DE60001323T2

DE60001323T2 - HEAT EXCHANGE DEVICE FOR TREATING PARTICULATE MATERIAL

Info

Publication number: DE60001323T2
Application number: DE60001323T
Authority: DE
Inventors: Juhl Fons
Original assignee: FLSmidth and Co AS
Current assignee: FLSmidth and Co AS
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JP2003500332A; CZ20012801A3; AU5067500A; EP1198691B1; EP1198691A1; DK1198691T3; DE60001323D1; WO2000073723A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeaustauschvorrichtung, insbesondere eine Kühleinrichtung, zur Behandlung von partikelförmigem Material, beispielsweise Zementrohmaterialien, Zementklinker oder ähnlichen Materialien, wobei die Wärmeaustauschvorrichtung eine Rostoberfläche zum Tragen des Materials aufweist. Derartige Vorrichtungen verfügen über eine Einrichtung zum Fördern des Materials über die Rostoberfläche vom Einlass der Wärmeaustauschvorrichtung zu ihrem Auslass, wobei die Fördereinrichtung in Transportrichtung des Materials eine Vor- und Zurückbewegung ausführt und durch einen oder mehrere Tragrahmen getragen wird. Der oder die Tragrahmen ist/sind in einem Maschinenrahmen beweglich gehaltert und mit einer Antriebseinrichtung verbunden.The invention relates to a heat exchange device, in particular a cooling device, for treating particulate material, for example cement raw materials, cement clinker or similar materials, the heat exchange device having a grate surface for supporting the material. Such devices have a device for conveying the material over the grate surface from the inlet of the heat exchange device to its outlet, wherein the conveying device carries out a back and forth movement in the transport direction of the material and is supported by one or more support frames. The support frame or frames is/are movably mounted in a machine frame and connected to a drive device.

Versuche wurden unternommen, den Tragrahmen mittels Linearführungsmechanismen zu haltern, welche erlauben, dass der Tragrahmen eine Vor- und Zurückbewegung entlang einer geraden Linie ausführt. Jedoch hat sich gezeigt, dass derartige Linearführungsmechanismen anfällig gegenüber Staub, Fluchtungsfehlern und wärmebedingten inneren Kräften sind, was zu einer nicht brauchbaren Betriebslebensdauer derartiger Mechanismen führt.Attempts have been made to support the support frame using linear guide mechanisms that allow the support frame to move back and forth along a straight line. However, such linear guide mechanisms have been found to be susceptible to dust, misalignment and thermal internal forces, resulting in an unusable service life for such mechanisms.

Bei herkömmlichen Kühleinrichtungen ist auch bekannt, die Tragrahmen an Verbindungsarmen zu haltern. Im Vergleich zu einem Linearführungsmechanismus liegt der Vorteil einer pendelnden Tragstruktur darin, dass ihre Betriebslebensdauer ziemlich beachtlich ist, bedingt durch die Tatsache, dass sich die Verbindungsarme mittels Drehgelenken schwenken lassen, die dicht verschlossen werden können. Jedoch besteht der Nachteil derartiger Tragrahmen-Trägerstrukturen darin, dass ihre Bewegung offensichtlich nicht einer Geraden sondern einem kreisförmigen Bogen folgt. Um die Abweichung der Bewegung des Tragrahmens von einer Geraden zu vermindern, ist es erforderlich, wie vorgeschlagen wurde, lange Verbindungsarme zu verwenden. Jedoch erfordern lange Verbindungsarme in der Kühlvorrichtung eine beträchtliche Einbauhöhe, wenn die Verbindungsarme mit ihrem unteren Ende an Rahmenstrukturen befestigt sind, und können auch Abdichtungsprobleme mit sich bringen, wenn die Verbindungsarme mit ihrem oberen Ende an Stahl befestigt sind. Weiter stellt die Wärmeexpansion langer Verbindungsarme allgemein ein Problem dar.In conventional cooling devices, it is also known to support the support frames on connecting arms. Compared to a linear guide mechanism, the advantage of a pendulum support structure is that its service life is quite considerable, due to the fact that the connecting arms can be pivoted by means of swivel joints that can be tightly closed. However, the disadvantage of such support frame support structures is that their movement obviously does not follow a straight line but a circular arc. In order to reduce the deviation of the movement of the support frame from a straight line, it is necessary to use long connecting arms as suggested. However, long connecting arms require considerable installation height in the cooling device when the connecting arms are attached at their lower end to frame structures and may also cause sealing problems when the connecting arms are attached at their upper end to steel. Furthermore, thermal expansion of long connecting arms is generally a problem.

Aus DE-A-41 32 475 ist eine Rost-Kühleinrichtung bekannt, bei welcher der Tragrahmen an Verbindungsarmen aufgehängt ist. Um dem Tragrahmen eine lineare Bewegung zu erteilen, weist jedes Pendel einen Gelenkmechanismus auf, bei dem eines der Gelenke ein gleitend verschiebliches Gelenk ist, um die kreisbogenförmige Bewegung zu kompensieren. Der Nachteil dieser bekannten Lösung liegt darin, dass die Gelenkmechanismen nicht kinematisch bestimmt sind, d. h. ihre Bewegung nicht vollständig durch ihren Aufbau definiert ist, und sie daher eine externe oder zusätzliche Einrichtung zur Steuerung der Position des gleitend verschieblichen Gelenkes in Funktion der Winkeldrehung des Verbindungsarmes benötigen, um eine lineare Bewegung zu erzielen.From DE-A-41 32 475 a grate cooling device is known in which the supporting frame is suspended on connecting arms. In order to impart a linear movement to the supporting frame, each pendulum has a joint mechanism in which one of the joints is a sliding joint to compensate for the circular arc-shaped movement. The disadvantage of this known solution is that the joint mechanisms are not kinematically determined, i.e. their movement is not completely defined by their structure, and they therefore require an external or additional device for controlling the position of the sliding joint as a function of the angular rotation of the connecting arm in order to achieve a linear movement.

Aus WO-A-98/40683 ist eine Vorrichtung bekannt, welche einen in einer Kühlvorrichtung oder in einem Ofen befindlichen Tragrahmen derart trägt, dass sich der Rahmen in hin- und hergehender Weise bewegen lässt. Die Vorrichtung ist aus einer Anzahl von aufrecht stehenden Blattfedern aufgebaut, welche untereinander paarweise starr verbunden sind. Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, dass die Bewegungskurve des Befestigungspunktes von der auf diesen Punkt einwirkenden Vertikalkraft abhängt. Aufgrund der Tatsache, dass die Blattfedern an den Enden starr eingespannt sind, sind sie in ihrer verformten Position zur Form eines schwachen S umgebogen, der zugehörige Bewegungsweg (oder Schwenkweg) ist in ähnlicher Weise geformt und die Ebenheit oder Flachheit des Schwenkweges hängt von der auf die Federn wirkenden Vertikalkraft ab. Eine stärkere Lasteinwirkung auf den Tragrahmen und somit eine größere Vertikalkraft führt zu einem ebeneren (oder flacheren) Schwenkweg. Weiter muss die Gesamtlänge der Blattfedern aufgrund dieser Verbiegung zur Form eines schwachen S die einer zugehörigen Verbindungsarm-Trägereinrichtung übersteigen. Die Vielzahl an Blattfedern, die zur Minimierung der Höhe der bogenförmigen Bewegung erforderlich sind, führen daher zu einer Instabilität der Vorrichtung in Querrichtung. Insgesamt ist diese Vorrichtung von einem praktischen Gesichtspunkt her von geringem Interesse.From WO-A-98/40683 a device is known which supports a support frame located in a cooling device or in an oven in such a way that the frame can be moved in a reciprocating manner. The device is constructed from a number of upright leaf springs which are rigidly connected to one another in pairs. The disadvantage of this known device is that the movement curve of the attachment point depends on the vertical force acting on this point. Due to the fact that the leaf springs are rigidly clamped at the ends, they are bent in their deformed position to the shape of a weak S, the associated movement path (or pivot path) is shaped in a similar way and the flatness or flatness of the pivot path depends on the vertical force acting on the springs. A greater load on the support frame and thus a greater vertical force leads to a flatter (or flatter) swing path. Furthermore, due to this bending into a weak S shape, the total length of the leaf springs must exceed that of an associated link arm support device. The large number of leaf springs required to minimize the amount of arcuate movement therefore leads to transverse instability of the device. Overall, this device is of little interest from a practical point of view.

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Wärmeaustauschvorrichtung bereitzustellen, in welcher die zuvor erwähnten Nachteile beseitigt oder vermindert sind.It is an object of the invention to provide a heat exchange device in which the aforementioned disadvantages are eliminated or reduced.

Dies wird mittels einer Wärmeaustauschvorrichtung der in der Einführung erwähnten Art erzielt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Tragrahmen bezüglich des Maschinenrahmens durch mindestens zwei kinematisch bestimmte Gelenkmechanismen gelagert ist, von denen jeder vier Drehgelenke beinhaltet und so gestaltet ist, dass er einen Auflagerpunkt aufweist, welcher innerhalb einer vorgegebenen Hublänge einer im Wesentlichen geraden Linie folgt, wobei entweder der Tragrahmen oder der Maschinenrahmen im Auflagerpunkt mit dem Mechanismus verbunden ist.This is achieved by means of a heat exchange device of the type mentioned in the introduction, characterized in that the support frame is supported relative to the machine frame by at least two kinematically determined articulation mechanisms, each of which includes four pivot joints and is designed to have a support point which follows a substantially straight line within a predetermined stroke length, either the support frame or the machine frame being connected to the mechanism at the support point.

Somit lässt sich der Tragrahmen in kinematisch bestimmter Weise innerhalb eines gegebenen Hublängenintervalls vorwärts und rückwärts bewegen, und zwar einer im Wesentlichen geraden Linie folgend, die von der durch den Tragrahmen abgestützten Last unabhängig ist.Thus, the support frame can be moved forwards and backwards in a kinematically determined manner within a given stroke length interval, following an essentially straight line that is independent of the load supported by the support frame.

Um die Wärmeaustauschvorrichtung so kompakt wie möglich zu machen, befindet sich der Auflagerpunkt bevorzugt innerhalb der Enveloppe, die von den Drehgelenken des Gelenkmechanismus definiert wird.In order to make the heat exchange device as compact as possible, the support point is preferably located within the envelope defined by the pivot joints of the articulation mechanism.

Weiter wird bevorzugt, dass sich der Auflagerpunkt innerhalb des vorgegebenen Hublängenintervalls um einen maximalen Weg, der das 0,00025-fache der Hublänge beträgt, nach oben und unten bewegt. Bei einer Hublänge von beispielsweise 200 mm bewegt sich der Auflagerpunkt somit maximal 0,05 mm nach oben und unten.It is further preferred that the support point moves within the specified stroke length interval by a maximum distance that is 0.00025 times the stroke length is moved up and down. For a stroke length of 200 mm, for example, the support point moves a maximum of 0.05 mm up and down.

Es wird weiter bevorzugt, dass der durch den Gelenkmechanismus definierte Rahmen in keiner Richtung die Hublänge um einen Faktor von mehr als 5 überschreitet.It is further preferred that the frame defined by the articulating mechanism does not exceed the stroke length by a factor of more than 5 in any direction.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Wärmeaustauschvorrichtung vier Gelenkmechanismen auf, wobei jeder Gelenkmechanismus in unmittelbarer Nähe jeder der Ecken des Tragrahmens angebracht ist.According to a preferred embodiment of the invention, the heat exchange device comprises four hinge mechanisms, each hinge mechanism being mounted in the immediate vicinity of each of the corners of the support frame.

Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, which show:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht von Teilen einer Wärmeaustauschvorrichtung gemäß der Erfindung, undFig. 1 is an isometric view of parts of a heat exchange device according to the invention, and

Fig. 2 einen Gelenkmechanismus, welcher in der in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauschvorrichtung verwendet wird.Fig. 2 shows a hinge mechanism used in the heat exchange device shown in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein beweglicher Tragrahmen 1 zu sehen, welcher zum Tragen einer (nicht dargestellten) Fördereinrichtung dient, welche partikelförmiges Material über eine (nicht dargestellte) Rostoberfläche fördert. Bei der Fördereinrichtung kann es sich um Rost-Gleitschuhe handeln, welche einen Teil der Rostoberfläche bilden, wie beispielsweise beschrieben in DE-A-38 12 425, oder es kann sich bei der Fördereinrichtung um Querträger handeln, welche unabhängig von der Rostoberfläche vorwärts und rückwärts bewegt werden, wie beispielsweise beschrieben in der PCT/EP 98/02012, oder sie kann in unterschiedlicher Weise konfiguriert sein. Der spezielle Typ der Fördereinrichtung ist nicht Teil der Erfindung. Der Tragrahmen 1 wird mittels vier Gelenkmechanismen 3 von einem stationären Maschinenrahmen getragen, welcher in der Figur als Paar von Trägern 5 dargestellt ist. Weiter ist der Tragrahmen mit einer (nicht dargestellten) geeigneten Antriebseinrichtung verbunden.In Fig. 1 a movable support frame 1 can be seen which serves to support a conveyor (not shown) which conveys particulate material over a grate surface (not shown). The conveyor may be grate sliding shoes which form part of the grate surface, as described for example in DE-A-38 12 425, or the conveyor may be cross beams which are moved forwards and backwards independently of the grate surface, as described for example in PCT/EP 98/02012, or it may be configured in different ways. The specific type of conveyor is not part of the invention. The support frame 1 is supported by means of four link mechanisms 3 by a stationary machine frame, which is shown in the figure as a pair of beams 5. Furthermore, the support frame is connected to a suitable drive device (not shown).

Eine einfache Ausführungsform des Gelenkmechanismus ist in Fig. 2 dargestellt. Sie weist zwei Arme 11 auf, deren eines Ende jeweils über Drehgelenke 13 mit dem Tragrahmen 1 verbunden ist und deren anderes Ende jeweils mittels weiterer Drehgelenke 15 mit einer Platte 17 verbunden ist. Die Platte 17 ist bei einem Auflagerpunkt 19a über ein Drehgelenk 19 mit dem Maschinenrahmen 5 verbunden. Die Gestaltung des dargestellten Gelenkmechanismus ist derart, dass der Tragrahmen einem näherungsweise geradlinigen Weg folgt, wenn er einer Hin- und Herbewegung innerhalb eines gegebenen Hublängenintervalls oder Arbeitsbereiches unterworfen wird. Mit anderen Worten hat dies zur Folge, dass während des Betriebs der Auflagerpunkt 19a in relativer Hinsicht im Wesentlichen parallel zu einer durch die Drehgelenke 13 hindurch verlaufenden Linie bewegt wird.A simple embodiment of the articulation mechanism is shown in Fig. 2. It has two arms 11, one end of which is connected to the supporting frame 1 via swivel joints 13 and the other end of which is connected to a plate 17 by means of further swivel joints 15. The plate 17 is connected to the machine frame 5 at a support point 19a via a swivel joint 19. The design of the illustrated articulation mechanism is such that the supporting frame follows an approximately straight path when it is subjected to a reciprocating movement within a given stroke length interval or working range. In other words, this has the consequence that during operation the support point 19a is moved in relative terms essentially parallel to a line passing through the swivel joints 13.

Um die Stabilität des Systems zu verbessern, haben die Gelenkmechanismen vorteilhaft eine doppelseitige Gestaltung, wie dargestellt in Fig. 1. In diesem Fall weist jeder Mechanismus zwei parallele Platten 17a und 17b auf, die mittels eines Abstandhalterstückes 7 voneinander getrennt und starr verbunden sind, und die Arme sind ebenfalls doppelt vorhanden. In dieser Ausführungsform können gemeinsame Drehgelenke 13, 15 und 19 für entsprechende Seiten verwendet werden. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind lediglich die Drehgelenke 13 und 19 für die zwei Seiten gemeinsam, hingegen sind die Drehgelenke 15 für jede Seite individuell konfiguriert. Weiter kann es sich bei dem Drehgelenk 19 vorteilhaft um eines vom Typ eines Kugelgelenkes handeln, um eine geringfügige Durchbiegung des Tragrahmens 1 zu ermöglichen. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform lassen die zwei Kugelgelenke 19c axiale Verschiebungen zu (d. h. in Querrichtung zur Bewegung des Tragrahmens), hingegen sind die zwei Kugelgelenke 19d verriegelt und verhindern axiale Verschiebungen.In order to improve the stability of the system, the hinge mechanisms advantageously have a double-sided design, as shown in Fig. 1. In this case, each mechanism has two parallel plates 17a and 17b, which are separated and rigidly connected by means of a spacer piece 7, and the arms are also duplicated. In this embodiment, common hinges 13, 15 and 19 can be used for corresponding sides. In the embodiment shown in Fig. 1, only the hinges 13 and 19 are common for the two sides, whereas the hinges 15 are individually configured for each side. Furthermore, the hinge 19 can advantageously be a ball joint type to allow for a slight deflection of the support frame 1. In the embodiment shown in Fig. 1, the two ball joints 19c allow axial displacements (i.e. transverse to the movement of the support frame), whereas the two ball joints 19d are locked and prevent axial displacements.

Claims

1. A heat exchange device for treating particulate material, such as cement raw materials, cement clinker or similar materials, comprising a grate surface for supporting the material and means for conveying the material over the grate surface from an inlet to an outlet, as well as back and forth in the direction of transport of the material, and supported by one or more support frames (1) supported in a machine frame (5) for movement substantially in the direction of transport of the material, characterized in that the support frame (1) is supported relative to the machine frame by at least two kinematically determined articulation mechanisms (3), each of which includes four pivot joints (13, 15) and is designed to have a support point (19a) which follows a substantially straight line within a predetermined stroke length, either the support frame (1) or the machine frame (5) being connected to the mechanism at the support point (19a).

2. Heat exchange device according to claim 1, wherein the support point (19a) is arranged within the envelope defined by the pivot joints (13, 15) of the articulation mechanism.

3. Heat exchange device according to claim 1 or 2, wherein the support point (19a) has a rotary joint (19).

4. Heat exchange device according to one of claims 1 to 3, in which within the predetermined stroke length interval the support point (19a) moves up and down by a maximum distance which is 0.00025 times the stroke length.

5. Heat exchange device according to claim 4, wherein the envelope defined by the pivots of the articulating mechanism does not exceed the stroke length by a factor greater than 5 in any direction.

6. Heat exchange device according to one of the preceding claims, which has four hinge mechanisms and in which each hinge mechanism is mounted in the immediate vicinity of one of the corners of the support frame.

7. Heat exchange device according to one of the preceding claims, in which the joint mechanism comprises a pair of arms (11), each having a swivel joint (13, 15) at each end, and each arm is connected to a connecting plate (17) via a first swivel joint (15), the support point (19a) being arranged on the connecting plate and the arms (11) each being connected to the machine frame (5) and the support frame (1) respectively via a second swivel joint (13).

8. Heat exchange device according to one of the preceding claims, in which the hinge mechanisms are arranged in parallel pairs and two or more of the rotary joints (13, 15) are common between the hinge mechanisms of each pair.

9. Heat exchange device according to one of the preceding claims, in which the rotary joints on one side of the device are ball joints.