DE102010006349A1 - Hot gas ventilator, particularly for recirculation of high gas flow in heat treatment plants with heat transfer on heat treatment materials by highly forced convection, has rotor with two impellers for two pressure ranges - Google Patents

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Abstract

The hot gas ventilator has a rotor with two impellers for two pressure ranges that are connected one after another, where the impellers are rotated on a shaft (1). The impellers are formed as radial ventilators. The former impeller has a large diameter than the latter impeller. The former impeller sucks the conveyed gas volume flow from a suction chamber.

Description

Heißgasventilatoren, wie z. B. in DE 100 22 788 B4 oder DE 33 46 987 C2 beschrieben, werden in Thermoprozessanlagen bei hohen Gastemperaturen bis zu 1.000°C zur Umwälzung von Gasströmen und Erzeugung eines hohen konvektiven Wärmeübergangs eingesetzt.Hot gas fans, such. In DE 100 22 788 B4 or DE 33 46 987 C2 described in thermal processing plants are used at high gas temperatures up to 1000 ° C for the circulation of gas streams and generation of a high convective heat transfer.

Die Laufräder sind Blech-Schweißkonstruktionen aus hochhitzebeständigen Legierungen, die bei hohen Temperaturen zum Kriechen neigen.The impellers are sheet-metal welded constructions made of highly heat-resistant alloys that tend to creep at high temperatures.

Da mit steigender Temperatur die Gasdichte und damit auch der Förderdruck der Ventilatoren abnimmt, sind bei höheren Temperaturen höhere Umfangsgeschwindigkeiten der Ventilatoren erforderlich, um trotz der geringen Gasdichte höhere Drücke zu erzielen. Dies ist aber nicht möglich, da die Festigkeitsbeanspruchung eines Ventilators mit dessen Umfangsgeschwindigkeit quadratisch zunimmt und außerdem die Werkstofffestigkeit mit steigender Temperatur abnimmt.Since with increasing temperature, the gas density and thus the delivery pressure of the fans decreases, higher peripheral speeds of the fans are required at higher temperatures to achieve higher pressures despite the low gas density. However, this is not possible because the strength load of a fan with its peripheral speed increases quadratically and also decreases the material strength with increasing temperature.

Daher wird, wie z. B. nach DE 38 304 43 A , versucht, Ventilatorlaufräder oder besonders hoch beanspruchte Teile von Ventilatorlaufrädern, wie z. B. Schaufeln, aus keramischen Werkstoffen herzustellen, die auch bei sehr hohen Temperaturen von 1.000°C und mehr noch hohe Festigkeiten besitzen. Diese Entwicklungen sind jedoch noch in den Anfängen und daher, was Bauteilzuverlässigkeit und insbesondere Bauteilgröße betrifft, auf absehbare Zeit noch nicht industriell einsetzbar.Therefore, such. B. after DE 38 304 43 A , trying to fan wheels or particularly high-stress parts of fan impellers, such. As blades, made of ceramic materials that have even at very high temperatures of 1000 ° C and more high strength. However, these developments are still in their infancy and therefore, in terms of component reliability and especially component size, not yet industrially applicable for the foreseeable future.

Um mit metallischen Heißgas-Radialventilatoren nach dem Stand der Technik dennoch höhere Drücke zum schwebend Führen schwerer Metallbänder bei höheren Temperaturen – z. B. Kupferbänder mit einer Dicke > 2 mm bei Temperaturen von 870°C – zu erreichen, werden nach DE 10 2006 056 518 A1 Radialventilatoren in bekannter Weise hintereinandergeschaltet. Dabei dient z. B. ein größerer Radialventilator als erste Druckstufe und ein in einem Teilstrom des Förderstroms dieses Ventilators mit diesem in Reihe geschalteter weiterer Radialventilator zur Versorgung der unteren Schwebedüsen als zweite Druckstufe, während der restliche Förderstrom des ersten Ventilators die Schwebedüsen oberhalb des Bandes direkt versorgt, da diese nach Lehre der erwähnten Druckschrift einen niedrigeren Düsendruck benötigen als die Schwebedüsen unterhalb des Bandes.However, with prior art metallic hot gas centrifugal fans, higher pressures for floating heavy metal bands at higher temperatures - e.g. B. copper strips with a thickness> 2 mm at temperatures of 870 ° C - to be, after DE 10 2006 056 518 A1 Centrifugal fans connected in series in a known manner. It serves z. B. a larger centrifugal fan than the first pressure stage and in a partial flow of the flow of this fan in series with this further radial fan for supplying the lower floating nozzles as a second pressure level, while the remaining flow of the first fan, the floating nozzles above the belt directly supplied, as these after teaching the mentioned document require a lower nozzle pressure than the floating nozzles below the belt.

Bei dieser Ausführungsform nach DE 10 2006 056 518 A1 ist nachteilig, dass die Düsendrücke für obere und untere Schwebedüsen trotz zwei Ventilatoren je Anlagensektion nicht getrennt voneinander verstellt werden können und die Aufteilung der Ströme hinter dem ersten Ventilator eine komplizierte und außerdem wegen der bei hohen Temperaturen größeren Materialdehnung nur mit hohem Aufwand zu realisierende Kanalführung erfordert.According to this embodiment DE 10 2006 056 518 A1 is disadvantageous that the nozzle pressures for upper and lower floating nozzles despite two fans per system section can not be adjusted separately and the division of the currents behind the first fan requires a complicated and also because of the higher material at high temperatures material expansion only with great effort to realize channel management ,

Eine weitere Ausführungsform nach DE 10 2006 056 518 A1 weist hinter dem ersten Ventilator, dessen Förderstrom aufgeteilt wird, je einen Ventilator für oberes und unteres Düsenfeld als jeweils zweite Druckstufe auf. Dadurch wird die Veränderung der Düsendrücke für obere und untere Schwebedüsen zwar etwas verbessert, zusätzlich nachteilig ist aber, dass nicht nur zwei sondern drei Durchdringungen der Ofenwand zum Einbau von Ventilatoren erforderlich sind, wobei die Ventilatoren alle über eine gesonderte Lagerung und gesonderte Antriebe verfügen.Another embodiment according to DE 10 2006 056 518 A1 has behind the first fan, the flow is divided, depending on a fan for upper and lower nozzle array as each second pressure stage. Although this somewhat improves the change in the nozzle pressures for upper and lower floating nozzles, it is additionally disadvantageous that not only two but three penetrations of the furnace wall are required for the installation of fans, the fans all having separate bearings and separate drives.

Wenn bei einem Schwebeofen aus Gründen besserer Planität der beim Glühprozess erweichten Metallbänder auch höhere Drücke für die Schwebedüsen oberhalb des Bandes gefordert sind, wären nach der Lehre dieser Druckschrift, die für jede Druckstufe einen separaten Ventilator verwendet, sogar vier separate Ventilatoren und vier Ofendurchdringungen je Anlagensektion erforderlich, die nicht nur höhere Kosten und größeren Wartungsaufwand erfordern, sondern auch zusätzliche, große Wärmebrücken darstellen und außerdem den konstruktiven Aufwand für die Strömungsführung im Ofen erheblich steigern.If, for reasons of better planarity, the metal strips softened during the annealing process are also required to have higher pressures for the floating nozzles above the strip, then according to the teaching of this document, which uses a separate fan for each pressure stage, there would even be four separate fans and four furnace penetrations per plant section required, which not only require higher costs and greater maintenance, but also represent additional, large thermal bridges and also significantly increase the design effort for flow guidance in the oven.

Daher besteht die Aufgabe, einen Heißgasventilator zu schaffen, der die beschriebenen Nachteile nicht aufweist und nicht für jede Druckstufe eine Ofenwanddurchdringung erfordert. Dies wird dadurch erreicht, dass der Rotor des Heißgasventilators mindestens zwei Ventilatorlaufräder auf der gleichen Welle aufweist, die als hintereinandergeschaltete Druckstufen arbeiten.Therefore, the object is to provide a hot gas fan, which does not have the disadvantages described and does not require a Ofenwanddurchdringung for each pressure stage. This is achieved in that the rotor of the hot gas fan has at least two fan impellers on the same shaft, which operate as series-connected pressure stages.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der 1 und 2 näher erläutert.In the following the invention with reference to an embodiment and the 1 and 2 explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

1 eine Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform im Querschnitt 1 a view of an exemplary embodiment in cross section

2 schematisch die Druck-, Volumenstrom-Kennlinie des Heißgasventilators nach 1 2 schematically the pressure, volume flow characteristic of the hot gas fan after 1

Auf der Rotorwelle (1), die auf der kalten Seite des in 1 nur angedeuteten wärmeisolierten Ventilatorstopfens (2) gelagert ist, sind die beiden Ventilatorräder (5, 11) befestigt. Zwischen den beiden Ventilatorrädern (5, 11) befindet sich das mittels Haltestangen (10) am Ventilatorstopfen (2) befestigte, mit der Ansaugdüse für das zweite Ventilatorlaufrad (11) ausgestattete Abschlußblech (9), das auf seiner dem ersten Ventilatorlaufrad (5) zugewandten Seite den radialen Leitapparat (8) trägt.On the rotor shaft ( 1 ), which are on the cold side of the in 1 only indicated heat-insulated fan plug ( 2 ), the two fan wheels ( 5 . 11 ) attached. Between the two fan wheels ( 5 . 11 ) is by means of handrails ( 10 ) on the fan plug ( 2 ), with the intake fan for the second fan impeller ( 11 ) equipped end plate ( 9 ), which on its first fan impeller ( 5 ) facing the radial guide vane ( 8th ) wearing.

Die Haltestangen (10) können z. B. durch Profilierung so gestaltet sein, dass die Abströmung vom Ventilatorrad (11) kaum gestört wird.The handrails ( 10 ) can z. B. be designed by profiling so that the outflow from the fan wheel ( 11 ) is hardly disturbed.

Es ist auch möglich, Teile des am Stopfen (2) befestigten Abströmgehäuses (13) des Rades (11) als Halterung für das Abschlußblech (9) zu nutzen. Diese Lösung ist in der 1 nicht dargestellt.It is also possible to remove parts of the plug ( 2 ) attached outflow housing ( 13 ) of the wheel ( 11 ) as a holder for the end plate ( 9 ) to use. This solution is in the 1 not shown.

Das Abdeckblech (9) kann mit den beiden Ventilatorlaufrädern (5, 11) gemeinsam mit dem Ventilatorstopfen (2) in Achsrichtung der Rotorwelle (1) aus der Wand (3) der Wärmebehandlungsanlage ausgebaut werden. Das Abdeckblech (9) wird mittels der umlaufenden Dichttasche (12), in die eine Dichtschnur eingelegt sein kann, gegen das ofenfeste Abströmgehäuse (13) des zweiten Ventilatorrades abgedichtet.The cover plate ( 9 ) can with the two fan impellers ( 5 . 11 ) together with the fan plug ( 2 ) in the axial direction of the rotor shaft ( 1 ) from the wall ( 3 ) of the heat treatment plant are removed. The cover plate ( 9 ) is by means of the circumferential sealing bag ( 12 ), in which a sealing cord can be inserted, against the oven-fixed outflow housing ( 13 ) of the second fan wheel sealed.

Mit dem Abströmgehäuse (13) ist das rotationssymmetrische Abströmgehäuse (6) des ersten Ventilatorrades (5) fest verbunden. In der Regel ist das Abströmgehäuse des zweiten Ventilatorlaufrades (13) ein Spiralgehäuse.With the discharge housing ( 13 ) is the rotationally symmetrical outflow housing ( 6 ) of the first fan wheel ( 5 ) firmly connected. As a rule, the outflow housing of the second fan impeller ( 13 ) a spiral housing.

Je nach gewählter Kombination der Laufradtypen für die Ventilatorräder (5) und (11) kann auch das zweite Ventilatorlaufrad (11) von einem ringartigen Leitapparat umgeben sein, der zugleich das Abschlußblech (9) mit dem Stopfen (2) verbindet. Diese Lösung wird man wählen, wenn eine mehrseitige Abströmung vom Rotor des Heißgasventilators besondere Vorteile bietet.Depending on the selected combination of impeller types for the fan wheels ( 5 ) and ( 11 ), the second fan impeller ( 11 ) be surrounded by a ring-like diffuser, which at the same time the end plate ( 9 ) with the stopper ( 2 ) connects. This solution will be chosen if a multi-sided outflow from the rotor of the hot gas fan offers particular advantages.

Je nach gewählten Ventilatorlaufradtypen sind auch andere, hier nicht beschriebene Lösungen für die Abströmgehäuse möglich. Wesentlich für die her beispielhaft beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist, dass der Teil des Abströmgehäuses des ersten Ventilatorlaufrades (im Beispiel als Abschlussblech (9) bezeichnet), aus dem die Zuströmung zum zweiten Ventilatorlaufrad erfolgt, am Ventilatorstopfen befestigt ist und mit diesem gemeinsam ausgebaut werden kann.Depending on the selected Lüfterlaufradtypen other, not described solutions for the Abströmgehäuse are possible. Essential for the exemplary embodiment of the invention described here is that the part of the outflow housing of the first fan impeller (in the example as end plate ( 9 ) referred to, from which the inflow to the second fan impeller, is attached to the fan plug and can be expanded together with this.

Der Strömungsverlauf wird für die beispielhaft genauer beschriebene Ausführung in 1 durch die Strömungspfeile (4) verdeutlicht. Das Ventilatorlaufrad (5) saugt durch die Ansaugdüse (6a) den zu fördernden Volumenstrom aus dem Saugraum (14) an. Die Abströmung erfolgt vom Ventilatorrad (5) radial in das rotationssymmetrische Abströmgehäuse (6). Die beachtliche Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung dieser Abströmung wird mittels des ringförmigen Leitschaufelapparates (7) in axiale Richtung umgelenkt, wodurch der statische Druck steigt. Eine weitere Umlenkung, durch die der statische Druck weiter gesteigert wird, erfolgt mit den ebenfalls ringförmig angeordneten Leitschaufeln (8) im Abströmteil des Gehäuses für das erste Ventilatorlaufrad, so dass die Zuströmung zum zweiten Ventilatorrad (11) gleichmäßig und annähernd drallfrei erfolgt.The course of the flow is described for the embodiment described in more detail by way of example 1 through the flow arrows ( 4 ) illustrates. The fan impeller ( 5 ) sucks through the suction nozzle ( 6a ) the volume flow to be pumped from the suction space ( 14 ) at. The outflow takes place from the fan wheel ( 5 ) radially into the rotationally symmetrical outflow housing ( 6 ). The considerable velocity component in the circumferential direction of this outflow is achieved by means of the annular vane apparatus (US Pat. 7 ) deflected in the axial direction, whereby the static pressure increases. Another deflection, by which the static pressure is further increased, takes place with the annularly arranged guide vanes (FIG. 8th ) in the outflow part of the housing for the first fan impeller, so that the inflow to the second fan impeller ( 11 ) takes place evenly and almost without twisting.

Die Abströmung des zweiten Ventilatorrades (11) erfolgt im Falle der beispielhaften Ausführung nach 1 günstig in einem 360°-Spiralgehäuse, in dem eine weitere Drucksteigerung durch die verlustarme Verzögerung der Ventilatorabströmung erfolgt.The outflow of the second fan wheel ( 11 ) takes place in the case of the exemplary embodiment 1 favorable in a 360 ° spiral housing in which there is a further increase in pressure due to the low-loss delay of the fan outflow.

Wie das schematische Kennliniendiagramm 2 zeigt, wird durch den Betrieb der beiden Ventilatorräder hintereinander, also in Reihenschaltung, eine beachtliche Drucksteigerung erreicht.Like the schematic characteristic diagram 2 shows, by the operation of the two fan wheels one behind the other, ie in series, achieved a considerable increase in pressure.

Dabei ist es wichtig, für das erste Ventilatorrad (6) einen Radialventilatortyp auszuwählen, der für den Betrieb in einem rotationssymmetrischen Abströmgehäuse geeignet ist, der bei möglichst hoher Druckerhöhung eine ausreichend hohe Volumenförderung, gekennzeichnet durch die Lieferzahl

Figure 00050001
(V . = Volumenstrom, D = Laufraddurchmesser, u = Umfangsgeschwindigkeit), aufweist und dessen Schaufelform der Fliehkraftbeanspruchung Stand hält.It is important for the first fan wheel ( 6 ) to select a type of centrifugal fan, which is suitable for operation in a rotationally symmetrical outflow housing, which at the highest possible pressure increase a sufficiently high volume promotion, characterized by the delivery number
Figure 00050001
(V = volume flow, D = impeller diameter, u = peripheral speed), and its blade shape of the centrifugal force holds state.

Das zweite Ventilatorrad kann dann ein Radialventilatorradtyp sein, der zur Erzielung einer großen Druckerhöhung auf ein 360°-Spiralgehäuse angewiesen ist. Dies kann wie im beschriebenen Beispiel ein Trommelläuferlaufrad sein, dass durch seine besondere Gestaltung im gesamten Betriebsbereich des Volumenstromes nahezu die gleiche Druckerhöhung aufweist und zudem mit einer kleineren Umfangsgeschwindigkeit auskommt, wodurch die Konstruktion, wie in 1 gezeigt, sich vereinfacht und der Ventilatorstopfendurchmesser möglichst klein, nur auf das erste Ventilatorrad bezogen, gewählt werden kann sowie die Fliehkraftbeanspruchung des zweiten Ventilatorlaufrades reduziert wird.The second fan wheel may then be a type of centrifugal fan that relies on a 360 ° volute to achieve a large pressure increase. This can, as in the example described, be a drum rotor impeller which, due to its special design throughout the operating range of the volume flow, has almost the same pressure increase and, moreover, manages with a smaller peripheral speed, whereby the construction, as in FIG 1 shown, simplified and the fan diameter as small as possible, based only on the first fan, can be selected and the centrifugal force of the second fan impeller is reduced.

Die beispielhafte Ausführungsform nach 1 hat bei der Anwendung in einem Bandschwebeofen den Vorteil, dass zum Beispiel bei Wahl einer Strömungsführung nach EP 0 864 519 statt der herkömmlichen Radialventilatoren Heißgas-Ventilatoren nach der Erfindung eingesetzt werden können ohne an der besonders vorteilhaften Strömungskanalführung nach EP 0 864 519 etwas zu ändern.The exemplary embodiment according to 1 when used in a ribbon float oven has the advantage that, for example, when selecting a flow guide to EP 0 864 519 Instead of the conventional centrifugal fans hot gas fans can be used according to the invention without changing the particularly advantageous flow channel guide according to EP 0 864 519 something.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Rotorwellerotor shaft
22
Ventilatorstopfenfan plugs
33
Wärmeisolierte WandHeat insulated wall
44
Strömungspfeileflow arrows
55
Erstes VentilatorlaufradFirst fan impeller
66
Rotationssymmetrisches AbströmgehäuseRotationally symmetrical outflow housing
6a6a
Ansaugdüsesuction
77
Leitschaufelnvanes
88th
Radiale LeitschaufelnRadial vanes
99
Abschlußblech mit AnsaugdüseEnd plate with suction nozzle
1010
HaltestangenHandrails
1111
Zweites VentilatorradSecond fan wheel
1212
Dichttascheseal bag
1313
Abströmgehäuseoutflow housing
1414
Saugraumsuction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10022788 B4 [0001] DE 10022788 B4 [0001]
  • DE 3346987 C2 [0001] DE 3346987 C2 [0001]
  • DE 3830443 A [0004] DE 3830443 A [0004]
  • DE 102006056518 A1 [0005, 0006, 0007] DE 102006056518 A1 [0005, 0006, 0007]
  • EP 0864519 [0026] EP 0864519 [0026]

Claims (4)

Heißgasventilator, insbesondere geeignet für die Umwälzung hoher Gasströme in Wärmebehandlungsanlagen mit Wärmeübertragung auf das Wärmgut durch hohe erzwungene Konvektion dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor des Ventilators mindestens zwei auf der gleichen Welle (1) rotierende Laufräder (5, 11) für mindestens zwei hintereinander geschaltete Druckstufen aufweistHot gas fan, in particular suitable for the circulation of high gas flows in heat treatment plants with heat transfer to the heat material by high forced convection, characterized in that the rotor of the fan at least two on the same shaft ( 1 ) rotating wheels ( 5 . 11 ) for at least two successive pressure stages Heißgasventilator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die den Ventilatorrotor bildenden Laufräder (5, 11) Radialventilatoren sindHot gas fan according to claim 1, characterized in that the fan rotor forming impellers ( 5 . 11 ) Radial fans are Heißgasventilator nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Rotor mit zwei Radialventilatorlaufrädern (5, 11), das erste, den geförderten Gasvolumenstrom aus dem Saugraum ansaugende Laufrad (5), einen größeren Durchmesser als das zweite Laufrad (11) hat.Hot gas fan according to claim 1 and 2, characterized in that in a rotor with two centrifugal fan impellers ( 5 . 11 ), the first, the funded gas flow from the suction chamber suction impeller ( 5 ), a larger diameter than the second impeller ( 11 ) Has. Heißgasventilator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor des Heißgasventilators mit Welle und Lagerung mit einem Stopfen (2) in eine Wand der Thermoprozessanlage eingebaut wird.Hot gas fan according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the rotor of the hot gas fan with shaft and storage with a plug ( 2 ) is installed in a wall of the thermal process plant.
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