DE2255626B2 - Seal between a rotary storage heat exchanger disk and its housing, especially in the case of a gas turbine - Google Patents
Seal between a rotary storage heat exchanger disk and its housing, especially in the case of a gas turbineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Dichtung zwischen einer Drehspeicherwärmetauscherscheibe und ihrem Gehäuse, insbesondere bei einer Gasturbine, bestehend aus einem an der Oberfläche der Wärmetauscherscheibe dichtend gleitenden Schuh und einer am Schuh befestigten, das Gehäuse berührenden Dichtlippe.The invention relates to a seal between a rotary storage heat exchanger disk and its housing, especially in the case of a gas turbine, consisting of one on the surface of the heat exchanger disk sealingly sliding shoe and a sealing lip attached to the shoe and touching the housing.
Drehspeicherwärmetauscher für Gasturbinen arbeiten normalerweise bei Temperaturen bis zu ungefähr 700° C und Drücken bis zu ungefähr 4 Atmosphären. Der Wirkungsgrad könnte durch höhere Temperaturen und Drücke wesentlich verbessert werden, aber die höheren Temperaturen vergrößern auch die unterschiedliche thermische Ausdehnung des metallischen Maschinengehäuses und der keramischen Wärmetau= scherscheibe und erschweren daher die Dichtungsprobleme beträchtlich. Höhere Drücke führen zu einer stärkeren Belastung der Dichtungen an der Drehspeicherwärmetauscherscheibe und vergrößern noch die thermisch verursachten Maßveränderungen, indem sie ebenfalls Verformungen der Maschinenteile bewirken. Rotary storage heat exchangers for gas turbines typically operate at temperatures up to about 700 ° C and pressures up to about 4 atmospheres. The efficiency could be significantly improved by higher temperatures and pressures, but the higher temperatures also increase the different thermal expansion of the metal machine housing and the ceramic heat exchanger disk and therefore make the sealing problems considerably more difficult. Higher pressures lead to greater stress on the seals on the rotary storage heat exchanger disc and increase the thermally induced dimensional changes by also causing deformation of the machine parts.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche auch bei starken Formänderungen und relativen Verschiebungen der einzelnen Teile wirksam abdichtet. Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das freie Ende der Dichtlippe um so viel vom Gehäuse weg zum Schuh hin umgebogen ist daß es damit bßi einer bestimmten Annäherung der Drehspeicherwärmetauscherscheibe an das Gehäuse unter elastischer Verformung der Dichtlippe auf der Breite einer bestimmten Kontaktzone am Schuh zur AnlageThe invention is based on the object of creating a seal of the type mentioned at the outset, which seals effectively even in the event of major changes in shape and relative displacements of the individual parts. The above object is achieved according to the invention in that the free end of the sealing lip so much from Housing is bent away towards the shoe so that it bßi a certain approach of the rotary storage heat exchanger disc to the housing with elastic deformation of the sealing lip across the width a certain contact zone on the shoe to the system
to kommtto come
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtung eignet sich sowohl für die Umfangsdichtungen als auch für die Dichtungen an Querstegen an den Stirnseiten der Wärmetauscherscheiben. Die Dichtlippen können dabeiThe seal proposed according to the invention is suitable both for the circumferential seals and for the seals on transverse webs on the end faces of the heat exchanger disks. The sealing lips can thereby
is mit geeigneten Kontaktflächen an einer äußeren Ummantelung oder Abdeckung oder auch an inneren
Gehäuseteilen zusammenwirken. Der Einfachheit halber sei hier immer nur vom »Gehäuse« gesprochen.
Das freie Ende der Dichtlippe ist vorzugsweise derart zum Schuh hin zurückgebogen, daß die Kontaktzone bei
Berührung mit der Oberfläche des Schuhs im wesentlichen parallel zu dieser liegt Umfangsdichtungen
funktionieren am besten, wenn das freie Ende der Dichtlippe mit mehreren kurzen, in Längsrichtung der
Dichtung mit Zwischenabstand angeordneten Kontaktzonen ausgebildet ist. Dichtungen an geraden Querstegen
können dagegen eine kontinuierliche Kontaktzone haben, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge
der Dichtung erstreckt Vorzugsweise sind an den Enden der Kontaktzonen Ausschnitte, Nuten od. dgl.
angebracht, die sich bis über die Breite der Kontaktzonen hinweg in die Dichtlippe hineinziehen. Durch diese
Einschnitte wird sichergestellt, daß sich der Gasdruck im Bereich außerhalb der Dichtlippe dann, wenn deren
freies Ende mit der Kontak'.zone am Schuh anliegt, auch dem Raum zwischen dem letzteren und der Dichtlippe
mitteilt.is to cooperate with suitable contact surfaces on an outer casing or cover or also on inner housing parts. For the sake of simplicity, the term "housing" is used here.
The free end of the sealing lip is preferably bent back towards the shoe in such a way that the contact zone is essentially parallel to it when it comes into contact with the surface of the shoe arranged contact zones is formed. Seals on straight transverse webs, on the other hand, can have a continuous contact zone which extends essentially over the entire length of the seal involve. These incisions ensure that the gas pressure in the area outside the sealing lip is also communicated to the space between the latter and the sealing lip when its free end is in contact with the shoe.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings. It shows
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Drehspeicherwärmetauscher und dessen Dichtungen gemäß der Erfindung,1 shows a cross section through a rotary storage heat exchanger and its seals according to the invention,
F i g. 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Umfangsdichtung imit einer sich im wesentlichen über deren gesamte Länge erstreckenden äußeren Kontaktzone, F i g. 2 shows a plan view of a circumferential seal according to the invention with a substantially extending over it their entire length extending outer contact zone,
F i g. 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Dichtung,
F i g. 4 in Draufsicht ein weiteres AusführungsbeispielF i g. 3 shows a cross section through a seal according to the invention,
F i g. 4 shows a top view of a further exemplary embodiment
so einer erfindungsgemäßen Dichtung.such a seal according to the invention.
Nach der Darstellung nach Fig. 1 hat eine Gasturbine ein im Querschnitt elliptisch geformtes, metallisches äußeres Gehäuse 10, welches auf Seiten des Wärmetauschers am oberen Ende mit einer verschließbaren Öffnung versehen ist (Fig. 1 stellt einen Schnitt längs der größeren Hauptachse der Ellipse dar). Eine im Querschnitt ringförmige innere Wand 12 vereinigt sich auf einer Seite mit der Gehäusewand 10 und umgrenzt einen runden Strömungskanal, welcher durch eine According to the illustration according to FIG. 1, a gas turbine has a metallic outer housing 10 which is elliptically shaped in cross section and which is provided with a closable opening on the side of the heat exchanger at the upper end (FIG. 1 shows a section along the major axis of the ellipse) . An inner wall 12, which is annular in cross section, unites on one side with the housing wall 10 and delimits a round flow channel which is passed through a
eo diametral verlaufende Wand 16 in zwei halbrunde Kanäle 18 und 20 unterteilt ist. Der auf der linken Seite der F i g. 1 vorhandene Zwischenraum zwischen der Wand 12 und der Gehäusewand 10 bildet einen Kanal 22. Diejenigen Seiten der Wände, welche die Kanäle 18 und 20 begrenzen, sind mit einer geeigneten Isolierungeo diametrically extending wall 16 is divided into two semicircular channels 18 and 20. The one on the left the F i g. 1 existing space between the wall 12 and the housing wall 10 forms a channel 22. Those sides of the walls which delimit the channels 18 and 20 are provided with suitable insulation
23 abgedeckt.23 covered.
Ein scheibenförmiger Regenerativ-WärmetauscherA disc-shaped regenerative heat exchanger
24 ist drehbar über der inneren Wand 12 montiert. Ein24 is rotatably mounted over inner wall 12. A
Zahnring 26 umgibt den Wärmetauscher 24 und steht in Eingriff mit einem Ritzel 28, welches an auf der Innenseite des Gehäuses 10 angebrachten Augen oder Vorsprflngen 30 und 32 gelagert ist Das Ritzel 28 erhält seinen Antrieb von der Gasturbine über eine Antriebswelle 34, die in dem Kanal 22 angeordnet ist Das Ritzel 28 treibt über den Zahnring 26 und ein geeignetes, drehmomentübertragendes Zwischenglied 35 die Wärmetauscherscheibe an. Die öffnung des äußeren Gehäuses 10 ist durch einen metallischen Deckel 36 ι ο verschlossen, der durch nicht gezeigte Befestigungsmittel herkömmlicher Art gehalten wird. Der Deckel 36 hat eine sich nach abwärts erstreckende Rippe 38, weiche mit der diametral verlaufenden Wand 16 fluchtetRing gear 26 surrounds the heat exchanger 24 and is in engagement with a pinion 28, which is on the Inside of the housing 10 attached eyes or projections 30 and 32 is mounted. The pinion 28 receives its drive from the gas turbine via a drive shaft 34 which is arranged in the channel 22 The pinion 28 drives the heat exchanger disk via the toothed ring 26 and a suitable, torque-transmitting intermediate member 35 at. The opening of the outer housing 10 is through a metallic cover 36 ι ο closed, which is held by fastening means not shown of a conventional type. The cover 36 has a downwardly extending rib 38 which is aligned with the diametrically extending wall 16
Ein inneres Dichtungssystem dichtet die in Frage kommenden Spalte zwischen der Oberfläche des Wärmetauschers 24 und den Wänden 12 und 16 ab. Zu diesem inneren Dichtungssystem gehören zwei C-förmige Umfangsdichtungen 40 und 42 und ein sich diametral erstreckender Dichtungsquersteg <*4. Jede der Dichtungen 40, 42 und 44 besteht aus einem Schuh 46 bzw. 48 bzw. 50, dessen eine Fläche an der Wärmetauscherscheibe gleitend anliegt Auf der gegenüberliegenden Oberfläche jedes Schuhs ist jeweils die eine Randkante einer Dichtlippe 52 bzw. 44 bzw. 56 befestigt Das freie Ende der Dichtlippen erstreckt sich jeweils gegen eine geeignete Anlagefläche an den Wänden 12 und 16. Auf der Außenseite der Wärmetauscherscheibe 24 ist nur eine D-förmige Dichtung 60 vorgesehen, welche Spalte zwischen der Wärmetauscherscheibe und dem Deckel 36 abdichtet. Der D-förmige Verlauf der Dichtung 60 gliedert sich in einen mit Bezug auf F i g. 1 rechts gelegenen halbkreisförmigen Bereich und einen Dichtungsquersteg, welcher gerade unterhalb der Rippe 38 am Deckel 36 liegt. Auch diese Dichtung besteht aus einem Schuh 62, dessen eine Fläche gleitend an der Wärmetauscherscheibe 24 anliegt und auf dessen gegenüberliegender Oberfläche im Umfangsbereich eine Dichtlippe 66 und am Quersteg eine Dichtlippe 68 befestigt sind. Die Dichtlippe 66 erstreckt sich vom Schuh 52 aus nach oben und außen bis zur Berührung mit dem Deckel 36. Die Dichtlippe 68 ist auf der rechten Seite der Oberfläche des Quersteges des Schuhs 62 befestigt und ragt rröt ihrem freien Ende nach oben und außen bis zur Anlage an der Querrippe 38. Die Dichtlippen bestehen vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, Nickellegierungen oder einem anderen Material mit geeigneter Temperaturfestigkeit.An internal sealing system seals the gaps in question between the surface of the Heat exchanger 24 and the walls 12 and 16 from. This inner sealing system includes two C-shaped ones Circumferential seals 40 and 42 and a diametrically extending sealing crosspiece <* 4. Each of the Seals 40, 42 and 44 consists of a shoe 46 or 48 or 50, one surface of which on the The heat exchanger disc slides on the opposite surface of each shoe a peripheral edge of a sealing lip 52 or 44 or 56 is attached. The free end of the sealing lips extends each against a suitable contact surface on the walls 12 and 16. On the outside of the heat exchanger disk 24 only a D-shaped seal 60 is provided, which gap between the heat exchanger disc and the cover 36 seals. The D-shaped course of the seal 60 is divided into one with reference to FIG. 1 semicircular area on the right and a sealing crosspiece, which lies just below the rib 38 on the cover 36. This seal also consists of a shoe 62, one of which Surface slidably rests against the heat exchanger disc 24 and on its opposite surface a sealing lip 66 in the circumferential area and on the transverse web a sealing lip 68 are attached. The sealing lip 66 extends upward and outward from the shoe 52 until it comes into contact with the cover 36. The sealing lip 68 is on the right-hand side of the surface of the transverse web of the shoe 62 attached and protrudes reddish its free end upwards and outwards up to the abutment on the transverse rib 38. The sealing lips are preferably made of stainless Steel, nickel alloys or another material with suitable temperature resistance.
F i g. 2 und 3 zeigt weitere Einzelheiten der Dichtung 42. Der Bereich 70 an der inneren Längskante der Dichtlippe 54 ist auf dem Schuh 48 durch eine Schweißverbindung befestigt Der mittlere Bereich 72 der Dichtlippe erstreckt sich vom Bereich 70 aus nach außen und berührt das Gehäuse, wie in F i g. 1 gezeigt.F i g. 2 and 3 show further details of the seal 42. The area 70 on the inner longitudinal edge of the Sealing lip 54 is attached to shoe 48 by a welded connection. Middle area 72 the sealing lip extends outward from area 70 and contacts the housing, as in FIG. 1 shown.
Der äußere Bereich 74 der Dichtlippe ist dann wieder in Richtung zum Schuh 48 hin zurückgebogen, und endet normalerweise frei im Raum zwischen dem Schuh und dem Gehäuse. Ein Teil des äußeren Bereichs 74 wird durch eine verhältnismäßig schmale Kontaktzone 76 gebildet, die sich nach dem Ausführungsbeispiei nach F i g. 2 über die gesamte Länge der Dichtlippe 54 mit Ausnahme von deren Enden hinzieht Der mittlere Bereich 72 ist derart zur Kontaktzone 74 hin gekrümmt, daß diese im wesentlichen parallel zum Schuh 48 liegt wenn sie bei niedergedrückter Dichtlippe diesen berührt In der Kontaktzone 76 sind eine Vielzahl von mit Zwischenabstand angeordneten Ausschnitten oder Nuten 78 angeordnet welche sich ein wenig über die Kontaktzone hinaus in die Dichtlippe hineinziehen. Auf diese Weise wird sichergestellt daß immer ein geeigneter Gasdruck zwischen der Dichtlippe und dem Schuh vorhanden istThe outer region 74 of the sealing lip is then bent back again in the direction of the shoe 48 and ends usually free in the space between the shoe and the housing. Part of the outer area 74 becomes formed by a relatively narrow contact zone 76, which according to the Ausführungsbeispiei F i g. 2 extends over the entire length of the sealing lip 54 with the exception of the ends of the middle Area 72 is curved towards the contact zone 74 in such a way that it lies essentially parallel to the shoe 48 when it touches the sealing lip while the sealing lip is depressed. In the contact zone 76 there are a large number of spaced cutouts or grooves 78 which extend a little over the Pull the contact zone out into the sealing lip. This ensures that there is always one there is a suitable gas pressure between the sealing lip and the shoe
Die Dichtungen 40,44 und 60 enviprechen im Aufbau der beschriebenen Dichtung 42.The seals 40, 44 and 60 correspond in the structure the described seal 42.
Während die Turbine arbeitet führen Temperatur- und Druckveränderungen zur Verringerung einiger mit Dichtungen versehener Spalte, während andere abgedichtete Spalte verbreitert werden. Bei einer Spaltverringerung drückt das Gehäuse gegen die Dichtlippe und bringt schließlich die Kontaktzone 76 zur Anlage am zugehörigen Schuh. Nachdem die Kontaktzone den Schuh erreicht hat verbiegt eine weitere Verringerung des abgedichteten Spalts den mittleren Bereich der Dichtlippe ohne bleibende Verformung. Bei einem sich erweiternden Spalt wirken die Elastizität der Dichtlippe und der Gasdruck zusammen, um den mittleren Bereich 72 der Dichtlippe ständig in dichter Anlage am Gehäuse zu halten.While the turbine is working, changes in temperature and pressure reduce some of them Seals provided gaps, while other sealed gaps are widened. With a gap reduction presses the housing against the sealing lip and finally brings the contact zone 76 into contact with the associated shoe. After the contact zone has reached the shoe, a further reduction bends of the sealed gap, the middle area of the sealing lip without permanent deformation. With one himself widening gap, the elasticity of the sealing lip and the gas pressure work together to create the central area 72 to keep the sealing lip in close contact with the housing.
Be> der alternativen Ausführungüform nach F i g. 4 ist der innere Randbereich 70a der Dichtungslippe wiederum, wie oben beschrieben, am Schuh befestigt. Der mittlere Bereich 72a erstreckt sich vom Bereich 70a aus nach außen und der äußere Bereich 74a ist dann wieder rum Schuh hin zurückgebogen. Der äußere Bereich 74a hat drei verhältnismäßig kurze Kontaktzonen 76a, welche sich mit größerem Zwischenabstand längs der Außenkante erstrecken. Ein? Nut oder ein Ausschnitt 78a ist an jedem Ende der Kontaktzonen 76a vorgesehen. Die Dichtung funktioniert wie oben geschildert.Be> the alternative embodiment according to FIG. 4 is the inner edge region 70a of the sealing lip in turn, as described above, attached to the shoe. The middle area 72a extends outward from area 70a and the outer area 74a is then again around the shoe bent back. The outer one Area 74a has three relatively short contact zones 76a, which are spaced a greater distance apart extend along the outer edge. A? Groove or a Cutout 78a is provided at each end of contact zones 76a. The seal works as above described.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß die vorgeschlagene Dichtung für besonders schwierige Verhältnisse geeignet ist, denn sie hält die dichte Berührung über einen weiten Temperatur- und Druckbereich aufrecht und vtrträgt starke Verformungen und uaßiiche Veränderungen ohne bleibende Verbiegungen oder Faltungen.From the above description it is clear that the proposed seal is suitable for particularly difficult conditions, because it keeps the density Maintains contact over a wide temperature and pressure range and tolerates strong deformations and external changes without permanent bending or folds.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (5)
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