PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69115705T2 04.07.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0548219
Titel AUSKLEIDUNG
Anmelder ABB Carbon AB, Finspang, SE
Erfinder CETRELLI, Renzo, S-612 00 Finsp ng, SE;
HULTMARK, Ingvar, S-603 78 Norrköping, SE
Vertreter Boecker, J., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.- u. Rechtsanw., 65929 Frankfurt
DE-Aktenzeichen 69115705
Vertragsstaaten DE, DK, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 10.09.1991
EP-Aktenzeichen 919168310
WO-Anmeldetag 10.09.1991
PCT-Aktenzeichen SE9100593
WO-Veröffentlichungsnummer 9204983
WO-Veröffentlichungsdatum 02.04.1992
EP-Offenlegungsdatum 30.06.1993
EP date of grant 20.12.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.07.1996
IPC-Hauptklasse B04C 5/08
IPC-Nebenklasse F27D 1/12   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Auskleidung, in der ein Werkstoff mit einem gewissen linearen Dehnungskoeffizienten die Auskleidung für einen anderen Werkstoff mit einem anderen linearen Dehnungskoeffizienten bildet. Die Erfindung hat insbesondere zur Aufgabe das Problem der gegenseitigen linearen Verschiebung in Verbindung mit zyklischen Temperaturwechseln der jeweiligen Werkstoffe zu lösen.

Hintergrund

Bei industrieller Verwendung tritt oft der Bedarf auf, gewisse Elemente mit einem Werkstoff auszukleiden, welcher ganz andere Eigenschaften ausweist als der Werkstoff, aus welchem das Element besteht. Als Beispiel können Rohre, Behälter, Düsen oder ähnliche Vorrichtungen genannt werden, die beispielsweise hohen Temperaturen, Temperaturschwankungen, Verschleiß durch Teilchenströme, oder anderweitigen Abbaueinflüssen auf den Werkstoff widerstehen müssen.

Vorliegende Erfindung ist auf jedem technischen Gebiet anwendbar, wo Auskleidungen oben erwähnter Art wünschenswert sind. Um die Probleme, die in Verbindung mit einer Auskleidung entstehen, und die gegenwartig verwendeten Lösungen zu schildern, werden bekannte Technologien gewählt, die keramische Auskleidungen von hohen Temperaturen und/oder verschleißenden Teilchenströmen ausgesetzten Rohren beinhalten.

In Kesselanlagen, Rauchgasrohren, Reinigungsanlagen für Rauchgase, usw. wird gewöhnlicherweise eine gewisse Stahlsorte in den Wänden und Gehäusen verwendet- .Wenn diese Gehäuse dem Einfluß sehr heisser, Verschleißteilchen enthaltender Rauchgase während langer Zeit und unter der Einwirkung von Temperaturschwankungen ausgesetzt werden, werden diese Gehäuse kurzfristig verschlissen. Aus diesem Grunde werden beispielsweise Zyklone, welche Staubreinigungsvorrichtungen in u.a. brennstoffbefeuerten Kraftanlagen bilden, gewöhnlicherweise mit einer Auskleidung versehen, gewöhnlicherweise aus keramischem Werkstoff, so wie beispielsweise in EP-A-0,094,098 beschrieben.

In einem Zyklon bewegt beispielsweise ein Wirbel Rauchgase von einer höheren Ebene auf eine niedrigere Ebene innerhalb einer Zyklonwand mit abwärts sich verjüngerndem Rundquerschnit. Während der Strömung abwärts steigert sich die Gasstromgeschwindigkeit, infolgedessen die im Gaswirbel vorliegenden schwereren Teilchen gegen die Zyklonwand gepreßt werden und danach in die Zyklontrichter zu fallen, die die Staubabzüge aus den Zyklonen bilden. Das gereinigte Gas wird am oberen Teil abgesaugt.

Um an Zyklone oben erwähnter Art angeschlossene Gasturbinen zu betreiben, ist eine höchstmögliche Gastemperatur am Turbineneinlauf erwünscht. Dies bedeutet, daß Staub von den Verbrennungsgasen abscheidende Gasreiniger mit der Temperatur der Verbrennungsgase arbeitet, wenn diese ein Bett einer Verbrennungsanlage verlassen.

Eine Verbrennungsanlage, beispielsweise eine PFBS-Anlage, arbeitet mit einer Gastemperatur, die 950ºC betragen kann. Diese hohe Temperatur verursacht schwere Belastungen in den Zyklonen zur Reinigung der Verbrennungsgase, bevor diese einer Turbine zugeleitet werden. Die Probleme sind besonders schwerwiegend im untersten Teil der Zyklone und in den Zyklontrichtern. Die hohe Geschwindigkeit der hochverschleißenden Teilchen in der Gasmasse sowie die hohe Temperatur verringern die Festigkeit des Zyklonwerkstoffes und zerstören dessen Verschleißfestigkeit.

Trotz verschiedener Wege Zyklone zu kühlen und trotz verschiedener Konstruktionen für Zyklone und Zyklontrichter besteht nach wie vor das Problem eines groben Verschleißes des Zyklonwerkstoffes durch Staub im Gas. Dies hatte zur Folge, Zyklone aus einem verschleißfesten Werkstoff, gewöhnlicherweise in Gestalt einer Auskleidung, zu versehen. Diese Auskleidung kann aus einem seit langem in der Technik bekannten keramischen Werkstoff bestehen. In bereits bestehenden PFBC-Kraftanlagen sind die Zyklone mit einem hochverschleißfesten keramischen Werkstoff ausgekleidet.

Eine Möglichkeit Zyklone oder andere entsprechende Vorrichtungen mit einem keramisch standfesten Werkstoff gemäß bereits bekannten Verfahren zu versehen, besteht darin, ein Stahlnetz mit sechskantigen Maschen an der Oberfläche anzubringen, die belegt werden soll. Das Netz wird an dieser Fläche punktförmig festgeschweisst. Das Netz hat eine gewisse Dicke, da das Netz aus Stahlbändern besteht. In jeder Masche hat das Stahlband Mittlöcher. Nach der Anbringung werden die Maschen im Stahlnetz mit keramischem Werkstoff, gewöhnlicherweise Aluminiumoxyd, gefüllt, welches dadurch festgehalten wird, daß der Keramikwerkstoff auch in die Löcher des Stahlbandes eindringt. Die Keramik gibt der Oberfläche eine gute Festigkeit gegen Verschleiß und erzielt eine guten Schutz gegen Brände, die unter gewissen Umständen entstehen können. Darüberhinaus widersteht die Keramik vorübergehenden Temperatursteigerungen. Ein Problem besteht jedoch in den unterschiedlichen linearen Dehnungskoeffizienten der Keramik und des ausgekleideten Werkstoffes.

Beim Start werden die Zyklone von Raumtemperatur auf die Betriebstemperatur während eines verhältnismäßig langen Zeitraumes erwärmt. Wenn die Keramik allmählich die Betriebstempeatur erreicht, hat die Temperatur der Zyklonwand ungefähr 850ºC oder ungefär 350ºC erreicht, abhängig davon, ob eine Isolierung aussen an der Zyklonwand, oder zwischen der Keramik und der Stahlwand angebracht wurde.

Vor dem Start der Anlage liegen kleine Spalte bei einer Temperatur von ungefähr 20ºC zwischen den sechseckigen Keramikplatten innerhalb der Stahimaschen und den Stahlbändern dieser Maschen vor. Während der Erwärmungsphase und aufgrund der höheren linearen Dehnung des Stahimatenais, vergrößert sich die Breite dieser Spalte und Staub sammelt sich in diesen Spalten an. Während eines darauffolgenden Schrumpfens der Werkstoffe bei einem Betriebsabbruch, oder einer Temperatursen kung dieser beiden Werkstoffe aus irgendwelchem anderen Grund, entstehen Belastungen im Keramikmaterial aufgrund oben erwähnter Ansammlung von Staub in den Spalten, sodaß die Keramik leicht bricht. Dieses Problem wird natürlich von erneuten Erhöheungen und Senkungen der Temperatur vergrößert.

Ein weiteres Problem entsteht durch den vorliegenden Temperaturunterschied zwischen der Innen- und Aussenseite der Keramik. Unter gewissen Umständen kann der Temperaturunterschied zwischen der Innen- und Aussenseite der Keramik sehr groß sein und verursacht einen Bruch des Keramikwerkstoffes. Eine Ursache der entstehenden Temperaturunterschiede besteht darin, daß die Rauchgase nicht die Rückseite des Keramikmateriales umstreichen können.

Die gegenwärtig für obengenannte Technik verwendeten Keramikwerkstoffe sind außerdem nicht ausreichend verschleißfest. Verschleißfestere Keramik ist vorhanden, aber erfordert eine andere Verwendung.

Eine andere Variante zur Lösung des Problemes mit zwei Werkstoffen in einer Auskleidung, welche sich bei Erwärmung unterschiedlich ausdehnen, geht aus einem Beispiel einer Keramikauskleidung eines Stahlgehäuses hervor. Die Keramikplatten sind mit eingegoßenen Stahlhaltern versehen. Diese Halter sind am Stahlgehäuse festgeschweißt, sodaß ein gewisser Spalt zwischen dem Stahigehäuse und der Keramik entsteht. Der vom Spalt gebildete Raum wird mit einer Isolierung ausgefüllt. Auf diese Weise können die Keramik und das Stahlgehäuse bei unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden. Die beiden Seiten der Keramik nehmen beispielsweise eine Temperatur von 850ºC an, wogegen dem Stahlgehäuse eine Höchsttemperatur von beispielsweise 350ºC zugebilligt wird. Durch Kontrolle der vom jeweiligen Werkstoff angenommenen Temperatur wird ermöglicht, jedem Werkstoff dieselbe lineare Dehnung zu verleihen. Dies beinhaltet, daß sich beide Werkstoffe im selben Maße ausdehnen und keinerlei gegenseitige Verschiebungen zwischen den beiden Werkstoffen auftreten. Auch diese Lösung hat jedoch ihre Nachteile, da sich oben Erwähntes lediglich auf den ruhenden Zustand bezieht. Bei Erwärmungs- oder Abkühlungsvorgängen können Belastungen entstehen oder so kann ein staubansammelnder Spaltzuwachs in der Keramik entstehen.

Eine Aufstellung der Erfordernisse für eine Auskleidung kann erstellt werden mit der Aufgabe eine Lösung der oben beschriebenen Probleme zu erzielen. Es ist beispielsweise wünschenswert große, glatte durchgehende Flächen zu haben und gleichzeitig Nähte in der Keramikauskleidung zu vermeiden. Ein weiterer Wunsch ist, sowenige Berührungsstellen wie möglich zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse zu haben. Darüberhinaus ist es von Vorteil einen Spalt zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse vorzusehen. Auf diese Weise kann in dem Zyklone verwendenden Beispiel eine geringe Gasmenge entlang der Auskleidungsrückseite vorbeistreichen und der Rückseite die gleiche Temperatur wie der Vorderseite verleihen, um ein Temperaturgefälle quer durch das Auskleidungmaterial zu vermeiden. Mittels eines solchen Spaltes kann der zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse eindringende Staub auch den Spalt wieder verlassen.

Eine neue, für die Lösung obengenannter Probleme vorgesehene Konstruktion einer Keramikauskleidung wurde entwickelt. Der Lösungsgrundsatz eines solch allgemeinen Aufbaues ist jedoch, daß er für eine Mehrzahl technischer Gebiete Verwendung finden kann.

Zusammfässung der Erfindung

Die Erfidung kann kurz gesagt als eine Auskleidung eines Elementes beschrieben werden, das eine Außengehäuse mittels eines anderen Elementes bildet, welches eine innere Auskleidung des Gehäuses bildet, wobei die Werkstoffe der beiden Elemente verschiedene lineare Dehnungskoeffizienten haben. Die Auskleidung wird dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Ausdehnung beider Werkstoffe vorgesehen ist, von einem gemeinsamen Festpunkt auszugehen und daß sämtliche Berührungspunkte zwischen den beiden Elementen auf gedachten Kegeln oder mhereckigen Pyramiden liegen, wobei die Spitzen der Kegel oder Pyramiden mit dem Festpunkt zusammenfallen, sodaß die Berührungspunkte zwischen den beiden Elementen auf Kegelgeneratrixen zu liegen kommen, und daß den Berührungspunkten bei gegenseitigen linearen, von Temperaturveränderungen in einem der Elemente verursachten Verschiebungen ermöglicht wird, sich beliebig entlang der Generatrixen durch den entsprechenden Berührungspunkt zu bewegen.

Bei Erwärmung eines Körpers, der homogen ist und gleichmäßig erwärmt wird, bewegt sich jede Stelle des Körpers unter von Temperaturänderungen des Körpers verursachten linearen Verschiebungen entlang einer Linie, die von einem beliebigen Festpunkt innerhalb des Körpers ausgeht. Dies beinhaltet bei Betrachtung jeder Stelle des Körpers von diesem Festpunkt aus, als ob beispielsweise während einer Wärmedehnung des Körpers jede dem Körper zugehörige Stelle sich senkrecht nach außen von der festen Stelle bewegt. Die entsprechende Situation entsteht natürlich auch bei einem Zusammenziehen des Körpers, wo sich dann die Stellen nach innen gegen die feste Stelle bewegen. Die Verschiebung der Körperstellen in Längsrichtung ist direkt proportional zum Abstand der entsprechenden Stellen von der festen Stelle. Aus dem Gesagten folgt, daß ein homogener Körper während einer Dehnung oder eines Zusammenziehens dieselbe Form und Proportionen behält. In dieser Konstruktion ist interessant, was geschieht, wenn ein Körper an einer Stelle an der Oberfläche oder der Innenseite des Körpers festgehalten wird. Wenn der Körper auf diese Weise festgehalten wird, erhält jeder Schnitt durch den Körper mit verändertem Volumen eine einheitliche Kopie des entsprechenden Schnittes durch den Körper vor der Volumenveränderung mit der festen Stelle in einer entsprechenden unveränderten Lage.

Die oben beschriebenen, bekannten physikalischen Grundlagen können dazu benutzt werden, die Probleme der Auskleidungen zu lösen. Wie erwähnt ist es wünschenswert, beispielsweise größere Abschnitte von Keramik als Auskleidung gemäß dem Beispiel oben zu haben. Erfindungsgemäß ist es möglich eine Keramikauskleidung als eine Einheit oder in großen Abschnitten zu schaffen, wobei die Auskleidung so ausgeführt ist, daß sämtliche Außenflächen, die als Stützpunkte wirken und irgendwie das auszukleidende Gehäuse berühren sollen, auf der Mantelfläche eines gedachten Kegels liegen. Dieser Kegel bildet dann eine Grenzfläche für diese Stützpunkte. Auf die gleiche Art wird die innenseite des Kegels ausgeführt, sodaß diese Stützpunkte für die Auskleidung bildet, wobei sämtliche Stützpunkte auch auf der Mantelfläche eines gedachten Kegels liegen. Diese gedachten Kegel für die Stützpunkte für die Auskleidung sowie für die Stützpunkte für das Gehäuse können zusammenfallen, d.h. sie bilden ein und denselben Kegel mit einer gemeinsamen Spitze. Darüberhinaus sind sowohl die Auskleidung und das Gehäuse an dieser gedachten Kegelspitze befestigt. Bei gegenseitigen Wärmeveränderungen des Volumens zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse werden die Stützpunkte dann gegeneinander entlang der Mantelfläche auf dem gedachten Kegel verschoben. Genauer gesagt gleitet jeder einzelne Stützpunkt entlang einer Generatrixe des Kegels. Der einzige Punkt, der grundsätzlich keine Bewegung aufgrund von Wärmeverschibungen der Werkstoffe erfährt ist die feste für das entsprechende Element gemeinsame Stelle.

Der beschriebene Grundsatz der Konstruktion einer Auskleidung kann auf sämtlichen technischen Gebieten Anwendung finden, wo Wärmeverschiebungen von untereinander irgendwie verbundenen Werkstoffen geschehen. Er kann sich beispielsweise auf die Auskleidung von Rohren aus verschleißfesten Werkstoffen wie entblößten Krümmern, Endpunkten und ähnlichem beziehen.

Obig Geschildertes kann natürlich umgekehrt werden, sodaß eine Auskleidung außerhalb eines von der Auskleidung gemäß dem gleichen Grundsatz umschlossenen Elementes verlegt wird. Die Erfindung ist außerdem nicht auf zwei Werkstoffe begrenzt. Derselbe Grundsatz kann auch Verwendung finden, wenn mehr als zwei Werkstoffe einander beschichten sollen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Keramikauskleidung eines Stahlmantels für die Verwendung in einem Zyklon für die Reinigung von Rauchgasen. Die Auskleidung ist in mehrere Abschnitte unterteilt,

Figur 2 veranschaulicht einen Schnitt durch einen Teil der Stützvorrichtung für die Keramikauskleidung gemaß Figur 1,

Figur 3 veranschaulicht einen Querschnitt durch einen Stützbügel entlang Schnitt A-A in Figur 1, und

Figur 4 zeigt die Ausführung der Verbindung zwischen dem Oberteil der Auskleidung und dem Gehäuse.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen werden nachfolgend eine Reihe vorgezogener Ausführungen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie bereits erwähnt ist der Grundsatz für eine erfindungsgemaße Auskleidung für verschiedene technische Gebiete verwendbar. Nachstehend werden lediglich Beispiele von Keramikauskleidungen beschrieben, aber das verwendete technische Prinzip kann leicht auf die naheliegende, für die Lösung der Auskleidung verwendete Technik übertragen werden.

Eine Auskleidung eines Zyklons in einer Rauchgasanlage zeigt Figur 1. Eine Keramikauskleidung 1 ist in einem Stahlgehäuse 2 eingeschlossen. Das Stahlgehäuse bildet einen Zyklontrichter und/oder den konischen Unterteil eines Zyklontrichters. Da das Stahigehäuse hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wird es bei ungefähr 850ºC aufgrund des heissen, strömenden Gaswirbels ausgekleidet. Das Gas im Wirbel enthält darüberhinaus hochverschleißende Teilchen. Ohne eine Auskleidung würde der Werkstoff im Stahigehäuse schnell verschlissen und verformt.

Die Keramik der Auskleidung kan einteilig sein oder, wie in der vorgezogenen Ausführung, aus verschiedenen Abschnitten 1a, 1b, 1c bestehen, die übereinander gestapelt sind. Jeder Abschnitt 1a, 1b, 1c besteht aus einem Rohrstück mit einer inneren zylindrischen oder konischen Mantelfläche. Der entsprechende Abschnitt kann außen eine beliebige Form im Rahmen des zugänglichen Raumes und der gegebenen Funktion erhalten.

Die Endflächen der Rohrabschnitte sind mit guter Planität versehen, um die Rohrabschnitte übereinander zu stapeln und gute Dichtigkeit zwischen den Fugen zu schaffen. Die Rohrabschnitte liegen lose aufeinander und jeder einzelne Rohrabschnitt wird lediglich konstruktiongemäß von den Schwerkräffen der oberhalb liegenden Rohrabschnitte beaufschlagt, da die Keramik ein größeres Vermögen hat Druckkräften zu widerstehen als beispielsweise Zugbeanspruchungen. Die jeweilige Abschnittslänge liegt zweckmaßigerweise zwischen 700 mm und 900 mm, aber hat keinerlei Bedeutung als zu einer praktisch hantierbaren Lösung der Installation und Nachstellung beizutragen.

Die Keramikrohrabschnitte 1a, 1b, 1c müssen nicht vor Ort gefertigt werden und können somit aus einem beliebigen Werkstoff bestehen. Es ist durchaus möglich den meist verschleißfesten och hochfesten Werkstoff zu wählen. Als Beispiel solcher Werkstoffe könnnen Siliziumkarbid, SiC, oder Sliziumnitride, SiN, genannt werden.

Jeder Keramikrohrabschnitt ist außen mit mindestens zwei rohrartigen, konischen Abschnitten 3a - 3c versehen, sodaß die Grenzfläche jedes dieser konischen Abschnitte einen Kegelstumpf bildet. Diese konischen Abschnitte werden so gewählt, daß sämtliche Generatrixen 4a - 4e entlang der Mantelfläche jedes Kegelstumpfes, der die konischen Abschnitte der Rohrabschnitte bildet, sich an ein und derselben Stelle, Festpunkt 5 genannt, schneiden. Die konischen Abschnitte sind zweckmaßigerweise an den Enden der entsprechenden Rohrabschnitte angeordnet, mit Ausnahme des Rohrendes, an dem die Keramikauskleidung gestützt wird, dessen Ausführung des Endes des entsprechenden Rohrabschnittes gesondert weiter unten beschrieben wrid. Wird die Keramikauskleidung als ein zusammenhängender Abschnitt gefertigt, ist an sich ein konischer Außenabschnitt 3e ausreichend, jedoch kann die Anzahl den Umständen entsprechend beliebig gewählt werden.

In Höhe mit jedem der obengenannten konischen Abschnitte 3a-3e weist das umgebende Stahlgehäuse 2 eine Anzahl radialer Stützen 6a-6e auf. Für jeden dieser verschiedenen Ebenen sind die radialen Stützen in einem Ring um das Stahlgehäuse herum angeordnet, wobei ein solcher radialer Stützenring als Seitenstütze für die Keramikauskleidung dient, indem jeder konischer Abschnitt der Auskleidung im Prinzip mit einem zugehörigen radialen Stützenring Berührung aufnimmt. Die radialen Stützen 6a können so gewinkelt sein, daß die Längsachse 7a durch die entsprechende radiale Stütze senkrecht zur angrenzenden Generatrix 4a des zugehörigen konischen Abschnittes der Auskleidung liegt, wie aus den Figuren hervorgeht. Da eine solche Ausführung größeren Aufwand bei der Herstellung erfordert, ist es zweckmaßiger, daß lediglich die Berührungsflächen der Stützen 6a-6e parallel zu einer Tangentialebene durch die Generatrixen des zugehörigen konischen Auskleidungabschnittes angeordnet werden. Auf diese Weise kann die Notwendigkeit einer genauen Ausrichtung der Längsachsen der radialen Stützen umgangen werden.

Der unterste 1a der Rohrabschnitte der Keramikauskleidung ist mit einem Kragen 8 versehen, mit gewissem Abstand oberhalb des untersten Rohrendes mit einem größeren Außendurchmesser als der Außendurchmesser dieses Rohrabschnittes unterhalb des Kragens. Dieser Kragen hat eine im wesentlichen horizontale Unterseite.

Im unteren Teil des Stahlgehäuses mit gewissem Abstand unter der Ebene des Kragens 8, geht das Stahlgehäuse in einen konischen/zylindrischen Abschnitt mit kleinerem Außendurchmesser über. An diesem Übergang ist ein im wesentlichen horizontaler Vorsprung 9 im Stahlgehäuse ausgebildet (siehe Figur 2). Auf diesem Vorsprung liegt ein kreiserunder Stützring 10 mit einem an eine Ringhälfte eines Radiallager erinnernden Aussehens auf. Der Stützring 10 hat eine umlaufende kreisrunde und nach oben und einwärts sowie gegen die Ringmitte gerichtete, schalenförmige Fläche 11.

Zum Stützen der Keramikauskleidung 1 sind eine Anzahl Stützelemente 12 (hier weiter biegsame Stützen genannt) in einem Ring zwischen der Keramikauskleidung 1 und dem Stahlgehäuse 2 angeordnet. Jede biegsame Stütze 12 liegt mit ihrem unteren Ende auf einem abgerundeten Teil der Keramikauskleidung auf, der im Winkel zwischen dem untersten Hals der Keramikauskleidung und dem Kragen 8 ausgebildet ist. Mittels dieser Aufhängung tragen die biegsamen Stützen 12 das Gewicht der Keramikauskleidung 1 und überführen dieses Gewicht an den Stützring 10 und danach auf den Vorsprung 9 des Stahlgehäuses 2.

Die Absicht der losen biegsamen Stützen 12 ist eine genaue Zentrierung der Keramikauskleidung 1 im Stahlgehäuse 1 zu erreichen, sodaß die Symmetrieachsen der Keramikauskleidung 1 und des Stahlgehäuses 2 zusammenfallen und durch den oben genannten Festpunkt 5 verlaufen. Wenn beispielsweise das Stahlgehäuse 2 sich gegenüber der Auskleidung 1 in größerem Umfang ausdehnt, werden die unteren Stützbeine der entsprechenden biegsamen Stützen horizontal von der Mitte nach außen verlagert, wobei die biegsamen Stützen 12 dann eine etwas mehr nach innen neigende Lage als vorher einnehmen. Auf diese Weise senkt sich die Auskleidung geringfügig gegenüber dem Stahlgehäuse, aber die Auskleidung verbleibt nach wie vor zentriert durch die gleichbleibende Wirkung von sämtlichen biegsamen Stützen.

Zum Stützen der Keramikauskleidung und um eine gleichmaßige Druckaufnahme vom Kragen 8 der Auskleidung zu erreichen, werden die vertikale und horizontale Lage des Stützringes 10 verstellt mittels sowohl horizontaler Stellschrauben 13 durch die Wand des Stahlgehäuses und senkrechten Stellschrauben 14 durch den Vorsprung 9.

Die biegsamen Stützen 12 sind als Bügel mit unten abgerundeten Bügelschenkeln ausgeführt, die auf der schalenförmigen Fläche 11 aufliegen. Die biegsamen Stützen sind gleichfalls oben abgerundet zur Anpassung an das schalenförmige Profil unter dem Kragen der Auskleidung. Die biegsamen Stützen 12 sind nahe einander angeordnet, sodaß jeder Bügelschenkel einer biegsamen Stütze seitwärts gegen eine angrenzende biegsame Stütze eines solchen Stützringes anliegt.

Das erfindungsgemaße Hauptprinzip besteht darin, daß zwei verschiedene Werkstoffe in der Keramik bezw. im Stahlgehäuse einen gemeinsamen Punkt haben sollen, von wo jegwede von Temperaturschwankungen verursachte lineare Ausdehnung oder jegliches Zusammenziehen für die verschiedenen Werkstoffe ausgeht. In der vorliegenden Erfindung sind die Auskleidung und das Stahlgehäuse vorgesehen einen Punkt zu enthalten, der der einzige gemeinsame und bei gegenseitigen Temperaturverschiebungen zwischen den beide Werkstoffen zusammenfallende Punkt ist. Dieser Punkt ist dergleiche wie obenerwähnter Festpunkt 5. Der Festpunkt 5 ist in diesem Falle im Schnittpunkt zwischen einer Ebene 15 durch die Unterseite des Keramikkragens 8 und der gemeinsamen Drehachse für das Stahlgehäuse 2 und die Auskleidung 1. Während einer Temperaturverschiebung können die beiden Werkstoffe aus diesem Festpunkt verschoben werden, d.h., daß die Ebene 15 durch den Kragen der Auskleidung sich nicht in senkrechter Richtung verschieben kann. Wenn das Stahlgehäuse in größerem Maße als die Auskleidung sich dehnt, nehmen die biegsamen Stützen ein etwas mehr nach innen gerichtete Lage ein und lassen die Auskleidung sich etwas senken. Diese senkrechte Senkung der Auskleidung hat jedoch nur geringe Bedeutung und ist unwesentlich. Im Falle einer Keramikauskleidung erfahren die biegsamen Stützen auch eine größere lineare Dehnung als die Keramik, wodurch sich die senkrechten Bewegungen untereinander ausgleichen.

Im Falle gegenseitiger Volumenveränderungen aufgrund von Temperaturschwankungen können sich die beiden Werkstoffe, das Stahlgehäuse und die Auskleidung, untereinander bewegen, da die konischen Abschnitte 3a-3e entlang den radialen Stützen an den obengenannten Generatrixen 4a-4e gleiten können, die am Festpunkt 5 zusammenlaufen. Dies geschieht unabhängig davon, welcher der beiden Werkstoffe sich dehnt oder zusammenzieht. Der Auskleidungswerkstoff erfährt keinerlei Beanspruchungen. Dies gilt unter der Voraussetzung, daß die beiden Werkstoffe homogen sind und nicht von Restbeanspruchungen beaufschlagt werden.

Zwischen der Auskleidung 1 und dem Gehäuse 2 entsteht ein natürlicher Spalt 16, der einer geringen Gasmenge erlaubt entlang dieses Raumes durch den Spalt 18 zu strömen. Auf diese Weise erhält die Außenseite der Auskleidung dieselbe Temperatur wie deren Innenseite. Auch dieser Umstand trägt dazu bei die Gefahr eines im Auskleidungwerkstoff entstehenden Temperaturgefälles und der Gefahr von Beanspruchungen in diesem zu verringern.

Da das Gas auch Staub enthält, liegt ein Risiko vor, daß dieser Staub den raum im Spalte 16 zusetzt. Ein Spalt 17 ist am unteren Ende der Auskleidung vorgesehen, durch welchen Gas und Staub abfließen können. Am oberen Teil des Spaltes 16 ist der Gasdruck höher als im unteren Teil und läßt Staub aus dem Raum zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse durch den unteren Spalt 17 herausblasen. Die Breite dieses Spaltes 17 kann beliebig gewählt werden, indem die abwärts gekehrte Kehle unter dem Kragen 8 der Auskleidung länger oder kürzer gestaltet wird.

Die biegsamen Stützen 12 sind bewußt als Bügel ausgeführt worden und damit bilden sich Öffnungen, in diesem Falle zwischen den Bügelschenkeln und zwischen den biegsamen Stützen. Dies ermöglicht dem Gas und dem Staub im Spalte 16 den Ring aus biegsamen Stützen zu passieren und aus dem unteren Spalte 17 auszuströmen.

Im oberen Teil der Auskleidung ist ein Spalt 18 ausgebildet. Wie aus Figur 4 hervorgeht, kann das Stahigehäuse 2 mit einem inneren Kragen versehen werden, der über die Auskleidungskante als Lippe 2a herabhängt, zwischen welcher Lippe und dem obersten Auskleidungsende der obere Spalt 18 gebildet wird. Da sowohl die Innenseite des Auskleidungrohrendes und die Auskleidungusßenseite der überhängenden Lippe 2a im Winkel zum Auskleidungsende in Richtung zum Festpunkt 5 stehen, behält der Spalt 18 dieselbe Breite auch im Falle von Temperaturverschiebungen der beiden Werkstoffe. Die Breite dieses Spaltes 18 kann beliebig gewählt werden.

In einer alternativen Ausführung der erfindungsgemaßen Keramik wird ermöglicht zwei verschiedene Keramiksorten in der Auskleidung zu verwenden. So kann beispielsweise ein billigerer Werkstoff mit geringerer Verschleißfestigkeit, jedoch mit größerer Festigkeit bei größeren Körpervolumen als Außenrahmen in einer Auskleidung wie oben verwendet werden. Die Rahmeninnenseite wird dann mit kleinen Platten einer anderen Keramik mit den gewünschten Eigenschaften, beispielsweise Verschleißfestigkeit, beschichtet. Platten aus beispielsweise Siliziumkarbid können dabei innenseitig einen Rahmen aus Aluminiumoxyd beschichten.


Anspruch[de]

1. Auskleidung eines Gehäuses (2), beispielsweise eines Zyklongehäuses in einer Reinigungsanlage für staubhaltige Gase, mittels einer Auskleidung (1) aus einem anderen Werkstoff mit einem linearen Dehnungskoeffizienten, der sich von dem des Werkstoffes des Gehäuses (2) unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (1) eine oder mehrere Rohrabschnitte (1a-1c) umfaßt, die ein mit an der Außenseite konischen Abschnitten (3a-3c) versehenes, ununterbrochenes Rohr bilden, das jeweils eine als Kegelstumpf ausgebildete Mantelfläche hat und wo sich die Generatrixen (4a-4e) entlang dieser konischen Abschnitte an einem Ende am selben Festpunkt (5) untereinander schneiden, die konischen Abschnitte (3a-3e) auf radialen, am Gehäuse (2) um die Auskleidungherum vorgesehenen Stützen (6a-6e) aufliegen, Berührungspunkte zwischen den konischen Abschnitten (3a-3e) und den radialen Stützen (6a-6e) geschaffen werden, wobei diese Berührungspunkte entlang einer der Generatrixen (4a-4e) der konischen Abschnitte (3a-3e) verlegt sind, und daß die Auskleidung (1) vom Gehäuse (2) mittels sich neigender Stützen (12) beweglich gestutzt wird.

2. Auskleidung gemaß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungspunkte, die die konischen Abschnitte (3a-3e) mit den radialen Stützen (6a-6e) bilden, bei Wärmevolumenveränderungen der Auskleidung (1) und/oder des Gehäuses (2) entlang den Generatrixen (4a-4e) gleiten.

3. Auskleidung gemaß Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausideidung (1) aus einem keramischen Werkstoff oder aus emer Kombination von mindestens zwei verschiedenen keramischen Werkstoffen besteht.

4. Auskleidung gemaß Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (1) die innere Beschichtung einer Rauchgasreinigungsanlage oder einer anderen Vorrichtung bildet, die von heißen Gasen mit oder ohne Staubbeimengungen passiert wird.

5. Auskleidung gemaß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (1) die innere Beschichtung einer Rauchgasreinigungsanlage einer PFBC Kraftanlage bildet.

6. Auskleidung gemaß irgendeinem der vorausgehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungsbefestigung die Auskleidung (1) im wesentlichen mit Druckbeanspruchungen belastet.

7. Auskleidung gemäß irgendeinem der vorausgehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (1) von einer Anzahl in Ringform angeordneten sich neigenden Stützen (12) gestützt wird, deren oberes Ende auf einer tassenähnlichen Fläche in einem Kragen (8) um die Auskleidung abstützt und deren unteres Ende auf einer tassenähnlichen Fläche (11) in einem kreisförmigen, vom Gehäuse (2) gehaltenen Stützring (10) abstützt, sodaß die Auskleidung mit dem für die Auskleidung (1) und das Gehäuse (2) gemeinsamen Festpunkt (5) unabhängig von Temperaturschwankungen in den Werkstoffen der Auskleidung (1) und des Gehäuses (2) zentriert gehalten wird.

8. Auskleidung gemaß Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das obere bezw. das untere Ende der Auskleidung (1) zum Gehäuse (2) hin mit einem Spalt (17, 18) versehen ist, welcher Spalt die Größe eines Teilstromes des innerhalb der Auskleidung strömenden Mediums reguliert, welcher Teustrom abgeleitet wird um den Spalt (16) zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse zu überqueren.

9. Auskleidung gemaß Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sich neigenden Stützen (12) so ausgebildet sind, daß sich Öffnungen im Ringe der sich neigenden Stützen bilden, und daß die obere und untere Berührungsflächen der sich neigende Stützen abgerundet sind.

10. Auskleidung gemaß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche der jeweiligen radialen Stütze (6a-6e) mit der Auskleidung (1) vorgesehen ist parallel zur Generatrix zu verlaufen, an welcher der jeweilige Berührungspunkt liegt.

11. Auskleidung gemaß Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik der Auskleidung (1) aus Siliziurnnitrid oder Siliziurnkarbid oder Aluminiumoxyd oder aus einer Kombination irgendeines dieser Werkstoffe besteht.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com