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"Regenerativ-Wärmetauscher einer Gasturbine" Die Erfindung betrifft
einen Regenerativ-Wärmetauscher einer Gasturbine in der Ausführung als keramische
Wärmetauscherscheibe mit littenlagerung, bestehend aus einem Gehäuse mit Strömungskanälen
für zwei Gasströme, zwischen denen Wärme über die Kanalwände ausgetauscht werden
soll. Diese Wärmetauscherscheibe wird zur einen hälfte von Verdichterfrischluft
und zur anderen Ilaifte von entspanntem Abgas durchströmt, wobei Dichtungen, die
einerseits am Gehäuse befestigt sind under andererseits auf der Scheibe dichtend
schleifen, die beiden Gasströme trennen.
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An eine Wärmetauscherscheibenlagerung werden im wesentlichen folgende
Forderungen gestellt: Die Wärme tauscher scheiben , die aufgrund thermischer Ausdehnungen
geeigneterweise aus keramischem Material bestehen, sind so zu lagern, daß sie während
ihres Laufes möglichst weitgehend von Verspannung frei bleiben, um Druck zu vermeiden.
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Veränderungen im Betriebsverhaltensder Gasturbine sollen'durch einen
sich stets wieder einstellenden Gleichgewichtszustand der Kräfte an der Wärmetauscherscheibe
keine nachteilige Auswirkungen auf das Zusammenspiel von Lagerung und Dichtung haben.
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Bisher ist es nicht gelungen, diesen Forderungen ganz naclizukommen,
denn die Bewegungsfreiheit bekannter Wärmetauscherscheiben
bei
Außenlagerung ist nur bedingt gegeben. Die.
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Scheiben mußten zeitweise mehr oder minder holie Kräfte aufnehmen,
so daß ein Dauerbruch mit zunehmender Betriebszeit nicht auszuschließen war. Wegen
der punktförmigen Berührung in der Lauffläche sind die seitherigen Mittenlagerungen
einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt. Als Folge davon kann sich ein unzulässig großcs
Lagerspiel einstellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mittenlagerung für
Wärmetauscherscheiben zu schaffen, die in jedem fletriebszustand der Gasturbine
an den Gleitflachen der aneinanderliegenden Teile genügendes Spiel gewährleistet
oder selbstständige Nachstellmöglichkeiten sicherstellt. Ferner soll die Lagerung
so ausgeführt sein, daß die gleitenden Teile mindestens Linienberührung miteinander
haben, um den Verschleiß herabzusetzen.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelost, daß die Wärmetauscherscheibe
kugelartig zwischen beiderseits der Wärmetauscherscheibe angeordneten Kalotten gelagert
ist und die Kalotten längsverschiebbar und koaxial auf einem in dem Gehäuse verdrehfest
gelagerten, als Achse dienenden Bolzen angeordnet sind und sich entgegen-axialem
Federdruck an den Innenseiten des Gehäuses abstützen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung gemäß der Erfindung kann zwischen den
Bolzen und der Wärmetauscherscheibe ein zylindrisch geformtes Lagerteil angeordnet
sein, dessen Enden konvex ausgebildet sind und an den Innenseiten der Kalotten ganzflächig
gleitend anliegen.
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Durch diese Anordnung ist für die empfindliche Keramik-Wärmetauscherscheibe
jeder Freiheitsgrad garantiert. Die Kalotten rechts und links der Scheibe mit gemeinsamem
Mittelpunkt
ermöglichen eine taumelnde Bewegung der Scheibe. Der
axiale und radiale Freiheitsgrad ist durch die Federwirkung garantiert.
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Da die Lauffläche zwischen Kalotte und Lagerteil gelegt ist, kann
erfindungsgemäß das Lagerteil klemmend in die Wärme tauscherscheibe eingeschoben
sein, wobei das Lagerteil konzentrisch und mit Abstand zum Bolzen hin angeordnet
ist.
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Um während des Betriebes der Gasturbiile ein Mitdrehen der Kalotten
auszuschließen, sind diese mittels Paßfedern gegen Drehrichtung gesichert.
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In vortcilhafter Weise kann erfindungsgemäß das Lagerteil auseinem
Werkstoff mit etwa gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Kern der Wärmetauscherscheibe
bestehell.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der Beschreibung zu entnehmen
In der Zeichnung ist der Gegenstand-der Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
dargestellt.
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Es zeigen Fig. 1 im Schnitt eine Mittenlagerung einer Wärmetauscherscheibe
mit Laufflächen zwischen Kalotten und drehbarer Lagerteil, Fig. 2 im Scinitt die
blittenlagerung mit drchfestem einteiligen Lagerteil und Laufflächen zwischen Lagerteil
und Buchse, die in die Wärmetauscherscheibe eingepreßt ist.
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Fig. 3 -im Schnitt die Mittenlagerung nach Fig. 2, jedoch mit zweiteiligem
Lagerteil, dessen Enden jeweils mit einem Bund versehen sind,
Fig.
4 im Sclmitt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, die anstelle einer Uucllse
mit einem Wälzlager und mit einem zwischen Wälzlager und Wärmetauscllersclleibe
angeordnetem Federblecii versehen ist.
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Fig. 5 im vergrößerten Maßstab einen Teil der Elittenlagerung nach
der Linie V - V in Fig. 4, Fig. 6 im vergrößerten Maßstab eine Draufsicht auf die
zwischen Stahlhülse und Bolzen angeordnete Paßfeder nach Fig. 2 und Fig. 7 die Paßfeder
nach der Linic VII - VII in Fig. 6.
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Eiiie iii Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform der
Nittenlagerung eines Regenerativ-Wärmetauschers für eine Gasturbine ist als \särmetauscllersclleibe
1 ausgebildet, die aus einem wärmespeicherfähigen Material besteht.
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In den massiven Kern 2 der Wärmetauscherscheibe 1 ist ein Lagerteil
3, das gegenüber dem Elaterial der Scheibe 1 aus einem Werkstoff mit etwa gleichem
Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, und zwar Graphit, mit Preßsitz befestigt.
Diesesals Hohlzylinder ausgebildete Lagerteil 3 ist zwischen zwei auf einem Bolzen
4 koaxial angeordneten Kalotten 5,6 gelagert, derart, daß die konvexen Enden des
Lagerteiles 3 an den Innenseiten der Kalotten 5,6 anliegen. Sowohl die konvexen
Enden als auch die Innenseiten der Kalotten haben gleich große Radien und einen
gemeinsamen Mittelpunkt, der auf der Längsmittelachse des Dolzens 4 liegt und mit
7 bezeiclinet ist.
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Um die Kalotten 5,6 am Verdrehen zu hindern, sind sie dadurch auf
dem Bolzen 4 angeordnete Paßfedern 8,9 gesichert, jedoch sind sie längsverschiebbar
entgegen axialem Federdruck auf dem
im Gehäuse 10 drehfest gelagerten
Bolzen 4 angeordnet. Der Federdruck wird durch Tellerfedern 11,12 aufgebracht, die
unter Vorspannung zwischen Gehäusedeckel 13, 14 und Kalotten 5, 6 liegen. Um die
Anpreßkraft zu-reguliercn und ferner die Lage der Wärmetausche'rscheibe~zu fixieren,
kann je ein auf der linken und der rechten Bolzenhälfte angeordnetes Distanzteil
15, 16 mit Milde von Paßscheiben 17, 18 verlängert oder verkürzt werden. Das in
den Geliäusedeckel 14 eingeschobene und über den Bolzen 4 angeschraubte Distanzteil
16 ist in jedem Fall bis auf Anschlag anzuziehen. Das Distanzteil 15 hat seinen
axialen Festpunkt am linken Gehäusedeckel 13.
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Durch Anziehen des Distanzeteiles 16 wird die Kraft über alle Teile
bis auf den linken Geiiäusedeckel 13 weitergeleitet, so daß sämtliche Teile unter
Anzugsspannung stehen.
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Da der Innendurchmesser des Lagerteiles zum Bolzen hin genügend Spiel
aufweist, ist einerseits ein Federn und andererseits ein Taumeln der Wärmetauscherscheibe
in Verbindung mit den Kalotten 5, 6 und den Tellerfedern 11, 12 möglicii. Die Zentrierung
der Scheibe 1 wird von den Kalotten 5, 6 übernommen.
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Die mit 19 und 20 bezeichneten Teile sind zur Abdichtung vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Ausführungsform der littenlagerung nach Fig.
2 unterscheidet sich gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Elittenlagerung dadurch,
daß die Laufflächen nicht zwischen Kalotten und Lagerteil, sondern zwischen Lagerteil,
das in diesem Falle als Stahlhülse ausgebildet und mit 21 bezeichnet ist, und einer
in den massiven Kern der Wärmetauscherscheibe eingepreßten, aus Graphit bestehenden
Buchse 22 gelegt sind.
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Die Stahlhülse 21 ist durch eine auf dem Bolzen 4 eingepaßte Paßfeder
23 gegen Verdrehen gesichert. Die Paßfeder ist ballig
ausgeführt,
wie aus dcii Fig. 6 und 7 zu erschen ist, und die Stahlhülse 21, die zur Graphitbuchse
22 genügend Spiel aufweist, um auch ein Ausdehnen der llülxc 21 zu ermöglichen,
ist zur Gewährleistung der Schwenkbewegungen (bis 40 und mehr) die Wärmetauscherscheibe
in der Bohrung beidseitig kegelig ausgebildet.
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Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform der Mittenlagerung ist in der
Funktion und im Aufbau wie die vorher beschriebeiien Mittenlagerungen, mit Ausnahme
der Stahlhülse 21, die einer aus Montagegründen geteilt und an den Enden mit je
oinem Bund 24 versehen ist. Mit dieser Anordnung soll die Axialbewegung der Scheibe
1 in Grenzen geiialten werden.
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Bei der Mittenlagerung nach Fig. 4 und 5 ist die Graphitbuchse 22
durch ein in den massiven Kern der Wärmetauscherscheibe 1 eingepreßtes gewelltes
Federblecll 25 und ferner durch ein zwischen dem Federblech und der geteilten Stahlhülse
21 angeordnetes Walzlager 26, z.B. Nadellager, ersetzt.
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Das Federblech soll Wärmedehnungen des Lagers 26 ermöglichell.
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Die Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 können erforderlichenfalls
am Außendurchmesser des jeweiligen Lagerteiles, und zwar im Bereich der oberen hälfte,
mit Schmiernuten 27 - wie aus Fig. 2 ersichtlich ist - versehen sein, wobei an deren
Nutenden Bohrungen 28 abzweigen, die zu den Gleitflächen der Kalotten 5, 6 führen.
Durch diese Maßnahme wird eine vorteilhafte Selbstschmierung an den Gleitflächen
erzielt.