DE1237150B - Tragkonstruktion fuer den Waermespeicher von drehenden, axial im Gegenstrom von den Medien durchstroemten Regenerativwaermetauschern - Google Patents

Description

DEUTSCHES 'MTWt PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 17 f-12/07

Nummer: 1237150

Aktenzeichen: A 47246 I a/17 f

1237150 Anmeldetag: 3. Oktober 1964

Auslegetag: 23. März 1967

Die Erfindung betrifft eine Tragkonstruktion für den Wärmespeicher von drehenden, axial im Gegenstrom von den Medien durchströmten Regenerativwärmetauschern, der zur Aufnahme der Speichermassen durch radiale und koaxial angeordnete zylindrische Trennwände in innere und äußere ringsektorförmige Kammern unterteilt und aus mehreren konzentrisch ineinander angeordneten Teileinheiten zusammengesetzt ist.

Derartige Tragkonstruktionen für zylindrische Regenerativkammern mit den heute vorkommenden Durchmessern von mehr als 10 m sind im Betrieb infolge der hohen Temperaturunterschiede zwischen dem warmen und kalten Stirnende der Regenerativkammer großen Wärmedehnungen unterworfen. Diese rufen hohe Materialspannungen hervor und bewirken eine kugelkalottenförmige Auswölbung der Regeneratorstirnflächen. Die Erfindung verfolgt den Zweck, die Formänderungen der zylindrischen Tragkonstruktion möglichst klein zu halten, um hiermit die Materialspannungen zu verringern und zugleich eine wirksame Abdichtung der Anschlußquerschnitte der Gaskanäle an die Regeneratorstirnflächen zu ermöglichen.

Es ist bereits bekannt, in radial durchströmten regenerativen Wärmetauschern (deutsche Patentschrift 818 960) umlaufende Wärmespeicherkörper in der Form einer zylindrischen Hohltrommel derart auszubilden, daß sich Wärmespannungen ausgleichen können und sich die Trommel infolge der Temperaturdifferenzen zwischen dem warmen und kalten Ende des Wärmespeicherkörpers nicht verzieht. Die konzentrischen Innen- und Außenwände des Wärmespeicherkörpers sind bei dieser Konstruktion durch radiale, in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnete Rippen miteinander verbunden, weiche die Trommel in eine Anzahl von Längskammern unterteilen. Die Längskammern enthalten Speichermasse, durch welche die Heißgase und die Kaltluft hindurchströmen. Die Trommel ist in der Achsrichtung aus mehreren ringförmigen Abteilungen zusammengesetzt, die an ihrer kalten Seite durch Bolzen fest verbunden sind, während sie an der heißen Seite ein axiales Spiel aufweisen. Solche als Hohltrommeln ausgebildete Drehspeicher werden im Unterschied zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung radial im Gegenstrom von den wärmetauschenden Medien durchströmt. Beispielsweise strömt die kalte Luft radial von innen nach außen, während die heißen Gase in entgegengesetzter Richtung von außen nach innen durch die Hohltrommel geführt werden. Unter diesen Betriebsverhältnissen treten ganz andere Tragkonstruktion für den Wärmespeicher von
drehenden, axial im Gegenstrom von den Medien durchströmten Regenerativwärmetauschern

Anmelder:

Apparatebau Rothemühle Brandt & Kritzler,
Rothemühle über Olpe (Westf.)

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Herbert Brandt,
Rothemühle über Olpe (Westf.)

Wärmedehnungen auf als bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung, da beispielsweise die inneren zylindrischen Flächen der Hohltrommel das kalte

zo Ende darstellen, "während die äußere zylindrische Mantelfläche der Trommel das heiße Ende des Speichers bildet. Es kann somit eine kugelkalottenförmige Verformung der Trommel nicht auftreten. Diese ergibt sich nur bei dem Temperaturverlauf im eingangs genannten Wärmespeicher, der in axialer Richtung von den wärmetauschenden Massen durchströmt wird.

Es sind auch bereits umlaufende Regenerativwärmetauscher bekannt, die axial im Gegenstrom von den Medien durchströmt werden und bei denen die Tragkonstruktion des Speicherkörpers aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Teilen besteht (deutsche Auslegeschrift 1117 813). Hierdurch wird der Wärmespeicherkörper in je eine innere und äußere Regenerativkammer unterteilt, die fest miteinander verbunden sind. Eine ähnliche Konstruktion ist bekannt durch die deutsche Auslegeschrift 1118 389. Der in dieser Druckschrift dargestellte Luftvorwärmer ist ein in Temperaturzonen eingeteilter drehbarer Regenerativluftvorwärmer, der durch ringzylindrische Trennwände geschiedene konzentrische innere und äußere Rotorzonen aufweist. Durch jede der Zonen kann Luft und Gas in bestimmten Mengen hindurchtreten, um getrennte Ströme von Luft verschiedener Temperaturen zu erhalten. Zweck der Unterteilung des Rotors in ringzylindrische Zonen ist somit nur das Erzeugen zweier Luftströme mit voneinander verschiedener Temperatur.

Die Durchmesser dieser bekannten Bauarten der zylindrischen Regenerativwärmetauscher sind durch die technische Entwicklung zu immer größeren Ein-

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heiten schon bis zur Größenordnung von mehr als 12 m angewachsen. Die infolge der Temperaturunterschiede zwischen dem warmen und kalten Ende auftretende Verformung der zylindrischen Speicherkörper wächst hierbei quadratisch mit dem Durchmesser. Ihre Größenordnung wird gekennzeichnet durch die Stichhöhe h der kugelkalottenförmigen Auswölbung der Regeneratorstirnflächen (Abb. 1). Für diese Stichhöhe gilt die Formel

worin c ein Faktor ist, der mit höherer Formfestigkeit des Speicherkörpers kleiner wird. D ist der Durchmesser des Speicherkörpers und H dessen zylindrische Höhe, Jt die auftretende Temperaturdifferenz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stichhöhe h der infolge der Wärmedehnung entstehenden kugelkalottenförmigen Auswölbung der Regeneratorstirnflächen zu verringern, um somit die auftretenden Materialspannungen zu erniedrigen und hiermit zugleich auch die Abdichtung der Anschlußquerschnitte für die wärmetauschenden Medien an die Regeneratorstirnfläche zu erleichtern.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs genannten zylindrischen Tragkonstruktion für den Wärmespeicher, der zur Aufnahme der Speichermassen durch radiale und koaxial angeordnete zylindrische Trennwände in innere und äußere ringsektorförmige Kammern unterteilt und aus mehreren ineinander angeordneten Teileinheiten zusammengesetzt ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den Teileinheiten ringspaltförmige, zumindest am wärmeren Stirnende der Teileinheiten derart überbrückte Zwischenräume vorgesehen sind, daß das in Radialrichtung äußere wärmere Ende der jeweils inneren Teileinheit und das in Radialrichtung innere wärmere Ende der jeweils äußeren Teileinheit sich in Radialrichtung so aufeinander beweglich abstützen, daß eine durch Wärmedehnungen hervorgerufene radiale Verbreiterung des ringspaltförmigen Zwischenraumes am kälteren Ende zugelassen wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind als Überbrückung der ringspaltförmigen Zwischenräume am wärmeren Ende Führungsringe vorgesehen, die mit balligen Berührungsflächen versehen sind. Ausführungsbeispiele der Erfindung für umlaufende und stationäre Wärmespeicher sind in den A b b. 2, 3 und 4 dargestellt. Die A b b. 1 dient demgegenüber zur Erläuterung der Vorgänge, die zu Formänderungen und Materialspannungen führen.

Die Verformung des Wärmespeichers zur Kugelkalotte gemäß Abb. 1 zwingt alle radialen Trennwände der Tragkonstruktion, wie z. B. die in der Ebene der Abbildungen, zur Verformung aus einer rechteckigen Fläche in die aus Abb. 1 ersichtliche Form. Soweit diese Wände den daraus resultierenden Kräften nicht durch seitliche Ausbiegung ausweichen können, üben sie auch Rückstellkräfte aus, die der Änderung der ursprünglich genau zylindrischen Form in die Form nach A b b. 1 entgegenwirken.

Die Abb. 2 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Ausbildung der Tragkonstruktion an Hand der Bauweise mit Drehspeichern und stationären Anschlußkanälen.

Das wärmere Medium durchströmt die Anschlußkanäle 3 und 4 in Pfeilrichtung A und das kältere

Medium die Kanäle 5 und 6 in Richtung B. Durch die Kanäle beider Medien rotiert die Speichermasse 2, die in die Teileinheiten 8 und 9 gepackt ist. Innerhalb der Anschlußquerschnitte der Gaskanäle an die Speicherstirnflächen sind radiale Dichtungen 14 und Umfangsdichtungen 15 angeordnet. Die Tragkonstruktion des Drehspeichers ist aus zwei oder mehreren konzentrisch ineinander angeordneten Teileinheiten zusammengesetzt. Die innere Teileinheit 8 wird mit der Nabe 10 und den Wellenzapfen 11 in einem oberen Führungslager 12 und in einem unteren Traglager 13 geführt. Am äußeren Umfang der inneren Teileinheit 8 ist unten eine untere Umfangsleiste 16 befestigt, auf der die am inneren Umfang der. äußeren ringförmigen Teileinheit 9 befestigte obere UmfangsIeiste 17 aufliegt. Durch Langlöcher an den beiden Umfangsleisten 16, 17 sind Bolzen 18 gesteckt zur Übertragung der Rotordrehung von der inneren Teileinheit 8 auf die äußere Teileinheit 9. Die Langlöcher erstrecken sich in radialer Richtung, so daß die Bolzen 18 eine radiale Beweglichkeit der unteren Bereiche der beiden Teileinheiten 8, 9 zueinander zulassen. Die Umfangsleisten 16, 17 haben in der Abb. 2 nicht dargestellte, übereinanderliegende Löcher, durch die Staub, der von oben in den Ringraum eingedrungen sein könnte, nach unten in die Anschlußkanäle ausfällt.

A b b. 3 zeigt die Verbindung der konzentrischen Teileinheiten 8 und 9 in größerem Maßstab, wobei auch am oberen Ende angebrachte Führungsringe 19, 20 dargestellt sind. Führungsring 19 an der inneren Teileinheit 8 berührt Führungsring 20 der äußeren Teileinheit 9. Die Führungsringe haben in Ausgestaltung der Erfindung ballige Berührungsflächen zum Erleichtern der freien Einstellung der Teileinheiten 8, 9 zueinander. Die Führungsringe 19, 20 sind am wärmeren Ende der Teileinheiten 8, 9 angebracht, weil diese dort ungefähr die gleiche Wärmedehnung in radialer Richtung erleiden. Am Außenumfang der inneren Teileinheit 8 sind Blechstreifen 21 angebracht, und am Innenumfang der äußeren Teileinheit 9 sind entsprechende Blechstreifen 22 vorgesehen, welche die Blechstreifen 21 überdecken und damit den Ringspalt zwischen den Teileinheiten 8, 9 unterteilen in eine Anzahl Abschnitte entsprechend der üblichen Unterteilung der Tragkonstruktion in sektorartige Kammern zur Aufnahme der Speichermassen. Die Blechstreifen 21, 22 dienen zur Abdichtung des Ringspaltes gegen ein Überströmen des Mediums höheren Druckes in das des niederen Druckes.

Die Umfangsleisten 16, 17, mit denen sich die Teileinheiten in axialer Richtung aufeinander abstützen, sind durch Mitnehmer, z. B. durch Bolzen 18, in radialen Schlitzen beweglich miteinander verbunden. Die zu dieser Abstützung dienenden Elemente können auch aus sich berührenden Pratzen oder anderen an sich bekannten Maschinenelementen bestehen. Sie dienen bei rotierenden Wärmespeicherkörpern zum Übertragen der Drehung und bei stationären Wärmespeichern zur Sicherung gegen Verdrehen der konzentrischen Teileinheiten gegeneinander.

An der Bauweise mit stationären Speichermassen und rotierenden Anschlußkanälen, wie sie in Abb. 4 schematisch dargestellt ist, wird die Erfindung beispielsweise derart angewendet, daß die äußere

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ringförmige Teileinheit 9, die auf dem Unterstützungsgerüst 23 aufliegt, mit der Umfangsleiste 17 die innere Teileinheit 8 über deren Umfangsleiste 16 trägt. Im übrigen können die analogen Gestaltungsgesichtspunkte angewendet werden, wie sie bei 5 A b b. 2 beschrieben sind. In Abb. 4 sind die Teileinheiten der Tragkonstruktion im Zustand ausgeglichener Temperatur ohne Verformung durch unterschiedliche Wärmedehnungen und Rückstellkräfte dargestellt. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die kugelkalottenförmige Auswölbung der getrennt ineinander angeordneten konzentrischen Teileinheiten 8, 9 insgesamt geringer ist als die kugelkalottenförmige Auswölbung einer entsprechenden einstückigen Tragkonstruktion oder einer zwar unterteilten Konstruktion, bei der jedoch die Teileinheiten starr miteinander verbunden sind. Durch die nachgiebige Verbindung der Teileinheiten werden auch größere Materialspannungen infolge der Wärmedehnungen der Tragkonstruktion weitgehend vermieden. Ferner hat man für Transport und Montage der Tragkonstruktion von vornherein den Vorteil, daß die Tragkonstruktion in einzelne Stücke unterteilt ist. Im Falle, daß die erfindungsgemäße Tragkonstruktion für Speicherwärmetauscher Verwendung findet, in denen mehrere Luftströme auf verschiedene Temperaturen erhitzt werden, treten in der Tragkonstruktion örtlich stark verschiedene Wärmedehnungen auf. Hier ist daher die Nachgiebigkeit der Verbindung der Teileinheiten von besonders großem Vorteil. Patentansprüche: 35

1. Tragkonstruktion für den Wärmespeicher von drehenden, axial im Gegenstrom von den Medien durchströmten Regenerativwärmetauschern, der zur Aufnahme der Speichermassen durch radiale und koaxial angeordnete zylindrische Trennwände in innere und äußere ringsektorförmige Kammern unterteilt und aus

mehreren konzentrisch ineinander angeordneten Teileinheiten zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Teileinheiten (8, 9) ringspaltförmige, zumindest am wärmeren Stirnende der Teileinheiten derart überbrückte Zwischenräume vorgesehen sind, daß das in Radialrichtung äußere wärmere Ende der jeweils inneren Teileinheit (8) und das in Radialrichtung innere wärmere Ende der jeweils äußeren Teileinheit (9) sich in Radialrichtung so aufeinander beweglich abstützen, daß eine durch Wärmedehnungen hervorgerufene radiale Verbreiterung des ringspaltförmigen Zwischenraumes am kälteren Stirnende zugelasen wird.

2. Tragkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Überbrückung der ringspaltförmigen Zwischenräume am wärmeren Ende Führungsringe (19, 20) vorgesehen sind, die mit balligen Berührungsflächen versehen sind.

3. Tragkonstruktion nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Überbrückung der ringspaltförmigen Zwischenräume am kälteren Ende Umfangsleisten (16, 17) vorgesehen sind, die sich in axialer Richtung aufeinander abstützen und durch Mitnehmer (Bolzen 18) in radial verlaufenden Schlitzen beweglich miteinander verbunden sind.

4. Tragkonstruktion nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsleisten (16, 17) in axialer Richtung Durchlässe aufweisen.

5. Tragkonstruktion nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringspaltförmigen Zwischenräume in Umfangsrichtung abgesperrt sind durch auf Mantellinien übereinandergreifende Sperrstreifen (Blechstreifen 21, 22).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 818 960;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1117 813, 389.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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