DE2419376A1 - Regenerativ-waermetauscher einer gasturbine, - Google Patents

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 9914/4

Stuttgart 16- April 197**

"Regenerativ-Wärmetauscher einer Gasturbine"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regenerativ-Wärmetauscher einer Gasturbine, dessen keramische Wärmetauscherscheibe von einem metallischen Zahnkranz unter Bildung eines Ringraumes koaxial umgeben ist, in dem Druckfedern angeordnet sind, die sich unter Vorspannung einerseits an am Umfang der Wärmetauscherscheibe anliegenden Mitnehmerplatten, andererseits an der Innenseite des Zahnkranzes abstützen. Die Druckfedern dienen dazu, die größere Wärmedehnung des metallischen Zahnkranzes gegenüber der keramischen Wärmetauscherscheibe, die eine sehr kleine Wärmeausdehnungszahl aufweist, auszugleichen.

Bei einer bekannten derartigen Ausführung (GB-Pp 1 324 731) bestehen die Druckfedern aus Kegelstumpffedern, die neben einem verhältnismäßig großen Raumbedarf den Nachteil für eine Halterung haben, daß, wie es bei Druckfedern normalerweise der Fall ist, die Anpreßkraft mit deren Ausdehnung nachläßt. Dies führt im Betrieb zu einem unerwünschten Schlupf oder gar zu einer Verlagerung der Wärmetauscherscheibe. Stärkere Federn, mit denen man diesen Nachteilen entgegenwirken kann, erfordern zusätzlichen Raum, der jedoch bei Wärmetauschern für Gasturbinen, besonders wenn diese in Fahrzeuge eingebaut sind, äußerst beschränkt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu be-

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seitigen und eine Anordnung der Wärmetauscherscheibe im Zahnkranz zu schaffen, die bei äußerst geringem radialen Raumbedarf eine bei allen Betriebstemperaturen zuverlässige Halterung der Wärmetauscherscheibe und eine schlupffreie Drehmomentübertragung ergibt. Dies geschieht nach der Erfindung durch von Tellerfedern gebildete Federpakete, die beiderseits in konkaven Ausnehmungen in zwei in Umfangsrichtung auf der Mitnehmerplatte angeordneten Stegen geführt sind, die die Seitenflächen des Zahnkranzes umfassen und mit diesen drehfest verbunden sind. Durch die besondere Charakteristik von Tellerfedern ist es möglich, diese so auszubilden, daß Ausdehnungen oder Zusammenpressungen des Federpakotes bei Größenänderungen des Ringraumes infolge von Temperaturänderungen keine wesentlichen Änderungen der Federkräfte hervorrufen, so daß die Mitnehmerplatten stets unter gleichem oder gegebenenfalls auch etwas ansteigendem Anpreßdruck an der Wärmetauscherscheibe anliegen. Dabei wird die geringe Höhe von Tellerfedern restlos ausgenützt, da die Drehmomentübertragung vom Zahnkranz auf die Mitnehmerplatten ohne zusätzlichen radialen Platz zu beanspruchen von den Seitenflächen des Zahnkranzes und den diese umfassenden, die Federpakete führenden Stegen übernommen wird.

Eine baulich besonders einfache Drehmomentübertragung, die ein ausreichendes radiales Spiel ermöglicht, wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an den Innenseiten beider Stege einer Mitnehmerplatte einander gegenüberliegende radiale Leisten angeordnet sind, die in radiale Nuten an den Seitenflächen des Zahnkranzes greifen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stützen sich auf einer Mitnehmerplatte jeweils zwei Federpakete ab, wobei diesen zugeordnete gemeinsame Stege, Leisten und Nu-

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ten besonders raumsparend in der mittleren Axialebene zwischen den beiden Federpaketen angeordnet sind.

Erfindungsgemäß können im Bereich der beiden Enden jedes Steges jeweils eine Bohrung angeordnet sein. Diese Bohrungen ermöglichen auf einfache Weise das Ansetzen von Werkzeugen oder Vorrichtungen zum Einbau oder Ausbau der Wärmetauscherscheibe in bzw. aus dem Zahnkranz.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine an einer Wärmetauscherscheibe anliegende Mitnehmerplatte mit zwei Federpaketen,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch diese Wärmetauscherscheibe und deren Zahnkranz nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen entsprechenden Axialschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1 und

Fig. k eine Seitenansicht dieser Wärmetauscherscheibe und deren Zahnkranz.

Die in der Zeichnung gezeigte Wärmetauscherscheibe 11 einer Kraftfahrzeug-Gasturbine ist aus einem glaskeramischen Werkstoff hergestellt. Sie weist eine Vielzahl kleiner Durchgangskanäle 12 auf, die wechselweise von heißen Abgasen oder der zu erwärmenden Verbrennungsluft durchströmt werden. Die Wärmetauscherscheibe 11 wird unter Bildung eines Ringraumes 13 koaxial von einem Zahnkranz l4 aus legiertem Stahl umgeben. Der

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Zahnkranz ik ist mit einer Schiene 15 auf Rollen l6 im nicht dargestellten Gehäuse des Wärmetauschers gelagert. Der Zahnkranz l4 dient dem Antrieb der Wärmetauscherscheibe 11 und wird seinerseits durch ein nicht dargestelltes Ritzel eines Nebenabtriebes der Gasturbine angetrieben. Der Ringraum 13 zwischen der Wärmetauscherscheibe 11 und dem Zahnkranz Ik wird durch Federpakete 171 die von Tellerfedern 18 gebildet werden, überbrückt. Die Federpakete 17 stützen sich einerseits unter Vorspannung an Mitnehmerplatten 19, die am Umfang 20 der Wärmetauscherscheibe 11 anliegen, andererseits an der Innenseite 21 des Zahnkranzes Ik ab.

über den Umfang 20 der Wärmetauscherscheibe 11 sind beispielsweise 2k dem Scheibenradius entsprechend gewölbte Mitnehmerplatten 19 in geringen gegenseitigen Abständen gleichmäßig verteilt. Jeder Mitnehmerplatte 19 sind zwei Federpakete 17 zugeordnet, die jeweils aus fünf Tellerfedern 18 bestehen. Dabei sind vier Tellerfedern 18 jeweils paarweise so zusammengesetzt, daß sie sich an ihrem äußeren Rand berühren. Die fünfte Tellerfeder l8 stützt sich mit ihrem äußeren Rand an einer ebenen Fläche 22 der Mitnehmerplatte 19 ab. Die beiden Federpakete werden beiderseits in konkaven Ausnehmungen 23 von Stegen 2k geführt, die in Umfangsrichtung auf der Mitnehmerplatte 19 befestigt sind.

Die beiden Stege 2k jeder Mitnehmerplatte 19 umfassen die Seitenflächen 25 des Zahnkranzes Ik. In der mittleren Axialebene zwischen den beiden Federpaketen 17 sind an den Innenseiten 26 der Stege 2k Leisten 27 angeordnet, die in entsprechende radiale Nuten 28 an den Seitenflächen 25 des Zahnkranzes I^ eingreifen. Bei drehendem Zahnkranz ik legt sich die Nut mit einer Seitenfläche an die gegenüberliegende Flanke der Leiste 27 an, so daß zur Übertragung des Drehmomentes auf die

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Mitnehmerplatte 19 eine form-schlüssige Verbindung hergestellt ist. Die Mitnehmerplatte 19 überträgt ihrerseits unter dem gleichbleibenden oder etwas ansteigendem Druck der Federpakete 17 das Drehmoment auf die Wärmetauscherscheibe 11. Eine Haftschicht 29 an der Innenseite der Mitnehmerplatte 19, die beispielsweise aus einem Elastomer besteht, trägt zur guten Anlage und Drehmomentübertragung bei. Axiale Kräfte, die gegebenenfalls durch den Anpreßdruck von Dichtungen auf die Wärmetauscherscheibe 11 einwirken, werden über die Mitnehmerplatten 19 und deren Stege 2k auf den Zahnkranz Ik übertragen.

Im Bereich der beiden Enden 30 jedes Steges 24 ist jeweils eine Bohrung 31 angeordnet, die dem Einbau der Vvärmetauscherscheibe 11 in den Zahnkranz Ik oder deren Ausbau dienen. Zum Einbau der Wärmetauscherscheibe 11 werden die Mitnehme rplatten 19 mit den Federpaketen 17 durch eine Vorrichtung, die mit Ansätzen in die Bohrungen 31 greift, am Zahnkranz Ik gehalten und entgegen dem Druck der Federpakete 17 soweit an dessen Innenseite 21 gezogen, bis sich die Wärmetauscherscheibe 11 in den Zahnkranz Ik einsetzen läßt. Danach lockert man die Vorrichtung so, daß sich die Mitnehmerplatten 19 unter dem Druck der Federpakete 17 allmählich radial einwärts bewegen, bis sie unter Vorspannung am Umfang 20 der Wärmetauscherscheibe 11 anliegen. Darauf kann die Vorrichtung abgenommen werden.

Wird der Wärmetauscher beim Betrieb der Gasturbine erwärmt, so dehnt sich der metallische Zahnkranz Ik infolge seiner größeren Wärmedehnzahl stärker aus als die keramische Wärmetauscherscheibe 11. Die damit verbundenen radialen Längenunterschiede zwischen beiden Bauteilen werden durch die Federpakete 17 ausgeglichen. Infolge einer im Einbauzustand degressiven Federkennlinie der Tellerfedern 18 wird deren Anpreßdruck sowohl bei einer Zunahme als auch bei einer Abnahme des radieren Abstandes

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zwischen der Wärmetauscherscheibe 11 und dem Zahnkranz Ik nicht oder nur unwesentlich verändert, so daß eine schlupflose Drehmomentübertragung von den mit dem Zahnkranz Ik.verbundenen Mitnehmerplatten 19 auf die Wärmetauscherscheibe 11 bei allen Betriebszuständen aufrechterhalten vrird.

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Claims (4)

16. April 1974 Ansprüche

1.iRegenerativ-Warmetauscher einer Gasturbine, dessen keramische Wärmetauscherscheibe von einem metallischen Zahnkranz unter
Bildung eines Ringraumes koaxial umgeben ist, in dem Druckfedern angeordnet sind, die sich unter Vorspannung einerseits an am Umfang der Wärmetauscherscheibe anliegenden Mitnehmerplatten, andererseits an der Innenseite des Zahnkranzes abstützen, gekennzeichnet durch von Tellerfedern (l8) gebildete Federpakete (17), die beiderseits in konkaven Ausnehmungen (23) in zwei in Umfangsrichtung auf der Mitnehmerplatte (19) angeordneten Stegen (24) geführt sind, die die Seitenflächen (25) des Zahnkranzes (l4) umfassen und mit diesen drehfest verbunden sind.

2. Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Innenseiten (26) beider Stege (24) einer Mitnehmerplatte (19) einander gegenüberliegende radiale Leisten
(27) angeordnet sind, die in radiale Nuten (28) an den Seitenflächen (25) des Zahnkranzes (l4) greifen.

3. Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf einer Mitnehmerplatte (19) jeweils zwei Pederpakete (17) abstützen und daß die Leisten (27) der Stege (24) in der mittleren Axialebene zwischen den beiden Federpaketen(17) angeordnet sind.

4. Regenerativ-Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der beiden Enden (30) jedes Steges (24) jeweils eine Bohrung (31) angeordnet ist.

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