DE1253295B

DE1253295B - Process for the production of highly heat-resistant rotary storage for rotary storage heat exchangers

Info

Publication number: DE1253295B
Application number: DE1962S0080723
Authority: DE
Inventors: Noel D Hazzard
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Current assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Priority date: 1962-08-02
Filing date: 1962-08-02
Publication date: 1967-11-02

Description

Verfahren zur Herstellung von hochwärmefesten Drehspeichern für Drehspeicherwärmetauscher Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochwärmefesten Drehspeichern für Drehspeicherwärmetauscher, bei denen eine Anzahl mit Umfangsabstand um die Drehachse angeordneter, sektorförmig ausgebildeter Einheiten aus einem in axialer Richtung durchlässigen wärmespeichernden keramischen Material in einem von einem zylindrischen Mantel und sich radial nach einwärts zu einer Nabe erstreckenden Trennwänden gebildeten Tragkörper aus keramischem Material eingeschlossen sind.Process for the production of highly heat-resistant rotary accumulators for rotary accumulator heat exchangers The invention relates to a method for the production of highly heat-resistant rotary accumulators for rotary storage heat exchangers, in which a number with circumferential spacing around the axis of rotation arranged, sector-shaped units from one in the axial direction permeable heat-storing ceramic material in one of a cylindrical Sheath and formed partitions extending radially inward to a hub Support body made of ceramic material are included.

Für Betriebstemperaturen, die oberhalb des Arbeitsbereichs von Stahl oder Stahllegierungen liegen, wie sie beispielsweise in Verbindung mit Siemens-Martin-Öfen und Koksöfen auftreten, ist es erforderlich, keramische Materialien für die wärmespeichernde Füllmasse der Drehspeicher wie in gewissem Umfang auch für das tragende Speichergerüst zu verwenden. Der größte Teil der hierfür in Betracht kommenden Materialien ist verhältnismäßig spröde und bruchempfindlich, wenn er wechselnden Beanspruchungen unterworfen wird, wie sie durch die unterschiedlichen Temperaturen während der Drehung des Speichers zwangläufig auftreten.For operating temperatures above the working range of steel or steel alloys, such as those in connection with Siemens-Martin furnaces and coke ovens occur, it is necessary to use ceramic materials for heat-storing Filling mass of the rotary storage as, to a certain extent, for the load-bearing storage structure to use. Most of the materials that can be used for this purpose are relatively brittle and fragile when exposed to changing loads is subjected as it is due to the different temperatures during rotation of the memory inevitably occur.

Es sind bereits zahlreiche Anstrengungen gemacht worden, um eine hierdurch bedingte Zerstörung der Drehspeicher ganz zu verhindern oder aber ihren Umfang wenigstens zu vermindern, ohne den Speicheraufbau und seine Wirkungsweise nachteilig zu beeinflussen. Die dazu getroffenen Maßnahmen haben sich jedoch als unwirtschaftlich erwiesen oder nicht den erwünschten Erfolg gebracht.Numerous efforts have already been made to get one through this to prevent conditional destruction of the rotary storage completely or at least its scope to reduce without adversely affecting the memory structure and its mode of operation. However, the measures taken have proven to be uneconomical or did not bring the desired success.

So ist bei einem Drehspeicherwärmetauscher für extrem hohe Temperaturen vorgeschlagen worden, den Drehspeicher wie auch das Gehäuse axial zu unterteilen, wobei der dem Einlaß des heißen Gases und dem Auslaß des erwärmten Gases zugekehrte Teil aus feuerfestem keramischem Material besteht, während der dem Auslaß des abgekühlten wärmeaufnehmenden Gases und dem Einlaß des kalten wärmeabgebenden Gases zugekehrte Teil aus metallischem Material gebildet ist. Wird ein solcher Drehspeicherwärmetauscher mit vertikaler Achse gebaut, so besteht der untere axiale Teil aus einem drehbar gelagerten Plattenrahmenwerk aus Metall mit Nabe, Felge, Speichen und Querwänden mit nach oben ragenden Verlängerungen, die als Führungen für dazwischen eingesetzte Wände aus feuerfestem keramischem Material dienen. Zwischen diese Wände sind im oberen Teil Speicherelemente in Form von feuerfesten keramischen Rohren eingesetzt. Der Aufbau eines solchen Drehspeichers ist außerordentlich 2 aufwendig, und bei dichter Packung der Rohre bleibt die Gefahr von Brüchen bei ihrer Ausdehnung unter hohen Temperaturen bestehen, während bei loser Packung unerwünschte Nebenwege für die durchtretenden - Gase mit verhältnismäßig geringem Strömungswiderstand entstehen, durch welche der Wirkungsgrad für die Wärmeübertragung erheblich herabgesetzt wird.This is the case with a rotary storage heat exchanger for extremely high temperatures it has been proposed to subdivide the rotary store as well as the housing axially, the one facing the inlet of the hot gas and the outlet of the heated gas Part made of refractory ceramic material, during which the outlet of the cooled facing the heat-absorbing gas and the inlet of the cold heat-emitting gas Part is formed from metallic material. Is such a rotary storage heat exchanger built with a vertical axis, the lower axial part consists of a rotatable Bearing metal plate framework with hub, rim, spokes and transverse walls with upward protruding extensions that are used as guides for in between Walls made of refractory ceramic material are used. Between these walls are im Upper part of storage elements in the form of refractory ceramic pipes used. The construction of such a rotary store is extremely complex and 2 close packing of the pipes, the risk of ruptures during their expansion is reduced high temperatures exist, while with loose packing undesirable byways for the gases passing through arise with relatively low flow resistance, by which the efficiency for the heat transfer is considerably reduced.

Es ist auch bereits bekannt, in sektorförmige Abschnitte eines Drehspeichergestells kompakte Füllmaterialblöcke aus Metall oder Keramik mit axialen Durchströmkanälen einzubetten. Solche Blöcke werden dann durch besondere Verriegelungselemente in ihrer Lage gehalten. Auch dieser Aufbau ist aufwendig, und die Berücksichtigung der Wärmeausdehnung führt zu Spalten zwischen den Blöcken und den Kammerwänden, durch welche unerwünschte Leckströmungen hindurchtreten können.It is also already known in sector-shaped sections of a rotary storage rack compact filler blocks made of metal or ceramic with axial flow channels to embed. Such blocks are then locked in by special locking elements held their position. This structure is also complex, and the consideration the thermal expansion leads to gaps between the blocks and the chamber walls, through which undesired leakage flows can pass.

Bei Regeneratoren für Heißgasmaschinen ist es auch bekannt, zwischen einer umgebenden Stützwand und der aus Drahtgazeschichten gebildeten Füllung eine Schicht aus organischem oder keramischem Material anzuordnen, das nach Einbettung der Drahtgazeschichten in eine Lehre in flüssigem oder plastischem Zustand eingefüllt wird und dann aushärtet, wonach die Lehre durch die endgültige Stützwand ersetzt wird. Eine solche Ausfüllung des Spaltes zwischen Stützwand und Füllung ist dort möglich, da einmal die Temperaturen und Abmessungen solcher Regeneratoren verhältnismäßig niedrig liegen und zum anderen die aus Drahtgaze gebildete Füllung die thermischen Ausdehnungen des Drahtes in sich aufnimmt, ohne Sprengkräfte zu erzeugen.In regenerators for hot gas machines, it is also known between a surrounding support wall and the filling formed from wire gauze layers Layer of organic or ceramic material to be arranged after embedding of the wire gauze layers filled into a gauge in a liquid or plastic state and then hardens, after which the gauge is replaced by the final retaining wall will. There is such a filling of the gap between the supporting wall and the filling possible, since the temperatures and dimensions of such regenerators are relative are low and on the other hand the filling made of wire gauze the thermal Absorbs expansions of the wire without generating explosive forces.

Bei Drehspeichern aus fortlaufend aufgewickelten länglichen Streifen von Sieben- oder gelochten Blechen ist es auch bekannt, die Trennung der einzelnen Sektorabschnitte in Umfangsrichtung durch auf die Schichten in Achsrichtung aufgetragene Streifen aus einer plastischen oder elastischen Masse vorzunehmen. Die dadurch gebildeten Zwischenwände setzen sich somit aus einer Anzahl sich radial überdeckender Trennstreifen zusammen. Eine derartige Maßnahme ist natürlich nur dann anwendbar, wenn die Drehspeicher aus aufwickelbarem oder aufschichtbarem Material hergestellt werden.Rotary storage systems consist of continuously wound elongated strips of sieve or perforated sheets it is also known the breakup of the individual sector sections in the circumferential direction through onto the layers in the axial direction to make applied strips of a plastic or elastic mass. The partition walls thus formed are thus composed of a number radially overlapping separating strip together. Such a measure is of course only Applicable when the rotary storage is made of material that can be rolled up or coated on top getting produced.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche die Nachteile der zuerst genannten Drehspeicher mit Füllmassen aus keramischem Material vermieden werden und Drehspeicher geschaffen werden, die bei einfachem Aufbau hohen wechselnden Temperaturen ohne ernsthafte Bruchgefahr standzuhalten vermögen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die in an sich bekannter Weise aus einem Stück bestehenden Einheiten an den undurchlässigen Seiten mit einer Packung aus nachgiebigem keramischem Material beschichtet und in ihrer endgültigen Lage innerhalb einer Ringform mit Abstand zu dieser und gegenseitigem Abstand angeordnet werden, woraufhin sie in dieser durch Eingießen eines schmelzbaren und beim Trocknen erstarrenden keramischen Materials miteinander nachgiebig verbunden werden und schließlich die Ringform entfernt wird.The object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the beginning Kind of creating, through which the disadvantages of having the first-mentioned rotary storage Filling compounds made of ceramic material are avoided and rotary storage is created be able to withstand high alternating temperatures without serious Able to withstand the risk of breakage. According to the invention this object is achieved solved that the existing one-piece units in a manner known per se on the impermeable sides with a packing made of resilient ceramic material coated and spaced in their final position within an annular shape this and mutual spacing are arranged, whereupon they are in this by Pouring a fusible ceramic material that solidifies when it dries are connected together resiliently and finally the ring shape is removed.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch einen Drehspeicherwärmetauscher, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, F i g. 2 einen Schnitt durch den Drehspeicher nach Linie 2-2 in F i g.1 und F i g. 3 einen Radialschnitt durch den Drehspeicher nach Linie 3-3 in F i g. 2.The invention is illustrated below with reference to one in the drawing Embodiment explained in more detail. It shows F i g. 1 a section through a Rotary storage heat exchanger produced by the method according to the invention is, F i g. 2 shows a section through the rotary store along line 2-2 in FIG. 1 and FIG F i g. 3 shows a radial section through the rotary accumulator along line 3-3 in FIG. 2.

In der Zeichnung führt der zylindrische Mantel 8 eines Drehspeichers 10 eine Masse aus axial durchlässigem wärmespeicherndem Material abwechselnd durch eine axial gerichtete Strömung eines Heizmediums und eine entgegengesetzt gerichtete axiale Strömung eines zu beheizenden Mediums. Der Drehspeicher 10 liegt auf dem ringförmigen Umfang eines metallischen Läuferkörpers 12 auf, der am kalten unteren Ende des Drehspeichers angeordnet ist, wo die zerstörenden Wirkungen der Korrosion und der hohen Temperatur am kleinsten sind. Der Läuferkörper 12 wird seinerseits von einem Drehzapfen 14 getragen, der von einem Lager 16 abgestützt und von einer geeigneten Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) um seine Achse gedreht wird.In the drawing, the cylindrical jacket 8 of a rotary accumulator 10 guides a mass of axially permeable heat-storing material alternately through an axially directed flow of a heating medium and an oppositely directed axial flow of a medium to be heated. The rotary accumulator 10 rests on the annular circumference of a metallic rotor body 12, which is arranged at the cold lower end of the rotary accumulator, where the destructive effects of corrosion and high temperature are smallest. The rotor body 12 is in turn carried by a pivot pin 14 which is supported by a bearing 16 and rotated about its axis by a suitable drive device (not shown).

Der Drehspeicher 10 ist am Umfang von einem feststehenden Gehäuse umgeben, das ein keramisches Futter 22 innerhalb eines Stahlgehäuses 24 aufweist. Der ringförmige Raum dazwischen ist mit einer Isolierschicht 26 aus nachgiebigem keramischem Fasermaterial ausgefüllt.The rotary storage device 10 is surrounded on the periphery by a stationary housing which has a ceramic lining 22 within a steel housing 24 . The annular space in between is filled with an insulating layer 26 made of resilient ceramic fiber material.

Das feststehende Gehäuse weist an den entgegengesetzten Stirnseiten keramische End- oder Sektorplatten 32 und 34 mit Öffnungen 33 und 35 auf, die den Durchfluß des Heizmediums und des zu beheizenden Mediums in den Drehspeicher und durch das darin enthaltene wärmespeichernde Material ermöglichen. Eine keramische Abdichtplatte 37 mit einem ringförmigen Rand, der mit einem Nabenteil durch radiale Speichen verbunden ist, die mit den Teilungen zwischen den Blöcken des Drehspeichers übereinstimmen, wird drehbar am oberen Ende der Nabe 19 gehalten. Die Abdichtplatte ergibt eine schwimmende Abdichtfläche, die sich selbst auf die Ebene der benachbarten Sektorplatte einstellt, tun eine axiale Deformierung oder Fehlausrichtung des Drehspeichers auszugleichen. Eine nachgiebige Packung aus faserigem keramischem Material wird zwischen die nichtdurchbrochene Fläche der Abdichtplatte 37 und die benachbarte Kante des Drehspeichers eingesetzt, so daß eine Abdichtschicht entsteht, die sich ausdehnt oder zusammenzieht, um in entsprechender Weise den sich ändernden Raum zwischen relativ zueinander beweglichen Elementen auszufüllen und dadurch den Durchfluß des Mediums zu sperren.The fixed housing points at the opposite end faces ceramic end or sector plates 32 and 34 with openings 33 and 35, the Flow of the heating medium and the medium to be heated in the rotary storage and through the heat-storing material contained therein. A ceramic one Sealing plate 37 with an annular edge, which is connected to a hub part by radial Spokes connected to the partitions between the blocks of the rotary storage match, is rotatably held at the upper end of the hub 19. The sealing plate results in a floating sealing surface which is self-leveling to the neighboring Sector plate adjusts, do an axial deformation or misalignment of the rotary storage balance. A resilient packing made of fibrous ceramic material is made between the non-perforated surface of the sealing plate 37 and the adjacent Edge of the rotary storage used, so that a sealing layer is formed, which is expands or contracts in a corresponding manner to accommodate the changing space to be filled between relatively movable elements and thereby the flow of the medium.

Die Grundelemente des Drehspeichers bestehen aus Blöcken 42 aus keramischem wärmespeicherndem Material mit einer Vielzahl von Durchflußwegen, die die beiden Medien hindurchtreten lassen. Jeder derartige Block 42 ist im wesentlichen sektorförmig ausgebildet, so daß eine Anzahl solcher Blöcke um eine Achse mit Radialabstand angeordnet werden kann, wodurch sich auch Umfangsabstände zwischen benachbarten Blöcken ergeben. Jeder Sektorblock 42 ist an den radialen Seiten und an der gewölbten Umfangfläche mit einer Packung 48 aus nachgiebigem keramischem Material bedeckt. Die Packung muß eine Dicke aufweisen, die größer ist als die maximale Ausdehnung eines Segmentblocks, wenn dieser innerhalb des Betriebstemperaturbereichs erhitzt wird.The basic elements of the rotary accumulator consist of blocks 42 of ceramic heat-storing material with a plurality of flow paths which allow the two media to pass through. Each such block 42 is essentially sector-shaped, so that a number of such blocks can be arranged around an axis with a radial spacing, which also results in circumferential spacings between adjacent blocks. Each sector block 42 is covered on the radial sides and on the curved peripheral surface with a packing 48 of resilient ceramic material. The packing must have a thickness that is greater than the maximum expansion of a segment block when heated within the operating temperature range.

Nachdem die Sektorblöcke 42 in der vorgeschriebenen Weise angeordnet und mit nachgiebigen Packungen umhüllt sind, werden sie von einer (nicht dargestellten) Ringform derart umgeben, daß ein ringförmiger Zwischenraum zwischen der bogenförmigen Außenfläche der Sektorblöcke und der Ringform entsteht, der mit den radialen Zwischenräumen zwischen den einander benachbarten Sektorblöcken in Verbindung steht. Im Anschluß daran wird gießbares keramisches Material, das beim Trocknen erhärtet, in die Zwischenräume zwischen den Blöcken, der Nabe 19 und der Ringform eingegossen, wodurch der ringförmige Mantel 8 und die mit diesem und untereinander fest verbundenen radialen Trennwände 46 entstehen. Wegen des anfangs flüssigen Zustandes beim Eingießen dringt das gießbare keramische Material in die Vertiefungen in der äußeren Fläche der keramischen Packung 4$ ein, umgibt die Sektorblöcke und erfaßt dann beint Trocknen die benachbarten Fasern der Packungen und hält sie und die eingeschlossenen Sektorblöcke 42 fest. Der Druck des flüssigen gießbaren Materials preßt beim Gießen die nachgiebige Packung in die Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche der eingeschlossenen Sektorblöcke und hält diese um so sicherer, so daß insgesamt eine wirksame Verbindung aller Teile entsteht, die verhindert, daß eines der beiden Medien zwischen den Sektorblöcken und der diese umgebende keramische Umhüllung strömen kann.After the sector blocks 42 are arranged in the prescribed manner and encased with resilient packings, they are surrounded by an annular shape (not shown) in such a way that an annular space is created between the arcuate outer surface of the sector blocks and the annular shape, which is formed with the radial spaces between the adjacent sector blocks is in communication. Subsequently, pourable ceramic material, which hardens during drying, is poured into the spaces between the blocks, the hub 19 and the ring mold, whereby the ring-shaped jacket 8 and the radial partitions 46 firmly connected to it and to one another are formed. Because of the initially liquid state when poured, the pourable ceramic material penetrates into the depressions in the outer surface of the ceramic package 4 $, surrounds the sector blocks and then grips the adjacent fibers of the packages while drying and holds them and the enclosed sector blocks 42 in place. The pressure of the liquid pourable material presses the flexible packing into the irregularities on the surface of the enclosed sector blocks during pouring and holds them all the more securely, so that overall an effective connection of all parts is created, which prevents one of the two media between the sector blocks and which this surrounding ceramic envelope can flow.

Wenn das Gießmaterial infolge der Trocknung erstarrt und ausgehärtet ist, kann der Drehspeicher aus der Ringform als ein Stück herausgenommen werden, das aus einer Anzahl von unabhängigen sektorförmigen Blöcken 42 besteht, welche fest, aber doch so nachgiebig in ihrer Lage gehalten werden, daß die einzelnen Blöcke sich frei in jeder Richtung ausdehnen oder zusammenziehen können, ohne daß die umgebende keramische Umhüllung nachteilig beeinflußt wird.When the casting material solidifies and hardens as a result of drying the rotary storage can be taken out of the ring shape as one piece, which consists of a number of independent sector-shaped blocks 42, which firm, but still so resiliently held in their position that the individual blocks can expand or contract freely in any direction, without the surrounding ceramic envelope being adversely affected.

Die Stirnkanten der radialen Trennwände 46 und des ringförmigen Mantels 8 können plan bearbeitet werden, so daß sie eine glatte Abdichtfläche ergeben, die gegen die ebene Fläche eines benachbarten feststehenden Gehäuseteils dichtet und damit jeden Durchfluß von Medium auf einen Kleinstwert herabsetzt.The end edges of the radial partitions 46 and the annular shell 8 can be machined flat so that they result in a smooth sealing surface that seals against the flat surface of an adjacent stationary housing part and so that each flow of medium is reduced to a minimum.

Ein in dieser Weise hergestellter Drehspeicher ergibt Nachgiebigkeit im Betrieb gegenüber den wechselnden thermischen Beanspruchungen, ist einfach und wirtschaftlich herstellbar und bildet damit eine wesentliche Verbesserung.A rotary accumulator produced in this way gives flexibility in operation against the changing thermal loads, is simple and economically producible and thus constitutes a significant improvement.

Claims

Claim: A method for the production of highly heat-resistant rotary accumulators for rotary accumulator heat exchangers, in which a number of sector-shaped units, arranged circumferentially around the axis of rotation, made of an axially permeable, heat-storing ceramic material in a partition wall extending radially inward from a cylindrical jacket to a hub formed support body made of ceramic material are included, characterized in that the units consisting of one piece (blocks 42) in a manner known per se are coated on the impermeable sides with a packing (48) made of resilient ceramic material and in their final position within a Annular shape are arranged at a distance from this and mutual distance, whereupon they are flexibly connected to one another in this by pouring a fusible and solidifying ceramic material (jacket 8, partition walls 46) into this and closed eat the ring shape is removed. Documents considered: German Patent No. 843 731; German Auslegeschriften Nos. 1084 742, 1084 285, 1069 166; Austrian Patent No. 198 407; Swiss Patent No. 355 798.