DE2554073A1

DE2554073A1 - Regenerativ-waermetauscher einer gasturbine

Info

Publication number: DE2554073A1
Application number: DE19752554073
Authority: DE
Inventors: Eggert Dipl Ing Tank
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-12-02
Filing date: 1975-12-02
Publication date: 1977-06-08
Also published as: US4079780A

Description

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Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 10 367/^

Stuttgart-Untertürkheim 27. Nov. 1975

"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 der Innenseite des Zahnkranzes, andererseits an der Außenseite von gewölbten Mitnehmerplatten abstützen, die aus einem Stützblech und aus einer Haftschicht bestehen, deren konkave Innenseite am Rand der Wärmetauscherscheibe anliegt.

Bei einer bekannten derartigen Ausführung (GB-PS 1 324 731) besteht die Haftschicht aus einem Elastomer. Dieser Werkstoff wird jedoch bei Temperaturen von über dreihundert Grad Celsius spröde und brüchig. Bei den im Gasturbinenbau oft angestrebten höheren Betriebstemperaturen können Elastomere deshalb nicht angewandt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und eine wirkungsvolle Haftschicht zu schaffen, die auch bei höheren Betriebstemperaturen funktionsfähig bleibt. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Haftschicht aus Metallfasern besteht, die eine plastisch verformbare, filzartig zusammenhängende Schicht bilden. Eine solche Haftschicht zeichnet sich nicht nur durch große Hitzebeständigkeit , sondern vor allem auch durch eine sehr gute

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Haftfähigkeit aus. Diese wird erzielt durch die Verformbarkeit der Haftschicht, die eine gute Anpassung an den Scheibenrand erlaubt, und weiter durch den hohen Reibungswert von Metallfasern gegenüber keramischen Werkstoffen.

Es ist zwar als Werkstoff für eine Haftschicht einer Mitnehmerplatte schon Asbest vorgeschlagen worden (DT-OS 1 936 996), das die geforderten hohen Temperaturen aushält, das jedoch eine Heihe von Eigenschaften aufweist, die es für eine Haftschicht weniger geeignet machen. So ist Asbest nur wenig nachgiebig und nicht besonders abriebsbeständig. Außerdem hat Asbest die unerwünschte Eigenschaft, bei hohen Temperaturen wasser abzugeben und zu schrumpfen, wodurch die gleichmäßige Anlage der Haftschicht am Scheibenrand beeinträchtigt wird.

Es ist weiterhin bekannt geworden, ein gewelltes ringförmiges Drahtgeflecht zwischen der Wärmetauscherscheibe und dem Zahnkranz anzuordnen (DT-OS 2 lkk 807)· Die Haftwirkung eines derartigen Drahtgeflechtes ist jedoch infolge der im wesentlichen linsenförmigen Berührung nur gering. Auch läßt sich die Anpreßkraft einer gewellten Drahteinlage nv*- ungenau festlegen. Während bei einer zu geringen Spannung das Drahtgeflecht bei der oft stoßartigen Belastung rutscht, kann eine zu große Spannung bei den kleinen Auflageflächen zu Beschädigungen der empfindlichen Wärmetauscherscheibe durch das Drahtgeflecht führen. Demgegenüber läßt sich bei einer Aufgabenteilung durch die gesonderte Verwendung von Druckfedern und Mitnehmerplatten der Anpreßdruck genau auf einen optimalen Wert festlegen.

Erfindungsgemäß kann die Haftschicht der Mitnehmerplatte an ihrer dem Stützblech zugewandten Seite durch ein Drahtgewebe verstärkt sein. Diese Maßnahme erlaubt eine wesentlich bessere Befestigung der Haftschicht am Stützblech.

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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Haftschicht der Mitnehtnerplatte durch Punktschweißen am Stützblech befestigt. Diese Befestigungsart ist einfach und billig und zeichnet sich durch eine besonders gute Haltbarkeit aus.

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

Fig. 1 eine Ansicht einer in einem Regenerativ-Wärmetauseher angeordneten Mitnehmerplatte,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch diese Mitnehmerplatte in größerem Maßstab,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Haftschicht dieser Mitnehmerplatte in räumlicher Darstellung und

Fig. k eine Einzelheit dieser Mitnehmerplatte mit teilweise weggebrochener Haftschicht.

Die in Fig. 1 gezeigte Wärmetauscherscheibe 11 einer Kraftfahrzeug-Gasturbine ist aus einem glaskeramischen Werkstoff hergestellt. Sie weist eine Vielzahl kleiner Durchgangskanäle 12 auf, die wechselweise von heißen Verbrennungsgasen und zu erwärmender Verbrennungsluft durchströmt werden. Die Wärmetauscherscheibe 11 wird unter Bildung eines Ringraumes 13 koaxial von einem Zahnkranz l4 aus legiertem Stahl umgeben, der im Gehäuse der Kraftfahrzeug-Gasturbine drehbar gelagert ist. Der Zahnkranz 14 dient dem Antrieb der War·

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metauscherscheibe 11 und wird seinerseits durch ein nicht dargestelltes Ritzel eines Nebenabtriebes der Gasturbine angetrieben.

Der Kingraum 13 zwischen der Wärmetauscherscheibe 11 und dem Zahnkranz 14 wird von Druckfedern 15 und Mitnehmerplatten überbrückt, die die unterschiedlichen Wärmedehnungen dieser Bauteile ausgleichen und die das Antriebsmoment vom Zahnkranz

14 auf die Wärmetauscherscheibe 11 übertragen. Dazu stützt sich jede der als Schraubenfedern ausgebildeten Druckfedern

15 unter Vorspannung einerseits an der Innenseite 17 des Zahnkranzes l4, andererseits an der Außenseite l8 einer dem Radius der Wärmetauscherscheibe 11 entsprechend gewölbten Mitnehmerplatte 16 ab. Über den Umfang der Wärmetauscherscheibe 11 sind beispielsweise vierundzwanzig Druckfedern 15 und in geringen gegenseitigen Abständen ebensoviele Mitnehmerplatten l6 gleichmäßig verteilt.

Die Mitnehmerplatten l6 bestehen jeweils aus einem Stützblech 19 und aus einer Haftschicht 20, die mit ihrer konkaven Innenseite 21 am Rand 22 der Wärmetauscherscheibe 11 kraftschlüssig anliegt. Die Haftschicht 20 besteht aus Metallfasern, die eine plastisch verformbare, filzartig zusammenhängende Masse bilden. An ihrer dem Stützblech 19 zugewandten Außenseite 23 ist die Haftschicht 20 unlösbar mit einem Drahtgeflecht 24 verbunden. Die Dicke des Drahtes ist größer als diejenige der Metallfasern, so daß die Haftschicht 20 durch das Drahtgeflecht 24 wesentlich verstärkt wird. Die Haftschicht 20 ist durch Punktschweißen am Stützblech 19 befestigt. Durch ihre Verformbarkeit kann sich die Haftschicht 20 der Wärmetauscherscheibe 11 anpassen. Die damit erzielte gute Anlage ihrer Innenseite 21 am Rand 22 der Wärmetauscherscheibe 11 ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Feder-

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kräfte. Zusammen mit dem hohen Jieibwert der Metallfasern der Haftschicht 20 ergibt dies eine besonders gute Haftung an der keramischen Warnietauscherscheibe 11 und damit eine gute Drehmomentübertragung bei allen Betriebsbedingungen.

Als Werkstoff für die Haftschicht 20, die zum Beispiel Dicken zwischen 0,5 und 5 mm aufweist, eignet sich besonders rostfreier Stahl, Nickel oder Nickellegierungen. Die Werte für die Faserdicke liegen beispielsweise zwischen 5 und 3OO M, m. Der Porenraum in der Haftschicht 20 beträgt etxira fünfzig bis neunzig Prozent des Schichtvolumens.

Die Metallfasern der Haftschicht 20 können zu der filzartig zusammenhängenden Masse durch Sintern im Vakuum bei beispielsweise tausend Grad Celsius miteinander verbunden werden. Auf die gleiche Weise kann auch das Drahtgeflecht 24, das z.B. als Köpergewebe ausgebildet ist, mit den Metallfasern der Haftschicht 20 unlösbar verbunden werden. Beim Punktschweißen der Haftschicht 20 wird diese unter dem Druck der Elektroden des Schweißapparates zunächst verdichtet und dann mit dem Stützblech 19 verschweißt, wobei das Drahtgeflecht 24 am Stützblech 19 anliegt. Beispielsweise werden bei einer Mitnehmerplatte l6 von 85 mm Länge und 60 mm Breite etwa 15 bis 20 Schweißpunkte 25 mit einem Durchmesser von 5 nun angebracht. Die Haftschicht 20 kann auch durch andere Befestigungsverfahren, z.B. durch Sintern oder Löten, am Stützblech 19 befestigt werden.

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Claims

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Ansprüche

( 1.: liegenerativ-l.'ärmetauscher einer Gasturbine, dessen kera- *— mische Wärmetauscherscheibe von einem metallischen Zahnkranz unter Bildung eines Ringraumes koaxial umgeben ist, in dem Druckfedern angeordnet sind, die sich unter Vorspannung einerseits an der Innenseite des Zahnkranzes, andererseits an der Außenseite von gewölbten Mitnehmerplatten abstützen, die aus einem Stützblech und aus einer Haftschicht bestehen, derenkonkave Innenseite am Rand der Wärmetauscherscheibe anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (20) aus Metallfasern besteht, die eine plastisch verformbare, filzartig zusammenhängende Schicht bilden.
2. Hegenerativ-Värmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (20) der Mitnehmerplatte (l6) an ihrer dem Stützblech (19) zugewandten Seite (23) durch ein Drahtgeflecht (24) verstärkt ist.

3· Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (20) der Mitnehmerplatte (l6) durch Punktschweißen am Stützblech (l9) befestigt ist.

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