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Die Erfindung bezieht sich auf umlaufende Regenerativ-Luftvorwärmer
für parallelgeschaltete Luftströme verschiedener Temperaturen. Bei solchen Luftvorwärmem
ist die Speichermasse in zwei koaxiale Teile unterteilt. Hierbei wird der äußere
Speichermassenring in der Regel dazu benutzt, die Verbrennungsluft (Zweitluft) aufzuwärmen,
während der innere Speichermassenring dazu dient, einen weiteren Luftstrom auf eine
andere Temperatur zu bringen, und zwar handelt es sich hierbei in der Regel um die
den Kohlenmühlen zuzuführende Luft (Erstluft), die unter höherem Druck als die Verbrennungsluft
stehen kann und die auch - was im vorliegenden Falle interessiert - eine höhere
Temperatur aufweist.
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Solche Luftvorwärmer mit koaxial unterteilter Speichermasse zur Aufwärmung
von zwei parallelgeschalteten Luftströmen unterschiedlicher Pressung und/oder unterschiedlicher
Temperatur sind seit längerem bekannt, und zwar in den beiden Ausführungsformen,
die den Grundtypen umlaufender Luftvorwärmer entsprechen, nämlich sowohl mit umlaufender
Speichermasse und ruhenden Kanälen als auch mit ruhender Speichermasse und umlaufenden
Kanalanschlüssen (deutsche Patentschrift 1113 534). Die Erfindung zeigt einen Weg,
der es gestattet, diese Luftvorwürmer in größeren Einheiten und für größere Temperaturdifferenzen
zu bauen, als es bisher möglich gewesen ist.
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Betrachtet man den in der Regel vorliegenden Fall, daß der äußere
Speichermassenring zur Aufwärmung der Verbrennungsluft dient und der koaxial hierzu
liegende innere Speichermassenring zur Aufwärmung der Mühlenluft, die eine höhere
Temperatur haben muß, so ergibt sich, daß diese Temperaturunterschiede zu unterschiedlichen
thermischen Verformungen des Speichermassenträgers und damit bei den gebräuchlichen
Ausführungsformen, die dieser Tatsache nicht Rechnung tragen, zu gefährlichen Wärmespannungen
führen. Diese Spannungen und Verformungen des Speichermassenträgers begrenzen die
Baugröße, da sie bei großen Luftvorwärmern ganz erhebliche Schwierigkeiten verursachen.
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Die Erfindung ist von der Aufgabe ausgegangen, diese Schwierigkeiten
zu beseitigen und zu diesem Zweck die thermischen Verformungen des Speichermassenträgers
durch eine geeignete Konstruktion so aufzunehmen, daß die Unterschiede sich nicht
schädlich auswirken können.
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Bekanntgeworden ist es bereits, zu diesem Zweck an den gefährdeten
Stellen den Tragkörper mit Dehnungsschlitzen zu versehen, die eine elastische Verformung
des Tragkörpers erleichtern und dadurch das Auftreten größerer Spannungskräfte,
die zu Zerstörungen führen könnten, unterbinden (deutsche Patentschrift 818 960,
deutsche Auslegeschrift 1117 813).
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Demgegenüber macht die Erfindung von einem anderen konstruktiven Gedanken
Gebrauch, der für einen anderen Zweck entwickelt wurde und Gegenstand eines älteren
Patents ist (deutsche Patentschrift 1237 150). Bei dieser Ausführungsform
ist der Speicherkörper in zwei koaxiale Teile unterteilt, und die Träger dieser
beiden Speichermassenteile sind durch einen ringförmigen Spalt voneinander getrennt,
jedoch durch Zwischenglieder miteinander verbunden. Diese Zwischenglieder dienen
zum übertragen der auftretenden Kräfte. Sie überbrücken den Ringspalt und sind so
ausgebildet, daß sie gewisse Änderungen der Spaltbreite zulassen. Hierdurch wird
bei der Tragkonstruktion nach dem älteren Patent in erster Linie der Zweck verfolgt,
die Stichhöhe der infolge der Wärmedehnung entstehenden kugelkalottenförmigen Auswölbung
der Speicherkörperstiraflächen zu verringern und dadurch die Abdichtung der Anschlußquerschnitte
für die wärmetauschenden Medien gegenüber den genannten Stirnflächen zu erleichtern,
zugleich allerdings auch die auftretenden Materialspannungen zu erniedrigen.
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Demgegenüber stellt die vorliegende Erfindung in erster Linie die
Aufgabe in den Vordergrund, die Materialspannungen zu verringern, da eine Anpassung
der Kanalmündungen an die Stirnflächen des Speicherkörpers auch bei größeren kalottenförmigen
Verformungen in durchaus befriedigender Weise erzielt werden kann. Deshalb wird
eine kalottenförmige Verformung in demjenigen Maße in Kauf genommen, in. dem eine
solche zur Verringerung der Materialspannungen erforderlich ist.
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Es stimmt somit der umlaufende Regenerativ-Luftvorwärmer gemäß der
Erfindung mit demjenigen nach dem genannten älteren Patent insoweit überein, als
auch hier die Träger der beiden koaxialen Teile durch einen Ringspalt voneinander
getrennt und durch diesen Ringspalt überbrückende, Änderungen der Spaltbreite zulassende
Zwischenglieder miteinander verbunden sind. Im Unterschied zu dem Luftvorwärmer
nach dem älteren Patent ist aber derjenige gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß diese Zwischenglieder zumindest in mittleren Temperaturbereichen zwischen den
beiden Stirnflächen des Speicherkörpers angreifen.
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So genügt es, wenn die verbindenden Zwischenglieder sich nur über
einen Bruchteil der gesamten Höhe des Speichermassenträgers erstrecken und nur im
Bereich etwa gleicher mittlerer Betriebstemperaturen angeordnet sind. Es können
diese verbindenden Zwischenglieder sich aber auch über die gesamte Höhe des Speichermassenträgers,
etwa von Stirnfläche zu Stirnfläche, erstrecken, denn auch bei dieser Bemessung
der Zwischenglieder erfolgt eine Verbindung in Höhe der mittleren Temperaturbereiche,
worauf es zur Lösung der gestellten Aufgabe entscheidend ankommt. Eine Verbindung
ausschließlich im Bereich der beiden Stirnflächen wie nach dem älteren Patent genügt
jedenfalls nicht.
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Bei dem Luftvorwärmer gemäß der Erfindung haben die Zwischenglieder
somit einerseits an sich die gleiche Aufgabe wie bei demjenigen nach dem älteren
Patent, nämlich die zu übertragenden Kräfte aufzunehmen. Hierbei handelt es sich
um diejenigen Kräfte, die durch die unterschiedlichen Temperaturen erzeugt werden,
sowie um diejenigen, die sich durch die Drehbewegung ergeben, insbesondere beim
Anfahren und Stillsetzen, d. h. bei Änderungen der Drehgeschwindigkeit. Hinzu kommt
das Eigengewicht des Speicherkörpers. Darüber hinaus haben die Zwischenglieder bei
dem Luftvorwärmer gemäß der Erfindung andererseits aber auch zugleich die Aufgabe,
die spannungsfreie Anpassung der beiden koaxialen Teile aneinander zuzulassen.
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Was die konstruktive Ausgestaltung der Zwischenglieder anbelangt,
die die beiden selbständigen Bauteile des Speichermassenträgers miteinander verbinden,
gibt es viele Möglichkeiten, von denen die wichtigsten in der Zeichnung als Ausführungsbeispiele
skizzenhaft veranschaulicht sind.
F i g. 1 a zeigt in einer Teilaufsicht
der Speichermasse ein Zwischenglied, das zwischen den beiden einander gegenüberstehenden
Tangentialwänden des inneren und des äußeren Speichermassenträgers angeordnet ist,
während F i g. 1 b das gleiche Element in Seitenansicht darstellt; F i g. 2 a und
2 b zeigen in Teilaufsicht und Teilansicht eine pratzenartige Abstützung des Außenbauteils
auf dem Innenbauteil, F i g. 3 eine Zapfen-Buchsen-Verbindung, F i g. 4 eine Ausbildung
der Zwischenglieder als Lamellenkörper, F i g. 5 in Teilaufsicht die Verwendung
elastischer Zwischenglieder in Form von Dehnungswülsten, F i g. 6 eine Verbindung
mit in den Tangentialwänden angebrachten Dehnungswülsten.
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Bei der in F i g. 1 a dargestellten Konstruktion verbinden die Zwischenglieder
die äußersten Tangentialwände 1 des Innenbauteils mit den gegenüberliegenden innersten
Tangentialwänden 2 des Außenbauteils, und zwar bestehen diese Zwischenglieder aus
Laschen 3 sowie Schrauben 4 nebst Muttern 5. Zur Erleichterung der Montage ist es
vorteilhaft, die Laschen an eines der beiden Bauteile des Speichermassenträgers
anzuheften, so daß ihre räumliche Lage hierdurch festgelegt ist. Die Laschenstärke
und damit der Abstand zwischen den Radialwänden 6 des Innenteils und den Radialwänden
7 des Außenteils werden hierbei so groß gewählt, daß bei der im Betrieb auftretenden
größten Temperaturdifferenz der Bauteile des Speichermassenträgers noch ein ausreichender
Sicherheitsabstand vorhanden ist.
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Bei Einsetzen der Temperaturdehnung des Innenbauteils weichen die
äußeren Tangentialwände des Innenbauteils nach innen und die inneren Tangentialwände
des Außenbauteils nach außen aus. Dieses ist infolge der Verbindung beider Bauteile
des Speichermassenträgers mit Hilfe der Laschen 3 ohne weiteres möglich. Das Auftreten
von Spannungen infolge der unterschiedlichen Dehnungen der beiden Bauteile in allen
anderen Elementen wird dadurch vermieden.
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Aus der in F i g. 1 b dargestellten Seitenansicht geht hervor, daß
die Laschen 3 sich nicht über die gesamte Höhe des Speichermassenkörpers erstrecken,
sondern nur über einen kleinen Teil hiervon, und zwar sind sie im Bereich nahezu
gleicher mittlerer Betriebstemperaturen beider Bauteile angeordnet. Bekanntlich
sind die Längenänderungen, die infolge abweichender Temperaturen auftreten, nicht
über die gesamte Höhe des Speicherkörpers gleich, sondern unterschiedlich. Durch
die Anordnung der Verbindungslaschen an der genannten Stelle wird erreicht, daß
sich die beiden Bauteile unabhängig voneinander frei ausdehnen bzw. schrumpfen können.
Das Verbindungsglied ist hierbei so ausgebildet, daß es den notwendigen Abstand
zwischen den beiden Bauteilen des Speichermassenträgers frei hält und die Kräfte
von dem einen Bauteil auf den anderen überträgt. Die angrenzenden Tangentialwände
beider Bauteile bilden dabei einen Bestandteil der Zwischenglieder, da sie sich
unter dem Einfluß der thermischen Belastungen verformen.
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Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 a und 2 b sind je in der Ebene
der fluchtend angeordneten Radialwände 6 und 7 pratzenartige Verbindungsglieder
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Bauteile im Verhältnis zueinander zu. Verdrehungen der beiden Bauteile gegeneinander
können hierbei dadurch unterbunden werden, daß an bzw. in einzelnen Pratzen entsprechende
Führungen vorgesehen werden, beispielsweise seitliche Wangen oder aber Bolzen, die
in Langlöchern geführt werden. Um eine möglichst gleichmäßige Kräfteverteilung über
den ganzen Umfang des Speichermassenträgers hinweg zu erzielen, ist es zweckmäßig,
solche Führungen für mindestens drei der Pratzen vorzusehen. Da die Pratzen unter
starkem Druck aufeinandergleiten, ist es vorteilhaft, zur Reduzierung der Reibungskräfte
Zwischenlagen, beispielsweise aus Sinter-Werkstoffen, zu verwenden.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung besteht darin, zwischen die einander
zugewandten Flächen der zusammenarbeitenden Pratzen zur übertragung der Belastungen
Rollen, Druckpendel, Kreissektoren od. dgl. zwischenzuschalten.
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Wie es durch F i g. 2 b veranschaulicht werden soll, ist es auch hier
wieder zweckmäßig, die Pratzen nur in einer einzigen Ebene anzuordnen, die senkrecht
durch die Achse des Speichermassenträgers verläuft, nämlich in derjenigen Ebene,
in der die angrenzenden Wände des Speichermassenträgers etwa gleiche Betriebstemperaturen
aufweisen. Es handelt sich hierbei um die gleiche überlegung, die schon an Hand
von F i g. 1 b dargelegt worden ist.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 weist das Innenbauteil
einen Außenmantel und das Außenbauteil einen Innenmantel auf. Somit ist es möglich,
im Bereich der Trennfuge dieser beiden Bauteile von den beiden der dort einander
gegenüberliegenden Tangentialwandreihen die eine einzusparen. Hierbei kann jeweils
eine der beiden miteinander in Verbindung stehenden Pratzen unmittelbar an der angrenzenden
Radialwand befestigt werden.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist mit dem eben beschriebenen
vergleichbar mit dem Unterschied, daß an die Stelle der Pratzen ein Zwischenglied
getreten ist, das aus einem kolbenartigen Element 10 für den einen Bauteil und einem
buchsenartigen Element 11 für den anderen Bauteil besteht. Auch für diese Ausführungsform
gilt, daß eine der beiden an die Trennfuge angrenzenden Tangentialwandreihen fortfallen
kann und die Verbindung über die anschließenden Radialwände vorgenommen wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4, das in Teilaufsicht dargestellt
ist, sind die Zwischenglieder als lamellenartige Verbindungen ausgebildet. Diese
Lamellen 15 laufen über die ganze Höhe des Speichermassenträgers hindurch. Auch
diese Lamellen ermöglichen es, ungleichmäßige Längenänderungen der beiden Bauteile
durch Verformungen im elastischen Bereich auszugleichen und andererseits trotzdem
diejenigen Kräfte zu übertragen, die durch das Eigengewicht des Speichermassenträgers
und das Gewicht der Heizflächen ausgeübt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 laufen die Radialwände
6/7 von der Nabe ohne Unterbrechung über den Innenbauteil und den Außenbauteil des
Speichermassenträgers hindurch. Längs der Trennungslinie zwischen dem Innenbauteil
und dem Außenbauteil sind in den Radialwänden Dehnungswülste 8 angeordnet, die also
die Grenze zwischen dem inneren Abschnitt 6 und dem äußeren Abschnitt 7 der einzelnen
Radialwände darstellen.
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Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 laufen die Radialwände 7',
7" und 7"' ebenfalls von der Nabe
bis außen hindurch. Hier sind
aber die Tangentialwände 21' und 22' nachgiebig gestaltet, und zwar ebenfalls dadurch,
daß sie mit Dehnungswülsten 23 versehen sind, während die Sektoren 20 durch starre
Tangentialwände 18 und 19 gebildet sind.