DE1921919B2

DE1921919B2 - Dichtung für einen Regenerativrotorwärmetauscher

Info

Publication number: DE1921919B2
Application number: DE1921919A
Authority: DE
Inventors: Robert Porteous Durham City Durham Graham; Waldemar Cullercoats North Shields Hryniszak
Original assignee: Clarke Chapman John Thompson Ltd
Current assignee: Clarke Chapman Group Ltd
Priority date: 1968-04-29
Filing date: 1969-04-29
Publication date: 1974-08-15
Also published as: US3633926A; GB1267805A; DE1921919C3; DE1921919A1

Description

dichtenden Teilen besonders gut anschmiegt. Es ist einem Gehäuse 3 eines der abzudichtenden Bauteile, aus einem Faserzopf aufgebaut, auf den außen ein Das faserige Stützelement kann aus keramischem geeignetes Metall aufgespritzt worden ist. Eine Material, wie AluminiumsUikat, chromstabilisiertem solche Dichtung ist für den vorliegenden Zweck Aluminiumsilikat, Kohlefasern (z.B. Kohlefaserjedoch nicht brauchbar, denn es besieht bei ihr die 5 gewebe), Bornitrit usw. in Form von Papier, GeGefahr, daß das Oberflächenelement von dem rela- webe oder Fasermasse sein.

tiv lockeren Untergrund abgerissen wird. Bei der Bei der Herstellung des Stützelements werden eine

erfindungsgemäßen Dichtung wird jedoch durch Ein- Fasermatte oder Schichten aus Fasennaterial auf

bringen eines versteifenden Binders in dem dem das Profil der Dichtung geschnitten und in ein einen

Oberflächenelement benachbarten Bereich des Fa- io flüssigen Binder, wie Silikonester oder kolloides

serkörpexs dieser so versteift, daß ein Abreißen des Kieselgel, enthaltendes Bad taucht. Nach Heraus-

Oberflächenelements vom Faserkörper im Betrieb nehmen aus dem Bad wird das Material schwach

vermieden wird. gepreßt, um überschüssigen Binder zu entfernen und

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Dich- dann in eine Form eingebracht, die ein Abbild etwa

tung, die relativ einfach herzustellen und einzubauen 15 der in Fig. 3 dargestellten fertigen Dichtung ist,

ist und im Betrieb hervorragende Eigenschaften auf- und die mit einer geeigneten Beschichtung aus einem

weist. Sie hat ein sehr widerstandsfähiges Ober- Material, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen,

flächenelement, das auf Grund des eingebrachten behandelt ist, um das anschließende Herausnehmen

Binders mit dem übrigen Fasermaterial gut verbun- des Stützelements aus der Form zu erleichtern. In

den ist und weist als federndes Element, das zu- 20 die Form können verschiedene Schichten faserigen

gleich als Sekundärdichtung dient, ein Faserkissen Materials eingelegt werden, bevor ein abdeckendes

auf, das einstückig mit ihr verbunden ist. Damit Teil von entsprechender Gestalt eingepaßt und

unterscheidet sich die erfindungsgemäße Dichtung Druck auf das Material angewendet wird, um ihm

auch in besonders vorteilhafter Weise von einer in die gewünschte Dicke und Dichte zu verleihen. Das

der britischen Patentschrift 1 103 479 beschriebenen 25 Material wird in der Form belassen, bis es vollstän-

Dichtung, bei der das sekundäre Dichtelement aus dig trocken ist, beispielsweise 2 bis 3 Tage bei Luft-

einem zwar federnden, aber vom primären Dicht- trocknung oder 4 bis 6 Stunden, wenn mit einem

element getrennt vorgesehenen Faserkissen besteht. Ofen bei Temperaturen bis zu 82° C getrocknet wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Nach Herausnehmen aus der Form wird das Stützsieht vor, daß die durch den Binder bewirkte Steifig- 30 element ohne größere Krafteinwirkung festgehalten, keit des Faserkörpers mit dem Abstand vom Ober- und um ein Absplittern zu verhindern, wird es mit flächenelement variiert, wobei der Bereich größter unverdünntem flüssigem Binder oder einem fein-Steifigkeit dem Oberflächenelement benachbart ist. körnigen Überzugszement beschichtet. Das in F i g. 3 Das Oberflächenelement besteht vorzugsweise aus dargestellte Stützelement hat die Form eines inneren einer aufgesprühten Schicht eines harten Metalls oder 35 und äußeren Rings aus Dichtungsmaterial, die durch eines keramischen Materials. Es weist eine Beschich- Speichen verbunden sind.

tung aus einem Material mit niedrigen Reibungs- Bei vielen Anwendungsgebieten ist es vorteilhaft,

eigenschaften auf, das auf seiner Abdichtungsfläche wenn die Dichte des faserigen Stützelements variiert,

aufgetragen ist. Dies kann erreicht werden, indem das Element in

Die Fasern des Faserkörpers bestehen Vorzugs- 40 verschiedenen Schichten aufgebaut ist, wie durch

weise aus Aluminiumsilikat, chromstabilisiertem Alu- Γ, 1" usw. in Fig. 2 dargestellt ist, und indem

miniumsilikat oder Kohle. Der Aufbau des Faser- die Verdünnung des Binders (z. B. von unverdünnt

körpers kann dabei papier-, gewebe- oder filzartig bis zu SOprozentiger Verdünnung) für aufeinander-

sein. Dabei kann es geschichtet aufgebaut sein, wobei folgende Schichten erhöht wird. Die Schichtungen

die Schichten auch unterschiedliche Steifigkeiten 45 können in einem einzigen Preßvorgang gepreßt wer-

aufweisen können. den, oder jede kann für sich unter Druck getrocknet

Als Binder für den Faserkörper kann Vorzugs- werden, bevor eine weitere Schicht hinzugefügt wird,

weise ein Silikonester oder ein kolloides Kieselgel Eine abgestufte Dichteanordnung ist nützlich,

verwendet werden, der bei einem Aufbau in Schich- wenn das Oberflächenelement durch Feuer- oder

ten mit verschiedener Steifigkeit in die einzelnen 50 Plasmaaufsprühen erhalten ist, weil die beanspruchte

Schichten mit verschiedener Konzentration einge- Oberfläche bei dem Prozeß zerstört werden kann,

bracht ist. wenn sie nicht starr und hinreichend einheitlich ist.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung Durch Variierung der Dichte des Stützelements wird

seien an Hand der in den Zeichnungen dargestellten eine geeignet starre Oberfläche für den Sprühprozeß

Beispiele im einzelnen erläutert. 55 geschaffen, ohne daß die für die fertige Dichtung

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erste erforderliche Nachgiebigkeit geopfert wird.

Ausführungsform einer Dichtung gemäß der vor- Das Oberflächenelement 2 kann auf vielfältige

liegenden Erfindung; Weise hergestellt werden. Dazu gehören Feuer- oder

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine andere Plasmabesprühen des faserigen Stützelements mit

Ausführungsform der Erfindung, bei der das faserige 60 einem hartflächigen Metall oder einem keramischen

Stützelement unterschiedliche Dichten aufweist; Stoff.

F i g. 3 zeigt eine Ansicht einer vollständigen Dich- In allen Fällen ist es wünschenswert, durch

tung der erfindungsgemäßen Art für einen Regene- Schleifen und Läppen der Dichtungsfläche die feinste

rativrotorwärmetauscher. mögliche Oberflächenausrüstung zu erreichen, und

Die in F i g. 1 dargestellte Dichtung enthält ein 65 es ist natürlich notwendig zu gewährleisten, daß die

faseriges Stützelement 1 α und ein verschleißbestän- Rotorfläche, mit der die Dichtung in Berührung steht,

diges Oberflächenelement 2 α mit niedrigen Rei- in gleicher Weise eine hochwertige Ausrüstung auf-

bungseigenschaften. Die Dichtung befindet sich in weist. Wenn das Oberflächenelement aus Metall be-

steht, kann es außerdem gewünschtenfalls mit einem Material mit niedrigen Reibungseigenschaften beschichtet sein.

Wenn ein aufgesprühtes Oberflächenelement ausgebildet vird, kann das Stützelement auf einem Dorn montiert sein und gedreht werden, während die Sprühbeschichtung in der gewünschten Dicke abgeschieden wird. Offensichtlich diktieren die Temperatur und die flüssige Umgebung der Dichtung bei deren Betrieb neben der Materialart des Rotors oder anderer Bauteile, die mit ihr in Reibung stehen, in vielen Fällen die Auswahl des anzuwendenden Beschichtungsmaterials. Als einfache Beispiele aus dem Bereich der zur Verfugung stehenden Materialien können erwähnt werden Cr₂O₃ + TiO₂, Al₂O₃ + TiO₂, TiO₂, Ni₂O₃, Al₂O₃, ZrO₂, Cr₂O₃, Cr₃C₂, WC usw. Bei dem Aufbringen einer Beschichtung muß vorsichtig vorgegangen werden, um eine Überhitzung des Substrats zu vermeiden und um auch einen gleichmäßigen Abscheidungsaufbau zu gewährleisten. Nach beendeter Beschichtung wird die Dichtung auf dem Dorn geschliffen und dann zum abschließenden Läppen abgenommen.

Die fertige Dichtung kann in einem (nicht dargestellten) Bett oder Gehäuse von der Struktur montiert werden, in welcher sie zum Einsatz gelangt, wobei diese Struktur die Dichtung sowohl in Stellung hält als sie auch seitlich stützt.

Auf vorstehend beschriebene Weise hergestellte

ίο Dichtungen weisen einen beachtlichen Nachgiebigkeitsgrad auf, können in einer Vielzahl von Formen ausgebildet sein, wobei sie prinzipiell aus keramischen Stoffen mit geringer Schüttdichte hergestellt sind, weisen eine gute Wärmeschockbeständigkeit und eine niedrige Wärmeleitfähigkeit auf, während sie bei hoher Temperatur, z. B. bis zu 650° C und mehr, eingesetzt werden können, wenn sie in rotierenden regenerativen Wärmetauschern angewendet werden, ohne daß auf Kühlsysteme zurückgegriffen

ao werden muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

; \ ι 2 die in gleitender Verbindung mit einem beweglichen \ Patentansprüche: Bauteil stehen und die einer hochtemperaturigen Umgebung ausgesetzt sind. In rotierenden regenera-

1. Dichtung für einen Regenerativrotor- tiven Wärmetauschern dreht sich z. B. ein scheibenwärmetauseher zwischen dem Rotor und dem 5 förmiger oder zylindrischer trommelartiger Rotor in stationärenTeil, wobei die Dichtung ein die glei- einem Statorgehäuse, wobei in dem Gehäuse abtende Oberfläche bildendes Oberflächenelement wechselnd Kammern mit heißem und mit kaltem umfaßt, das von einer sich auf dem einen der fluidem Medium im Innern durchlaufen werden, gegeneinander abzudichtenden Teile abstützen- Wenn die Medien unter unterschiedlichen Drücken den Feder, die gleichzeitig die Sekundärdichtung ic stehen, ist es erforderlich, daß Dichtungen vorhanübernimmt, gegen den Rotor gedrückt wird, den sind, die auf dem Rotor aufliegen, um Leckdadurch gekennzeichnet, daß die Feder Strömungen über die Rotoroberfläche zwischen den ein Faserkörper (1 a) aus elastischen keramischen verschiedenen Kammern zu verhindern.

Fasern ist, der in einer in oder an dem die Feder Unterschiedliche Ausdehnungsverhältnisse könabstützenden Teil (3) vorgesehenen Nut angeord- 15 neu zu Dimensionsänderungen führen, die die Wirknet ist und daß der Faserkörper (1 a) wenigstens samkeit der Dichtungen herabsetzen. Eine für Rein dem, dem Oberflächenelement (2 α) benach- generativrotorwärmetauscher geeignete Dichtung harten Bereich durch einen eingebrachten Binder muß daher bei Fehlen jeglicher Schmierung günstige

versteift und das Oberflächenelement (2 a) durch Gieiieigenschaften aufweisen, bei Werfungen der

Abscheiden oder Aufsprühen auf den Faser- 20 Gegendichtfläche dieser zu folgen in der Lage sein

körper aufgebracht ist. und außerdem eine gute Bindung zwischen dem die

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Dichtfläche aufweisenden Oberflächenelement und kennzeichnet, daß die durch den Binder bewirkte dem die federnde Anpressung bewirkenden Faser-Steingkeit des Faserkörpers (1 α) mit dem Ab- körper haben. Der vorliegenden Erfindung liegt die stand vom Oberflächenelement (2 a) variiert, wo- 35 Aufgabe zugrunde, eine Dichtung zu schaffen, die bei der Bereich größter Steifigkeit dem Ober- diesen Forderungen gerecht wird,
flächenelement (2 α) benachbart ist. Diese Aufgabe wird mit einer Dichtung der ein-

3. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- gang«; genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, däß das Oberffächenelement (2 a) löst, daß die Feder ein Faserkörper aus elastischen aus einer aufgesprühten Schicht eines harten 30 keramischen Fasern ist, der in einer in oder an dem Metalls oder eines keramischen Materials besteht. die Feder abstützenden Keil vorgesehenen Nut an-

4. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- geordnet ist und daß der Faserkörper wenigstens in kennzeichnet, daß das Oberflächenclcment (2 α) dem, dem Oberflächenelement benachbarten Bereich eine Beschichtung aus einem Material mit niedri- durch einen eingebrachten Binder versteift und das gen Reibungseigenschaften aufweist, das auf 35 Oberflächenelement durch Abscheiden oder Aufseiner Abdichtungsfläche aufgetragen ist. sprühen auf den Faserkörper aufgebracht ist.

5. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Aus der USA.-Patentschrift 3 108 632 ist bereits kennzeichnet, daß die Fasern des Faserkörpers eine Dichtung für einen Regenerativrotorwärme-(1 a) aus Aluminiumsilikat, chromstabilisiertem tauscher bekannt, die in einer ringförmigen Nut im Aluminiumsilikat oder Kohle bestehen. 40 Statorgehäuse angeordnet ist und auf deren Ober-

6. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- fläche entsprechende ringförmige, am Rotor angekennreichnet, daß der Faserkörper (1 a) papier-, brachte Dichtleisten gleiten. Die Dichtung in der gewebe- oder filzartigen Aufbau aufweist. Ringnut besteht aus einer Packung keramischer

7. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- Fasern und liegt auf einem metallenen Ring in der kennzeichnet, daß das faserige Material in 4S Nut auf, der von einer Reihe von axial nachstell-Schichten (I' bis 1'") aufgebaut ist. baren federnden Stützen getragen wird. Die Dichtung

8. Dichtung nach Anspruch 2 und 7, dadurch stellt für den auf ihr gleitenden keramischen Dichtgekennzeichnet, daß die Schichten (I' bis 1'") ring ein nachgiebiges Kissen dar, das unterschiedunterschiedlich·* Steifigkeiten aufweisen. liehe Andrücke von den federnden Stützen ausgleicht

9. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 50 und die Gefahr einer Beschädigung des keramischen kennzeichnet, daß der Binder für den Faserkörper Dichtrings auf Grund mechanischer und thermischer (1 α) ein Silikonester oder kolloides Kieselgel ist. Beanspruchungen herabsetzen soll.

Damit ist aus der USA.-Patentschrift 3 108 632

zwar bereits die Verwendung von federnd gelagerten

______ 55 keramischen Fasermaterialien für Dichtzwecke bei

Regenerativrotorwärmetauschern bekannt. Die hier angegebene Dichtung kann jedoch nicht die Aufgabe lösen, die der Erfindung zugrundeliegt, denn sie ist

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung nicht dazu bestimmt, über die Oberfläche der Matrix für einen Regenerativrotorwärmetaüscher zwischen 60 zu gleiten. Würde man sie für diesen Zweck vordem Rotor und dem stationären Teil, wobei die sehen, so würde sie innerhalb kürzester Zeit auf Dichtung ein die gleitende Oberfläche bildendes Grund ihrer zu geringen inneren Festigkeit von der Oberflächenelement umfaßt, das von einer sich auf Matrixoberfläche zerkratzt und zerrissen werden,
dem einen der gegeneinander abzudichtenden Teile Aus der österreichischen Patentschrift 103 663 ist

abstützenden Feder, die gleichzeitig die Sekundär- 65 ein Dichtungs- und Packungsmaterial bekannt, das dichtung übernimmt, gegen den Rotor gedrückt wird. sich dadurch auszeichnet, daß es eine metallische Bei vielen Anwendungsgebieten der Ingenieur- Berührung und infolgedessen einen günstigen Gleittechnik ist es notwendig, Dichtungen vorzusehen, faktor gewährleistet und sich trotzdem den abzu-