DE2139002C3 - Abdichtung für einen regenerativen Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtung für einen regenerativen Wärmetauscher, der eine drehbare, scheibenförmige Matrix innerhalb eines Gehäuses aufweist, das von zwei getrennten, wärmetauschenden Gasströmen durchquert ist, mit einem ringförmigen Dichtelement, das in reibender Berührung mit der entsprechenden Oberfläche der Matrix steht und über ein gewelltes, ringförmiges, biegsames Blechelement am Gehäuse abgestützt ist.

Eine solche Abdichtung für einen regenerativen Wärmetauscher ist bereits bekannt, z.B. aus der französischen Patentschrift 1420089. Hierbei weist die Abdichtung einen Hohlquerschnitt auf, der von zwei einander mit Abstand gegenüberliegenden ringförmigen Platten gebildet wird und von zwei ringförmigen, diese Platten verbindenden balgenartigen Blechelementen. Eine der beiden ringförmigen Platten mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitt liegt mit ihrer gesamten, eine reibfeste Auflage tragenden Außenfläche gegen die Matrix an, während die andere ringförmige Platte am Gehäuse befestigt ist. Die balgenartigen Blechelemente dienen dazu, den Kontakt zwischen der Matrix-Oberfläche und der Gegenfläche des Dichtelements aufrechtzuerhalten, unabhängig von Relativbewegungen, die infolge beispielsweise unterschiedlicher thermischer Ausdehnungen zwischen dem Gehäuse und der Matrix unter Betriebsbedingungen auftreten können, sowie von Verschleißerscheinungen an der freien Oberfläche des Dichtelements.

Die wirksame Kraft, welche das Dichtelement gegen die Matrix drückt, wird von dem Überdruck des einen der beiden Gasströme geliefert, der die im wesentlichen achsparallelen kleinen Kanäle der Matrix in dem von der Abdichtung abgegrenzten Bereich durchquert. Dieser Druckbelastung wirkt das Druckprofil innerhalb derjenigen Kanäle der Matrix entgegen, welche auf die Außenfläche des Dichtelements treffen und die Tendenz haben, dieses von der Matrix abzuheben. Bei der vorbekannten flachen Außenfläche des von der ringförmigen Platte mit rechteckigem Querschnitt gebildeten Dichtelements wird das Verhältnis der gegeneinanderwirkenden Drucke so berechnet, daß das Dichtelement unabhängig von auftretenden Fertigungstoleranzen sicher ge-

gen die Matrix gedrückt wird. Die tatsächliche Belastung und damit das Maß der Abnutzung sind daher für die einzelnen Abdichtungen unterschiedlich und relativ hoch. Dies wiederum führt zu unterschiedlichem Verschleiß und Verkürzung der Lebensdauer.

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die trotz bestehender Fertigungstoleranzen es ermöglicht, den Verschleiß einheitlich und auf einem niedrigen Wert zu halten.

is Zu diesem Zweck kennzeichnet sich die Abdichtung nach der Erfindung dadurch, daß das Dichtelement einen keilförmigen Querschnitt hat, der an seinem dickeren Ende nahe der Hochdruckseite eine kleine Abflachung an der Stelle größter Dicke auf-

ao weist, wo die anfängliche Berührung mit der Oberfläche der Matrix auftritt.

Eine solche Ausführung eines Dichtelements nach der Erfindung bringt folgende wesentliche Vorteile. Weil zunächst, nämlich bei der anfänglichen Berührung des Dichtelements mit der Matrix, nur die kleine Abflachung gegen diese anliegt, ist die Druckbelastung zunächst hoch. Sobald Verschleiß bzw. Abnutzung auftritt, ändert sich die Belastung pro Flächeneinheit und damit die Verschleißrate aus zwei Gründen; nämlich weil die tatsächliche Reibfläche vergrößert wird und weil der Luft unter Hochdruck enthaltende Bereich der Matrix unter dem Dichtelement größer wird, wodurch die für den Kontakt zwischen dem Dichtelement und der Matrix wirksame Belastung abnimmt Es wird infolgedessen bei weiterer Abnutzung die Belastung weiter vermindert, und dieser Vorgang setzt sich asymptotisch fort. Das Dichtelement weist somit eine Eigenschaft auf, die als selbständiger Druckausgleich bezeichnet werden kann. Die Vorteile einer Abdichtung nach der Erfindung bestehen daher in

a) einer rascheren Einbettung infolge anfänglich hoher Belastung der vergleichsweise kleinen Berührungsfläche,

b) fortschreitender Vergrößerung dieser Belastungsfläche mit entsprechend abnehmender Abnutzung und

c) größerer Anpassungsfähigkeit der Abdichtung an örtliche Gegebenheiten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Abdichtung nach der Erfindung ist vorgesehen, daß das Dichtelement in an sich bekannter Weise auf einem Stützring gelagert ist. Die Lagerung eines

Dichtelements auf einem Stützring ist zwar an sich bekannt, beispielsweise bei Abdichtungen für Wellen gemäß den USA.-Patentschriften 2398783 und 2 980 452. Bei der eingangs erwähnten vorbekannten Abdichtung «für einen regenerativen Wärmetauscher

ist jedoch ein solcher Stützring nicht vorgesehen und wäre auch unzweckmäßig, da der die Anpassungsfähigkeit des Dichtelements an örtliche Verzerrungen zusätzlich und unnötig erschweren würde. Demgegenüber ermöglicht die gesteigerte Anpassungsfähig-

keit des Dichtelements gemäß der Erfindung dessen Lagerung auf einem Stützring, wodurch die Vorteile größerer Festigkeit und einfacher Herstellung erreicht werden.

Die Erfindung ist nachstehend in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher beschrieben, die schematisch einen Teilschnitt in Ansicht zeigt, der verdeutlicht, wie ein Dichtelement nach der Erfindung bei einem mit rotierender, scheibenförmiger Matrix versehenem Regenerator einer Gasturbine verwendet wird.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 1 einer Gasturbine so angeordnet, daß es eine drehbare, scheibenförmige Matrix 2 des thermischen Regenerators einschließt Bei Betrieb der Turbine durchsetzen zwei getrennte Strömungen gasförmiger Wärmetauschennedien das Gehäuse 1 und damit also den thermischen Regenerator. Letzterer ist mit einem flexibel bzw. elastisch gelagerten Dichtelement 3 von ringförmiger Gestalt ausgestattet, dessen Grundfläche in reibender Berührung mit der entsprechenden Oberfläche der Matrix 2 steht Das Dichtelement 3 besteht aus Nickeloxid.

Im Querschnitt hat das Dichtelement 3 ein asymmetrisches Profil und ist, wie gezeigt, im wesentlichen keilartig geformt Es verjüngt sich von größter

Dicke nahe der Hochdruckseite mit niederer Temperatur, nämlich der Zone 4, zu geringster Dicke an der Niederdruckseite mit hoher Temperatur, nämlich der Zone 5. An seinem dickeren Ende, also bei der Zone 4, hat das Dichtelement 3 an seiner Außenseite eine kleine Abflachung 6, und zwar befindet sich diese an der Stelle größter Dicke, wo die erste Umfangsberührung mit der Oberfläche der Matrix 2 auftritt

ίο Das Dichtelement 3 ist auf einem Stützring 7 aus ferritischem Stahl gelagert, der an dem einen Ende eines gewellten, ringförmigen, biegsamen Blechelements 8 befestigt ist, während das andere Ende des Elements8 fest mit dem Maschinengehäusel verbunden ist, und zwar über eine zwischengeschaltete ringförmige Platte 9, die bei 10 an das Gehäuse 1 angeschraubt ist

Das bevorzugte Material für das Metallblech des Elements 8 ist die unter dem Handelsnamen »Nimo-

ao nie 75« bekannte Legierung auf Nickelbasis, die 20% Chrom, 5%> Eisen, einige geringere weitere Anteile und im übrigen Nickel enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Abdichtung für einen regenerativen Wärmetauscher, der eine drehbare, scheibenförmige Matrix innerhalb eines Gehäuses aufweist, das von zwei getrennten, wärmetauschenden Gasströmen durchquert ist, mit einem ringförmigen Dichtelement, das in reibender Berührung mit der entsprechenden Oberfläche der Matrix steht und über ein gewelltes, ringförmiges, biegsames Blechelement am Gehäuse abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (3) einen keilförmigen Querschnitt hat, der an seinem dickeren Ende nahe der Hochdruckseite eine kleine Abflachung (6) an der Stelle größter Dicke aufweist, wo die anfängliche Berührung mit der Oberfläche der Matrix (2) auftritt.

2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (3) in an sich bekannter Weise auf einem Stützring (7) gelagert ist.