DE7703337U1 - Wassergekuehlter hochtemperaturschieber, insbesondere heisswindschieber - Google Patents

Description

Henkel, Kern, FWer&Häriztf

_ „„ „ __„ _ MöWstraße37

G 77 03 337.5 D-8000 München 80

Zimmermann & Jansen Te!-089/982085-87

Telex: 0529802 hnkld

Telegramme: ellipsoid

5. OKi, 1977

Wassergekühlter Hochtemperaturschieber, insbesondere Heiß-

windschieber

Die Neuerung betrifft einen wassergekühlten Hochtemperaturschieber, insbesondere Heißwindschieber, bei dem Ringkanäle für das Kühlmittel (Wasser) im Gehäuse vorgesehen sind, welche vom Oberteil des Schiebers entlang der Dichtleisten zu beiden Umfangsseiten bis zum unteren Bereich des Gehäuses verlaufen und über an dieser Stelle vorgesehene Übertrittsöffnungen in mindestens einen Kühlkanal münden, der um den um die Schieberplatte angeordneten Bereich des Gehäuses zum Gehäuseoberteil, in dem sich der Kühlmittelaustritt befindet, zur-'ickverläuf t.

Mit laufend steigenden Durchmessern erhöht sich die thermische belastung der bekannten Heißwindschieber ständig, de;'*' durch die Verbesserung der verwendeten Werkstoffe allein nicht mehr ausreichend begegnet werden kann. Bekannt ist es, die Schieberplatte und das Gehäuse von Heißwindschiebern mit einer feuerfesten Ausmauerung zu versahen und mit einem Kühlmittel, insbesondere Wasser, zu kühlen. Dabei ist vor allem der Bereich der Dichtleisten besonders intensiv zu kühlen.

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Bei bekannten Heißwindschiebern der genannten Art wird der Einbauquerschnitt in Radialrichtung einerseits durch den lichten Innendurchmesser der Rohrleitung und andererseits durch den äußeren Rohrdurchmesser und die daran angepaßten Abmessungen der Anbauflansche bestimmt. Dies gilt in erster Linie vor allem bei Hochtemperatur-bzw. Heißwindleitungen, welche innerhalb ihres Rohrmantels einen wärmeschutz, beispielsweise eine verhältnismäßig dicke feuerfeste Auskleidung oder Ausmauerung besitzen.

Bei den bekannten wassergekühlten Heißwindschiebergehäusen wurde praktisch die gesamte radiale Querschnittsabmessung des Schiebergehäuses nur von den die Dichtsitze des Platten= echiebers kühlenden Ringkanälen sowie von deren gemeinsamem Rücklauf-Kühlkanal ausgefüllt. Damit aber ergaben sich Schwierigkeiten, wenn durch Verkleinerung des Querschnitts der Kühlkanäle, insbesondere des Rücklauf -Kühlkanals,, eine Verbesserung der Kühlwirkung bewirkt werden soll, weil die damit verbundene Verkleinerung des von den Kühlkanälen ausgefüllten Querschnittsraums einen freien Querschnittsraum übrig ließ, welcher gewissermaßen eine Schwachstelle bildete und somit stabilitäts- und wärmespannungsmäßig nicht zu bewältigen war.

Es ist zwar auch schon bekannt (z.B. DT-PS 1 533 865), zur Verringerung der Kühlkanalströmungsquerschnitte in diese hinein Verdrängungskörper einzubauen, doch ist diese Lösung technisch und wirtschaftlich sehr aufwendig und trägt nichts zur Stabilität des Schiebergehäuses bei,

Aufgabe der Neuerung ist es, bei verbesserter Wirksamkeit der Kühlung unter gleichzeitiger Vereinfachung und Verbilligung eine Reduzierung des Raumbedarfs der Gehäusekonstruktion zu bewältigen,,

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Demgemäß ist die Neuerung "bei einem wassergekühlten Hochtemperaturschieber, insbesondere einem Heißwindschieber dadurch gekennzeichnet, daß radial auswärts der Ringkanäle zusätzlich Kühlkanäle vorgesehen sind, welche nahe den Flanschen ringförmig um die Ringkanäle angeordnet sind und daß mindestens im unteren, 180° umfassenden Bereich des Schiebers einerseits der Kühlkanal,in dem das Kühlmittel zurückgeführt wird, mit den Ringkanälen zumindestens bereichsweise und andererseits die zusätzlichen Kühlkanäle sowohl mit den Ringkanälen als auch jeweils mit deren Rücklauf-Kühlkanal zumindest teilweise gemeinsame, wärmeleitende Wandungen haben, wobei die Querschnitte der Ringkanäle und des Kühlkanals vergleichsweise eng und die Querschnitte der zusätzlichen Kühlkanäle weit und der Querschnitt des Kühlkanals höchstens gleich groß wie der Gesamtquerschnitt der Ringkanäle ausgelegt sind.

Damit wird bei reduziertem Querschnitt der die Dichtleisten kühlenden Ringkanäle und deren Rücklauf-Kühlkanal und bei durch die Abmessung der Rohrleitung vorgegebener Radialabmessung in einfacher und verbilligter Konstruktion sowie in vergleichmäßigter Kühlwirkung ein geringerer Raumbedarf der Gehäusekonstruktion stabilitäts- und warmespannungsmaßxg bewältigt. Auch ist es neuerungsgemäß möglich, den Querschnitt des Rücklauf-Kühlkanals je nach Bedarf zu variieren, wobei gerade der untere, etwa 180° umspannende Gehäusebereich sehr viel spezifischer auf die jeweils zu erwartenden Temperaturbelastungen, welche bis zum ausgesprochenen Wärmeschock gehen können, angepaßt werden kann, so daß die Gefahr von Wärmespannungsrissen reduziert wird. Dabei sind vor allem auch die Wandungen zwis ehern dem Rücklauf-Kühlkanal und dem jeweiligen zusätzlichen Kühlkanal rein herstellungs- und wärmespannungsmäßig günstig als Portsetzung der entsprechenden Schaftaußenwände im oberen Gehäuseteil herstellbar, wobei wiederum die Wärmeableitung verbessert wird.

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Durch die erfindungägeinäße Anordnung der Kühlkanäle« insbesondere auch der zusätzlichen Kühlkanäle mit gemeinsamen, wärmeleitenden Wandungen wird eine deutlich verbesserte Gleichmäßigkeit der Kühlwirkung erzielt, wobei auch die Anbauflansche selbst eine verstärkte Kühlfunktion übernehmen. Die Kühlwirkung läßt sich zusätzlich verbessern, wenn die zusätzlichen Kühlkanäle unabhängige Ein- und Auslässe aufweisen, welche teilweise in Gegenstromrichtung zu den Ringkanälen angeordnet sind.

Obwohl die vorstehend definierte unabhängige Zusatzkühlung eine besonders flexible Anpassung der Heißwindschiebergehäuse an die unterschiedlichsten Konstruktions= und Betriebs= gegebenheiten erlaubt, kann es in besonderen Fällen auch ausreichend sein, den von den zusätzlichen Kühlkanälen innerhalb des Geiläusemantels eingenommenen Raum als offene, luftgekühlte oder zum mindesten teilweise auch ausgemauerte Ringräume zu gestalten.

Die Neuerung wird nachstehend in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hochtemperaturschieber, insbesondere einen Heißwindschieber,.

Fig. 2 einen vergrößerten Teilquerschnitt gemäß a-a in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Schnitt IH-III in Fig. 1 und

Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich Fig. 3 etwa entlang der Vorderseite der Schieberplatte, jedoch mit zusätzlichen Details und teilweise weggebrochener ¥and der Schieberplatte.

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Gemäß den Fig. 1,3 und 4 ist der untere Teil des Gehäuses 1 eines Heißwindschiebers mit axial-endseitigen Sinhauflanschen 2 versehen, mit denen der Heißwindschieber an entsprechende Anschlußflansche 5 einer Rohrleitung 3 unter Abdichtung der radial aneinanderstoßenden Flanschflächen angeschlossen ist. Die Rohrleitung 3 besitzt ihrerseits zur Reduzierung thermischer Yerluste, besonders aber zum Schutz vor zu hoher Temperaturbeanspruchung ihres Stahlmantels 6, an ihrer Innenseite eine feuerfeste Ausmauerung 4a als Isolation gegen die Temperatur der durch die Rohrleitung strömenden Gase«

Das Gehäuse 1 des Heißwindschieber ist wassergekühlt» und zwar primär mittels Ringkanälen 7 und 8, die auf beiden Seiten aa Rand einer ebenfalls wassergekühlten Schieberplatte 18 angeordnet sind und über Bühlwassereintritte 22 mit Kühlwasser versorgt werden. Ih den Figuren ist nur der untere Teil des Heißwinds chiebers dargestellt, welcher über Schacht-Anschlußflansche 11 mit dem Schachtteil des Heißwindschiebers verbunden ist, der auch die (nicht dargestellt) Betätigungseinrichtung für die Bewegung der Schieberplatte 18 längs der Mittelachse A aufweist.

Die Schieberplatte 18 kann auf beiden Seiten ebenfalls eine feuerfeste Ausmauerung 18a besitzen und in ihrem Inneren Waseerkühlungskanäle 18b aufweisen, welche unabhängig von der Kühlung des Gehäuses 1 mit Kühlwasser versorgt werden. Die Schieberplatte 18 kann zudem mit Schieberksilen 18c ausgestattet sein.

Obwohl an der Innenfläche des Gehäuses 1 eine feuerfeste Ausmauerung 4b vorgesehen sein kann, muß die Mantelkonstruktion des Gehäuses 1 wassergekühlt werden. Dafür weist die Mantelkonstruktion des Gehäuses 1 jeweils zu beiden Seiten des Umfangsranda der Schieberplatte 18 eine innere, ü-profilartige Ringkanalwand 10a auf, welche auf ihrer der Schieberplatte zugewandten Seite Dichtleisten 10b tragen und diese kühlen«

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Die Ringkanalwände 10a sind innerhalb des Gehäuses 1 ringförmig angeordnet und Dilden ein Echlprofil, welches auf seiner radial äußeren Seite von einer Zwischenwand 14 begrenzt wird und auf diese Weise die Ringkanaie 7 und 8 für- die Wasserkühlung des Gehäuses 1 bildet. Die Ringkanäle 7 und 8 erstrekken sich in Axialrichtung von der Schieberplatte bis jeweils an die Außenebene der Einbauflansche 2 heran.

Die Zufuhr des Kühlwassers erfolgt über die Kühlwasseceintritte 22 im oberen Teil des aeh&uses 1 über einen zwischen Stirnbleches 2Q vsn& Trennwand·« Zi gebildeten Durchlaß la dl· Ringkanaie 7 und 8«

Ia jeweils untersten Abschnitt der Ringkanäle 7 und 8 ist je eine Übergangeöffnung 15 vorgesehen» durch die das Kühlwasser aus den Ringkanälen In einen Kühlkanal 1$ eintritt« welcher den um den Rand der Schieberplatte 18 herum liegenden Teil des Gehäuses 1 kühlt und die Ringkanaie 7 und 8 etwas Überlappt«

Dieser Kühlkanal 13 wird von einem zwischen den inneren Ringkanalwänden 10a angeordneten Mittelabechnitt 10 sowie zwei radialen Seitenwänden 9 und einer Außenwandung 12 gebildet, welcher in dieser Form (Fig. 1) in dem außerhalb der Querachse B angeordneten, 180° des Gehäuseumfangs umspannenden Bereich des Gehäuses 1 verläuft.

Der oberhalb der Querachse B liegende Bereich des Gehäuses 1 ist für das Herausziehen der Schieberplatte 18 als Schacht ausgebildet, welcher randseitig von beidseitigen Fortsätzen des Kühlkanals 13 (Fig. 4) und axialseitig jeweils von Kühlwasserräumen 26, die zwischen den Stirnblechen 20 und der Außenwand des Gehäuses 1 vorgesehen sind, umschlossen ist. Aus diesen Kühlwasserräumen 26 fließt das Kühlwasser dann über einen oder mehrere Kühlwasseräustritte 23 - ggf. unter Kühlung auch des Oberteils des Heißwindschiebers - ab.

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Sa unteren Bereicii der Ringnut, innerhalb der die Schieberplatte 18 bewegbar ist, tomn ein Druckentlastung«- bzw. Überdruckventil 27 vorgesehen sein, welches mit seiner Zuleitung quer durch den %ϊΐ>ν} frgmaT 13 hindurch verlauft.

In der dargestellten Weise bilden die Ringkanäle 7 und 8 eine «rste, ringförmig im Gehäuse 1 umlaufende Kfiffl.phase, der sich über die Ubergangsoffnungen 15 die zweite Kühlphase durch den KTiV? fcanai 13 anschließt, der sich um mindestens den unteren, 180° umfassenden Bereich, des Gehäuses erstreckt und Über die nmchteschalteten KÜhlwasserräume 26 den Rücklauf dta KÜhlwäeeers der primären Kühlung bildet« Der Querschnitt des Kühlkanal« 13 Soll mindestens in seinem unterhalb der Mittelquerachse liegenden Bereich die Summe des Strömungsquerschnitte der Ringkanäle 7 und 8 nicht überschreiten.

Im Kühlw&saerraum 2 sind besondere Leitbleche 19 vorgesehen» die den Kählifeusserraum 26 voll Überbrücken (und dabei im übrigen auch verstärken) und zwischen sich definierte Spalte bzw. Durchlässe 19b bilden, deren Gesamtquerschnitt im wesentlichen dem Querschnitt des Kühlkanals 13 entspricht, so daß jegliche Feststoffe in dem Raum oberhalb der Leitbleche iy weitergetragen und von dort - ggf. nach gewisser Anreicherung - durch die genügend weit ausgebildeten Kühlwasseraustritte 23 ausgetragen werden.

Durch den nur maximal bis zum Gesamtquerschnitt der Ringkanäle 7 und 8 ausgebildeten Strönrangsquerschnitt des Kühlkanals 13 wird - infolge der höheren Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers - ein zusätzlich verbesserter Kühlungswirkungsgrad erreicht.

Entscheidende Vorteile werden aber erzielt, wenn eine von der primären Kühlung unabhängige zusätzliche Kühlung vorgesehen wird, wie sie am besten aus Fig. 1 und 2 hervorgeht. Dafür sind außen um die Ringkanäle 7 und 8 herum jeweils zusätzliche Kühlkanäle 16 angebracht.

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Diese Kühlkanäle 16 baten mit den Ringkanälen 7 und 8 jeweils zwei Wandungen, nämlich die Zwischenwand 14 und die Seitenwinde 9, wenigstens teilweise gemeinsam, so daß ein ausgezeichneter Wärmeübergang zu den Kühlkanalen 16 ermöglicht wird. Selbst aus dem Kühlkanal 13 wird über seine Außenwandung 12, welche mit den Seitenwänden verschleißt ist, ausreichend Wärme an die Zusatzkühlung abgeführt. Außerdem erstreckt sich die Zwischenwand 14 über fast die gesamte axiale Abmessung der Ringkanäle 7 und 8 zwischen der Primär- und der Zusatzkühlung, so daß eine große Wärmeübergangs fläche 2UT Verfügung steht« Die Zwischenwand 14 körnig auch als Material mit geringerer Stärke ausgebildet sein« da sie sich innerhalb des Gehäuseoanteis 9a befindet» Die weiteren Wandungen der Kühlkanäle 16 sind der Gehäusemantel 9a, der zugleich die äußere Umfangsbegrenzung der Kühlkanäle 16 bildet, und die axialäußeren Begrenztingen 9b« Eine zusätzliche Kühlwirkung ergibt sich aus der Anordnung der Kuhlkanäle 16 nahe den Einbauflanschen 2, die ergänzende Kühlflächen bilden»

In Fig. 2 ist die Strömungsrichtung der Zusatzkühlung durch die Kühlkanäle 16 dargestellt, wobei das Kühlwasser durch den Einlaß 17a nach Umlaufen des Ringumfanges des Kühlkanals 16, der durch eine Trennwand 16a als einfache Schleife ausgebildet ist, zurück zum Auslaß 17b gelangt. Dabei ist zu bemerken, daß - wie dargestellt - eine zur Kühlung der Ringkanäle 7 und 8 teilweise gegenläufig gerichtete Zusatzkühlung durch die Kühlkanäle 16 besonders vorteilhaft ist. Am Gehäusemamtel 9a und/oder den Seitenwänden 9 können noch Zwischenstege 25 vorgesehen sein, die sowohl zur Verstärkung der Konstruktion als auch zur Kühlung beitragen.

Da die Zusatzkühlung mittels der Kühlkanäle 16 völlig unabhängig von der Primärkühlung arbeitet, kann die Kühlwirkung beider besser auf ihre speziellen Punktionen - z.B. die Primärkühlung zur intensiven Kühlung der Dichtleisten - abge-

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stellt werden und die Gesamtkühlung durch die Kombination beider Kühlsysteme erreicht werden. Beispielsweise kann die Primärkühlung bewußt etwas unterdimensioniert und/oder mit hoher - und damit besser bestimmbarer - Kühlmittelgeschwindigkeit eingestellt werden, so daß auch die Freihaltung von Verstopfungen durch Feststoffabsetzungen noch verbessert wird und die Zusatzkühlung entsprechend stärker wirkend hinzukombiniert wird. Auf diese Weise sind spezielle Kühlwirkungen leichter bestimmbar zu erreichen. Die Zusatzkühlung hat vorzugsweise einen größeren Gesamt-Strömungsquerschnitt und eine merklich geringere Kühlmittelgeschwindigkeit als die Primärkühlung.

Die Konstruktion der unabhängigen Zusatzkühlung bzw. zusätzlichen Außenkühlung ist auch mit Einlaß von unten und Auslaß oben sowie als doppelt gegenläufige Kühlung möglich.

Die in den Figuren dargestellte Konstruktion eines Heißwindschiebers besteht vorzugsweise aus entsprechend geformten und miteinander verschweißten, vorzugsweise ÜP-verschweißten Stahlplatten und Stahlprofilen, die nacheinander leicht zugänglich verschweißbar sind.

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Claims (2)

Henkel, Kern, FeuerfrHIhre! : '·' : : Patentanwälte Möhlsiraße37 G 77 03 337.5 D-8000 München 80 Ziiamennann & Jansen Tel: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramms: eSipsoid t k5. Oht. Ϊ977 S chutzansprüche

1. Wassergekühlter Hochtemperaturschieber» insbesondere Heißwindschieber, bei dem Ringkanäle für das Kühlmittel (Wasser) im Gehäuse vorgesehen sind, welche vom Oberteil des Schiebers entlang der Dichtleisten zu beiden Urifangsseiten bis zum unteren Bereich des Gehäuses verlaufen und aber an dieser Stelle vorgesehene Übertrittsöffnungen ir mindestens einen Kühlkanal münden, der um den um die Schieberplatte angeordneten Bereich des Ge- | häuses zum Gehäuseoberteil, in dem sich der Kühlmittel- i| austritt befindet, 2urückverläuft, dadurch gekennzeich- | net, daß radial ausv/ärts der Ringkanäle (7, 8) zusätzlich J Kühlkanäle (16) vorgesehen sind, welche nahe den Flan- % sehen (2) ringförmig um die Ringkanäle angeordnet sind und daß mindestens im unteren, 180° umfassenden Bereich , des Schiebers einerseits der Kühlkanal (13) in dem das ; Kühlmittel zurückgeführt wird, mit den Ringkanälen zu- \ mindestens bereichsweise und andererseits die zusätzlichen Kühlkanäle sowohl mit den Ringkanälen als auch jeweils mit deren Rücklauf-Kühlkanal (13) zumindest teilweise gemeinsame, wärmeleitende Wandungen haben, wobei die Querschnitte der Ringkanäle und des Kühlkanals (13) vergleichsweise eng und die Querschnitte der zusätzlichen Kühlkanäle weit und der Querschnitt des Kühlkanals

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(13) höchstens gleich groß wie der Sesaiatquerschnitt der Ringkanäle ausgelegt sind„

2. Heißwindschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Eünlkanale (16) unabhängige Ein- und Auslässe (17a, 17b) aufweisen, welche teilweise in Gegenstromrichtung zu den Ringkanälen (7, S) angeordnet sind.

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