DE2242150A1

DE2242150A1 - Dichtung fuer regenerative waermetauscher und verfahren zum herstellen einer solchen dichtung

Info

Publication number: DE2242150A1
Application number: DE2242150A
Authority: DE
Inventors: Peter Philip Candlin; Alan John Surral
Original assignee: British Leyland Truck and Bus Div Ltd
Current assignee: British Leyland Truck and Bus Div Ltd
Priority date: 1971-09-21
Filing date: 1972-08-26
Publication date: 1973-03-29
Also published as: JPS4838543A; GB1342323A; US3845545A

Description

PATENTANWÄLTE L Lk/L I O U

Dipl.-Ing. R WIRTH · Dr. V. SCHMJED-KOWARZIK DlpL-lng. G. DANNENBERG · Dr. RWEINHOLD · Dr. D. GUDEL

281134 β FRANKFURT AM MAIN

TE F N (0811 _{2870J4 GB} ESCHENHEIMER STRASSE 39

24. August 1972

Da/is P.793

British Leyland Truck and Bus Division Limited Hough Lane, Leyland, Lancashire, England

Dichtung für regenerative Wärmetauscher und Verfahren ZUm₁₁ Herstellen einer solchen Dichtung

Die Erfindung betrifft Dichtungen für regenerative Wärmetauscher von der Art, die eine umlaufende, scheibenförmige Matrix verwendet.

Regenerative Wärmetauscher dieser Art werden gewöhnlich in Gasturbinenanlagen verwendet, um den Abgasen Wärme zu entziehen und diese der komprimierten Eingangsluft zuzuführen, bevor diese in die Verbrennungskammer der Gasturbine eintritt. Die rotierende, scheibenförmige Matrix ist im Gehäuse der Turbine untergebracht und weist normalerweise einen porösen, hitzebeständigen Kern aus keramischem oder glaskeramischem Material auf, der mit einer Vielzahl von Strömungskanälen ausgebildet ist. Sektorartige Zonen dieses Kerns werden, infolge seiner Drehung, wechselweise der Strömung der Abgaao und der Strömung der komprimierten

Eingangsluft ausgesetzt. Auf diese Weise wird die erforderliche Wärmeübertragung bewirkt.

Natürlich ist es erforderlich, diese beiden Gasströmungen jederzeit voneinander getrennt und ein Durchsickern zwischen der von der komprimierten Eingangsluft eingenommenen Hochdruckzone und der von den Abgasen eingenommenen Niederdruckzone minimal zu halten. Eingangsluft und Abgase fließen in entgegengesetzten Richtungen durch die Wärmetauscherscheibe, so daß die Kaltluft nahe des Austritts der gekühlten Abgase in die Scheibe eintritt. Diese Seite der Scheibe, die sowohl die Lufteintritts- als auch die Gasaustrittssektoren enthält, wird im allgemeinen als "kalte Seite" bezeichnet. Ähnlich treten die heißen Abgase in der Nähe des Ausgangs der erwärmten Eintrittsluft in die Scheibe ein. Diejenige Seite der Scheibe, welche sowohl die Gaseintritts- als auch die Luftaustrittssektoren enthält, wird gewöhnlich als "heiße Seite" bezeichnet.

Um die Trennung der Eintrittsluft und der Abgase zu bewirken, ist es Im allgemeinen üblich, Gegenflächendichtungen zu verwenden, die unter Reibung den entsprechenden Seiten der Matrix anliegen, wobei die Dichtungen auf der "heißen Seite" aus hochtemperaturbeständigem Material sind.

Das für die Gegenflächen der Dichtungen auf der "heißen Seite" verwendete Material für keramische, regenerative Wärmetauscher, ist normalerweise Nickeloxyd, welches entweder durch Flammsprühen oder Plasmasprühen auf die Abstützung der Gegenflächendichtung aufgebracht wird. Die Nachteile dieses Verfahrens liegen in dem erheblichen Zeitaufwand, der für den Aufbau einer ausreichenden Ablagerung erforderlich ist; der geringer als wünschenswerten Haftung der Ablagerung auf dem Substrat; und der Vergeudung an kostspieligem Material.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Gegenflächendichtung zu schaffen, bei welcher diese Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Dichtung gelöst, die ein Gegenflächenelement aus hochverdichteten Blöcken aufweist, das auf eine Abstützung aufgelötet ist, und die sich dadurch kennzeichnet, daß das vorzugsweise aus gesinterten Nickeloxydblöcken bestehende Gegenflächenelement eine metallische, beispielsweise aus Nickel bestehende Kontakt· fläche gegenüber der Abstützung aufweist.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Dichtung, welches sich dadurch kennzeichnet, daß zunächst das Gegenflächenelement aus hochverdichteten Blöcken gebildet und auf seiner zum Verbinden mit der Abstützung bestimmten Oberfläche durch chemische behandlung eine metallische Schicht erzeugt wird; daß dann das ^genflächenelement in einer inerten Atmosphäre auf die Abstützung aufgelötet und schließlich seine außenliegende Gegenfläche abgeschliffen wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die folgenden Vorteile gegenüber dem bisher Üblichen Flammsprühen oder Plasmasprühen erreicht:

a) Es wird eine Einsparung an benötigtem Material erreicht, weil die hochverdichteten Blöcke anstelle von aufgesprühtem Pulver verwendet werden.

b) Die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Gegenflächenelement und seiner Abstützung wird erheblich gesteigert.

c) Es läßt sich eine größere Dicke der Arbeitsfläche des Gegenflächenelements erreichen.

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d) Es wird ein höherer Grad an Qualitätskontrolle ermöglicht.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der schematischen Zeichnung beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigern

Fig. 1 eine Axialansicht einer umlaufenden» scheibenförmigen Matrix eines regenerativen Wärmetauschers, dessen Gegenflächendichtung auf der heißen Seite gemäß der Erfindung ausgebildet ist;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1; und

Fig. 3 vergrößert einen Querschnitt durch die Dichtung auf der heißen Seite.

Ein allgemein mit 1 bezeichneter regenerativer Wärmetauscher weist eine umlaufende, scheibenförmige Matrix 2 auf einem zentralen Lager 3 auf. Die Matrix 2 befindet sich in einem (nicht gezeigten) Gehäuse einer Gasturbine und enthält einen porösen, ringförmigen, hitzebeständigen Kern aus keramischem oder glaskeramischem Material, der eine Vielzahl von Strömungskanälen 4 (Fig. 2) aufweist, die im wesentlichen parallel zur Umlaufachve liegen.

Durch einander berührende äußere und innere Dichtungen 5 und 6 werden sektorartige Bereiche 7 und 8 (Fig. 1) der Matrix bei deren Drehung wechselweise der Strömung der heißen Abgase und der Strömung der komprimierten Eingangsluft ausgesetzt. Die heißen Abgase treten in der Zone 9 (Fig. 2) in die Matrix 2 ein und die gekühlten Abgase verlassen die Matrix in der Zone 10. Die komprimierte Eingangsluft tritt in der Zone in die Matrix 2 ein und verläßt diese in der Zone 12,nachdem sie auf hohe Temperatur erhitzt wurde. Die Zonen 9 und 12 bilden die heiße Seite der Matrix 2 und die Zonen 10 und

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die kalte Seite. Die Zone 10 ist durch, eine Gegenflächendichtung 13 begrenzt, die der Gestalt des sektorartigen Bereichs 7 (Fig. 1) entspricht.

Gemäß der vergrößerten Darstellung der Fig» 3 weist die Dichtung 5 der heißen Seite ein vorgeformtes Gegenflächenelement 14 und eine hitzebeständige Abstützung 15 auf, welche an einer am Turbinengehäuse gelagerten balgenartigen Metallfeder 16 befestigt ist. Die Abstützung 15 besteht aus Weichstahl, an dessen Stelle jedoch auch. Jedes andere ferritische Material Verwendung finden kann.

Das vorgeformte Gegenflächenelement 14, das in bekannter Weise als hochverdichtete Blöcke herstellbar ist, kann z»B. aus gesinterten Nickeloxydblöcken mit einer Dicke von 1/8 - 1/2ⁿ (3,175 - 12,7 mm) bestehen, wobei 1/4" (6,35 mm) ein typischer Wert ist.

Diejenige Oberfläche des Gegenflächenelements 14, die zur Verbindung mit der Abstützung 15 bestimmt 1st, wird durch Aufbringen einer Lösung von Natriumhypophosphit und Ameisensäure in Methanol zu Nickel reduziert, und dieser chemischen Behandlung folgt eine Wärmebehandlung bei etwa 200⁰C.

Eine Paste aus Lötpulver (Hartlötpulver) und Flußmittel wird auf die zu verbindenden Oberflächen des Gegenflächenelements 14 und der Abstützung 15 aufgebracht und diese vereinigten Teile werden auf eine Hartlöttemperatur in einer inerten Atmosphäre, z.B. in Argon oder Stickstoff, gebracht.

Gemäß einem alternativen Verfahren zur Behandlung der zu verbindenden Oberflächen des Gegenflächenelements 14 und der Abstützung 15 wird ein reaktives Flußmittel mit Hartlöt-Füllmetall gemischt verwendet. Ein solches Flußmittel, das Natriumfluorid und Nickelphosphat enthält, wenn es mit etwa

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50 Gewichtsprozent der Mischung aus Füllmetall und Flußmittel verwendet wird, erzeugt hinreichend aktive Oberflächen sowohl an dem Veichstahl als auch am Nickeloxyd, um ein Hartlöten zu ermöglichen. Für das Verfahren wird die für das FUllmetall empfohlene Temperatur verwendet und es muß in einer inerten Atmosphäre, z.B. Argon oder Stickstoff, ausgeführt werden. Das Abkühlen von der Löttemperatur kann rasch erfolgen, und das inerte Gas kann unterhalb von 800⁰C durch Luft ersetzt werden.

Die nach Jedem der beiden oben beschriebenen Verfahren hergestellte Dichtung für die hei&e Seite wird durch Schleifen des Gegenflächenelements 14 zum Erzielen der erforderlichen ebenen Oberfläche fertiggestellt.

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Claims

24. August 1972 British Leyland Truck and

Da/is Bus Division Limited

P. 793

Patentansprüche:

Dichtung für die heiße Seite einer rotierenden, scheibenförmigen Matrix eines regenerativen Wärmetauschers, wobei die Dichtung ein aus hochverdichteten Blöcken gebildetes Gegenflächenelement aufweist, das auf eine Abstützung aufgelötet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das vorzugsweise aus gesinterten Nickeloxydblöcken bestehende Gegenflächenelement (14) eine metallische,'beispielsweise aus Nickel bestehende Kontaktfläche gegenüber der Abstützung (15) aufweist.
2. Verfahren zum Herstellen einer Dichtung nach Anspruch 1 für die heiße Seite einer rotierenden, scheibenförmigen Matrix eines regenerativen Wärmetauschers, wobei die Dichtung als Verbundkörper von einer hitzebeständigen Abstützung gebildet wird, auf die ein aus hochverdichteten Blöcken bestehender Gegenflächenkörper aufgelötet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Gegenflächenelement (14) aus hochverdichteten Blöcken gebildet und auf seiner zum Verbinden mit der Abstützung (15) bestimmten Oberfläche durch chemische Behandlung eine metallische Schicht erzeugt wird; daß dann das Gegenflächenelement in einer inerten Atmosphäre auf die Abstützung aufgelötet und schließlich seine außenliegende Gegenfläche abgeschliffen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenflächenelement (14) aus gesinterten Nickeloxydblöcken zusammengesetzt wird und daß der chemischen Behandlung zum Erzeugen einer Nickelschicht an der zum Verbinden mit der Abstützung (15) bestimmten Oberfläche eine Wärmebehandlung bei etwa 200⁰C folgt.

- Anspruch 4 309813/0766

Verfahren nach Anspruch 2/ dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Behandlung das Aufbringen einer Lösung von Natriumhypophospb.it und Ameisensäure in Methanolaauf die entsprechende Oberfläche des Gegenflächenelements einschließt.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß dde zur Verbindung bestimmten Oberflächen des Gegenflächenelements (14) und der Abstutzung (15) mit einem reaktiven Flußmittel behandelt werden, das mit dem Löt-Füllmetallgegemischt ist, wobei das Flußmittel Natriumfluorid und Nickelphosphat enthält.

Patenten'

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