DE4218094A1 - Zellradschleuse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zellradschleuse mit einer Mehrzahl von dichtend drehbar in einem Gehäuse gelagerten Kammern eines Rotors mit wenigstens zwei in Umfangsrichtung am Gehäuse versetzt angeordneten Anschlüssen für den Eintrag und/oder Austrag von Fluid.

Zellradschleusen der eingangs genannten Art sind als Druck­ schleusen beispielsweise der AT-PS 3 83 751 zu entnehmen. Derar­ tige Druckschleusen mit einer Mehrzahl von drehbar gelagerten Kammern und Gehäuseanschlüssen werden in der Regel für den Ein­ trag und Austrag von Material in Autoklaven eingesetzt. Derar­ tige Druckschleusen, welche auch als Flügelzellenschleusen oder Rotationsdruckschleusen bezeichnet werden, erlauben es, Material ohne Abbau des Druckniveaus von einem ersten Druckniveau in ein zweites, vom ersten Druckniveau verschiedenes Druckniveau zu überführen. Insbesondere für die Anwendung derartiger Zellenrad­ druckschleusen zur Heißstaubrückführung bei Temperaturen von über 800°C sind auf Grund von hohen Betriebstemperaturen ent­ sprechende Maßnahmen für eine sichere Betriebsweise erforder­ lich.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Zellradschleuse der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß sie auch bei hohen Betriebstemperaturen sicher betrieben werden kann und gleichzeitig auch bei korrosiven Medien eine erhöhte Verschleiß­ beständigkeit bei hohen Standzeiten unter unverändert gewähr­ leisteter Dichtheit bietet. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Ausbildung der eingangs genannten Zellrad­ schleuse im wesentlichen darin, daß die Rotorwelle wenigstens eine Zuleitung und eine Ableitung für ein Heiz- oder Kühlmedium enthält, welche in hohle Wandbereiche der Kammern münden. Die Zu- bzw. Abführung eines Kühlmediums über den Rotor in hohle Wandbereiche der Kammern führt hierbei dazu, daß die Kühlflüssig­ keit gleichmäßig über die gesamte Rotorinnenfläche verteilt ein­ treten kann und nach Umspülung der Rotorinnenwand wiederum zu Auslaßöffnungen gelangen kann, so daß eine komplette Umspülung möglich wird, wodurch die thermische Belastung wesentlich herab­ gesetzt und das Auftreten von Temperaturspannungen durch unter­ schiedliche Temperaturniveaus wesentlich verringert wird. Neben dieser grundsätzlichen Verbesserung des thermischen Verhaltens läßt sich die Standzeit und Betriebssicherheit zusätzlich da­ durch noch verbessern, daß die hohlen Wände jeder Kammer über gesonderte radiale Kanäle mit der axial in der Rotorwelle ange­ ordneten Zuleitung und Ableitung verbunden sind, wodurch eine entsprechend komplette Zwangsspülung in den hohlen Wandbereichen sichergestellt werden kann.

Eine besonders einfache Ausbildung einer derartigen Führung der Kanäle bzw. der Zu- und Ableitungen, welche auch bei hohen Temperaturen eine hohe Betriebssicherheit und ein hohes Maß an Dichtheit sicherstellt, läßt sich dadurch erzielen, daß die radialen Kanäle für die Zu- und Abführung des Kühl- oder Heiz­ mediums in Achsrichtung versetzt angeordnet sind, daß die axiale Zuleitung und Ableitung von einem Mantelrohr gebildet ist, wobei das Innenrohr an seinem inneren Ende in den Mantel des Mantel­ rohres mündet und der Mantel zwischen den in Achsrichtung ver­ setzt angeordneten radialen Kanälen dichtend abgeschlossen ist. Eine derartige Ausbildung ist konstruktiv vergleichsweise ein­ fach und zeichnet sich durch hohe Betriebssicherheit auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten für das Heiz- oder Kühlmedium aus.

Um die Verschleißbeständigkeit und Standzeit bei hohen Temperaturen weiter zu erhöhen, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß die Wände des Rotors und des Gehäuses an ihren Innenseiten eine Schutzschicht gegen C-Diffusion, insbesondere eine Sperrschicht aus Schwermetallen oder Schwermetallegierun­ gen, wie z. B. Werkstoff-Nr. 24 806, aufweisen, wobei vorzugs­ weise die temperaturbeaufschlagten Innenwände des Rotors eine keramische Schutzschicht, insbesondere aus Mg- und Zr-Oxiden, aufweisen. Eine derartige keramische Schutzschicht dient der Minderung des Wärmeflusses, wohingegen die Sperrschicht bzw. Schutzschicht gegen Kohlenstoffdiffusion Versprödungserscheinun­ gen an der Materialoberfläche bedingt durch die hohen Temperatu­ ren und durch aggressive Medien entgegenwirkt.

Insbesondere beim Einsatz der erfindungsgemäßen Zellrad­ schleuse für den Heißstaubeintrag und -austrag bzw. die Heiß­ staubrückführung sind neben der relativ hohen Temperaturbe­ lastung naturgemäß auch die durch den Staubanteil bedingten verschleißenden Belastungen zu berücksichtigen, welche im Be­ reich der Dichtflächen ein hohes Maß an Verschleißbeständigkeit und Warmfestigkeit erfordern. Mit Vorteil ist aus diesem Grund die Ausbildung so getroffen, daß die Dichtflächen zwischen Rotor und Gehäuse aus einer Co-Hartlegierung bestehen. Um insbesondere dann, wenn auf Grund der Staubbelastung dennoch im Bereich der Dichtflächen ein die Dichtheit beeinträchtigender Verschleiß auftritt, die Dichtheit über eine lange Betriebszeit aufrecht­ erhalten zu können, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß die Dichtflächen zwischen Rotor und Gehäuse auf zur Achse des Rotors geneigten oder gekrümmten Erzeugenden liegen und daß das Gehäuse in Achsrichtung der Rotorwelle zur Einstellung des Dichtspaltes zwischen Gehäuse und Rotor verschiebbar gelagert ist, wodurch bei übermäßigem Verschleiß die Dichtflächen nachgestellt werden können. Der Dichtspalt kann beispielsweise über einen Spindelantrieb in regelmäßigen Abständen nachgestellt werden, wobei als Sperrmedium gegen axialen Staubaustritt in die Räume zwischen Rotor und Gehäuse Inertgase beispielsweise Stickstoff eingeblasen werden kann. Die Verwendung von Inertga­ sen ist insbesondere mit Rücksicht auf die hohen Betriebstem­ peraturen und die mit hohen Betriebstemperaturen einhergehende Korrosionsanfälligkeit des Materials von besonderer Bedeutung.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeich­ nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles einer Zell­ radschleuse im Schnitt näher erläutert.

In dieser ist eine Zellradschleuse 1 schematisch darge­ stellt, wobei eine Mehrzahl von Kammern 2 an einem in einem Ge­ häuse 3 rotierbar gelagerten Rotor bzw. einer Rotorwelle 4 vor­ gesehen sind. Das Gehäuse 3 weist Anschlüsse 5 für den Eintrag und/oder Austrag eines Fluids auf, welches über die Kammern 2 von einem Anschluß zu einem anderen Anschluß transportiert wird. Die Kammern sind dabei dichtend im Gehäuse gelagert und es sind die Dichtflächen zwischen den rotierbaren Kammern 2 und den die Anschlüsse 5 tragenden Gehäuseteilen 6 mit 7 bezeichnet.

Für eine Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Temperatur in den Kammern bzw. zur Kühlung oder Beheizung der Kammern ist durch die Rotorwelle 4 ein Mantelrohr 8 geführt, welches sowohl eine Zuleitung als auch eine Ableitung für ein über einen schematisch angedeuteten Anschluß 9 zugeführtes Kühl- oder Heizmedium darstellt. Das Mantelrohr ist dabei derart aus­ gebildet, daß das Innenrohr 10 die Zuleitung bildet und an seinem inneren Ende 11 in den Mantel bzw. das das Innenrohr umgebende Außenrohr 12 mündet. Von dem Mantel bzw. Außenrohr 12 führen im wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Kanäle 13 in hohle Wandbereiche 14 der die Kammern 2 begrenzenden Wände. Parallel zu den radialen Kanälen 13 sind in axialer Rich­ tung versetzt angeordnete Kanäle 15 vorgesehen, wobei im Außen­ rohr bzw. Mantel 12 zwischen den beiden Kanälen 13 und 15 ein dichtender Abschluß 16 ausgebildet ist. Derart erfolgt durch ein Einbringen eines Kühl- oder Heizmediums über die radialen Kanäle 13 in die hohlen Wandbereiche 14 eine Zwangsspülung der gesam­ ten, die Kammern 2 umgebenden Wandbereiche und ein Austritt des Kühl- oder Heizmedium über die radialen Kanäle 15 wiederum in das Mantelrohr bzw. Außenrohr 12 und in weiterer Folge ein Aus­ tritt des Mediums über einen schematisch angedeuteten Anschluß 17. Es erfolgt somit eine praktisch vollständige Kühlung der die Kammern 2 abschließenden hohlen Wandbereiche 14 über ihren gesamten Umfang. Insbesondere bei Heißstaubrückführungen bei Temperaturen von über 800°C kann durch eine entsprechende Kühlung ein einheitliches Temperaturniveau der Wandbereiche der rotierenden Kammern 2 aufrechterhalten werden, welches für eine ordnungsgemäße Abdichtung im Bereich der Dichtflächen 7 auf relativ niedrigem Temperaturniveau ermöglicht. Derart wird der Einfluß unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten bei Verwen­ dung unterschiedlicher Werkstoffe zur Aufrechterhaltung der Dichtheit herabgesetzt.

Zusätzlich zur Kühlung des nahezu gesamten Wandbereiches bzw. Umfanges jeder Kammer sind sowohl die Innenwände 18 der Kammern als auch die Innenwände 19 der Anschlüsse mit einer Schutzschicht gegen Kohlenstoffdiffusion versehen, welche bei­ spielsweise als Sperrschicht aus Schwermetallen oder Schwerme­ tallegierungen, wie z. B. einer Legierung mit der Werkstoff-Nr. 24 806, ausgebildet sein kann.

Für eine Unterstützung der Kühlwirkung der gekühlten hohlen Wandbereiche 14 der Kammern ist zur Minderung des Wärmeflusses vom Fluid auf die Wände der Kammern weiters eine keramische Schutzschicht, beispielsweise aus Magnesium- und Zirkonoxid, an den Innenwänden 18 der Kammern aufgebracht.

Für die Erzielung einer entsprechenden Abdichtung im Be­ reich der Dichtflächen 7 können diese aus einer Kobalthartlegie­ rung bestehen.

Bei der dargestellten Ausführungsform verlaufen die Dicht­ flächen 7 zwischen dem Rotor 4 und dem Gehäuse 3 längs zur Achse 20 der Rotorwelle geneigten Erzeugenden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, durch eine Relativverschiebung zwischen der Rotor­ welle bzw. dem Rotor 4, welcher die Kammern 2 trägt, und dem Ge­ häuse 3 den Dichtspalt im Bereich der Dichtflächen einzu­ stellen. Zu diesem Zweck ist ein schematisch angedeuteter Spin­ deltrieb 21 vorgesehen, wobei in bekannter Weise eine Umsetzung der Rotationsbewegung des Spindeltriebes 21 in eine Transla­ tionsbewegung des Gehäuses 3 in Richtung des Doppelpfeiles 22 erfolgt. Bei zunehmender Abnützung der Dichtflächen kann somit durch eine Relativverschiebung des Gehäuses nach links in der Zeichnung der Dichtspalt wiederum auf ein entsprechendes Maß verringert werden.

Um ein Austreten von Fluid im Bereich der Dichtflächen 7 mit Sicherheit zu verhindern, ist weiters eine Spülung mit Inertgas der Dichtflächen vorgesehen, wobei über Anschlüsse 23 ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, über Kanäle in Hohl­ räume 24 zwischen den Außenwänden der rotierenden Kammern 2 und den feststehenden Gehäusewänden eingebracht wird, wobei wiederum nach einer Zwangsspülung über den gesamten Umfang der Rotorwelle dieses Inertgas jeweils bei 25 abgezogen wird.

Ein Antriebsritzel für den die Kammern 2 tragenden Rotor ist mit 26 angedeutet, wobei entsprechende Lager für die Rotor­ welle im Gehäuse mit 27 und 28 angedeutet sind. Im Bereich der Kammern 2 sind zu beiden Seiten derselben zwischen der Rotor­ welle und den feststehenden Gehäuseteilen, in welchen unter anderem auch die Anschlüsse vorgesehen sind, Dichtelemente 29 angedeutet.

Claims (8)

1. Zellradschleuse mit einer Mehrzahl von dichtend drehbar in einem Gehäuse gelagerten Kammern eines Rotors mit wenigstens zwei in Umfangsrichtung am Gehäuse versetzt angeordneten An­ schlüssen für den Eintrag und/oder Austrag von Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle wenigstens eine Zuleitung und eine Ableitung für ein Heiz- oder Kühlmedium enthält, welche in hohle Wandbereiche der Kammern münden.

2. Zellradschleuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Wände jeder Kammer über gesonderte radiale Kanäle mit der axial in der Rotorwelle angeordneten Zuleitung und Ableitung verbunden sind.

3. Zellradschleuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die radialen Kanäle für die Zu- und Abführung des Kühl- oder Heizmediums in Achsrichtung versetzt angeordnet sind, daß die axiale Zuleitung und Ableitung von einem Mantelrohr gebildet ist, wobei das Innenrohr an seinem inneren Ende in den Mantel des Mantelrohres mündet und der Mantel zwischen den in Achsrichtung versetzt angeordneten radialen Kanälen dichtend abgeschlossen ist.

4. Zellradschleuse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wände des Rotors und des Gehäuses an ihren Innenseiten eine Schutzschicht gegen C-Diffusion, insbesondere eine Sperrschicht aus Schwermetallen oder Schwermetallegierun­ gen, wie z. B. Werkstoff-Nr. 24 806, aufweisen.

5. Zellradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die temperaturbeaufschlagten Innen­ wände des Rotors eine keramische Schutzschicht, insbesondere aus Mg- und Zr-Oxiden, aufweisen.

6. Zellradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen zwischen Rotor und Gehäuse aus einer Co-Hartlegierung bestehen.

7. Zellradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen zwischen Rotor und Gehäuse auf zur Achse des Rotors geneigten oder gekrümmten Er­ zeugenden liegen und daß das Gehäuse in Achsrichtung der Rotor­ welle zur Einstellung des Dichtspaltes zwischen Gehäuse und Ro­ tor verschiebbar gelagert ist.

8. Zellradschleuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeantrieb für die Verschiebung des Gehäuses in Achsrichtung des Rotors von einem Spindeltrieb gebildet ist.