Regelvorrichtuncr
Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zur Veränderung des lichten Strömungsquerschnitts einer von ei- nem Gasstrom durchströmten Leitung sowie einen Kühler zum Kühlen von heißem Schüttgut mit einer solchen RegelVorrichtung,
Bei Kühlern zum Kühlen von heißem Schüttgut, wie bei- spielsweise einem Klinkerkühler einer Zementanlage, wird das heiße Schüttgut auf einen Kühlrost aufgegeben und durch geeignete Fördermittel in Längsrichtung des Kühlers bewegt. Die Schuttgutschient wird während dessen von einem Kühlgasstrom quer zur Fδrderrichtung durchsetzt. Das Kühlgas wird über mehrere Leitungen von unten dem Kühlrost zugeführt. Der Kühlrost ist dementsprechend mit geeigneten Belüftungsöffnungen versehen.
Das heiße Schüttgut wird beispielsweise von einem vor- geschalteten Drehrohrofen abgeworfen, wobei sich in Kühlerquerrichtung eine Ungleichverteilung hinsichtlich Klinkerkorngrδße, Schütthöhe und Temperaturprofil ergeben kann. Zudem treten auch in Längsrichtung des Schüttgutbettes aufgrund des Transportes und der durch die Belüftung hervorgerufenen Durchmischung inhomogene Klinkerkorn-, Temperatur- und Druckverteilungen auf. Als Folge ergibt sich eine ungleichmäßige Kühlung. Gerade in den Bereichen des Schüttgutbettes mit geringem Strδmungswiderstand wird eine erhöhte Kühlgasmenge zu- geführt und in den Bereichen mit höherer Schütthöhe bzw. höherer Dichte wird aufgrund des höheren Strömungswiderstandes weniger Kühlgas zugeführt. Für eine gleichmäßige Kühlung wäre jedoch bei niedrigem Strömungswiderstand eine entsprechend geringere Kühlluft-
menge und bei höherem Strömungswiderstand eine entsprechend größere Kühlluftmenge erforderlich. Um diesen Effekt zu erzielen, hat man bereits in der DE 1 221 984 eine Regelvorrichtung vorgeschlagen, bei der in einem senkrechten Rohrabschnitt unterhalb des Belüftungsbodens ein bewegbarer Körper vorgesehen ist, der den lichten Strδmungsquerschnitt in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit verändert. Auf diese Weise kann bei einem geringen Strδmungswiderstand, wie das bei- spielsweise bei der Entstehung einer Kanalbildung im Schüttgutbett der Fall ist, die Kühlluftmenge entsprechend gedrosselt werden, so daß sich die Kanalbildung nicht weiter entwickelt.
Eine weitere Regelvorrichtung ist aus der WO 97/07881 bekannt, bei der das Stellglied zur Veränderung des lichten Strδmungsquerschnitts durch den Druckabfall an der Regelvorrichtung gesteuert wird. Derartige Regel- Vorrichtungen sind jedoch verhältnismäßig träge. Außer- dem sind die dort beschriebenen Ausführungsbeispiele nur für den Einbau in einer vertikalen Leitung ausgelegt.
Aus der DE-A-29 23 905 ist ferner eine Regelvorrichtung zur Veränderung des lichten Strδmungsquerschnitts einer von einem Gasstrom durchströmten Leitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist eine feststehende und eine bewegliche Segmentscheibe vorgesehen, die übereinanderliegend ange- ordnet sind. Mit Abstand zu diesen Segmentscheiben ist ein zwei Flügel aufweisendes Stellglied vorgesehen, welches drehfest mit der beweglichen Segmentscheibe verbunden ist. In Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit wird die bewegliche SegmentScheibe relativ zur
feststehenden Segmentscheibe verdreht und verändert dadurch den lichten Strδmungsquerschnitt . Ein an der beweglichen Segmentscheibe befestigtes Gewichtselement wirkt im Sinne einer Vergrößerung des lichten Strö- mungsquerschnittes.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Regelvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend weiterzuentwickeln, daß der Gasstrom auch bei Änderungen des Strömungswiderstandes in Strömungs- richtung hinter der Regelungsvorrichtung möglichst konstant gehalten wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung zur Änderung des lichten Strδmungsquerschnitts einer von einem Gasstrom durchströmten Leitung weist im wesentlichen ein Stellglied zur Veränderung des Strδmungsquerschnitts in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit sowie ein Rück- Stellmittel auf, das auf das Stellglied eine Kraft im Sinne einer Vergrößerung des Strδmungsquerschnitts ausübt, wobei Stellglied und Rückstellmittel im Regelbereich der Regelvorrichtung derart zusammenwirken, daß eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Stellglieds eine Verkleinerung des Strδmungsquerschnitts und eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts bewirkt. Das Stellglied ist dabei um eine in Strömungsrichtung verlaufende Achse drehbeweglich gehaltert, wo-
bei eine Drehung des Stellglieds eine Änderung des lichten Strömungsquerschnitts bewirkt.
Weiterhin ist eine feststehende und eine bewegliche Se- gementscheibe vorgesehen, wobei der Strδmungsquer- schnitt durch die Relativstellung der beiden übereinan- derliegenden Segmentscheiben bestimmt wird und die bewegliche SegmentScheibe durch das Stellglied gebildet wird.
Der Gesamtstrδmungswiderstand zwischen einem Hauptbelüftungskanal bzw. einer Belüftungskammer und der Oberfläche des Schüttguts setzt sich aus den Einzelwiderständen der Regelvorrichtung, der Belüftungsfläche und der Schüttgutschicht zusammen. Einer Herabsetzung des Widerstandes in der Schüttgutschicht (z.B. durch Kanal- bildung) wird durch einen Anstieg des Widerstandes in der Regelvorrichtung durch Verkleinerung des lichten Strδmungsquerschnitts entgegengewirkt, so daß die Summe der Widerstände konstant gehalten wird. Auf diese Weise werden Volumenstromschwankungen unterdrückt.
Indem das Stellglied durch eine der beiden unmittelbar übereinanderliegenden SegmentScheiben gebildet wird, liegt das Stellglied direkt im Bereich des verengten lichten Strömungsquerschnitts, d.h. im Bereich der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit. Eine Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit wirkt sich somit unmittelbar auf den lichten Querschnitt aus. Bei einer solchen Aus- führungsfor läßt sich der Volumenstrom in den Zuleitungen auch dann konstant halten, wenn sich Widerstandsänderungen, beispielsweise in einer Kühlgutschüt- tung, ergeben sollten.
Außerdem ist die Vorrichtung dadurch wesentlich kompakter.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Stellglied wenigstens einen Flügel auf, der bei Anströ- ung eine Verdrehung des Stellglieds und damit eine Veränderung des lichten Strδmungsquerschnitts bewirkt.
Die Ausgestaltung des Stellglieds mit wenigstens einem Flügel ermöglicht nicht nur die Verdrehung des Stellglieds bei entsprechender Anstrδmung, sondern induziert auch eine Drallstromung in den Gasstrom, wodurch sich zwei Effekte ergeben, zum einen wird durch diese Drallstromung ebenfalls der Strömungswiderstand erhöht und zum andern verhindert der Drall oberhalb der Regelvorrichtung eine strahlförmige Anströmung der Belüftungs- fläche und vergleichmäßigt damit die Beaufschlagung derselben.
Die Rückstellung des Stellglieds wird beispielsweise mittels eines Federelements oder durch ein auslenkbares Gewichtselement gebildet. Vorzugsweise ist das Rückstellmoment durch Veränderung der Vorspannung des Federelements bzw. durch die Länge des Hebelarms des Ge- wichtselements einstellbar.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der Beschreibung einiger Ausführungsbei- spiele und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig.l eine schematische Seitenansicht eines
Kühlers;
Fig.2a bis 2d schematische Ansichten einer Regelvorrichtung gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig.3a bis 3d schematische Ansichten einer Regelvorrichtung gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; und
Fig.4a und 4b schematische Ansichten einer Regelvorrichtung gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel .
In Fig.l ist ein Kühler dargestellt, wie er beispiels- weise bei einer Zementanlage zur Kühlung von heißem Zementklinker verwendet wird. Er weist im wesentlichen einen von einem Kühlgas durchstrδmbaren Kühlrost 1 auf, wobei das Kühlgas von unten über mehrere, von einem Hauptkanal 2 bzw. Belüftungskammern abzweigende Leitun- gen 3 zugeführt wird.
Der Kühlrost 1 ist beispielsweise als feststehender oder beweglicher Belüftungsboden ausgebildet, der eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, durch die das Kühlgas strömt.
Das auf dem Kühlrost 1 liegende Schüttgut 4 wird über geeignete Fördermittel 5 vom Kühleranfang zum Kühlerende transportiert. Die Fördermittel 5 können dabei beispielsweise umlaufend oder hin- und herbeweglich ausgebildet sein.
Anstelle eines feststehenden Belüftungsbodens käme beispielsweise auch ein Schubrostkühler in Frage.
Das Schüttgut 4 wird über eine dem Kühler vorgeschaltete Einrichtung, beispielsweise durch einen Drehrohrofen 6 zugeführt .
Durch das Abwurfverhalten des Drehrohrofens 6 kann sich zur Kühlerquerrichtung eine Ungleichverteilung hinsichtlich Schüttgutkorngrδße, Schütthöhe und Temperaturprofil ergeben. Zudem treten durch den Schüttgut- transport inhomogene Schüttgutkorn- , Temperatur- und Druckverteilungen auf. Auf diese Weise ergeben sich sowohl in Kühlerquerrichtung als auch in Kühlerlängsrichtung in der SchuttgutSchicht unterschiedliche Strömungswiderstände. Um dennoch eine gleichmäßige Volume - Strombeaufschlagung zu gewährleisten, sind in den einzelnen Leitungen 3 RegelVorrichtungen 7 vorgesehen.
Im folgenden werden anhand der Fig.2, 3 und 4 drei verschiedene Ausführungsbeispiele für derartige Regelvor- richtungen näher beschrieben. Die RegelVorrichtung 7 zur Veränderung des lichten Strömungsquerschnitts einer von einem Gasstrom durchströmten Leitung weist im wesentlichen eine feststehende und eine bewegliche Segmentscheibe 74, 70 auf, die übereinander angeordnet sind und durch ihre Relativstellung zueinander den lichten Strömungsquerschnitt bestimmen. Die feststehende SegmentScheibe 74 weist ein oder mehrere lichte Querschnitte auf, die durch Verdrehung der beweglichen Segmentscheibe 70 verengt werden können.
Die bewegliche SegmentScheibe 70 bildet gleichzeitig das Stellglied und weist Flügel 70a und 70b auf, die durch den Gasstrom 8 anstrδmbar sind, wodurch die be-
wegliche SegmentScheibe 70 gegen die Kraft eines Rückstellmittels 71 verdreht wird.
Das Rückstellmittel 71 wird im dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel durch ein Federelement gebildet, dessen Vorspannung vorzugsweise einstellbar ist .
Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit bewirkt das durch die bewegliche Segmentscheibe 70 gebildete Stell- glied eine Verringerung des Strömungsquerschnittes, wobei das Rückstellmittel 71 eine dabei immer größer werdende Kraft auf das Stellglied im Sinne einer Vergrößerung des Strδmungsquerschnittes ausübt.
Das Stellglied und das Rückstellmittel 71 wirken im Regelbereich der Regelvorrichtung derart zusammen, daß eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Stellglieds eine Verkleinerung des Strδmungsquerschnitts und eine Verringerung der Strδmungsgeschwin- digkeit im Bereich des Stellglieds eine Vergrößerung des Strδmungsquerschnitts bewirkt.
Das Stellglied bzw. die bewegliche Segmentscheibe 70 ist um eine in Strömungsrichtung verlaufende Achse bzw. Welle 72 drehbeweglich gehaltert, wobei eine Verdrehung des Stellglieds 70 eine Änderung des lichten Strömungs- querschnitts in der Leitung bewirkt. Die Leitung wird entweder unmittelbar durch die Leitung 3 (siehe Fig.l) oder durch ein in die Leitung 3 einzufügendes Rohrstück 73 gebildet.
Das Stellglied 70 weist zwei Flügel 70a, 70b auf, die durch den Gasstrom 8 angeströmt werden.
Die Regelvorrichtung ist so eingestellt, daß der lichte Strδmungsquerschnitt bis zum Erreichen einer Mindest- Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Stellglieds maximal ist und sich bei zunehmender Strömungsgeschwin- digkeit bis zu einem Mindestströmungsquerschnitt verkleinert. Ein Anschlag 76 verhindert ein Überschwingen der drehbeweglichen Segmentscheibe. Der verbleibende Mindestströmungsquerschnitt ist erforderlich, da bei einem kompletten Verschließen der lichten Öffnung die Anströmung des Stellglieds nicht mehr gewährleistet wäre. Der Mindestströmungsquerschnitt stellt somit einen Gleichgewichtszustand zwischen der Anströmung und der Kraft des Rückstellmittels dar.
Die feste Segmentscheibe 74 wird zweckmäßigerweise an der Innenwandung des Rohrstücks 73 befestigt und hal- tert die Welle 72, an der die bewegliche Segmentscheibe 70 drehfest angebracht ist. Die Welle 72 ist außerdem über eine zusätzliche AbStützung 75 in ihrer Lage fi- xiert.
Der Regelbereich wird durch die Mindeststrδmungsge- schwindigkeit, bei der die Verdrehung des Stellglieds beginnt, und die Strömungsgeschwindigkeit am Stell- glied, bei der sich der Mindestströmungsquerschnitt einstellt, bestimmt.
Sowohl der Regelbereich als auch die Wirksamkeit des Reglers können durch folgende Maßnahmen variiert wer- den:
Anstellwinkel der Flügel 70a, 70b;
Anordnung der Flügel 70a, 70b oberhalb oder unter- halb der Segmentscheiben 74, 70;
Anzahl der Flügel, Form (dreieckig, rechteckig, gewölbt etc.) und Größe der Flügelfläche;
Form der SegmentScheiben;
Anzahl der Durchbrechungen der Segmentscheiben;
Form des Rohrstücks 73 (konisch, zylindrisch) ; - Art der Rückstellmittel (Spiralfeder, Torsionsstab, Gasfeder, Magnetfeld, Pendel etc.)
Größe (Steifigkeit) des Rückstellmittels.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung besteht darin, daß sie aufgrund der rotations- symmetrischen Anordnung der Bauteile sowohl vertikal als auch horizontal oder auch in jeder anderen Winkel- läge angeordnet werden kann. Außerdem funktioniert die Regelvorrichtung nicht nur in statischen, sondern auch in Systemen mit beweglichen Einheiten, da translatorische Bewegungen des Gesamtsystems das Regelverhalten nicht stören.
Da das Stellglied bei diesem Ausführungsbeispiel in unmittelbarer Nähe des lichten Querschnitts angeordnet ist, wirkt sich eine Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit sofort auf den lichten Querschnitt aus. Auf diese Weise läßt sich der Volumenstrom in den Zuleitun- gen zum Belüftungsboden konstant halten, unabhängig davon, ob sich der Widerstand in der Kühlgutschüttung verändert .
In den Fig.3a bis 3d ist ein zweites Ausführungsbei- spiel dargestellt, bei dem die Regelvorrichtung horizontal angeordnet ist.
Das Rohrstück 73 ' ist hier als Verzweigungsstück mit einem horizontalen Rohranschlußstück 73 'a ausgebildet.
Die Regelvorrichtung ist in diesem horizontalen Rohranschlußstück 73 'a angeordnet und entspricht im wesentlichen der Regelvorrichtung gemäß den Fig.2a bis 2c des ersten Ausführungsbeispieles. Der Unterschied besteht in der Ausgestaltung des Rückstellmittels 71', das hier als auslenkbares Gewichtselement ausgebildet ist und nach Art eines Pendels wirkt. Wird durch den Gasstrom 8 das Stellglied 70' verdreht, so wird das auslenkbare Gewichtselement, das fest mit der Welle 72 verbunden ist, in entsprechender Weise ausgelenkt. Durch diese Auslenkung übt das Gewichtselement durch sein Gewicht eine permanente Kraft auf das Stellglied 70' aus, so daß das Stellglied 70' wieder zurückgedreht wird, sobald die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms 8 nach- läßt. Vorzugsweise ist die Rückstellkraft einstellbar, indem beispielsweise die Länge des Hebelarms verlängerbar ist.
Bei gegebenem Durchmesser der Leitung 3 bzw. des einge- fügte Rohrstücks 73 und der gewählten Geometrie der Regelvorrichtung (Flügelanzahl, Segmentanzahl) ist der veränderbare lichte Strδmungsquerschnitt des Reglers entsprechend vorgegeben bzw. begrenzt.
Im dritten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. a und 4b wird aufgezeigt, wie bei gegebener Baugrδße eine Erhöhung des Reglerdurchsatzes bzw. eine Absenkung des Druckverlustes des Systems im geöffneten Zustand erreicht werden kann.
Hierbei wird die Leitung bzw. das Rohrstück 73 mit zusätzlichen Öffnungen 77 zum Einströmen des Gasstromes 8 versehen. Wie insbesondere aus Fig.l ersichtlich ist, ragt das Rohrstück 73 in die Belüftungskammer 2, so daß
die zusätzlichen Öffnungen 75 einen zusätzlichen Ein- strδmquerschnitt bilden.
In Fig.4b ist die bewegliche Segmentseheibe 70'' darge- stellt, die neben den oben bereits beschriebenen Flügeln 70' 'a am äußeren Umfang Verschlußblenden 78 aufweist, die in ihrer Anzahl den zusätzlichen Öffnungen
77 entsprechen. Im eingebauten Zustand der beweglichen Segmentscheibe 70' und der nicht näher dargestellten feststehenden Segmentscheibe wirken die zusätzlichen Öffnungen 77 im Rohrstück 73 mit den Verschlußblenden
78 derart zusammen, daß durch die Drehbewegung der beweglichen Segmentscheibe der lichte Einstrδmquerschnitt der seitlichen Öffnungen 77 veränderbar ist.
Die Verschlußblenden 78 und die bewegliche Segment- Scheibe sind fest miteinander verbunden und bilden somit ein starres Teil, welches im eingebauten Zustand um die Achse 72 drehbar gelagert ist.
In der Stellung, in der die feststehende Segmentscheibe und die bewegliche Segmentseheibe den kleinsten lichten Strδmungsquerschnitt bilden, sind die Öffnungen 77 mit den Verschlußblenden 78 verschlossen. Dreht sich die bewegliche Segmentscheibe in die Stellung, in der der größte lichte Strömungsquerschnitt freigegeben wird, verschieben sich die Verschlußblenden 78 derart, daß die zusätzlichen Öffnungen 77 freigegeben werden.
Die in den Fig.4a und 4b gezeigten zusätzlichen Öffnungen 77 mit den Verschlußblenden 78 können selbstverständlich auch bei den ersten beiden Ausführungsbei- spielen vorgesehen werden.
Die spezielle Ausgestaltung des Stellglieds 70, 70', 70'' mit wenigstens einem Flügel ermöglicht nicht nur die Verdrehung des Stellglieds bei entsprechender Anströmung, sondern induziert auch eine Drallstromung in den Gasstrom, wodurch sich zwei Effekte ergeben. Zum einen wird durch diese Drallströmung ebenfalls der Strömungswiderstand erhöht und zum anderen verhindert der Drall oberhalb der Regelvorrichtung eine strahlför- mige Anströmung der Belüftungsfläche und vergleichmä- ßigt damit die Beaufschlagung derselben. Indem die bewegliche Segementscheibe bei allen Ausführungsbeispielen in Strδmungsrichtung nach der feststsehenden Segmentscheibe angeordnet ist, wird der erzeugte Prall nicht durch die RegelVorrichtung gestört.
Die Regelvorrichtung ermöglicht somit einen möglichst konstanten Volumenstrom unabhängig von Änderungen des Strδmungswiderstandes innerhalb der Schüttgutschicht, wobei diese Konstantregelung zum einen durch die Ver- ringerung des lichten Querschnitts der Leitung und zum anderen durch die induzierte Drallstromung erreicht wird. Die i d zierte Drallstromung bewirkt zudem eine gleichmäßigere Beaufschlagung der Belüftungsfläche.
Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung kann überall da eingesetzt werden, wo eine selbsttätige Regelung des Volumenstroms gewünscht wird. Besondere Anwendungsfälle sind dabei insbesondere Kühler zum Kühlen von heißem Schüttgut, Verbrennungsroste, Belüftungsbδden in Wir- belschichtanlagen, Siloanlagen und Kolonnen der chemischen Verfahrenstechnik.