DE2547175A1

DE2547175A1 - Mittenlagerung der waermetauscherscheibe eines regenerativ-waermetauschers

Info

Publication number: DE2547175A1
Application number: DE19752547175
Authority: DE
Inventors: Klaus Wiegard
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-10-22
Filing date: 1975-10-22
Publication date: 1977-05-05
Also published as: GB1512916A; US4042015A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 10 2ß2/^li

Stuttgart-Untertürkheim l6. Okt. 1975

"Mittenlagerung der Wärmetauscherscheibe eines Iiegenerativ-Värmetauschers"

Ilaüptpatent ... (Patentanmeldung P 23 6l 697.9)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetauscherscheibe eines Regenerativ-Värmetauschers einer Gasturbine, die auf einem drehbaren Träger befestigt ist unter Zwischenschaltung ringförmig aneinandergereihter Blattfederelemente, die an ihren überlappenden Enden miteinander verbunden sind und die sich mit auswärtsgewölbten Bogenteilen an Gegenflächen in der zentralen Öffnung der Wärmetauscherscheibe und mit einwärtsgewölbten Bogenteilen an Gegenflächen des Trägers unter Vorspannung abstützen, nach Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 23 6l 697-9)· Wie schon in der Beschreibung des Hauptpatentes angedeutet wurde, können die Blattfederelemente durch besondere bauliche Maßnahmen gegen eine axiale Verschiebung gesichert werden. Dies ist deshalb vorteilhaft, da die während des Betriebes des Wärmetauschers in den einzelnen Kanälen herrschenden unterschiedlichen Gasdrücke die Wärmetauscherscheibe etwas kippen und axial gegenüber ihrem Lager verschieben. Dadurch treten im Lager Axialkräfte auf, die die Blattfederelemente aus der zentralen Öffnung der Wärmetauscherscheibe herausdrücken können. Der gleichen Gefahr ist auch der drehbare Träger der Wärmetauscherschei-

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.3.

be, z.B. ein Laufring eines Wälzlagers, ausgesetzt, fur aen im Hauptpatent jedoch keine Sicherung angegeben wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine besonders geeignete Sicherung gegen ein zu weitgehendes Verschieben sowohl der Blattfederelemente als auch des drehbaren Trägers zu schaffen. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß an jeder Stirnseite der Wärmetauscherscheibe eine zu dieser koaxiale Haltescheibe anliegt, die die Blattfederelemente und den Träger in der zentralen Öffnung halten und die durch Zugstifte, die den Ringraum zwischen der zentralen Öffnung und dem Träger durchsetzen, miteinander verbunden sind.

Durch diese Maßnahmen wird eine zuverlässige Lagerung einer entsprechend dem Hauptpatent ausgebildeten Wärmetauscherscheibe erzielt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Beschreibung angegeben.

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

Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch einen Hegenerativ-Wärmetauscher,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Lager der Wärmetauscherscheibe dieses Wärmetauschers nach der Linie H-II der Fig. 3 i-ⁿ größerem Jlaßs t ab und

Fig. 3 einen Querschnitt durch dieses Lager nach der Linie III-III der Fig. 2.

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Der in Fig. 1 dargestellte Regenerativ-Wärmetauscher einer Kraftfahrzeug-Gasturbine besteht im wesentlichen aus einer in einem Gehäuse 11 drehbar gelagerten keramischen Wärmetauscherscheibe 12, aus Kanälen 13 und 14 für die Verbrennungsluft sowie aus Kanälen 15 und 16 für die Abgase. Dichtungen verhindern ein Entweichen der Gase aus den Kanälen 14 bis Die Wärmetauscherscheibe 12 besteht aus axialen Durchgangskanälen 18 und aus einem massiven Kern 19· Sie ist mit einem Wälzlager 20 auf einer im Gehäuse 11 befestigten Achse 21 gelagert. Am Umfang der Wärmetauscherscheibe 12 ist ein Zahnkranz 22 angeordnet, in den ein auf einer Welle 23 befestigtes Ritzel 24 eingreift.

Während des Betriebes wird die Wärmetauscherscheibe 12 über die von der nicht dargestellten Gasturbine angetriebene Welle 23, das Ritzel 24 und den Zahnkranz 22 in Drehung versetzt. Die heißen Abgase der Gasturbine werden durch den Kanal 15 in die Wärmetauecherscheibe 12 geleitet, dessen Durchgangskanäle lö sie durchströmen und dabei Wärme an die Wärmetauscherscheibe 12 abgeben. Die abgekühlten Abgase verlassen die Wärmetauscherscheibe 12 durch den Kanal 16. Die vom Verdichter der Gasturbine geförderte verhältnismäßig kalte Verbrennungsluft strömt durch den Kanal 13 in den von den Abgasen aufgeheizten Teil der Wärmetauecherscheibe 12 und nimmt dort Wärme auf. Die erhitzte Verbrennungsluft wird durch den Kanal 14 der Brennkammer der Gasturbine zugeführt.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, besteht das Wälzlager 20 im wesentlichen aus langgestreckten tonnenförmigen Wälzkörpern kl, die sich einerseits auf einem ihrer Form entsprechend konkav ausgebildeten Abschnitt 42 der Achse 21, andererseits

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auf einem Laufring 26 abwälzen. Zwischen den Wälzkörpern 4l angeordnete Leisten 43 bilden zusammen mit Buchsen 44 und Haltebuchsen 45, die die Leisten 43 und die Buchsen 44 teilweise umfassen, den Käfig des Wälzlagers 20.

Um schädliche Auswirkungen der im Betrieb der Gasturbine auftretenden Stöße auf die Wärmetauscherscheibe 12 zu vermeiden, ist diese, wie besonders Fig. 3 erkennen läßt, unter Zwischenschaltung von drei Blattfederelementen 25 auf dem Laufring 26 des Wälzlagers 20 befestigt. Die Blattfederelemente 25 sind dazu so in einen freien Hingraum 27 zwischen der zentralen Öffnung 28 im Kern 19 der Wärmetauscherscheibe 12 und dem Laufring 26 des Wälzlagers 20 unter Vorspannung eingesetzt, daß sie einen Hing bilden. Benachbarte Blattfederelemente 25 überlappen sich jeweils, wobei ein Ansatz des einen Blattfederelementes 25 mit Spiel in Umfangsrichtung in eine Öffnung 35 des benachbarten Blattfederelementes 25 greift. Auswärtsgewölbte Bogenteile 29 der Blattfederelemente 25 stützen sich in Mulden 39 in der Öffnung 28 des Kerns 19 der Wärmetauscherscheibe 12 ab, während übereinandergreifende einwärtsgewölbte Bogenteile 30 und 3I sich auf entsprechend über^-den Umfang verteilten Abflachungen 40 des Laufringes 26 des Wälzlagers 20 abstützen.

An den beiden Stirnseiten 46 der Wärmetauscherscheibe 12 befinden sich im Bereich des Kernes 19 zylindrische Ausnehmungen 47· In jeder Ausnehmung 47 ist eine ringförmige Haltescheibe 48 angeordnet, die die Haltebuchse 45 unter Bildung eines Ringspaltes 49 umgibt. Die beiden Haltescheiben 48 sind mit Zugstiften 50, die den Ringraum 27 zwischen der Öffnung 28 der Wärmetauscherscheibe 12 und dem Laufring 26 des Wälzlagers 20 durchsetzen, miteinander verbunden.

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Die Zugstifte 50 haben ausreichend Abstand von den Blattfederelementen 251 so daß sie deren Bewegungen nicht beeinträchtigen. Die Haltescheiben 48 liegen jeweils im Bereich ihres äußeren Randes 51 am Grund 52 der Ausnehmung 47 an jeder Stirnseite 46 an und erstrecken sich soweit radial einwärts, daß sie die im Betrieb auftretenden Axialbewegungen der Blattfederelemente 25 und des Laufringes 26 begrenzen. Axialkräfte, die über die Blattfederelemente 25 oder den Laufring 26 auf die Innenseite 53 der einen Haltescheibe 48 wirken, werden über die Zugstifte 50 auf die andere Haltescheibe übertragen, die sich an der Stirnseite 46 der Wärmetauscherscheibe 12, an der sie anliegt, abstützen kann. Da die Blattfederelemente 25 und der Laufring 26 auf diese Weise innerhalb der Öffnung 28 der Wärmetauscherscheibe 12 gehalten werden, können diese ihre Aufgaben trotz der im Bereich des Wälzlagers 20 auftretenden Axialkräfte bei allen Betriebsbedingungen des Wärmetauschers erfüllen.

Jede der ringförmigen Haltescheiben 48 weist zwischen den Zugstiften 50 Aussparungen 54 auf. Die Aussparungen 54 ermöglichen zusammen mit dem Ringspalt 49 ein Durchströmen von Kühlluft durch den Bereich des Wälzlagers 20. Da die luftführenden, von Dichtungen 17 begrenzten Kanäle I3 und des Wärmetauschers die Achse 21 und das Wälzlager 20 der Wärmetauscherscheibe 12 mit einschließen, kann ein kleiner Teil der verdichteten Luft parallel zum Hauptstrom durch die Durchgangskanäle l8 der Wärmetauscherscheibe 12 auch den Bereich des Wälzlagers 20 durchströmen und dieses kühlen. Die Menge der Kühlluft kann durch die Größe des Ringspaltes 49 und der Aussparungen 54 bestimmt werden«

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Die Zugstifte 50 sind durch Schweißen mit den Haltescheiben 48 so verbunden, daß die Schwexßstellen 55 mit den Außenseiten 56 der Haltescheiben 48 eben sind. Die Ausnehmungen 47 an den Stirnseiten 46 sind so tief ausgelegt, daß die Haltescheiben 48 nicht über die Wärmetauscherscheibe 12 hinausragen, so daß kein zusätzlicher Raum im Gehäuse 11 des Wärmetauschers benötigt wird.

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Leerseite

Claims

- f - Daim 10 282/4 Ansprüche 2 5 A 7 1 7 5

1. Wärmetauscherscheibe eines Regenerativ-Wärmetauschers einer Gasturbine, die auf einem drehbaren Träger befestigt ist unter Zwischenschaltung ringförmig aneinandergereihter Blattfederelemente, die an ihren überlappenden Enden miteinander verbunden sind und die sich mit auswärtsgewölbten Bogenteilen an Gegenflächen in der zentralen Öffnung der Wärmetauscherscheibe und mit einwärtsgewölbten Bogenteilen an Gegenflächen des Trägers unter Vorspannung abstützen, nach Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 23 6l 697·9), dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Stirnseite (46) der Wärmetauscherscheibe (12) eine zu dieser koaxiale Haltescheibe (48) anliegt, die die Blattfederelemente (25) und den Träger (26) in der zentralen Öffnung (28) halten und die durch Zugstifte (50), die den Ringraum (27) zwischen der zentralen Öffnung (20) und dem Träger (26) durchsetzen, miteinander verbunden sind.

2. Wärmetauscherscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltescheiben (48) in Ausnehmungen (47) an den Stirnseiten (46) der Wärmetauscherscheibe (12) angeordnet sind.

3. Wärmetauscherscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltescheiben (48) mit Durchgangsöffnungen (49,54) für Luft zur Kühlung des Lagers (20) der Wärmetauscherscheibe (12) versehen sind.

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