DE2431676A1 - Abdichtung fuer einen regenerativwaermetauscher - Google Patents

Abdichtung fuer einen regenerativwaermetauscher

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DE2431676A1
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DE
Germany
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nickel
seal
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heat exchanger
sealing strip
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Withdrawn
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DE2431676A
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English (en)
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Eggert Dipl Ing Tank
Eberhard Dipl Ing Tiefenbacher
Klaus Wiegard
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Daimler Benz AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D19/00Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
    • F28D19/04Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
    • F28D19/047Sealing means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • "Abdichtung für einen Regenerativ-Warmetausc}ler" Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtung zwischen den Gaskanälen und dem drehbaren Speicherkörper eines Regenerativ-Wärmetauschers für Gasturbinen, die aus einer mit einer Gleitschicht versehenen Dichtleiste und aus einem am Gehäuse befestigten elastischen Verbindungsteil aus einer warmfesten Legierung zusammengesetzt ist.
  • Derartige Abdichtungen haben die Aufgabe, ein Übertreten von Gasen von einem Kanal in einen anderen im Bereich der Wärmetauscherscheibe zu verhindern. Die dazu benützten Dichtelemente sind dabei stark voneinander abweichenden Tempera -turen ausgesetzt. So werden beispielsweise die Innenseiten der Dichtelemente des Abgaskanales von sehr heißen Gasen durchströmt, während deren Außenseiten von Luft umgeben sind, die eine verhältnismäßig niedere Temperatur hat. Bei einer radialen Erstreckung eines Dichtelementes von wenigen Zentimetern können dabei Temperaturgradienten von mehreren Ilundert Grad Celsius auftreten.
  • Die durch diese großen Temperaturunterschiede in den Bauteilen erzeugten Spannungen können bei den federnden Verbindungsteilen zwischen dem Gehäuse und der Dichtleiste durch elastische Verformung ausgeglichen werden. Auch in den verhältnismäßig dünnen Gleitschichten, die von Poren und Rissen durchsetzt sind, entstehen infolge dieser Struktur keine Spannungen. Dagegen kann das starke Temperaturgefälle in den Dichtleisten Verwerfungen hervorrufen, die zu einem stellenweisen Abheben der Dichtelemente vom Speicherkörper fiihren, so daß diese ihre Aufgabe nur noch unvollkommen erfüllen können. Eine völlig zufriedenstellende Lösung dieses für das wirtschaftliche Arbeiten eines Regenerativ-Wärmetauschers wesentlichen Abdichtungsproblemes konnte mit den bisher iiblichen Dichtelementen noch nicht erzielt werden.
  • Bei einer bekannten Abdichtung (DT-AS 2 139 002) sind die Dichtleisten aus einem ferritischen Stahl hergestellt, während die elastischen Verbindungeteile aus einer Nickel-Chrom-Legierung bestehen. Eine Dichtleiste aus unlegiertem Stahl weist jedoch bei den vorkommenden hohen 3etriebstemperaturen nicht die erforderliche Oxydationsbeständigkeit auf.
  • Außerdem weicht der Wärmedehnwert dieser Dichtleiste wesentlich von dem des Verbindungsteiles aus einer warmfesten Nickel-Chrom-Legierung ab, so daß sich im Bereich ihrer Verbindungsflächen Spannungen aufbauen, die zu unerwünschten Verformungen und darüber hinaus zu Schäden an den Dichtelementen führen können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beheben und eine formbeständige und dauerhafte Abdichtung zwischen den Gaskanälen und dem Speicherkörper zu schaffen.
  • Dies geschieht dadurch, daß die Dichtleiste aus Nickel besteht. Eine derartige Dichtleiste zeichnet sich durch einc gute Oxydationsbeständigkeit aus. Außerdem ermöglichen gleiche Wärmedehnwerte der verwendeten erkstoff.e eine über den gesamten Temperaturbereich des Wärmetauschers spannungs freie Verbindung der Dicht leiste mit einem Verbindungsteil aus einer warmfesten Nickel-Chrom-Legieruiig.
  • Es sind zwar auch Dichtleisten aus austenitischen Cllromnickelstählen ebenso wie solche aus Nickel-Chrom-Legierungen beliannt, die zwar oxydationsbeständig sind, die jedoch eine verhnltnisr.;äßiU schlechte Wärmeleitfähigkeit haben. Dadurch bilden sich während des Betriebes des Wärmetauschers erhebliche Temperaturgradienten innerhalb der Dichtleiste aus, die Verformungen hervorrufen können, die zum stellenweisen Abheben der Dichtleiste vom Speicherkörper führen. Demgegenüber sind die Temperaturgradienten in Dichtleisten aus Nickel, das gegenüber den genannten Werkstoffen eine etwa dreimal so hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, durch den rascheren Temperaturausgleich wesentlich kleiner. Dies ermöglicht infolge der damit verbundenen Formbeständigkeit der Dichtleiste des Wärmetauschers eine gute Anlage der Dichtleiste am Speicherkörper auch bei wechselnden Betriebsbedingungen.
  • Gegenüber austenitischen Chromnickelstählen hat Nickel zusätzlich den Vorzug eines kleineren Wärmedehnwertes, wodurch die Bildung von Wärmespannungen in der Dichtleiste weiter verringert wird. Wahrend sich bei Dichtleisten aus austenitischen Chromnickelstählen infolge verschiedenen Warmedehnwerte an den Verbindungsstellen mit den üblichen Verbindungsteilen aus Wicliel-Chronz-Legierungen Spannungen ergeben, entfallen diese, wie bereits erwähnt, bei Dichtleisten aus Nickel.
  • Im Vergleich zu Legierungen auf Nickel-Chrom-Basis hat Nickel eine niedrigere Streckgrenze, Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß durch Temperaturunterschiede bewirkte Spannungen, die iiber ein gewisses Maß hinausgehen,in der Dichtleiste durch plastische Verformungen abgebaut werden können und so nicht zum Versagen der Abdichtung fiihren.
  • Die Verwendung von Nickel für die Dichtleiste weist gegenüber den bisher üblichen Werkstoffen eine Vielzahl wesentlicher, sich gegenseitig unterstiitzende Vorteile auf 1 die zu einer funktionssicheren Abdichtung der Gaskanäle im Bereich des drehbaren Speicherkörpers führen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Es zeigen.
  • Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch einen Pegenerativ-Wrmetaus cher in schematischer Darstellung, Pig. 2 eine Draufsicht auf die beiden an der einen Seite des Speicherkörpers anliegenden Dichtelemente und Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Dichtelement.
  • Der in Fig.1 dargestellte Regenerativ-Wärmetauscher einer Kraftfahrzeug-Gasturbine besteht im wesentlichen aus einem auf einer Achse 11 in einem Gehause 12 drehbar gelagerten scheibenförmigen Speicherkörper 13, aus Kanalen 14 und 15 für die Verbrennungsluft sowie aus Kanälen 16 und 17 für die Abgase. Der Speicherkörper 13, der aus einem glaskeramischen Werkstoff hergestellt ist, wird in axialer Richtung von einer Vielzahl kleiner Durchgangskanale 18 durchsetzt.
  • Auf dem Mantel 19 des Speicherkörpers 13 ist mit elastischen Zwischengliedern 20 ein koaxialer Zahnkranz 21 befestigt.
  • Ein auf einer Welle 22 im Gehause 12 gelagertes Ritzel 23 greift in den Zahnkranz 21 ein. Der Speicherkörper 13 kann über den Zahnkranz 21, das Ritzel 23 und die Welle 22 von einem nicht dargestellten Nebenabtrieb der Gasturbine in Drehung versetzt werden.
  • Während des Betriebes der Gasturbine pferden deren heiße Abgase durch den Kanal 16 zu dem angetriebenen Speicherkörper 13 geleitet, dessen Durchgangskanäle 18 sie durchströmen und dabei einen Teil ihrer Wärme an den Speicherkörper 13 abgeben. Die aufgeheizten Abschnitte des Speicherkörpers 13 werden durch dessen ständige Drehung laufend in den Bereich der Kanäle 14 und 15 gerückt. Dadurch kann die vom Verdichter der Gasturbine geförderte Verbrennungsluft verhältnismäßig niederer Temperatur durch den Kanal 14 in die aufgeheizten Durchgangskanäle 18 einströmen und dort Wärme aufnelrmen. Die so erhitzte Verbrennungsluft wird durch den Kanal 15 der Brennkammer der Gasturbine zugeführt. Gleichzeitig verlassen die im restlichen Abschnitt des Speicherkörpers 13 abgelciihl-ten Abgase das Gehäuse 12 des Wärmetauschers durch den Kanal 17.
  • Die Kanäle 14 bis 17 weisen, wie Fig.2 erkennen läßt, im Bereicii des Speicherkörpers 13 eine etwa halbkreisförmige Querschnittsfläche auf, die eine maximale Beaufschlagung des Speicherkörpers 13 erlaubt. An den Stirnseiten 24 der Wände 25 der Kanäle sind dem Kanalquerschnitt entsprechende D-förmig ausgebildete Dichtelemente 26 angeordnet, die an den Berührungsstellen mit dem Speicherkörper 13 ein Entweichen der Abgase bzw. der Verbrennungsluft verhindern. An Ende des Kanales 14 ist keine Dichtung nötig, da die zugeführte Verbrennungsluft innerhalb des Gehäuses 12 wegen der Dichtelemente 26 der übrigen Kanäle 15,16 und 17 nur den Weg durch den Speicherkörper 13 in den Kanal 15 neigen kann.
  • Ein Dichtelement 26 besteht aus einer Dichtleiste 27 aus Nickel, die mit einer am Speicherkörper 13 anliegenden Gleitschicht 28 versehen ist und aus einem beispielsweise durch Punktschweißen oder Löten damit verbundenen gasdichten elastischen Verbindungsteil 29, das an der Stirnseite 24 der Wand 25 des entsprechenden Gaskanales 15, 16 oder 17 befestigt ist. Das elastische Verbindungsteil 29 wird z.B. von einem Wellrohr gebildet, das aus einer warmfesten Nickel-Chrom-Legierung hergestellt ist. Die Gleitschicht 28 kann beispielsweise aus Nickeloxid-Kalziumfluorid bestehen, das durch Flammspritzen auf die Dichtleiste 27 aufgetragen wird.

Claims (1)

  1. Anspruch
    Abdichtung zwischen den Gaskanälen und dem drehbaren Speicherkörper eines Regenerativ-Wärmetauschers für Gasturbinen, die aus einer mit einer Gleitschicht versehenen Dichtleiste und aus einem am Gehäuse befestigten elastischen Verbindungsteil aus einer warmfesten Legierung zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (27) aus Nickel besteht.
DE2431676A 1974-07-02 1974-07-02 Abdichtung fuer einen regenerativwaermetauscher Withdrawn DE2431676A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3423962A1 (de) * 1984-06-29 1986-01-02 Balcke-Dürr AG, 4030 Ratingen Regenerativ-waermeaustauscher

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3423962A1 (de) * 1984-06-29 1986-01-02 Balcke-Dürr AG, 4030 Ratingen Regenerativ-waermeaustauscher

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