DE2460437C2 - Dichtung für die Gaskanäle eines Regenerativ-Wärmetauschers - Google Patents

Description

a) der Dichtbaig (34) weist e'ne im Querschnitt V- oder U-förmigc Gestalt auf, wobei die beiden Schenkel (35, 36) vom Gaskanal weg nach außen zeigen und der Rand (38) eines Schenkels (35) am Gehäuse (12) befestigt ist,

b) die Dichtmembran (42) weist eine im Quer schnitt V-förmige Gestalt auf, wobei die beiden Schenkel (40,41) nach innen zum Gaskanal zeigen und der Rand eines Schenkels (41) an der Dichtleiste (32) befestigt ist,

c) der Dichtbalg (34) und die Dichtmembran (42) liegen jeweils mit dem Rand der Innenseite ihres freien Schenkels (36,40) aneinander.

2. Dichtung nach Anspruch 1 für den Gaseintrittsund den Luftaustrittskanal mit einer Dichtleiste, die aus einem kreisringförmigen Teilstück und aus einem in dieses mit Spiel stegförmig eingesetzten geraden Teilstück besteht, das die beiden Kanäle voneinander trennt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtbalg (34) aus einem ringförmigen Teilstück (50) besteht, das den Gaseintrittskanal (16) umgibt, und aus einem bogenförmigen Teilstück (5*), das sich an das ringförmige Teilstück (50) anschließt und den von diesem nicht begrenzten Teil des Luftaustrittskanales (15) umgibt, wobei die beiden Schenkel (52) des bogenförmigen Teilstückes (51) im Bereich der Stoßstellen (49) zwischen dem kreisringförmigen Teilstück (47) und dem geraden Teilstück (48) der Dichtleiste (32) in Richtung auf deren gerades Teilstück (48) gekrümmt sind und dabei von den Schenkeln (35 und 36) des ringförmigen Teilstückes (50) des Dichtbalges (34) beiderseits umfaßt werden.

3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schenkel (52) des bogenförmigen Teilstückes (51) und die beiden Schenkel (35 bzw. 36) des ringförmigen Teilstückes (50) im Bereich des geraden Teilstückes (48) zur Abdichtung gegeneinander gebogen sind (F i g. 6,8).

4. Dichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmembran (42) aus einem kreisringförmigen Teüstück (58) und aus einem geraden Teilsiück (59) besteht, die jeweils mit einem Schenkel (41) an dem entsprechenden kreisringförmigen Teilsiück (47) bzw. dem geraden Teilstück (48) der Dichtleiste (32) befestigt sind und daß das krcisringförmige Teilsiück (58) im Bereich der Stoßstelle

(49) der Dichtleiste (32) an seinem freien Schenkel (40) einen abgerundeten Ansatz (60) aufweist, der jeweils der Krümmung des ringförmigen Teilstückes

(50) und des bogenförmigen Teilstückes (51) des

Dichtbalges (34) soweit folgt, bis der freie Schenkel (40) des geraden Teilstückes (59) der Dichtmembran (42) die zusätzliche Dichtung im Bereich des geraden Teilstückes (48) der Dichtleiste (32) übernimmt.

5. Dichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmembran (42) aus einander seitlich überlappenden Teilstücken zusammengesetzt ist

6. Dichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (32) einen Steg (46) aufweist, an dem der freie Schenkel (36) des Dichtbalges (34) anliegt und auf dem sich mittelbar der freie Schenkel (40) der Dichtmembran (42) im Bereich seiner Überlappung mit dem Dichtbalg (34) abstützt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für die Gaskanäle eines Regenerativ-Wärmetauschers nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer Dichtung dieser Art, bekannt aus der US-PS 3! 57 226, ist der zwischen dem Gehäuse und der Dichtleiste eingespannte Dichtbaig mit einem Rand an der Dichtleiste gasdicht befestigt, während die Dichtmembran mit einem Rand am Gehäuse gasdicht befestigt ist. Der lose Rand des Dichtbalges weist eine rechtwinklig zur Dichtungsebene angeordnete Auswölbung auf, die zur Abdichtung in eine entsprechend geformte Vertiefung am Rand der Dichtmembran eingreift. Die Beweglichkeit der Dichtung zum Ausgleich von Wärmedehnungen ist dadurch besonders in der Dichtungsebene stark eingeschränkt, zumal die mehrfach gewölbten Bauteile besonders im Bereich der Dichtstelle eine verhältnismäßig steife Bauweise erfordern. Als Folge davon kann es bei Wärmedehnungen zu Spannungen und Verwerfungen in der Dichtung kommen, die zu undichten Stellen zwischen Dichtbalg und Dichtmembran und zu einem örtlichen Abheben der Dichtleiste vom Speicherkörper führen können. Auch Beschädigungen der Dichtung sind möglich. Besonders gefährdet ist in dieser Hinsicht die Befestigungsstelle des Dichtbalges an der thermisch stark belasteten Dichtleiste.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Dichtung zu schaffen, deren Bauteile auch bei starken Wärmedehnungen dicht anliegen. Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale des neuen Anspruches 1 erreicht. Gestalt und An-Ordnung von Dichtbalg und Dichtmembran ergeben eine große Beweglichkeit der Dichtung und erlauben besonders auch Ausgleichsbewegungen in der Dichtebene, ohne daß damit die Dichtwirkung beeinträchtigt wird, da die losen Ränder von Dichtbalg und Dichtmembran ungehindert aufeinander gleiten können. Da sowohl der Dichtbalg als auch die Dichtmembran an der von den heißen Gaskanälen abgewandten, relativ kühlen Seite des Gehäuses bzw. der Dichtleiste befestigt sind, können sich in dem bei Temperaturschwankungen beson-

bo ders gefährdeten Bereich der Verbindung von Bauteilen unterschiedlicher Größe keine unzulässigen Spannungen aufbauen. Außerdem zeichnet sich die erlindungsgemäße Dichtung gegenüber der bekannten Ausführung durch ihre niedrige Bauhöhe und weiter durch ihre

es besonders einfache Form und damit einfache Herstellungaus.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Dichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsmittelschnitt durch einen Regenerativ-Wärmetauscher in schematischer Darstellung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf zwei an der einen Seite des Speicherkörpers anliegende ringfönrige Dichtelemente,

F i g. 3 eine Draufsicht auf ein an der einen Seite des Speienerkörpers anliegendes kreisringförmiges Diohtelement mii einem Mittelsteg und dessen Halterung am Gehäuse,

Fig.4 einen Querschnitt durch ein eingebautes Dichtelement nach der Linie IV-IV der F i g. 3,

F i g. 5 eine räumliche Darstellung eines Ausschnittes aus einem Regenerativ-Wärmetauscher mit einem Dichtelement,

Fig.6 eine räumliche Darstellung dieses Dichtelementes an einer Stoßstelle zwischen dem Kreisring und dem Mittelsteg des Dichtelemenies,

F i g. 7 eine räumliche Darstellung der Dichtleiste des in F i g. 6 dargestellten Dichtelementer,,

F i g. 8 einen Schnitt durch das Dichtelement nach der Linie VlII-VHl der F ig. 6,

F i g. 9 einen Schnitt durch das Dichtelement nach der Linie IX-IX der F ig. 8 und

Fig. 10 einen Schnitt durch ein ähnliches Dichtelement nach der gleichen Schnittlinie.

Der in F i g. 1 dargestellte Regenerativ-Wärmetauscher einer Kraftfahrzeug-Gasturbine besteht im wesentlichen aus einem auf einer Achse 11 in einem Gehäuse 12 drehbar gelagerten scheibenförmigen Speicherkörper 13, aus Kanälen 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 Durchgangskanäle 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 Gehäuse 12 gelagertes Ritzel 23 greift in den Zahnkranz 21 ein. Der Speicherkörper 13 kann über die Welle 22, das Ritzel 23 und den Zahnkranz 21 von einem nicht dargestellten Nebenabtrieb der Gasturbine in Drehung versetzt werden.

Während des Betriebes der Gasturbine werden 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 auigeheizten 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 aufnehmen. Die so erhitzte Verbrennungsluft wird durch den Kanal 15 der Brennkammer der Gasturbine zugeführt. Gleichzeitig verlassen die im restlichen Abschnitt des Speicherkörpers 13 abgekühlten Abgase das Gehäuse 12 des Wärmetauschers durch den Kanal 17.

Die Kanäle 15 bis 17 weisen, wie F i g. 2 erkennen läßt, im Bereich des Speicherkörpers 13 eine etwa halbkreisförmige Querschnittsfläche auf, die eine maximale Beaufschlagung des Speicherkörpers 13 erlaubt. An den Stirnseiten 24 der die Kanäle begrenzenden Wände 25 des Gehäuses 12 sind dem Kanalquerschniu entsprechende D förmig ausgebildete Dichtelemente 26 angeordnet, die an den Berührungsstellen mit dem Speicherkörper 13 ein Entweichen der Abgase bzw. der Verbrennungsluft verhindern. Am 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 nehmen kann.

In F i g. 3 sind ähnliche Dichteiemente 27 gezeigt, die ίο die Kanäle 15 und 16 abdichten und die aus einem Kreisring 28 und einem geraden Miueisteg 29 bestehen. Die Dichtelemente 27 sind durch am Gehäuse 12 befestigte Haltebolzen 30, die in gabelförmige Ansätze 31 am Umfang des Kreisringes 28 greifen, zwischen dem Gehäuse 12 und dem Speicherkörper 13 gelagert. Die Haltebolzen 30 verhindern beim Drehen des Speicherkörpers 13 eine Mitnahme der an diesen angedrückten Dichtelemente 27. Im Zusammenwirken mit den gabelförmigen Ansätzen 31 lassen die Haltebolzen 30 jedoch axiale und radiale Bewegungen der Dichtelemente 27 zu. so daß sich deren Lage allen Betriebsbedingungen anpassen kann.

Sowohl die Dichtelemente 26 als auch die Dichtelemente 27 bestehen, wie Fig.4 zeigt, im wesentlichen aus einer Dichtleiste 32, die mit einer Gleitschicht 33 am Speicherkörper 13 anliegt und aus einem elastischen Dichtbalg 34 der im Querschnitt eine V-förmige Gestalt aufweist, und der in den Spalt zwischen der Dichtleiste 32 und der gegenüberliegenden Wand 25 des Gehäuses 12 eingespannt ist. Der von den beiden Schenkeln 35 und 36 des Dichtbalges 34 umgebende Raum 37 ist dabei stets mit einem Raum höheren Drucks in Verbindung, so daß die Schenkel 35 und 36 vom Gasdruck zusätzlich gespreizt werden. So bewirkt beispielsweise die Druckdifferenz zwischen dem innerhalb des Gehäuses 12 herrschenden hohen Druck der verdichteten Verbrennungsluft und dem verhältnismäßig geringen Druck der im Kanal 16 zum Speieherkörper 13 strömenden Abgase, daß die Schenkel 35 und 36 des Dichtbalges 34 mit ihrem Rand 38 bzw. 39 gegen das Gehäuse 12 bzw. gegen die Dichtleiste 32 gepreßt werden, wodurch diese ihrerseits mit ihrer Gleitschicht 33 an den Speicherkörper 13 gedrückt wird. Auf diese Weise wird die Anlage der Dichtung und damit deren Wirksamkeit durch die im Gehäuse 12 und in den Kanälen 14 bis 17 herrschenden Druckverhältnisse unterstützt.

Der etwas breitere Schenkel 35 des Dichtbalges 34 ist mit seinem Rand 38 gasdicht am Gehäuse 12 befestigt. Der andere, gegen die Dichtleiste 32 gedrückte lose Schenkel 36 des Dichtbalges 34 wird an seinem Rand 39 beiderseits von den Schenkeln 40 und 41 einer im Querschnitt V-förmigen Dichtmembran 42 umfaßt. Bei dieser Anordnung des V-förmigen Dichtbalges 34 und der V-förmigen Dichtmembran 42 sind also deren Außenkanten 43 bzw. 44 voneinander abgewandt, während deren Öffnungen ineinandergreifen. Die Dichtmembran 42 ist mit ihrem Schenkel 41 gasdicht an der Dichtleiste 32 befestigt.

Während des Betriebes des Wärmetauschers wirkt der höhere Gasdruck, der in dem von den Schenkeln 35 und 36 des Dichtbalges 34 umgebenden Raum 37 herrscht und der die Schenkel 35 und 36 auseinanderdrückt, auch auf die Dichtmembran 42 und preßt deren loser Schenkel 40 auf den losen Schenkel 36 des Dichtbalges 34. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Abdichtung für den Schenkel 36 des Dichtbalges 34, der nunmehr auf beiden Seiten seines Randes 39 abgedichtet ist. Eine ähnliche Ausführung eines Dichtelementes, mit

dem ebenfalls durch die Anordnung der Dichtmembran 42 eine verbesserte Abdichtung erzielt wird, zeigt Fi g. 5 in räumlicher Darstellung. Es unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Dichtelement lediglich dadurch, daß die Dichtleiste 32 an ihrer Außenseite 45 einen Steg 46 aufweist, an dem sich der lose Schenkel 36 des Dichtbalges 34 abstützt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Schenkel 36 auch bei einer Änderung ihrer Schrägstellung aufgrund der gewölbten Querschnittsform des Steges 46 stets eine gute Anlage an der Dichtleiste 32 beibehält. Wechselnde Schrägstellungen des Schenkels 36 ergeben sich bei den im Betrieb auftretenden Abstandsänderungen zwischen dem Speicherkörper 13 und der gegenüberliegenden Wand 25 des Gehäuses 12.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen die Gestaltung dieser Dichtung bei der in F i g. 3 gezeigten Anordnung von Dichtclementen 27 im Bereich des Überganges vom Kreisring 28 auf den Mittelsteg 29. Die Dichtleiste 32 setzt sich entsprechend dem Kreisring 28 und dem Mittelsteg 29 der Dichtelemente 27 aus einem kreisringförmigen Teilstück 47 und aus einem geraden Teilstück 48 zusammen. Da der Mittelsteg 29 im Betrieb des Wärmetauschers stärker erwärmt wird als der Kreisring 28 der Dichtelemente 27, ist, wie Fig. 7 erkennen läßt, zum Ausgleich der damit verbundenen unterschiedlichen Wärmedehnungen das gerade Teilstück 48 mit Spiel in Längsrichtung in das kreisringförmige Teilstück 47 der Dichtleiste 32 eingesetzt. Dadurch entstehen zwischen den beiden Teilstücken 47 und 48 der Dichtleiste 32 Stoßstellen 49.

Der Dichtbalg 34 ist in ein ringförmiges Teilstück 50, das den Kanal 16 für den Gaseintritt umgibt, und in ein bogenförmiges Teilstück 51 unterteilt, das sich an das Teilstück 50 anschließt und den von diesem nicht begrenzten Teil des Kanales 15 für den Luftaustritt umgibt. Das ringförmige Teilstück 50 geht mit einem kleinen Krümmungsradius vom kreisringförmigen Teilstück 47 auf das gerade Teilstück 48 der Dichtleiste 32 über. In gleicher Weise sind die beiden Schenkel 52 des bogenförmigen Teilstückes 51 mit einem kleinen Radius in Richtung des geraden Teilstückes 48 der Dichtleiste 32 gekrümmt, in deren Bereich sie von den Schenkeln 35 und 36 des ringförmigen Teilstückes 50 des Dichtbalges 34 beiderseits umfaßt werden. Dabei nähern sich die Ränder 53 und 54 der Schenkel 35, 36 des bogenförmigen Teilstückes 51 einander, so daß die Schenkel 35, 36 im Bereich des geraden Teilstücks 48 etwa gleichlang sind. An ihren Stirnseiten 55 und 56 sind die Schenkel 35 und 36 des Teilstückes 51 zur Verbesserung der Abdichtung gegeneinander gebogen. Ein schmaler Spalt 57 ermöglicht Relativbeweeuneen zwischen den Stirnseiten 55 und 56.

Die am Gehäuse 12 befestigten Teilstücke 50 und 51 des Dichtbalges 34 sind, wie erwähnt, so angeordnet, daß die Öffnung des von den Schenkeln 35 und 36 umschlossenen Raumes 37 stets nach der Seite mit dem höheren Druck weist So sind die öffnungen des am kreisringförmigen Teilstück 47 der Dichtleiste 32 anliegenden Abschnitte des ringförmigen Teilstückes 50 und des bogenförmigen Teilstückes 51 des Dichtbalges 34 radial auswärts gerichtet, so daß der irn Gehäuse 12 de^ Wärmetauschers herrschende hohe Druck der verdichteten Luft wirksam ist. Die Öffnung des am Teilstück 48 der Dichtleiste 32 anliegenden Abschnittes des ringförmigen Teilstückes 50 des Dichtbalges 34 ist gegen den Kanal 15 gerichtet, in dem die verdichtete und erwärmte Luft strömt, die gegenüber den im Kanal 16 zum Speicherkörper 13 strömenden Abgasen einen wesentlich höheren Druck aufweist.

Die losen Schenkel 36 des ringförmigen Teilstückes 50 und des bogenförmigen Teilstückes 51 des Dichtbalges 34 liegen an dem an der Dichtleiste 32 angeordneten Steg 46 an. Der auf dem geraden Teilstück 48 der Dichtleiste 32 verlaufende Steg 46 gabelt sich, wie F i g. 7 zeigt, im Bereich jeder Stoßstelle 49 und geht entsprechend der Krümmung des ringförmigen Teilstückes 50 und des bogenförmigen Teilstückes 51 des Dichtbalges 34 in den am kreisringförmigen Teilstück 47 der Dichtleiste 32 angeordneten Teil des Steges 46 über.

Die Dichtmembran 42 besteht aus einem kreisringförmigen Teilstück 58 und aus einem geraden Teilstück 59, die jeweils mit ihrem Schenkel 41 am kreisringförmigen Teilstück 47 bzw. am geraden Teilstück 48 der Dichtleiste 32 befestigt sind. Der lose Schenkel 40 des kreisringförmigen Teilstückes 58 der Dichtmembran 42 weist im Bereich jeder Stoßstelle 49 einen abgerundeten Ansatz 60 auf, der jeweils der Krümmung des ringförmigen Teilstückes 50 und des bogenförmigen Teilstückes 51 des Dichtbalges 34 soweit folgt, bis das gerade Teilstück 59 der Dichtmembran 42 die zusätzliche Dichtung im Bereich des Mittelsteges 29 übernimmt. Zwischen den Ansätzen 60 am kreisringförmigen Teilstück 58 und dem geraden Teilstück 59 der Dichtmembran 42 verbleibt jeweils ein schmaler Spalt 61, damit die durch Wärmedehnung hervorgerufenen Relativbewegungen im Bereich der Stoßstelle 49 zwischen den Teilstücken 47 und 48 der Dichtleiste 32 nicht behindert werden.

Durch die zwischen den Schenkeln 35 und 36 des ringförmigen Teilstückes 50 und des bogenförmigen Teilstückes 51 des Dichtbalges 34 herrschenden höheren Gasdruck wird der lose Schenkel 40 der Teilslücke 58 und 59 der Dichtmembran 42 in seinem Randbereich auf den Rand 39 des am Steg 46 anliegenden losen Schenkels 36 der entsprechenden Teilstücke 50 und 51 des Dichtbalges 34 gedrückt. Dadurch sind die Anlagestellen des Dichtbalges 34 an der Dichtleiste 32 zusätzlich abgedichtet.

Bei der in F i g. 10 gezeigten Ausführung der Schenkel 35 und 36 des bogenförmigen Teilstückes 5! des Dichtbalges 34 berühren sich deren Stirnseiten 62 und 63, so daß der Spalt 57 der Ausführung nach Fig.9 hier entfällt. Die Stirnseite 63 ist etwas länger als die Stirnseite 62, so daß die beiden Stirnseiten 62 und 63 zum Ausgleich von Relativbewegungen aufeinander gleiten können, womit in diesem Bereich eine elastische Abdichtungerzielt wird.

Der Dichtbalg und die Dichtmembran können aus einem Stück oder durch Verbinden der beiden Flächen hergestellt werden. Es ist auch möglich, zur Erhöhung der Nachgiebigkeit die Dichtmembran in einzelne Abschnitte, die sich seitlich überlappen, zu unterteilen. Der Dichtbalg und die Dichtmembran können beispielsweise durch Löten oder Schweißen am Gehäuse bzw. an der Dichtleiste befestigt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Dichtung für die Gaskanäle eines Rsgenerativ-Wärmetauschers, die zu einem drehbaren scheiben- förmigen Speicherkörper führen, gegenüber dem !nnenraum des die Gaskanäle und den Speicherkörper umgebenden Gehäuses, die aus einer in sich geschlossenen Dichtleiste, die mit einer Gleitschicht am Speicherkörper anliegt, und aus einem zwischen dem Gehäuse und der Dichtleiste eingespannten Dichtbalg sowie aus einer Dichtmembran besteht, die jeweils mit einem Rand am Gehäuse bzw. an der Dichtleiste gasdicht befestigt sind und deren freie Ränder gasdicht aneinander liegen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: