Regenerativ-Luftvorwärmer mit einem Rotor. Die Erfindung betrifft einen Regenerativ- Luftvorwärmer mit in einem als umlaufen des Rahmenwerk ausgebildeten Rotor unter gebrachten Regenerativeinbauten, die mit Durchlässen für diese Einbauten im Gegen strom durchströmende, wärmeabgebende Ab gase und zu erwärmende Frischluft versehen sind, wobei die Abgase einen Teil und die Luft einen andern Teil der Einbauten durchströ men.
Die Erfindung ermöglicht die Erziehing erhöhter Betriebssicherheit und geringerer Leckverluste bei Luftvorwärmern der angege benen Bauart, dadurch, dass der Rotor von den genannten Durchlässen getrennte Kanäle auf weist, die von einem Fluidum durchströmt werden und hierdurch die wärmebedingte Ausweitung des Rotors mit dem Ziel der Ilerabsetzung von Leekverlusten beeinflus sen.
Die anliegende Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 ist. ein axialer Längsschnitt durch einen Luftvorwärmer, und zwar nach der Linie 1-I der Fig. 2, und Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 11-II der Fig. 1.
Der in der Zeichnung dargestellte Luft vorwärmer weist einen als umlaufendes Rah menwerk ausgebildeten Rotor 32 auf, dessen nabenförmiger Mittelteil 34 auf einer in Lagern 38 gelagerten Welle 36 befestigt ist. Der Rotor besitzt eine Anzahl sich radial erstreckender Trennwände 40, die mit dem Mittelteil 34 und einem zylindrischen Mantel 42 fest. verbunden sind und das Innere des Rotors in Sektoren 44 unterteilen. Die Sek toren 44 sind mit Regenerativeinbauten 46 gefüllt, wie gewellten oder geriffelten Ble chen, die eine grosse Anzahl sieh in axialer Richtung durch den Rotor erstreckender Ka näle bilden.
Die Pakete bildenden Bleche wer den in der Achsrichtung des Rotors in dessen einem Teil von heissen Abgasen durchströmt, die während ihres Durchganges zwischen den Blechen diese letzteren erwärmen, während in einem andern Teil desselben Rotors die im Gxegenstrom strömende Frischluft die Bleche abkühlt und dabei von der auf diese Weise von den Blechen zur Luft übertragenen Ab gaswärme erwärmt wird.
Der Rotor 32 ist von einem ortsfesten Gehäuse umgeben, das aus einem zylindrischen Mantelteil 48 und Stirnwandteilen 50 zusam mengesetzt ist. Letztere sind mit einem Einlass 52 und einem Auslass 54 für die vorzuwär mende Frischluft und einem Einlass 56 und einem Auslass 58 für die Wärme abgebenden heissen Abgase versehen. Die Ein- und Aus- lässe für diese beiden Fluida können beider seitig der Welle 36 diametral einander gegen über gelegen sein.
Um. Leckverluste zu ver ringern, sind Dichtungsmittel vorgesehen, die aus sich um den Umfang herum erstrecken den, an den Seitenwänden des ortsfesten Ge häuses befestigten und mit gleitender Rei bung an den Seitenwänden des Rotors 32 anliegenden, biegsamen Metallstreifen oder Zungen 60 bestehen können. Dichtungsmittel mit radialer Erstreckung sind an den Kan ten der Trennwände 40 befestigt und liegen unter gleitender Reibung an den Seitenwän den 50 an, um ein Ineinanderfliessen der Fluida in der Umfangsrichtung zu verhin dern.
Denkt man sich nun den Rotor 32 als mit lotrecht stehender Umlaufwelle 36 ausgeführt, bei dem die heissen Abgase von unten nach oben strömen, so besitzt er eine untere, heisse Zone, wo die Durchlässe in den Blecheinbau ten von unten nach oben von den noch heissen Abgasen und in entgegengesetzter Richtung an bereits erwärmter Luft durchströmt wer den. Am Oberteil des Rotors sind dagegen alle Durchlässe in den Blecheinbauten in einer kälteren Zone gelegen, die von der von oben zugeführten Frischlift gekühlt und auch von den von unten her durchströmenden Abgasen nicht wesentlich erwärmt werden kann, weil diese ihre Wärme bereits abgegeben haben.
Infolgedessen weisen sämtliche Bleche im Rotor wie auch die zwischen den Blechpaketen gelegenen, radial vom Mittelteil 34 ausgehen den Trennwände 40 und der zylindrische Man tel 42 des Rotors einen wärmeren untern Teil -und einen kälteren obern Teil mit von unten nach oben abnehmender Temperatur auf.
Wird ein solcher zylindrischer Rotor in einer Dampferzeugungsanlage angeordnet und von den heissen Abgasen und der zu erwä.r- inenden Luft durchströmt, so erhält der wär mere untere Teil des Rotorzylinders einen grösseren Durchmesser als sein kälterer oberer Teil, d. h. der Rotor verändert sich von der zylindrischen Form zu einer kegelförmigen, wobei an die Stelle der zylindrischen Ober fläche die eines Kegelstumpfes tritt. Aus dem selben Grunde dehnen sich innerhalb des Rotors die radialen Trennwände 40 zwischen den verschiedenen Blechpaketen infolge der stärkeren Erwärmung an den Unterkanten mehr aus als an ihren kälteren Oberkanten.
Der ganze Rotor wird also dahin ver ändert, dass an die Stelle der ursprünglich zylindrischen Aussenfläche 42 und ebenen obern und untern Begrenzungsflächen ein Kegelstumpf mit konkaver Oberseite und kon vexer Unterseite tritt. Denkt. man sieh hierbei die äussere kegelförmige Fläche bis zur Spitze des Kegels verlängert, so ist. die konvexe Unterseite des Rotors eine Kugelhaube, deren Radius dem Abstand zwischen der Grund fläche des vollständigen Kegels und seiner Spitze entspricht. Die obere konkave Begren zungsfläche des Rotors fällt. auch mit der Oberfläche einer Kugel zusammen, deren Halbmesser dem Abstand zwischen dieser Fläche und der 'Spitze des ,eda.ehten Kegels entspricht.
Durch die geschilderte Erwärmung wer den auch die radialen Trennwände 40 in ihrer Form verändert, und zwar von ihren ursprünglich geradlinigen, mit den ebenen tirnflächen des kalten Rotors zusammen- S <B>S</B> fallenden Kantenkonturen zu kreisförmig ge krümmten, mit den soeben beschriebenen Kugelflächen zusammenfallenden Kantenkon- turen. Da der Rotor auf der zentralen Welle 36 gelagert ist, erhalten die Stirnflächen in der vorbesehriebenen Weise eine veränderte Form, und zwar die Form von nach oben gerichteten Schalen,
wobei die Stirnflächen während der Erwärmung zu Schalenform hoehgepresst werden.
Bei grossen Dampfkesselanlagen erhält der Luftvorwärmer erhebliche Abmessungen. Hierbei ist zu beachten, dass der Wirkungs grad des Vorwärmer:s u. a. von den Abmes sungen der Bleche in der Richtung- der Gas strömung bestimmt wird. Eine gewisse Länge der Durchlässe reicht aus, um die erforder liche Wärmeübertragung von den Abgasen an die vorzuwärmende Verbrennungsluft sicherzustellen.
Soll. also ein Luftvorwäriner, der sich in einem bestimmten Fall als für eine bestimmte Dainpfkesseleinheit ausreichend erwiesen hat, zu einer Bauart vergrössert werden, die sich für eine viermal so grosse Dampfkesseleinheit eignet, so geschieht dies dadurch, dass man dem Rotor des Vorwärmers eine viermal grössere Durchströmfläche gibt, während die Abmessung der Bleche in der 'Strömungsrich- tung der Gase, d. h. die Abmessung der Blech pakete in der Achsrichtung, unverändert ge halten werden kann, um bei den beiden ver schieden grossen Einheiten denselben Wir kungsgrad sicherzustellen.
Bei der grösseren Einheit wird demgemäss das Verhältnis zwi schen dem Durchmesser des Rotors und des sen axialer Erstreckung verdoppelt., uni die erforderliche, viermal grössere Durehström- fläche zu erhalten.
Denkt man sich nun die beiden Rotoren in Betrieb unter gleichen Bedingungen hin sichtlich der Temperatur, so tritt zwischen den beiden Stirnflächen bei beiden Rotoren derselbe Temperaturuntersehied auf. Hieraus folgt, dass die beiden Rotoren durch die Er hitzung eine Umformung zu Kegelstümpfen erfahren, deren gedachte Kegelspitzen in bei den Fällen mit dem -Mittelpunkt einer in den beiden Fällen gleich grossen Kugel zusammen fallen.
Dies ist selbstverständlich darauf zu rückzuführen, dass der Rotor mit dem doppelt so. grossen Durchmesser eine doppelt so grosse Wärmeausdehnung an der untern Stirnfläche gegenüber der obern Stirnfläche erfährt, als es bei dem kleineren Rotor der Fall ist. Die Krümmung der Sehalenform wird also bei den beiden Rotoren genau dieselbe, wobei die grössere Schalenform eine ungefähr viermal grössere Tiefe aufweist.
In ein und derselben durch die Achse des Rotors gelegten Ebene befindliche radiale Trennwände werden also an der Unterkante eine kreisförmige Krüm mung mit einer Sehnenhöhe erhalten, die bei dem grösseren Rotor etwa viermal grösser sein wird als die Sehnenhöhe für die Krümmung der Unterkante der entsprechenden Trenn wände in dem kleineren Rotor.
Wie bereits angegeben wurde, sind die bei den wärmeaustauschenden Fluida, die Ab gase und die vorzuwärmende Luft, weitest möglich gegen Leckverluste des einen Flui dums in die Strömungswege des andern Flui dums abgedichtet. Diese Abdichtung muss jedoch dem Rotor 32 freien Umlauf in dem ihn umgebenden ortsfesten Gehäuse 48, 50 ge statten. Der Spielraum zwischen dem Rotor und den ihn umgebenden, ortsfesten Teilen wird somit abhängig von der Grösse der Ver formung, die infolge der Erwärmung eintritt, und zwar in erster Linie der Verformung in der soeben beschriebenen Weise. Hieraus folgt, dass dieser Spielraum bei gleichbleibender axialer Abmessung eines Rotors annähernd im Quadrat mit dem Durchmesser des Rotors wächst.
Die Leckverluste belaufen sieh bei grösse ren Einheiten im allgemeinen auf 6 bis 71/o oder mehr, und die Schwierigkeit, sie bei der ständig fortschreitenden Vergrösserung der Anlagen in angemessenen 'Grenzen zu halten, ist aus den oben angegebenen Ursachen augen fällig. Um die Leckverluste zu begrenzen, ist. man bisher oft gezwungen gewesen, die Vor wärmeanlage einer grossen Dampfkesselanlage in mehrere Einheiten aufzuteilen.
Die Erfin dung ermöglicht, die Leckverluste in dem Vorwärmer zu begrenzen und sie unabhängig von den gewählten Abmessungen des Rotors auf erträgliche Werte zu beschränken, indem die unregelmässige Verformung des Rotors zufolge des Temperaturunterschiedes in sei nen verschiedenen Teilen beeinflusst wird.
Der Rotor _32 ist mit Kanälen versehen, die von den Durchlässen für die beiden wärmeaustauschenden Fluida getrennt sind, und die von einem flüssigen oder dampf- förmigen Fluidum durchströmt werden; wo durch die Verformungen des Rotors infolge der Temperatureinwirkungen so geregelt wer den, dass Unregelmässigkeiten in dem Spiel raum zwischen dem Rotor und seinem Ge häuse vermieden und folglich die Leckverluste durch die dichtenden Flächen auf ein Min destmass verringert werden. Das die Wärme ausdehnung regelnde Fluidum, z. B.
Wasser oder eine Flüssigkeit mit höherem oder niedri gerem Siedepunkt, tritt durch die hohle Welle 36 an deren einem Ende von einer Zuleitung 64 her ein, wobei eine dichtende Packung 66 an sich bekannter Art zwischen Leitung und Welle vorgesehen ist, welche das Umlaufen der letzteren gestattet. Der nabenförmige Mittelteil 34 des Rotors 32 ist durch eine sich radial erstreckende Zwischenwand 72 in zwei Kammern 68, 70 geteilt. Die Trennwände 40 und der Mantel 42 werden von je zwei von einander getrennten Blechen gebildet, welche zwischen sich Kanäle 69, 71 einschliessen, die sich über die gesamte axiale Länge des Rotors bzw. seinen ganzen Umfang erstrecken.
Die Kanäle 69 sämtlicher Trennwände münden an ihrem äussern Ende frei in den Kanal 71 aus. Die Kammer 68 steht durch Öffnungen 74 mit jedem zweiten Kanal 69 in Verbin dung, während Öffnungen 76 die andere Kam mer 70 mit den dazwischenliegenden Kanälen der Trennwände 40 verbinden. Durch die Lei tung 6.1 eintretendes Regelfluidum wird durch die Kammer 68, die Öffnungen 74 und die mit diesen verbundenen Kanäle 69 dem Innern 71 des Mantels 42 zugeführt und von dort radial nach innen durch die übrigen Kanäle 69, die Öffnungen 76 und die Kammer 70 geleitet, von wo es schliesslich durch die hohle Welle 36 an deren entgegengesetztem Ende austritt.
Die verschiedenen Kanäle, die in dieser Weise sternförmig von dem Mittelteil des Rotors ausstrahlen und am Mantel des Rotors angeschlossen sind, können entweder als ein gemeinsames geschlossenes System, in welches eine Flüssigkeitsmenge eingeschlossen ist, aus gebildet sein oder aber an eine ausserhalb des Rotors gelegene, die Flüssigkeit beein flussende Umwälzeinrichtung in ähnlicher Weise angeschlossen sein, wie es z. B. bei einer -V,Varmwasserzentralheizungsanlage der Fall ist.
Bei dieser letztgenannten Aiisbildun- er- fol-t die Zuleitung der umlaufenden Flüssig keit zu den innerhalb des Rotors ausgebildeten Kiiälen und die Wegleitung aus ihnen mit I4ilfe von in der Welle 36 des Rotors an- gebrnehten Überleitorganen, wie z. B. Stopf- bü?lisexi, die den Umlauf des Rotors zulassen, oder andern ähnlichen, in der Technik all gemein bekannten Vorrichtungen.
Die Einrichtung enthält vorzugsweise ausser einem Kühler, der mit Flüssigkeits oder Luftkühlung arbeiten kann, auch eine Wärmequelle, z. B. einen mit Abdampf be triebenen Speisewasservorwärmer. Die für die Temperaturregulierung in Betracht kommen den Einrichtungen sind in bezug auf ihre technische Ausgestaltung in einer Vielzahl von Ausführungen bereits bekannt und be dürfen deshalb hier keiner eingehenderen Be schreibung oder zeichnerischen Darstellung.
Die temperaturrezelnde Flüssigkeit kann in einem. abgeschlossenen System zum Sieden gebracht werden, um Wärme von den wärme ren Teilen des Rotors zu dessen li:älteren Tei len zu überführen, wobei diese Flüssigkeit in den wärmeren Teilen zum Sieden und\ in den kälteren Teilen zur Kondensation kommt. Es kann aber auch eine von aussen in ihrer Tem peratur geregelte Flüssigkeit durch den Rotor hindurch umgewälzt werden, um ihn auf die gewünschte Temperatur zu bringen.
Falls die Dichtungskanten der Trennwände und der zylindrische Aussenmantel des Rotors mit seinen obern und untern Kanten mit zwei ebenen Begrenzun.sfläelien zusammenfallen, behalten diese Kanten ihre Form auch wäh rend des Betriebes des Vorwä.rmers bei. Hier durch wird offensichtlich der erforderliche Spielraum zwischen den abdichtenden Orga nen des Rotors und des umgebenden Gehäuses in hohem Grade v errin-ert, und dies gilt ins besondere für den Fall-, wo der Rotor im Ver hältnis zu seiner Länge einen ausgeprägten grossen Durchmesser aufweist.
Die im Rotor für das flüssige oder dainpf- förmige Fluidum vorgesehenen. Kanäle kön nen auch aus Rohren bestehen, die nach dem Zusammenbau ein käfi-artiges Gestell bilden, das radiale Rohrarme enthält, welche die Ver bindung herstellen zwischen dem Mittelteil des Rotors und am Umfang angebrachten Roh ren, die der Kontur der obern und der untern Kante der zylindrischen yltissenfläelie des Ro tors folgen.
Die regenerativen Blechpakete lassen sich zweekniässig in den von den Roh ren gebildeten Rahmen so einschieben, dass sie selbst. die Trennivän,le zwischen. den ver schiedenen Sektoren des Rotors bilden. Die dichtenden Kanten, wie etwa biegsame Strei fen aus dünnem Blech, sind mit dem Rohr rahmen verbunden, während die Bleelipakete sich während der Erwärmung dank im voraus vorgesehenem .Spielraum zwischen ihnen und dem Rohrrahmen frei ausdehnen können.
Die Temperatur des den Rotor 32 um gebenden Gehäuses ist vorteilhaft gleichfalls geregelt. In dem dargestellten Ausführungs beispiel sind die zylindrischen und die seit lichen Teile 48 und 50 des Gehäuses doppel wandig und bilden Kanäle 75, 77, die von einem temperaturregelnden Fluidum durch strömt werden.. Die Ein- und Auslässe 52, 54, 56, 58 sind zu Flanschen mit innern, mit den Kanälen 77 des Teils<B>50</B> in Verbindung stehen den Kanälen 79 geformt. Die Kanäle 75 und 77 des Gehäuses können miteinander bei 78 verbunden sein oder aber getrennten Umlauf systemen zugehören. Das Umwälzsystem bzw.
die Umwälzsysteme für das ortsfeste Gehäuse können von gleicher Beschaffenheit wie das für die Umwälzung des die Temperatur des Rotors regelnden Fluidums sein. Durch die Temperaturregelung des ortsfesten Gehäuses werden die Leckverluste noch weiter ver ringert.
Die von dem temperaturregelnden Flui dum durchströmten Kanäle des Rotors und des ortsfesten Gehäuses brauchen nicht in Reihe in < las Umwälzsystein eingeschaltet zu sein; vielmehr können sie in mehrere vonein ander getrennte Umlaufkreise aufgeteilt sein, von denen jeder für sich auf seine eigene, von der Temperatur des andern Kreises bzw. der andern Kreise abweichende Temperatur ein gestellt werden kann. So kann der Rotor des Luftvorwärmers beim Anheizen der zugehö rigen Dampfkesselanlage auf niedrigerer Temperatur als das ihn umgebende ortsfeste, Gehäuse gehalten werden. Hierdurch wird offensichtlich der Spielraum zwischen dem Rotor und dein Gehäuse vergrössert.
Nachdem die Danipfkesselanlage in normalen Betrieb gekommen ist, können die Temperaturverhält nisse zwischen dem ortsfesten Gehäuse und dem Rotor umgekehrt werden, so dass der Rotor auf höhere Temperatur kommt als das Gehäuse. Hierdurch wächst seine Grösse gegenüber der des Gehäuses, und dies ermög licht die Einstellung des Spielraumes zwischen dem Rotor und dein Gehäuse auf ein Mini mum, das den in der gesamten Dampfkessel- anlage bei normalem, ununterbrochenem Be- trieb herrschenden Wärmedehnungen und der durch sie bedingten grösseren oder kleineren verbleibenden Verformung angepasst wird.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist. der Rotor 32 als mit lotrecht stehender Umlaufwelle 3d-ausgeführt vorausgesetzt. Es leuchtet jedoch ein, dass sich keine der im vorstehenden erläuterten Funktionen ver ändert, wenn die Rotorwelle z. B. liegend aus geführt wird. Bei umgekehrter Strömungs richtung und lotrecht stehender Rotorwelle wird jedoch der obere Teil des Rotors wärmer als sein unterer Teil, und deswegen wird der Rotor dann zweckmässig für Anschluss an eine äussere Flüssigkeitsumwälzungseinrich- tung ausgebildet. Denn in diesem Falle kann ein Verdampfen von in dem untern Teil des Rotors befindlicher Flüssigkeit keinen zuver lässigen Temperaturausgleich vermitteln.
Bekanntlich enthalten die meisten Brenn stoffe Schwefel, und infolgedessen erfolgt auf von den Abgasen bestrichenen Flächen des Rotors, deren Temperatur unter dem Tau punkt liegt, ein Niederschlag von Schwefel verbindungen in der Feuchtigkeit. Diese Ver bindungen greifen allgemein die Flächen stark an und haben auch andere unerwünschte Folgeerscheinungen in der Form von Nieder schlägen, die katalytisch wirken und die Inten sität der Angriffe steigern. Die Teile des Vor wärmers können nun auf einer Temperatur gehalten werden, die über dem Taupunkt liegt, so dass sie frei von dem Angriff jener Schwefelverbindungen bleiben,, und zwar auch auf der Einlassseite für die Frischluft.. Enthält der Brennstoff grössere Mengen Schwefel, erhöht sich der Taupunkt.
Es kann dann die Temperatur der umgewälzten Flüs sigkeit entsprechend höher eingestellt wer den.
Ehe der Vorwärmer in Betrieb gesetzt und der zugehörige Dampfkessel angeheizt wird, kann der Rotor des Vorwärmers auf eine im voraus bestimmte Temperatur erwärmt wer den. Die beim eigentlichen Anheizen aufstei genden, in diesem. Stadium kalten oder nur unbedeutend erwärmten Abgase und die mit ihnen mitfolgenden Schwefelverbindungen können dabei keine Feuchtigkeit auf den Flä chen des Rotors niederschlagen, so dass diese auch während der Anheizzeit gegen Anfres- sungen geschützt sind.
Die innerhalb des Rotors wärmeverteilen den Kanäle können selbstverständlich zwecks Verhinderung unerwünschter Wärmeübertra gung oder -verluste mit einer zweckgeeigne ten Isolierung versehen werden, wobei sich ähnliche Ergebnisse einstellen wie bei der Iso lierung bestimmter Teile einer Zentral heizungsanlage in Wohngebäuden.