CN1214766A - 空气预热器的径向密封 - Google Patents

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Abstract

旋转式再生空气预热器(10)有一装在环绕的外壳(12)内的转轴(16)上的转筒,转筒的吸热材料交替地受热气流和待加热气体的作用。弹性密封带(74)的径向密封组件(42,42′),安到转筒(14)的每一径向伸展部的热端边缘,以便在旋转时,在隔板和外壳(12)的区域板的相对面之间形成密封。弹性密封带(74)有逐渐减小形状,空气预热器在热运行状况时,密封带(74)的末端边缘(80)和区域板(20,22,24)的相对面限定一控制的径向伸展间隔(86);保护性的末梢(106)装在弹性密封带(74)的末端边缘(80)上以防止边缘裂缝而过早失效。刚性后支持片(58)偏压弹性密封带(74),以使密封带(74)预加载以消除废气－空气压差所产生的间隙。

Description

空气预热器的径向密封
发明背景
本发明与采用径向密封的旋转式再生空气预热器有关，特别是新颖的径向密封，它减小空气预热器转筒和区域密封表面之间的泄漏间隙。
旋转式再生空气预热器通过转筒内的换热传递表面将离开锅炉的废气的显热传送给输入燃烧空气。该换热传递表面通过废气和空气流转动。对大多数垂直流动的空气预热器来说，由热传递表面密封的转筒在空气预热器下端用下轴承支承而上端则用轴承组件导引。某些垂直流动的空气预热器上部使用支承轴承而下部使用导引轴承。水平流动的空气预热器两端都使用支承轴承。用许多径向延伸的板将转筒分成隔室，该板称之为隔板。这些分隔室适于安装有热传导面的单元舱。
空气预热器由区域隔板分为一个废气侧或区域和一个或更多的燃烧空气侧或区域。转筒上的弹性径向密封通常安装在隔板的顶边和底边，它们紧密相邻于这些区域板且使区域之间的废气和空气泄漏最小。同样，使用时轴向密封也可安装在废气和空气区域间的转筒圆周和外壳之间的外壳上，这些轴向密封板与安装在隔板外端的弹性轴向密封相配合，这些轴向密封和密封板与径向密封和区域板一起有效地将空气与废气流彼此分开。
在典型的旋转式再生热交换器里，热废气和燃烧空气从相反的端部进入转筒并以互相相反的方向通过安在转筒内的热交换材料。因此，冷空气入口和经冷却的气体出口是在热交换器的一端，称之为冷端。热气体入口和经加热的空气出口是在热交换器的另一端，称之为热端。因而从转子的热端到转子的冷端就存在轴向温度差，由于此温度差，转筒就有变形和出现类似倒置碟的形状(一般称之为转筒向下弯)。结果，装在隔板热端的径向密封就被拽离外壳的区域板，在转筒的外径上出现较大的空隙而导致不希望出现的废气和空气的混合。
已经发展了许多方案以重新实现装到隔板上的密封片和区域板之间的接触或者极其接近。众所周知，利用一种延伸跨越隔板和区域板之间间隙的弹性密封件，在转子从非运行状态转变为运行状态时，沿转筒的温度差增加，热端隔板和区域板之间的间隙增加。但是弹性密封件则设计成始终与区域板保持接触，这种密封设计被分为“软接触密封”。
软接触密封有许多问题，已知在密封件和区域板之间的连续接触导致密封件和区域板的密封面两者的磨损。有时使用特殊衬垫以减小密封面的磨损，但是使用这种衬垫会导致较高的投资和劳力费用。此外，由于废气和空气区域之间的压力差所引起的软接触密封的偏移通常是不预考虑的而且引起间隙或间隙的增大。再者，软接触密封还会由于边缘断裂而过早失效。结果是许多软密封的设计受到下列或下列中之一的限制：1)可贴近的间隙量受到限制；2)每个由密封片包括多个靠接在一起的密封件，而在这些靠接部产生泄漏。
发明概述
本发明提供一种为空气预热器的装置，在满载工作条件下保持弹性密封件和区域板之间的控制间隙。该装置可减少泄漏和减小密封表面的磨损。本发明还为空气预热器提供消除因气体压差引起变形所造成的密封表面和弹性密封件之间的间隙的装置，以便防止因弹性密封件边缘断裂而过早失效并消除弹性密封件相邻部分之间的间隙。
附图概述
图1是传统的旋转式再生空气预热器总体示意图。
图2是空气预热器的转子和图1底座的简要图。
图3是转筒向下弯的旋转式再生热交换装置的示意图。
图4是本发明径向密封组件第一实施例端部放大视图。
图5是本发明径向密封组件第二实施例端部放大视图。
图6A是图5径向密封组件和冷状态的部分区域板的放大侧视图；
图6B是沿图6A线1-1所取的径向密封组件和部分区域板的截面图；
图6C是图6A沿线1-1截取的径向密封组件和部分区域板截面图。
图7A是沿图5径向密封组件和热状态的部分区域板的放大侧视图；
图7B是径向密封组件和沿图7A线3-3截取的部分区域板的截面图。
图8是本发明径向密封组件第三实施例的端部放大视图。
图9是本发明径向密封组件第四实施例的端部放大视图。
优选实施例的描述
附图的图1是一个典型的二分隔式空气预热器10的部分剖切示意图，表示出外壳12，在外壳12中，转筒14装在旋转驱动轴或支柱16上，旋转方向由箭头18表示。借助气流不渗透的区域板20,22将外壳分为废气侧26和空气侧28。相应的区域板也在装置的底部设置。热废气由气体入口管道32进入空气预热器，流过在转筒14上将热传递到热传导面的区域，然后由出口管道排出。当这个热的热传导表面转动通过空气区域28时，热被传导到从空气入口联结器36流过转筒的空气中，加热的空气流形成热空气流并经管道联结器40离开空气预热器10，因此，冷空气入口和冷却过的气体出口34就确定热交换器的冷端面而热气体入口32和经加热的空气出口就确定热交换器的热端。
在三分隔式空气预热器里，由区域板20,22,24将转筒外壳划分为三个区域。这些区域是废气道区域26，第一级空气区域28′和第二级空气区域30。图2是一个三分隔式的空气预热器的转筒14和外壳12的平面图，它显示外壳中与转筒14有关的区域板20,22,24和径向密封42。此图以横截面表示区域板，转筒14由多个区域26,28′和30组成，每一区域有多个单元舱44，每个区域由隔板46限定。该单元舱44有热交换面。连接到这些隔板46的顶部和底部边缘的是径向密封42。当空气预热器10投入使用时，随着冷的非工作状态进展到热工作状态，轴向温度差是从转筒14的热端到转筒的冷端50变化，此轴向温度差使转筒14变形，结果，装在隔板46的热端48上的径向密封42就从外壳的区域板被拽离，在转筒14的外侧端52上出现较大的间隙。此外敞开间隙56(图3)，如果没有封上则可流通，会导致不希望出现的废气和空气的混合。
如图4和图5所示，本发明的每个径向密封组件(42,42′)都有一个刚性的后支持片58，此支持片有支承部分60和从支承部分60到末端边缘64向外伸展的伸展部分62。一个刚性前支持片66,66′则有支承部分68,68′和从支承部分68,68′到末端边缘72,72′向外伸展的伸展部分72,72′。由不渗流弹性材料制成的弹性密封带74有一个支承部分76和从支承部76朝末端边缘80向外伸展的伸展部分78。后支持片58的支承部分60和前支持片66,66′的支承部分68以密集间隔关系大体并列地设置。弹性密封带74的支承部分76被牢固地夹紧或卡紧在支持片58的支承部分60,68,68′和前支持片66,66′之间。后和前支持片58、66、66′的支承部分60,68,68′,76和弹性密封带74可以用许多众所周知的方法安装在一起。后和前支持片58,66,66′以及弹性密封带74从隔板46的外侧端82向隔板46的内侧端84径向地伸展。
后支承片58的伸展部分62从支承部分60向外伸展，因而确定从隔板46的外侧端到隔板46的内侧端84的高度HB是一致的。高度HB有一个预定值，在预热器10处于冷状态(图6A)时，后支持片58的末端边缘64和区域板20,22,24的密封面确定间隙86。例如，间隙86可能有0.03125英寸宽。后支持片58的伸展部分62，以转筒14旋转的反方向，从支承部分60到支承部分60的直接径向伸展处以锐角向外伸展。该角度在具体应用可选定数值。在角度为5°至25°范围内可对任何特殊应用的弹性密封带上提供合适的预加载。后支持片58的伸展部分62与弹性密封带74的伸展部分78接合并沿与旋转方向相反的方向偏压密封带74。这样的偏压给密封带74施加预加载荷，密封带74就阻止因空气体的差压由气产生的偏移，从而消除了通常在传统的空气预热器产生间隙的根源。
在图5实施例42′中，刚性前支承片66′的伸展部分70′从支承部分68′向外伸展并离开后支持片58的伸展部分62以提供其间的间隙88。弹性密封带74的伸展部分78，从其前和后支持片66′,58的伸展部分70′,62之间的支承部分76向外延展进入间隙88，而镶尖部和末端边缘80向外延伸到前支持片66′和后支持片58的末端边缘72′,64之外。如美国专利4,593,750所公开的，该专利已转让给本主题申请的受让人，后支承片的外侧部分用于限制弹性密封带的末端边缘的向后移动。
在图4实施例中，刚性前支持片66的伸展部分70从支承部分68以直角向外伸展，由图5实施例42′的前、后支持片66′,58所形成的封闭间隙88在此设计中被取消以防止灰粉和其它杂质堆积在径向密封组件上。在前支持片66的支承部分68和伸展部分70之间形成的弯曲部分90和前支持片66的伸展部分70呈圆角以便于弹性密封带74弯曲。
弹性密封带包括不透流的弹性材料74。弹性密封带74最好用15-5或17-4号不锈钢制成。在75°F热处理后最小的屈服强度为170ksi较高的屈服强度可允许密封带74被较大程度地弯曲而无永久变形而且使密封带74有较长的使用寿命。密封带74的末端边缘80确定密封带74的伸展部分78的高度Hs。如图7A所示，密封带的径向逐渐减小，这样隔板46的外侧端82上的密封带74的高度H′s大于隔板46的内侧端84上的密封带74的高度H″s。例如，外侧端82上密封带的高度H′s可以大于内侧端84的密封带74的H″s(但不是限制到)1.250英寸。
后支持片58的末端边缘64和可由密封带74跨接的区域板20,22,24的密封面之间的间隙86的最大宽度受密封带74的弓形限制；是该弓形由后支持片的偏压在密封带74上的形成。其次，密封带98可附加到径向密封组件94,96(图8和9)上，以在第一密封带74上施加相反的偏压，从而允许第一密封带74跨接更宽的间隙。计算表明可由单个密封带74跨接的最大间隙大约0.5英寸，在组件上增加密封带98则此间隙可增加到(不是限制到)1.25英寸。每个附加的密封带98的伸展部分100的高度HS2优选地小于第一密封带74的伸展部分78的高度Hs。附加的密封带可有从内侧端到外侧端的固定高度，或者以相同于第一密封带74的方式逐渐减小。
如图6A和7A所示，优选地密封带74由多个密封带片块102组成。当密封带74由区域板20,22,24所弯曲时，密封带片块102的使用可减小作用在密封带74上的扭转力效应。如图7A所示，密封带片块102的边缘104可以重叠以便相互支持并消除密封带片块之间的间隙。密封带74的末端边缘80可用保护套106包围以防止因边缘破裂而过早失效，见图4、5、8和9。该套优选地用400号不锈钢制造并用点焊固定在密封带74上。
如图6A所示，当空气预热器处于冷状态时，后支持片伸展部分62的末端边缘64和前部分片的伸展部分70′的末端边缘72′都大体平行于区域板20,22,24的密封表面。例如，后支持片伸展部分62和前支持片伸展部分70′的末端边缘64,72′和区域板20,22,24的密封面之间的间隙86在宽度上大约是0.03125英寸宽。至少密封带74的末端边缘80的一部分与区域板20,22,24的密封表面接合，由此，这样的接合使密封带弯曲。一般来说，如图6B和6C所示，由于密封带74的逐渐减小的原故使得密封带74的外侧部分较高程度地弯曲而密封带74的内侧部分较小程度或完全不弯曲。
当空气预热器10从冷状态转开始达到热状态时，所引起的转筒出现向下弯，引起后支持片58和前支持片66的末端边缘64,72′的外侧之间的间隙86′增大(图7A,7B)。由于间隙86′这一部分的宽度增加，位于间隙86′处的密封带74的部分弯度减小。当空气预热器处于热状态下时，后支持片伸展部分62和前支持片伸展部分70′的末端边缘64,72′的间隙86则具有逐渐减小的形状，其中，在该外侧端的间隙86′的宽度为最大，如图7A所示。密封带74的逐渐减小的形状允许密封带74部分地跨接间隙86，其中，在密封带伸展部分78的末端边缘80和区域板20,22,24之间保留间隙92。例如，在规定的工作温度下存在间隙时，间隙92的值约为0.03125英寸。温度低于该规定工作温度时会出现干扰。

Claims (16)

1．旋转式再生空气预热器的径向密封组件包括一个转筒外壳，一个位于转筒外壳内的转筒，有许多在圆周上间隔的并径向伸展的隔板，该隔板在转筒内构成隔舱，该隔板有一冷端、一热端和内侧端部分、外侧端部分，在预热器的两轴端上的区域板把预热器分割为废气区域和至少一个空气区域，运转时，预热器从冷状态进入热状态，径向密封组件包括：
一个装到每个隔板热端上的第一刚性支持片，从内侧端到外侧端径向伸展，第一支持片有一个支承部分和一个向外伸展的伸展部分，该伸展部分延伸到末端边缘，末端边缘确定一个高度，此处高度从内侧端到外侧端是大体上一致的；和
一个装到每个隔板热端上的第一弹性密封带，它从内侧端到外侧端径向伸展，是不渗透气流的弹性材料制成第一密封带有一相邻第一支持片牢固固定的支承部分和向外伸展到末端边缘的伸展部分，末端边缘限定一高度，其中，该高度从外侧端向内侧端减小。
2．按权利要求1所述的径向密封组件，其特征在于，第一支持片的高度有预定值，其中，在预热器处于冷状态时，第一支持片的末端边缘和区域板限定一间隙。
3．按权利要求2所述的径向密封组件，其特征在于，第一密封带的高度有一预定值，其中，在预热器处于冷状态时至少第一密封带的末端边缘的一部分接触区域板。
4．按权利要求1所述的径向密封组件，其特征在于，在内侧端的第一密封带的高度有一预定值，其中，在预热器处于热状态时，第一密封带的末端边缘和区域板限定一间隙。
5．按权利要求4所述的径向密封组件，其特征在于，在预热器处于冷状态时，至少第一密封带的末端边缘的一部分接触区域板。
6．按权利要求1所述的径向密封组件，其特征在于，其中，第一支持片偏压第一密封带，以使第一密封带被预加载以阻止废气-空气的压差所产生的变形。
7．按权利要求1所述的径向密封组件，其特征在于，还包括从内侧端向外侧端径向伸展的第二刚性支持片，第二支持片有一支承部，它相邻第一密封带的支承部被牢固固定，其中，第一密封带的支承部分夹在第一支持片的支承部分和第二支持片支承部分之间，和一向外延伸到末端边缘的伸展部分，末端边缘限定一高度，该高度从内侧端到外侧端是大体一致的。
8．按权利要求7所述的径向密封组件，其特征在于，在预热器处于冷状态时，第二支持片的高度有一预定值，其中，第二支持片的末端边缘和区域板限定一间隙。
9．按权利要求7所述的径向密封组件，其特征在于，还包括从内侧端到外侧端伸展的第二弹性密封带，第二密封带有一支承部分，它牢固地夹在第二支承片的支承部分和第一密封带的支承部分之间和向外延伸到末端边缘的伸展部分，该末端边缘限定一高度，其中，第二密封带的高度小于第一密封带的高度。
10．按权利要求9所述的径向密封组件，其特征在于，第一密封带的末端边缘和区域板限定一间隙，其中，第二密封带偏压第一密封带，以便增加由第一密封带跨接的最大间隙宽度。
11．按权利要求1所述的径向密封组件，其特征在于，还包括保护第一密封带的末端端部的套装置。
12．按权利要求1所述的径向密封组件，其特征在于，密封带包括多个密封带片块。
13．按权利要求12所述的径向密封组件，其特征在于，上述密封带片块包括第一和第二端部分，每一密封带片块的第二端部分搭接每一相邻密封带片块的第一端部分。
14．按权利要求1所述的径向密封组件，其特征在于，密封带由高温下具有高强度的合金材料构成。
15．按权利要求12所述的径向密封组件，其特征在于，第一密封带从内侧片块到外侧片块伸展，外侧片块的伸展部分的高度大体比内侧片块的伸展部分的高度大0.1875英寸。
16．旋转式再生空气预热器的径向密封组件包括一旋转筒外壳，一位于转筒外壳内的转筒，在转筒内有多个圆周间隔并径向伸展的隔板，该隔板构成隔舱，隔板有一冷端、一热端和内侧端部分、外侧端部分。在预热器的两轴端上的区域板把预热器分割为废气区域和至少一个空气区域，运转时，预热器从冷状态进入热状态，径向密封组件包括一装到每个隔板的热端上的弹性密封带，它从内侧端到外侧端径向伸展，该密封带由不渗透气流的弹性材料制成并有一支承部分和向外延伸到末端边缘的伸展部分，末端边缘限定一高度，其中，该高度从外侧端到内侧端减小，当预热器处于冷状态时，至少在外侧端上密封带接触区域板并被区域板弯曲，其中，在预热器处于热状态时，末端边缘和区域板限定一间隙。
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