DE10034887A1

DE10034887A1 - Regelvorrichtung

Info

Publication number: DE10034887A1
Application number: DE2000134887
Authority: DE
Inventors: Karl Lampe; Martin Uhde; Wolfgang Rother; Ludwig Schulze-Gronover
Original assignee: Krupp Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2002-01-31
Also published as: DE10192757D2; WO2002006748A1; AU2001287621A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zur Veränderung des lichten Strömungsquerschnitts einer von einem Gasstrom durchströmten Leitung mit einem Stellglied zur Veränderung des Strömungsquerschnitts in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit sowie einem Rückstellmittel, das auf das Stellglied eine Kraft im Sinne einer Vergrößerung des Strömungsquerschnitts ausübt, wobei Stellglied und Rückstellmittel im Regelbereich der Regelvorrichtung derart zusammenwirken, das eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Stellglieds eine Verkleinerung des Strömungsquerschnitts und eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Stellglieds eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts bewirkt. Das Stellglied ist um eine in Strömungsrichtung verlaufende Achse drehbeweglich gehaltert, wobei eine Verdrehung des Stellglieds eine Änderung des lichten Strömungsquerschnitts bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zur Verän derung des lichten Strömungsquerschnitts einer von ei nem Gasstrom durchströmten Leitung sowie einen Kühler zum Kühlen von heißem Schüttgut mit einer solchen Re gelvorrichtung.

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 Schüttgutschicht wird während des sen von einem Kühlgasstrom quer zur Förderrichtung durchsetzt. Das Kühlgas wird über mehrere Leitungen von unten dem Kühlrost zugeführt. Der Kühlrost ist dement sprechend mit geeigneten Belüftungsöffnungen versehen.

Das heiße Schüttgut wird beispielsweise von einem vor geschalteten Drehrohrofen abgeworfen, wobei sich in Kühlerquerrichtung eine Ungleichverteilung hinsichtlich Klinkerkorngröße, Schütthöhe und Temperaturprofil erge ben 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. Ge rade in den Bereichen des Schüttgutbettes mit geringem Strömungswiderstand wird eine erhöhte Kühlgasmenge zu geführt und in den Bereichen mit höherer Schütthöhe bzw. höherer Dichte wird aufgrund des höheren Strö mungswiderstandes weniger Kühlgas zugeführt. Für eine gleichmäßige Kühlung wäre jedoch bei niedrigem Strö mungswiderstand eine entsprechend geringere Kühlluftmenge und bei höherem Strömungswiderstand eine entspre chend größere Kühlluftmenge erforderlich. Um diesen Ef fekt zu erzielen, hat man bereits in der DE 12 21 984 eine Regelvorrichtung vorgeschlagen, bei der in einem senkrechten Rohrabschnitt unterhalb des Belüftungsbo dens ein bewegbarer Körper vorgesehen ist, der den lichten Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit der Strö mungsgeschwindigkeit verändert. Auf diese Weise kann bei einem geringen Strömungswiderstand, wie das bei spielsweise bei der Entstehung einer Kanalbildung im Schüttgutbett der Fall ist, die Kühlluftmenge entspre chend 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 Strömungsquerschnitts 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 ausge legt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Re gelvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend weiterzuentwickeln, daß der Gasstrom auch bei Änderungen des Strömungswiderstandes in Strömungs richtung hinter der Regelungsvorrichtung möglichst kon stant 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 Strömungsquerschnitts einer von einem Gasstrom durchströmten Leitung weist im wesentlichen ein Stell glied zur Veränderung des Strömungsquerschnitts in Ab hängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit sowie ein Rück stellmittel auf, das auf das Stellglied eine Kraft im Sinne einer Vergrößerung des Strömungsquerschnitts aus übt, wobei Stellglied und Rückstellmittel im Regelbe reich der Regelvorrichtung derart zusammenwirken, daß eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Stellglieds eine Verkleinerung des Strömungsquer schnitts und eine Verringerung der Strömungsgeschwin digkeit eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts be wirkt. Das Stellglied ist dabei um eine in Strömungs richtung verlaufende Achse drehbeweglich gehaltert, wo bei eine Drehung des Stellglieds eine Änderung des lichten Strömungsquerschnitts bewirkt.

Der Gesamtströmungswiderstand zwischen einem Hauptbe lüftungskanal bzw. einer Belüftungskammer und der Ober fläche des Schüttguts setzt sich aus den Einzelwider ständen 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 Strömungsquerschnitts entgegengewirkt, so daß die Summe der Widerstände konstant gehalten wird. Auf diese Weise werden Volumenstromschwankungen unterdrückt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Stellglied wenigstens einen Flügel auf, der bei Anströ mung eine Verdrehung des Stellglieds und damit eine Veränderung des lichten Strömungsquerschnitts bewirkt.

Die Ausgestaltung des Stellglieds mit wenigstens einem Flügel ermöglicht nicht nur die Verdrehung des Stell glieds bei entsprechender Anströmung, sondern induziert auch eine Drallströmung in den Gasstrom, wodurch sich zwei Effekte ergeben, zum einen wird durch diese Drall strömung ebenfalls der Strömungswiderstand erhöht und zum andern verhindert der Drall oberhalb der Regelvor richtung 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.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist eine feststehende und eine bewegliche Segmentscheibe vorgesehen, wobei der Strömungsquerschnitt durch die Relativstellung der beiden übereinanderliegenden Seg mentscheiben bestimmt wird und das bewegliche Segment mit dem Stellglied drehfest verbunden ist.

In einer anderen Ausführungsform wird das bewegliche Segment durch das Stellglied gebildet. Bei dieser Aus führungsform sind die beiden Segmentscheiben unmittel bar übereinanderliegend angeordnet, so daß die bewegli che Segmentscheibe nicht nur das Stellglied bildet, sondern auch durch ihre Relativstellung zur feststehen den Segmentscheibe den lichten Strömungsquerschnitt bestimmt. Eine Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit wirkt sich somit über das Stellglied unmittelbar auf den lichten Querschnitt aus. Mit einer solchen Ausfüh rungsform läßt sich somit der Volumenstrom in den Zu leitungen auch dann konstant halten, wenn sich Wider standsänderungen, beispielsweise in einer Kühlgutschüt tung, ergeben sollten.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung wer den anhand der Beschreibung einiger Ausführungsbei spiele und der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Kühlers;

Fig. 2a bis 2d schematische Ansichten einer Regelvor richtung gemäß einem ersten erfin dungsgemäßen Ausführungsbeispiel;

Fig. 3a bis 3d schematische Ansichten einer Regelvor richtung gemäß einem zweiten erfin dungsgemäßen Ausführungsbeispiel; und

Fig. 4a bis 4d schematische Ansichten einer Regelvor richtung gemäß einem dritten erfin dungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist ein Kühler dargestellt, wie er beispiels weise bei einer Zementanlage zur Kühlung von heißem Ze mentklinker verwendet wird. Er weist im wesentlichen einen von einem Kühlgas durchströmbaren 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 Küh lerende transportiert. Die Fördermittel 5 können dabei beispielsweise umlaufend oder hin- und herbeweglich ausgebildet sein.

Anstelle eines feststehenden Belüftungsbodens käme bei spielsweise auch ein Schubrostkühler in Frage.

Das Schüttgut 4 wird über eine dem Kühler vorgeschal tete Einrichtung, beispielsweise durch einen Drehrohr ofen 6 zugeführt.

Durch das Abwurfverhalten des Drehrohrofens 6 kann sich zur Kühlerquerrichtung eine Ungleichverteilung hin sichtlich Schüttgutkorngröße, Schütthöhe und Tempera turprofil ergeben. Zudem treten durch den Schüttgut transport inhomogene Schüttgutkorn-, Temperatur- und Druckverteilungen auf. Auf diese Weise ergeben sich sowohl in Kühlerquerrichtung als auch in Kühlerlängs richtung in der Schüttgutschicht unterschiedliche Strö mungswiderstände. Um dennoch eine gleichmäßige Volumen strombeaufschlagung zu gewährleisten, sind in den ein zelnen Leitungen 3 Regelvorrichtungen 7 vorgesehen.

Im folgenden werden anhand der Fig. 2, 3 und 4 drei ver schiedene Ausführungsbeispiele für derartige Regelvor richtungen näher beschrieben. Die Regelvorrichtung 7 zur Veränderung des lichten Strömungsquerschnitts einer von einem Gasstrom (Kühlgas) durchströmten Leitung weist im wesentlichen ein Stellglied 70 zur Veränderung des Strömungsquerschnitts in Abhängigkeit der Strö mungsgeschwindigkeit sowie ein Rückstellmittel 71 auf, wobei das Rückstellmittel eine Kraft auf das Stellglied im Sinne einer Vergrößerung des Strömungsquerschnitts ausübt.

Das Stellglied 70 und das Rückstellmittel 71 wirken im Regelbereich der Regelvorrichtung derart zusammen, daß eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Stellglieds eine Verkleinerung des Strömungsquer schnitts und eine Verringerung der Strömungsgeschwin digkeit im Bereich des Stellglieds eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts bewirkt.

Das Stellglied 70 ist um eine in Strömungsrichtung ver laufende Achse bzw. Welle 72 drehbeweglich gehaltert, wobei eine Verdrehung des Stellglieds 70 eine Änderung des lichten Strömungsquerschnitts in der Leitung be wirkt. Die Leitung wird entweder unmittelbar durch die Leitung 3 (siehe Fig. 1) oder durch ein in die Leitung 3 einzufügendes Rohrstück 73 gebildet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind ferner eine feststehende und eine bewegliche Segmentscheibe 74, 75 vorgesehen, die übereinander angeordnet sind und durch ihre Relativstellung zueinander den lichten Strömungs querschnitt bestimmen. Jede Segmentscheibe 74, 75 weist zwei 90°-Segmente auf. Die bewegliche Segmentscheibe 75 ist mit dem Stellglied 70 drehfest verbunden.

Das Stellglied 70 weist zwei Flügel 70a, 70b auf, die durch den Gasstrom 8 anströmbar sind, wodurch das Stellglied 70 und die damit drehfest verbundene beweg liche Segmentscheibe 75 gegen die Kraft des Rückstell mittels 71 verdreht wird.

Die Regelvorrichtung ist so eingestellt, daß der lichte Strömungsquerschnitt bis zum Erreichen einer Mindest strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Stellglieds ma ximal ist und sich bei zunehmender Strömungsgeschwin digkeit bis zu einem Mindestströmungsquerschnitt ver kleinert. 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 das Stellglied 70 und die be wegliche Segmentscheibe 75 drehfest angebracht sind.

Der Regelbereich wird durch die Mindestströmungsge schwindigkeit, bei der die Verdrehung des Stellglieds beginnt, und die Strömungsgeschwindigkeit am Stell glied, bei der sich der Mindestströmungsquerschnitt einstellt.

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, 75;
- Anzahl der Flügel, Form (dreieckig, rechteckig, ge wölbt etc.) und Größe der Flügelfläche;
- Abstand der Segmentscheiben 74, 75;
- Form der Segmentscheiben;
- Anzahl der Durchbrechungen der Segmentscheiben;
- Form des Rohrstücks 73 (konisch, zylindrisch);
- Art der Rückstellmittel (Spiralfeder, Torsionsstab, Gasfeder, Magnetfeld etc.)
- Größe (Steifigkeit) des Rückstellmittels.

Anstelle einer Aufteilung zwischen Stellglied 70 und beweglicher Segmentscheibe 75 ist auch ein Ausführungs beispiel möglich, bei dem die bewegliche Segmentscheibe durch das Stellglied 70 gebildet wird. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 3a bis 3d darge stellt. Für gleiche Teile wurden beim zweiten Ausfüh rungsbeispiel dieselben Bezugszeichen verwendet. Der einzige Unterschied besteht somit lediglich darin, daß anstelle der Segmentscheibe 75 ein Stellglied 70' vor gesehen ist, das ebenfalls Flügel 70'a, 70'b aufweist.

In Übereinstimmung mit dem vorhergehenden Ausführungs beispiel hat die feststehende Segmentscheibe 74 ein oder mehrere lichte Querschnitte, die durch Verdrehung des Stellglieds 70' verengt werden können. Im darge stellten Ausführungsbeispiel ist die Welle 72 zum einen über die feststehende Segmentscheibe 74 sowie eine zu sätzliche Abstützung 77 in ihrer Lage fixiert.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Regelvor richtung besteht darin, daß sie aufgrund der rotations symmetrischen Anordnung der Bauteile sowohl vertikal als auch horizontal oder auch in jeder anderen Winkel lage angeordnet werden kann. Außerdem funktioniert die Regelvorrichtung nicht nur in statischen, sondern auch in Systemen mit beweglichen Einheiten, da transla torische Bewegungen des Gesamtsystems das Regelverhal ten nicht stören.

Da das Stellglied bei diesem Ausführungsbeispiel in un mittelbarer Nähe des lichten Querschnitts angeordnet ist, wirkt sich eine Veränderung der Strömungsgeschwin digkeit sofort auf den lichten Querschnitt aus. Auf diese Weise läßt sich der Volumenstrom in den Zuleitun gen zum Belüftungsboden konstant halten, unabhängig da von, ob sich der Widerstand in der Kühlgutschüttung verändert.

In den Fig. 4a bis 4d ist ein drittes Ausführungsbei spiel dargestellt, bei dem die Regelvorrichtung hori zontal angeordnet ist.

Das Rohrstück 73' ist hier als Verzweigungsstück mit einem horizontalen Rohranschlußstück 73'a ausgebildet. Die Regelvorrichtung ist in diesem horizontalen Rohran schlußstück 73'a angeordnet und entspricht im wesentli chen der Regelvorrichtung gemäß den Fig. 3a bis 3c des zweiten 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, so bald die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms 8 nach läßt.

Die spezielle Ausgestaltung des Stellglieds 70, 70' mit wenigstens einem Flügel ermöglicht nicht nur die Ver drehung des Stellglieds bei entsprechender Anströmung, sondern induziert auch eine Drallströmung in den Gas strom, wodurch sich zwei Effekte ergeben. Zum einen wird durch diese Drallströmung ebenfalls der Strömungs widerstand erhöht und zum anderen verhindert der Drall oberhalb der Regelvorrichtung eine strahlförmige An strömung der Belüftungsfläche und vergleichmäßigt damit die Baufschlagung derselben.

Die Regelvorrichtung ermöglicht somit einen möglichst konstanten Volumenstrom unabhängig von Änderungen des Strömungswiderstandes innerhalb der Schüttgutschicht, wobei diese Konstantregelung zum einen durch die Ver ringerung des lichten Querschnitts der Leitung und zum anderen durch die induzierte Drallströmung erreicht wird. Die induzierte Drallströmung bewirkt zudem eine gleichmäßigere Beaufschlagung der Belüftungsfläche.

Claims

1. Regelvorrichtung zur Veränderung des lichten Strö mungsquerschnitts einer von einem Gasstrom durch strömten Leitung (3) mit einem Stellglied (70, 70') zur Veränderung des Strömungsquerschnitts in Abhän gigkeit der Strömungsgeschwindigkeit sowie einem Rückstellmittel (71, 71'), das auf das Stellglied eine Kraft im Sinne einer Vergrößerung des Strö mungsquerschnitts ausübt, wobei Stellglied und Rück stellmittel im Regelbereich der Regelvorrichtung derart zusammenwirken, daß eine Erhöhung der Strö mungsgeschwindigkeit im Bereich des Stellglieds eine Verkleinerung des Strömungsquerschnitts und eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Stellglieds eine Vergrößerung des Strö mungsquerschnitts bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (70, 70') um eine in Strömungsrichtung verlaufende Achse (72) drehbeweglich gehaltert ist, wobei eine Verdrehung des Stellglieds eine Änderung des lichten Strömungs querschnitts bewirkt.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Stellglied (70, 70') wenigstens einen Flügel (70a, 70'a) aufweist, der bei Anströ mung in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit eine Veränderung des Strömungsquerschnitts bewirkt.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Stellglied (70, 70') wenigstens einen Flügel (70a) aufweist, der bei Anströmung in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit eine Veränderung des Strömungsquerschnitts bewirkt und au ßerdem eine Drallströmung in den Gasstrom induziert.

4. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Rückstellmittel (71) durch ein Fe derelement gebildet wird.

5. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Rückstellmittel (71') durch ein auslenkbares Gewichtselement gebildet wird.

6. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß weiterhin eine feststehende und eine bewegliche Segmentscheibe (74, 75) vorgesehen ist, wobei der Strömungsquerschnitt durch die Relativ stellung der beiden übereinanderliegenden Segment scheiben bestimmt wird und die bewegliche Segment scheibe (75) mit dem Stellglied (70) drehfest ver bunden ist.

7. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß weiterhin eine feststehende und eine bewegliche Segmentscheibe (74, 70') vorgesehen ist, wobei der Strömungsquerschnitt durch die Relativ stellung der beiden übereinanderliegenden Segment scheiben bestimmt wird und die bewegliche Segment scheibe durch das Stellglied (70') gebildet wird.

8. Regelvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die bewegliche Segmentscheibe in der Verschlußstellung der beiden Segmentscheiben, d. h. in der Relativstellung mit dem kleinsten lich ten Strömungsquerschnitt, mit einem Anschlag (76) in Kontakt kommt.

9. Kühler zum Kühlen von heißem Schüttgut mit einem von Kühlgas durchströmbaren Kühlrost, wobei das Kühlgas von unten über mehrere Leitungen zugeführt wird, da durch gekennzeichnet, daß die Leitungen mit einer Regelvorrichtung gemäß einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche versehen sind.