DE2162036B2 - Drehspeicher Wärmetauscher - Google Patents

Description

Der Speicherkörper 12 weist einen Innenkranz 22 und einen Außenkranz 24 auf, die aus gasundurchlässigem Werkstoff bestehen. Jedoch sind derartige Kränze nicht unbedingt erforderlich. Im Inneren des Speicherkörpers ist ein zylindrischer Raum 26 gebildet, während zwischen dem Außenumfang des Speicherkörpers und dem Gehäuse 10 ein Ringraum 28 besteht.

An der einen Stirnseite des Gehäuses 10 ist eine Einlaßöffnung 30 für verdichtete kalte Luft vorgesehen, der gegenüber an der anderen Stirnseite eine Auslaßöffnung 32 liegt, durch die die im Speicherkörper 12 erwärmte Luft austritt. An der gleichen Stirnseite ist eine Einlaßöffnung 34 für die Abgase einer Turbine vorgesehen, die nach Durchströmen des Speicherkörpers 12 durch eine an der anderen Stirnseite vorgesehene Auslaßöffnung 36 abströmen.

Zwischen jeder Stirnfläche des Speicherkörpers 12 und dem Gehäuse 10 ist eine Dichtungseinheit 38 vorgesehen, durch die die beiden Strömungswege durch den Speicherkörper gegeneinander abgedichtet u erden, so daß Leckagen zwischen beiden kleinstmöglich gehalten sind. Wie Fig. 2 zeigt, besteht jede Dichtungseinheit aus zwei radialen Streben 40 und 42, die vorzugsweise in der Mitte des Speicherkör· pers n.iteinander verbunden sind und mit ihren äußeren Enden in Randdichtungen 44 längs des hohen Druck führenden Strömungsweges und in Randdichtungen 46 längs des niedrigen Druck führenden Strömungsweges übergehen. Jede Dichtungscinheit enthält somit eine Öffnung 49 für die verdichtete Luft, die von der Randdichtung 44 und den Dichtungen an den Streben 40 und 42 begrenzt und der Form der Auslaßöffnung 32 angepaßt ist, und eine öffnung 50 für die Turbinenabgase, die durch die Randdichtung 46 und die Dichtungen im Bereich der Streben 40 und 42 begrenzt ist und eine der Einlaßöffnung 34 entsprechende Form hat.

Wie F i g. 2 und 3 erkennen lassen, besteht die Dichtungseinheit 38 aus einer Tragplatte 48, die aus einem Randteil, der die Randdichtungen 44 und 46 trägt, und den radialen Streben 40 und 42 besteht, die die entsprechenden Dichtungen tragen. Diese Tragplatte ist einteilig und besteht aus einem kräftigen Metallblech, das senkrecht zur Drehachse des Speicherkörpers starr ist, aber parallel zur Drehachse des Speicherkörpers in gewissem Umfange nachgeben kann. Diese Tragplatte 48 ist gegen Drehen und Querverschieben zur Drehachse festgelegt, kann sich jedoch parallel zur Drehachse des Speicherkörpers frei bewegen. Die Tragplatte 1st durch eine Anzahl von Stiften festgelegt, die am Gehäuse IC sitzen und in Schlitze 51 in radial außenliegenden Augen 52 der Tragplatte 48 greifen (F i g. 2).

Die Tragplatte 48 trägt Dichtungsleisten 54, die in noch zu beschreibender Weise mit der Tragplatte 48 verbunden sind. Diese Dichtungsleisten liegen unmittelbar gegen den Speicherkörper längs des Umfanges und längs der Streben an. Die Dichtungsleisten bestehen im Ausführungsbeispiel aus den für diese Zwecke bekannten Werkstoffen Graphit oder einer Graphitzusammensetzung.

Die Tragplatte 48 und die an ihr befestigten Dichtungsleisten 5i können in dem Gehäuse 10 in der in F i g. 3 dargestellten Weise durch eine zweite Dichtungseinheit cbgestützt sein, die aus einem Dichtglied 56, einen Stützglied 58, einer Tragplatte 60 und einem Befestigungsglied 62 besteht, die miteinander und mit der Tragplatte 48 verschweißt sind. Die Dichtungsleisten 54 sind gemäß Fig. 2 als getrennte Segmente ausgebildet, deren Gestalt der Tragplatte 48 angepaßt ist. Im Ausführungsbeispiel sind sechs bogenförmige Segmente längs des Umfanges ~Jer Tragplatte 48 vorgesehen, die die Randdicnturgen 44 und 4o bilden, während längs der Streben 40 und 42 ein in seiner Mitte eine öffnung aufweisendes Element verwundet ist. Die Enden der bogenförmigen Segmente sind S-förmig ausgebildet und stützen sich in den Wendepunkten der S gegenseitig ab, wobei Spalte gebildet sind, die Ausdehnungen beider Segmente unter Aufrechterhaltung der gegenseitigen Abstützung ermöglichen. Wie Fig. 5 zeigt, sind die Segmente in dem Bereich der Stoßstellen nicht mit der Tragplatte 48 verbunden.

Erfindungsgemäß sind die einzelnen Dichtungsleisten 54 mit der Tragplatte 48 durch plasmaaufgesprühte Überzüge verbunden, die die abgeschrägten Kanten der Dichtungsleisten übergreifen. Diese plasmaaufgesprühten Überzüge halten die Dichtungsleisten fest und bewirken darüber hinaus eine gasdichte Verbindung zwischen den Dichtungsleisten und der Tragplatte. Vor dem Plasmaaufsprühen muß die Tragplatte 48 zunächst gereinigt werden, zweckmäßig in Dampf entfettet werden, wie dies an sich bekannt ist, damit Öl und andere fettähnliche Verunreinigungen entfernt werden. Nach dem Entfetten wird die Tragplatte mit Glasband derart maskiert, daß nur die Flächen frei bleiben, die besprüht werden sollen. In diesem Zustand erfolgt ein Strahlen mit einem abreibenden Werkstoff, beispielsweise Aluminiumoxid Nach dem Strahlen erfolgt ein Reinigen mittels eines trockenen Luftstroms, um jegliche Staubpartikeln zu entfernen.

Nach dem Reinigen wird die Tragplatte in eine Plasmasprüheinrichtung eingesetzt und danach die Segmente der Dichtungsleisten 54 an der richtigen Stelle aufgesetzt. Die Dichtungsleistensegmente werden gegen die Tragplatte gespannt, beispielsweise so, daß nur der innere Dichtungsumfang dem Piasmastrahl ausgesetzt ist. Es folgt dann das Aufsprühen einer dünnen Haftschicht 64, die beispielsweise aus einem alitierten Nickelwerkstoff aus 4,5% Aluminium und dem Rest Nickel besteht. Nach Aufsprühen dieser Haftschicht 64 wird eine Halteschicht 66 durch Plasmaaufsprühen aufgebracht, wozu ein Nikkel-Graphit-Pulver verwendet wird, das aus 75% Nickel und 25 % Graphit besteht. Diese Halteschicht liegt gegen die geneigten Flächen der Dichtungsleiste an, wie dies F i g. 3 zeigt. Danach wird der äußere Dichtungsrand freigelegt und die beiden Aufsprühvorgänge an dieser Seite in der gleichen Weise vorgenommen. Zuviel aufgesprühter Werkstoff wird dann durch Re'nigen entfernt, und die Dichtung ist damit für den Einbau in den Drehspeicher-Wärmetauscher fertig.

Wird für die Halteschicht ein abriebfähiger Werkstoff verwendet, wie dies das erwähnte Nickel-Graphit-Pulver ist, so kann in abgewandelter Weise die Halteschicht bis zur oberen Fläche der Dichtungsleiste hochgezogen werden, wie dies in F i g. 4 durch das Bezugszeichen 66 a angedeutet ist. Beschädigungen des Speicherkörpers 12 sind durch die Eigenschaft des Werkstoffs der Halteschicht ausgeschlossen. Bei Verwendung eines derartigen Werkstoffes für die Halteschicht kann ein Reinieen von über-

schlissig aufgesprühtem Werkstoff oder ein Maskieren des Werkstückes vor dem Aufsprühen zur Kostenersparnis fortgelassen werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß F i g. 6 kann mit einer Haftschicht 64 und einer Halteschicht 66 a eine Dichtungsleiste 54 α an dem Speicherkörper 12 befestigt werden, die mit den Dichtungsleisten 54, die an der Tragplatte 48 befestigt sind, zusan beiten. Der Speicherkörper 12 enthält eine 24 α zur Aufnahme der Dichtungsleiste 541 freier Rand in gleicher Weise, wie in F i g.' stellt ist, mit dem Speicherkörper verbun während der andere Rand eine Abfassung en die eine Halteschicht 66 b gesprüht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

damit teuer, und ferner ergeben sich in den Dich- Patentansprüche: tungsleisten im Bereich der Löcher erhebliche Spannungen, die zu einem Bruch des an sich schon emp-

1. Drehspeicher-Wärmetauscher mit einem findlichen Werkstoffs der Dichtungsleisten führen zwei Strömungswege für Medien unterschiedli- 5 können.

chen Druckes enthaltenden Gehäuse und einem Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in deren Weg liegenden Speicherkörper, der um Drehspeicher-Wärmetauscher der eingangs erwähneine Achse drehbar im Gehäuse gelagert: abwech- ten Art so auszugestalten, daß eine zuverlässige gasselnd durch die beiden Strömungswege bewegt dichte Verbindung zwischen Dichtungsleir.ten aus und von den Medien durchströmt wird, wobei io Graphit mit den zugeordneten Tragplatten in wirtzwischen dem Gehäuse und dem Speicherkörper schaftlicher Weise erreicht wird.
Dichtungen vorgesehen sind, die die Strömungs- Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des wege gegeneinander abdichten und aus einer Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst. Tragplatte mit einem dem Speicherkörperrand Eine bevorzugte Auswahl der Werkstoffe ergibt sich entsprechenden Randteil und radialen Streben, 15 aus Patentanspruch 2.

die den Strömungswegen im Gehäuse entspre- Für die Zwecke der Erfindung sind jedoch andere chende öffnungen bestimmen, und aus mit der als die erwähnten Werkstoffe als Bindemittel eben-Tragplatte durch ein Bindemittel gasdicht ver- falls geeignet, sofern sie durch Plasmaaussprühen bundenen Dichtungsleisten bestehen, dadurch verarbeitet werden können, so daß zweckmäßige gekennzeichnet, daß das Bindemittel in 20 Eigenschaften, wie Ausdehnungskoeffizienten, Vereiner auf die Tragplatte plasmaaufgesprühten bindungsfähigkeit und Festigkeit, berücksichtigt wer-Haftschicht (64) und einer auf diese plasmaauf- den können. Der Vorteil der erfindungsgemäßen gesprühten Halteschicht (66, 66 a) aufgebracht Verbindung zwischen Tragplatte und Dichtungsleiist. sten besteht in den niedrigen Herstellungskosten, da

2. Drehspeicher-Wärmetauscher nach An- 25 keine genaue Fertigung für Befestigungsschrauben spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haft- oder -nieten in einem der zu verbindenden Teile erschicht (64) aus Nickelaluminit und die Halte- forderlich ist. Die erfindungsgemäße Verbindung ist schicht (66) aus einem 75 °/o Nickel und 25 °/o daher auch bei Verwendung von Dichtungsleisten Graphit enthaltenden Werkstoff bestehen. aus Metall vorteilhaft. Die aus den beiden plasma-

30 aufgesprühten Schichten gebildete Verbindung weist eine gute mechanische Festigkeit auf und widersteht normalen Betriebstemperaturen des Wärmetauschers.

Ferner können verhältnismäßig dünne Dichtungsleisten verwendet werden, da deren Festigkeit durch 35 Befestigungslöcher od. dgl. nicht beeinträchtigt ist. Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfin-

Drehspeicher-Wärmetauscher gemäß dem Gat- dung mit Dichtungsleisten aus Graphit wurde eine

tungsbegriff des Patentanspruchs 1 sind durch die Tragplatte einer Stärke von 1,5 -nm verwendet, die

USA.-Patentschrift 3 534 808 bekannt. mit Dichtungsleisten einer Dicke von etwa 1,5 mm

Derartige Drehspeicher-Wärmetauscher, deren 40 verbunden wurden, wobei die Haftschicht nicht stär-

Speicherkörper beispielsweise aus porösem Metal' ker als 0,05 mm und die Halteschicht zwischen 0,38

oder keramischem Werkstoff bestehen, werden zum und 0,75 mm gewählt wurden.

Vorwärmen der Brennluft in Gasturbinentriebwerken In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der

verwendet. Es besteht dort eine erhebliche Druckdif- Erfindung dargestellt. Es zeigt

ferenz zwischen der verdichteten Luft, die aufzuwär- 45 F i g. 1 einen Schnitt durch einen Drehspeicher-

men ist, und den entspannten Abgasen der Turbine, Wärmetauscher in einer durch die Antriebswellen-

die die Wärme abgeben. Die vorgesehenen Dichtun- achse gehenden Ebene,

gen haben Leckagen zwischen den beiden unter- Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1,

schiedlichen Druck aufweisenden Sti ömuogswegen F i g. 3 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie

sowie ein Umströmen der Ränder des 'Jpeicherkör- 50 3-3 in F i g. 2,

pers zu verhindern. F i g. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 3

Infolge der beim Einsatz in Gasturbinen triebwer- einer etwas abgewandelten Ausführungsform,

ken sehr hohen Betriebstemperaturen ergaben sich F i g. 5 eine Teilansicht durch einen Teil der Dich-

erhebliche Schwierigkeiten bei der Auswahl geeigne- tungseinheit und

ter dauerhafter und in wirtschaftlicher Weise herzu- 55 F i g. 6 einen Teilschnitt durch einen Speicherkörstellender Dichtungen. Bei dem eingangs erwähnten per einer abgewandelten Ausführungsform.
bekannten Drehspeicher-Wärmetauscher werden Der Drehspeicher-Wärmetauscher gemäß F i g. 1 Dichtungsleisten aus einer Graphitzusammensetzung hat ein Gehäuse 10 von trommeiförmiger Gestalt, oder einer Nickellegierung verwendet. Die Befesti- das einen ringförmigen Speicherkörper 12 enthält, in gung der Dichtungsleisten kann durch Löten oder 60 dem eine Vielzahl von Kanälen 14, die in der Zeich-Nieten erfolgen. Eine Lötverbindung kommt jedoch nung übertrieben groß dargestellt sind, enthalten ist, nur für Dichtungsleisten aus einer Nickellegierung in die sich von der einen zur anderen Stirnfläche des Betracht; Dichtungsleisten aus Graphit können dage- Speicherkörpers parallel zur Drehachse des Speichergen nur durch Nieten befestigt werden. körpers erstrecken. Der Speicherkörper 12 läuft um

Die hierzu vorgesehenen versenkten Schrauben 65 die Achse einer ihn antreibenden Welle 16 um, die in

oder Nieten haben jedoch mehrere Nachteile, denn einer Nabe 18 des Gehäuses 10 gelagert ist und an

die genaue Herstellung von Löchern zur Aufnahme ihrem inneren Ende über ein Armkreuz 20 mit dem

der Schrauben oder Nieten ist sehr aufwendig und Speicherkörper gekuppelt ist.