 2 ist ein Bund 17 ausgebildet, zwischen dem und dem Rohr 3 der Ringspalt 10 besteht. Das Fasermaterial 7 liegt zwischen dem Bund 17 und dem Verschlußring 13. Der Verschlußring 13 weist anstelle der Sacklöcher 15 Aussparungen 18 auf. Auch hier erfolgt die Montage im wesentlichen in der beschriebenen Weise.The fiber material 7 is then filled in and compressed through the annular gap 9 . Finally, the locking ring 13 is inserted through the annular gap 9 , pressed onto the fiber material 7 and locked by turning. In order to be able to carry out the rotation using a special tool, the locking ring 13 has blind holes 15 (cf. FIG. 3). The fiber material 7 is now firmly pressed against the pipe 3 and ensures a permanent seal. In the embodiment of Fig. 4, the sleeve 5 is cylindrical and pressed into a bore 16 of the top plate 2. A collar 17 is formed on the top plate 2 , between which and the tube 3 there is the annular gap 10 . The fiber material 7 lies between the collar 17 and the locking ring 13 . The locking ring 13 has recesses 18 instead of the blind holes 15 . Here, too, the assembly is carried out essentially in the manner described.

Treten aufgrund der thermischen Beanspruchung der Rohre 3 im Betrieb axiale oder radiale Ausdehnungen des Rohres 3 auf, dann verhindert das keramische Fasermaterial 7 solche Dehnungen oder Schrumpfungen nicht, so daß ein Bruch der Rohre 3 nicht zu befürchten ist.If axial or radial expansion of the tube 3 occurs during operation due to the thermal stress on the tubes 3 , the ceramic fiber material 7 does not prevent such expansions or shrinkages, so that there is no fear of the tubes 3 breaking.

In anderen Ausgestaltungen der Erfindung kann auch nur eine Aussparung 11 am Ringspalt 10 und entsprechend nur ein Vorsprung 12 am Verschlußring 13 zu dessen Verriegelung genügen.In other configurations of the invention, only one recess 11 in the annular gap 10 and, accordingly, only one projection 12 on the locking ring 13 can suffice to lock it.

Claims

1. Sealing of a ceramic tube guided through a recess in a ceramic plate, in particular in a high-temperature heat exchanger, characterized in that a ceramic bushing ( 5 ) is inserted into the recess that between the outer circumference of the tube ( 3 ) and the inner circumference of the Socket ( 5 ) an annular space ( 6 ) is formed, in which ceramic material ( 7 ) is filled as a sealant, that the socket ( 5 ) has a collar ( 8 ) with at least one recess ( 11 ) and that in the collar ( 8 ) in the annular space ( 6 ) a ceramic locking ring ( 13 ) is inserted, which compresses the sealant ( 7 ) and is locked with the collar ( 8 ).

2. Seal according to claim 1, characterized in that the sealant is formed from a ceramic fiber material ( 7 ).

3. Sealing according to claim 1 or 2, characterized in that the bushing ( 5 ) has a second collar ( 14 ) which delimits the annular space ( 6 ) on the side of the bushing ( 5 ) opposite the first collar ( 8 ), and that between the collar ( 14 ) and the tube ( 3 ) there is an annular gap ( 10 ).

4. Sealing according to claim 1 or 2, characterized in that on the plate ( 2 ) a collar ( 17 ) is formed which limits the annular space ( 6 ) on the collar ( 8 ) of the socket ( 5 ) opposite side, and that between the collar ( 17 ) and the tube ( 3 ) there is an annular gap ( 10 ).

5. Sealing according to one of the preceding claims, characterized in that the collar ( 8 ) around the tube ( 3 ) forms an annular gap ( 8 ) which is wider than the gap between the locking ring ( 13 ) and the tube ( 3 ) .

6. Seal according to one of the preceding claims, characterized in that the bushing ( 5 ) is barrel-shaped and is cast into the plate ( 2 ).

7. Sealing according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the jacket of the bushing ( 5 ) is provided with a corrugation and the bushing ( 5 ) is cast into the plate ( 2 ).

8. Seal according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the socket ( 5 ) is cylindrical and is inserted into the plate ( 2 ).

9. Seal according to one of the preceding claims, characterized in that on the collar ( 8 ) of the bushing ( 5 ) recesses ( 11 ) and on the locking ring ( 13 ) corresponding projections ( 12 ) are provided.