DE2328085B1 - Wassergekühlter Hochtemperaturschieber, insbesondere Heißwindschieber - Google Patents

Description

in Frage kommenden Feststoff-Schwebeteilchen auf Grand der ihre Fallgeschwindigkeit übersteigenden Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels ohne Gefahr eines sumpfförmigen oder auch nur dünnschichtigen Absetzens durch das Gehäuse-Kühlsystem hindurchzubringen. Mit der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit wird auch die Bildung von thermisch ähnlich nachteiligen Luftkissen und Filmverdampfungen erreicht und damit vorzeitiger Verschleiß infolge örtlicher Überhitzung vermieden. Die bewußt erhöhte Kühlmittel-Strömungsgeschwindigkeit intensiviert die Kühlung im Bereich der Dichtflächen entlang der Ringkanäle. Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht zudem eine verbessert bestimmbare Kühlung. Durch die Reduzierung der Kühlkanal-Querschnitte ergibt sich schließlich auch ein geringerer Raumbedarf der Gehäusekonstruktion.

Eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Kühlwirkung wird erreicht, wenn der das Kühlmittel rückführende Kühlkanal zumindestens bereichsweise mit den Ringkanälen eine gemeinsame, wärmeleitende Wandung aufweist.

Entscheidende zusätzliche Vorteile und Wirkungen sind bei einem Heißwindschieber der vorgenannten Art erreichbar, wenn radial auswärts der Ringkanäle zusätzliche, über Ein- und Auslässe unabhängig mit Kühlmittel gespeiste Kühlkanäle vorgesehen sind, welche vorzugsweise nahe dem Bereich der Flansche ringförmig um die Ringkanäle angeordnet sind.

Bei einer derartigen kombinierten Doppelkühlung ist es von Vorteil, wenn die zusätzlichen Kühlkanäle größeren Querschnitt als die Ringkanäle aufweisen und wenn die zusätzlichen Kühlkanäle mit den Ringkanälen und deren Rücklauf-Kühlkanal zumindest teilweise gemeinsame, wärmeleitende Wandungen haben. Die Kühlwirkung läßt sich auch verbessern, indem die Ein- und Auslässe der zusätzlichen Kühlkanäle teilweise in Gegenstromrichtung zu den Ringkanälen angeordnet sind. Eine besondere Kombination der Kühlwirkung kann erreicht werden, indem die Strömungsquerschnitte der Ringkanäle und des Rückführ-Kühlkanals zwecks schneller Kühlmittelgeschwindigkeit vergleichsweise eng und die Strömungsquerschnitte der zusätzlichen Kühlkanäle zwecks verminderter Strömungsgeschwindigkeit demgegenüber weit ausgelegt sind.

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

Die Erfindung wird nachstehend in Form eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hochtemperaturschieber, insbesondere einen Heißwindschieber,

F i g. 2 einen vergrößerten Teil-Querschnitt gemäß α-ö in F ig. 1,

F i g. 3 einen Querschnitt gemäß Schnitt III - III in Fig. lund

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

Gemäß den Fig. 1,3 und4 ist der untere Teil des Gehäuses 1 eines Heißwindschiebers mit axial-endseitigen Einbauflanschen 2 versehen, mit denen der Heißwindschieber an entsprechende Anschlußflansehe 5 einer Rohrleitung 3 unter Abdichtung der radial aneinanderstoßenden Flanschflächen angeschlossen ist. Die Rohrleitung 3 besitzt ihrerseits zur Reduzierung thermischer Verluste, besonders aber zum Schutz vor zu hoher Temperaturbeanspruchung

ίο ihres Stahlmantels 6, an ihrer Innenseite eine feuerfeste Ausmauerang 4 α als Isolation gegen die Temperatur der durch die Rohrleitung strömenden Gase.

Das Gehäuse 1 des Heißwindschiebers ist wassergekühlt, und zwar primär mittels Ringkanälen?

und 8, die auf beiden Seiten am Rand einer ebenfalls wassergekühlten Schieberplatte 18 angeordnet sind und über Kühlwassereintritte 22 mit Kühlwasser versorgt werden. In den Figuren ist nur der untere Teil des Heißwindschiebers dargestellt, welcher über Schacht-Anschlußflansche 11 mit dem Schachtteil des Heißwindschiebers verbunden ist, der auch die (nicht dargestellte) Betätigungseinrichtung für die Bewegung der Schieberplatte 18 längs der Mittelachse A aufweist.

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

Obwohl an der Innenfläche des Gehäuses 1 eine feuerfeste Ausmauerung 4 b vorgesehen sein kann, muß die Mantelkonstruktion des Gehäuses 1 wassergekühlt werden. Dafür weist die Mantelkonstruktion des Gehäuses 1 jeweils zu beiden Seiten des Umfangsrands der Schieberplatte 18 eine innere, U-profilartige Ringkanalwand 10 a auf, welche auf ihrer der Schieberplatte zugewandten Seite Dichtleisten 10 b tragen und diese kühlen. Die Ringkanalwände 10 α sind innerhalb des Gehäuses 1 ringförmig angeordnet und bilden ein Hohlprofil, welches auf seiner radial äußeren Seite von einer Zwischenwand 14 begrenzt wird und auf diese Weise die Ringkanäle 7 und 8 für die Wasserkühlung des Gehäuses 1 bildet. Die Ringkanäle 7 und 8 erstrecken sich in Axialrichtung von der Schieberplatte bis jeweils an die Außenebene der Einbauflansche 2 heran.
Die Zufuhr des Kühlwassers erfolgt über die Kühlwassereintritte 22 im oberen Teil des Gehäuses 1 über einen zwischen Stirnblechen 20 und Trennwänden 21 gebildeten Durchlaß in die Ringkanäle 7 und 8.

Im jeweils untersten Abschnitt der Ringkanäle 7 und 8 ist je eine Ubergangsöffnung 15 vorgesehen, durch die das Kühlwasser aus den Ringkanälen in einen Kühlkanal 13 eintritt, welcher den um den Rand der Schieberplatte 18 herum liegenden Teil des Gehäuses 1 kühlt und die Ringkanäle 7 und 8 etwas überlappt.

Dieser Kühlkanal 13 wird von einem zwischen den inneren Ringkanalwänden 10 α angeordneten Mittelabschnitt 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 (F i g. 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 Kühlwasseraustritte 23 — gegebenenfalls unter Kühlung auch des Oberteils des Heißwindschiebers — ab.

Im unteren Bereich der Ringnut, innerhalb der die Schieberplatte 18 bewegbar ist, kann ein Druckentlastungs- bzw. Überdruckventil 27 vorgesehen sein, welches mit seiner Zuleitung quer durch den Kühlkanal 13 hindurch verläuft.

In der dargestellten Weise bilden die Ringkanäle 7 und 8 eine erste, ringförmig im Gehäuse 1 umlaufende Kühlphase, der sich über die Übergangsöffnungen 15 die zweite Kühlphase durch den Kühlkanal 13 anschließt, der sich um mindestens den unteren, 180° umfassenden Bereich des Gehäuses erstreckt und über die nachgeschalteten Kühlwasserräume 26 den Rücklauf des Kühlwassers der primären Kühlung bildet. Wesentlich ist, daß der Querschnitt des Kühlkanals 13 mindestens in seinem unterhalb der Querachse B liegenden Bereich die Summe des Strömungsquerschnitts der Ringkanäle 7 und 8 nicht überschreitet oder vorzugsweise sogar merklich unterschreitet. Auf diese Weise wird ein ausreichend großer Strömungsdruck beibehalten, um jegliche Feststoffe im Kühlwasser nicht am Boden des Kühlsystems absetzen zu lassen, sondern zu den Kühlwasseraustritten 23 mitzureißen. Damit wird eine die Fallgeschwindigkeit der Feststoffteilchen übersteigende Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels ermöglicht.

Um auch im Kühlwasserraum 26, insbesondere um den näheren Umfangsbereich der Rohrdurchführung herum, eine zum Mitreißen von Feststoffen ausreichende Kühlwassergeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, sind im Kühlwasserraum 26 besondere Leitbleche 19 vorgesehen, die den Kühlwasserraum 26 voll überbrücken (und dabei im übrigen auch verstärken) und zwischen sich definierte Spalte bzw. Durchlässe 19 b bilden, deren Gesamtquerschnitt im wesentlichen dem Querschnitt des Kühlkanals 13 entspricht, so daß jegliche Feststoffe in den Raum oberhalb der Leitbleche 19 weitergetragen und von dort — gegebenenfalls 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 Strömungsquerschnitt des Kühlkanals 13 wird — infolge der höheren Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers — ein zusätzlich verbesserter Kühlungswirkungsgrad erreicht.

Radial auswärts der Ringkanäle 7 und 8 kann das Gehäuse 1 auf die übliche Weise mit zusätzlichen Kühlrippen, Ringräumen oder auch mit einer Ausmauerung versehen sein.

Entscheidende Vorteile werden aber dann erzielt, wenn statt dessen eine von der primären Kühlung unabhängige zusätzliche Kühlung vorgesehen wird, wie sie am besten aus Fig. 1 und2 hervorgeht. Dafür sind außen um die Ringkanäle 7 und 8 herum jeweils Kühlkanäle 16 angebracht, welche im unteren Gehäusebereich auch als ein sich axial über beide Ringkanäle erstreckender Kühlkanal ausgebildet sein können.

Diese Kühlkanäle 16 haben mit den Ringkanälen 7 und 8 jeweils zwei Wandungen, nämlich die Zwischenwand 14 und die Seitenwände 9, wenigstens teilweise gemeinsam, so daß ein ausgezeichneter Wärmeübergang zu den Kühlkanälen 16 ermöglicht wird. Selbst aus dem Kühlkanal 13 wird über seine

ίο Außenwandung 12, welche mit den Seitenwänden 9 verschweißt 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 Wärmeübergangsfläche zur Verfügung steht. Die Zwischenwand 14 könnte auch als Material mit geringerer Stärke ausgebildet sein, da sie sich innerhalb des Gehäusemantels 9 α befindet. Die weiteren Wandungen der Kühlkanäle 16 sind der Gehäusemantel 9 a, der zugleich die äußere Umfangsbegrenzung der Kühlkanäle 16 bildet, und die axial-äußeren Begrenzungen 9 b. Eine zusätzliche Kühlwirkung ergibt sich aus der Anordnung der Kühlkanäle 16 nahe den Einbauflansehen 2, die ergänzende Kühlflächen bilden.

In Fig. 2 ist die Strömungsrichtung der Zusatzkühlung durch die Kühlkanäle 16 dargestellt, wobei das Kühlwasser durch den Einlaß 17 α nach Umlaufen des Ringumfanges des Kühlkanals 16, der durch eine Trennwand 16 a als einfache Schleife ausgebildet ist, zurück zum Auslaß 17 b 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 Gehäusemantel 9 α 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 Funktionen — z. B. die Primärkühlung zur intensiven Kühlung der Dichtleisten — abgestellt 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 UP-verschweißten Stahlplatten und Stahlprofilen, die nacheinander leicht zugänglich verschweißbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Wassergekühlter Hochtemperaturschieber, insbesondere Heißwindschieber, bei dem Ringkanäle für das Kühhnittel (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, zurückverläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt des Kühlkanals (13), in dem das Kühlmittel zurückgeführt wird, mindestens in seinem unteren, 180° umfassenden Bereich kleiner, höchstens jedoch gleich groß ist als der Gesamt-Strömungsquerschnitt der Ringkanäle (7, 8).

2. Heißwindschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem im oberen Bereich des Gehäuses (1) liegenden, im Strömungsfluß zwischen dem Kühlkanal (13) und dem Kühlmittelaustritt (23) angeordneten Kühlwasserraum (26) querschnittvermindernde Leitbleche (19) angebracht sind, zwischen denen Durchlässe (19 ä) vorgesehen sind, deren freier Gesamtquerschnitt eine Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels gewährleistet, die größer als die Fallgeschwindigkeit der Schwebeteilchen ist.

3. Heißwindschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (13) zumindest bereichsweise mit den Ringkanälen (7, 8) eine gemeinsame wärmeleitende Wandung aufweist.

4. Heißwindschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß radial auswärts der Ringkanäle (7, 8) zusätzliche, über Em- und Auslässe (17 a, 17 b) unabhängig mit Kühhnittel gespeiste Kühlkanäle (16) vorgesehen sind, welche nahe den Flanschen (2) ringförmig um die Ringkanäle (7, 8) angeordnet sind.

5. Heißwindschieber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Kühlkanäle (16) einen größeren Querschnitt als die Ringkanäle (7, 8) aufweisen.

6. Heißwindschieber nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Kühlkanäle (16) mit den Ringkanälen (7, 8) und deren Rücklauf-Kühlkanal (13) zumindest teilweise gemeinsame, wärmeleitende Wandungen haben.

7. Heißwindschieber nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auslässe (17 a, 17 b) teilweise in Gegenstromrichtung zu den Ringkanälen (7, 8) angeordnet sind.

8. Heißwindschieber nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsquerschnitte der Ringkanäle (7, 8) und des Kühlkanals (13) zwecks schneller Kühlmittelgeschwindigkeit vergleichsweise eng und die Strömungsquerschnitte der zusätzlichen Kühlkanäle (16) zwecks geringerer Kühlmittelgeschwindigkeit weit ausgelegt sind.

Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Hochtemperaturschieber, insbesondere einen Heißwindschieber, bei dem Ringkanäle für das Kühhnittel (Wasser) vorgesehen sind, welche vom Oberteil des Schiebers im wesentlichen entlang der Dichtleisten zu beiden Umfangsseiten bis zum unteren Bereich des Schiebergehäuses verlaufen und über an dieser Stelle vorgesehene Übertrittsöffnungen in mindestens einen Kühlkanal münden, der um den um die Schieberplatte herum angeordneten Bereich des Gehäuses zum Gehäuseoberteil, in dem sich der Kühlrnittelaustritt befindet, zurückverläuft.

Mit laufend steigenden Durchmessern erhöht sich die thermische Belastung der bekannten Heißwindschieber ständig, der 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 versehen und mit einem Kühhnittel, insbesondere Wasser, zu kühlen. Dabei ist vor allem der Bereich der Dichtleisten besonders intensiv zu kühlen. Bei den verwendeten Kühlsystemen ist vorgesehen, daß sich Feststoff-Schwebeteilchen, die sich im Kühlwasser befinden und, außer mit dem Kühlwasser selbst eingebracht, auch aus Rostteilchen, abgesprungenen Farbteilchen od. dgl. resultieren können, innerhalb der Kühlkanäle an besonders dafür vorgesehenen Stellen absetzen, um dort von Zeit zu Zeit abgezogen werden zu können. Derartige Vorsichtsmaßnahmen sind wesentlich, da bei kurzzeitigem Versagen der Kühlung oder einem Absetzen von Schwebestoffen in schon geringer Schichtstärke an unerwünschten Stellen mit erheblichen Beschädigungen der Konstruktion der Heißwindschieber zu rechnen ist.

Um mit Sicherheit Verstopfungen und damit gegebenenfalls örtliche Zerstörungen der Schieber auszuschließen, sind die bekannten Kühlkanäle, insbesondere in ihren Rückflußbereichen, bewußt im Querschnitt vergrößert ausgeführt, damit sich die Schwebstoffe an den dafür vorgesehenen Stellen absetzen. Damit geht eine gewisse Beschränkung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels einher, womit wiederum der Kühlungswirkungsgrad einer gewissen Begrenzung unterliegt, da der Wärmeübergangswert mit der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zunimmt. Die damit verbundene Problematik wird durch die ständig zunehmende Verschmutzung des zur Verfügung stehenden Kühlwassers sowie durch die bei großen Schiebern stark erhöhten Kühlwassermengen noch verschärft.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei Hochtemperaturschiebern, insbesondere Heißwindschiebern, die Zuverlässigkeit und die Wirksamkeit der Kühlung zu erhöhen, und zwar unter möglichst gleichzeitiger Vereinfachung und Verbilligung sowie einer Reduzierung des Raumbedarfs der Gehäusekonstruktion.

Demgemäß liegt die Erfindung bei einem Heißwindschieber der eingangs definierten Art darin, daß der Strömungsquerschnitt des Kühlkanals, in dem das Kühlmittel zurückgeführt wird, mindestens in seinem unteren, 180° umfassenden Bereich kleiner, höchstens jedoch gleich groß ist als der Gesamt-Strömungsquerschnitt der vom Kühhnittel zuerst durchlaufenen Ringkanäle.
Damit ist es erfindungsgemäß möglich, sämtliche