DE2610251A1

DE2610251A1 - Umlaufender regenerations-waermetauscher

Info

Publication number: DE2610251A1
Application number: DE19762610251
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Sakaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1975-03-25
Filing date: 1976-03-11
Publication date: 1976-10-07
Also published as: GB1511391A; JPS51110746A; DE2610251C3; DE2610251B2; US4056141A

Description

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER D-8000 München 22 D-4800 Bielefeld Triftstraße 4 Siekerwall 7

*G23 * 75216 H. März 1976

Nissan Motor Company, Limited, No. 2 Takara-machi Kanagawa-ku Yokohama City_f Japan

Umlaufender Regenerations-Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen umlaufenden Regenerations-. Wärmetauscher und insbesondere eine Dichtung zum Abdichten zwischen dem umlaufenden, wärmeubertragenden Element des Wärmetausches und einer feststehenden Wand, Wie im Oberbegriff des Hauptanspruchs näher ausgeführt ist.

Ein umlaufender Regenerations-Wärmetauscher, der beispielsweise in einer Gasturbine verwendet wird, weist eine zylindrische und drehbare Trommel auf, die aus wärroeabsorbierendem und wärmeübertragendem Material wie beispielsweise Metallblech in beabstandeten Lagen besteht und sich alternativ durch zwei unterschiedliche Pluidströme bewegt. Die umlaufende, wärmeübertragende Trommel ist mit Dichtungen auf beiden Stirnflächen versehen, die eine Abdichtung zwischen der Trommel und einer

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feststehenden Wand gewährleisten, so daß Leckverluste eines der beiden Fluide in Richtung des anderen über die Stirnflächen der Trommel nicht auftreten. Eine typische, bekannte Dichtung für diesen Zweck besteht im wesentlichen aus einem Dichtungsglied, das auf der Stirnfläche der Trommel~"angeordnet ist, und einer Schirmplatte aus elastischem Material, die an einem Ende mit dem Dichtungsglied verbunden ist und sich schräg in Richtung der Wand erstreckt, so daß das freie Ende der Schirmplatte · in Berührung mit der Wand kommt. Wenn die vordere und die hintere Seite der Schirmplatte jeweils den beiden unterschiedlichen Fluiddrücken ausgesetzt wird, werden das festliegende und das freie Ende der Schirmplatte jeweils gegen das Dichtungsglied und die Wand gedrückt.

Eine Dichtung dieser Art hat einige Nachteile bei der praktischen Anwendung. Zunächst ist eine vollständige Erneuerung der Anordnung erforderlich, wenn das Dichtungsglied verschlissen ist. Außerdem neigt das Dichtungsglied zu einem beträchtlichem und ungleichmäßigen verschleiß, da der Einfluß der Druckdifferenz zwischen den beiden Fluiden auf das Dichtungsglied örtlich begrenzt durch die mit dem Dichtungsglied fest verbundene Schirmplatte vergrößert wird.

Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, eine verbesserte Dichtung für einen Regenerations-Wärmetauscher der beschriebenen Art zu schaffen, bei der die Möglichkeit eines ungleichmäßigen Verschleißes des Dichtungsgliedes ausgeschlossen und die Erneuerung des Dichtungsgliedes vereinfacht ist. Darüberhinaus sollen das Dichtungsglied und die Schirmplatte getrennte Teile sein, jedoch soll die Schirmplattte das Dichtungsglied an die Trommel andrücken können.

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Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß Im wesentlichen die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs vorgesehen. Die erfindungsgemäße tiioktung zur Abdichtung zwischen einerfifluidström mit relativ hohem Druck und einem zweiten Fluidstrom mit einem relativ niedrigen Druck an der Stirnfläche eines zylindrischen, drehbaren, wärmeübertragenden Elements eines umlaufenden Regenerations-Wärmetauschers, umfaßt (a) ein Dichtungsglied, das an der Stirnfläche der Trommel angebracht und lose mit der Oberfläche des feststehenden Gehäuses des Wärmetauschers verbunden ist, welche der Stirnfläche der Trommel im Abstand gegenüber liegt, (b) eine Grundplatte, die auf der Stirnfläche des Gehäusese liegt und auf dieser befestigt ist und (c) eine Schirmplatte aus elastischem Material, die mit einem Ende an der Grundplatte befestigt ist und sich schräg ,von dieser in Richtung der Stirnfläche unter einem spitzen Winkel in bezug auf die Stirnfläche des Gehäuses erstreckt und mit einer Seite dem ersten Fluidstrom ausgesetzt ist, so daß das verlängerte Ende der Schirmplatte in Berührung mit dem Dichtungsglied auf einer Oberfläche steht, die der Stirnfläche des Gehäuses gegenüber liegt.

Die Dichtung umfaßt vorzugsweise eine Stützplatte, die anfder anderen Seite der Schirmplatte befestigt ist, und die Schirmplatte ist vorzugsweise so gebogen, daß die eine Seite, die dem ersten Fluidstrom ausgesetzt ist, konvex ist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

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Fig. 1 ist ein teilweiser Längsschnitt einer umlaufenden, wärmeübertragenden Trommeis eines Regenerations-Wärmetauschers mit einer herkömmlichen Dichtung;

Fig. 2 entspricht im wesentlichen Fig. 1, zeigt jedoch deren Anordnung zusammmen mit einer erfindungsgemäßen Dichtung;

Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2.

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Gemäß Pig. 1 ist eine drehbare, wärmeübeftragende Trommel 1o eines herkömmlichen, umlaufenden Regenerativwärmetauschers (ohne Bezugsziffer) in einem Gehäuse angeordnet, das im Inneren zwei nicht näher bezeichnete Flüidbahnen aufweist, durch die jeweils ein Erster Fluidstrom mit relativ hohem Druck (H) und ein zweiter Pluidstrom mit geringerem Druck (L) strömt. Die Trommel 1o weist die Form eines Zylinders auf und dreht sich um die Längsachse X-X. Ein Umfangsbereich der Trommel 1o liegt in einer ringförmigen Aussparung 14 in dem Gehäuse 12. Die Umfangswand 26 und die Stirnwände 18 dieser Aussparung 14 liegen im Abstand von der Trommel 1o. In bekannter Weise wird das unter hohem Druck stehende Fluid H in die ringfärmige Aussparung- 14 eingelassen und übt auf die Trommel in radialen Richtungen einen Ausgleichsdruck aus. Zum Verhindern eines Austretens des unter hohem Druck stehenden Fluids H in Richtung des anderen Fluids L ist eine herkömmliche Dichtung 2o in den Zwischenräumen zwischen den Stirnflächen 1oa der Trommel und den gegenüberliegenden Stirnwänden 18 der Aussparung 14 vorgesehen. Jede Dichtung 2o umfaßt ein Dichtungsglied 22, das mit den Stirnwänden 18 der Aussparung 14 beispielsweise mit nicht gezeigten Verbindungsstiften derart verbunden ist, daß das Dichtungsglied 22 an der Stirnfläche Io a der Trommel liegt, senkrecht zu der Stirnfläche Io a jedoch beweglich ist. Eine Schirmplatte 24 aus elastischem Material ist an einem Ende mit dem Dichtungsglied verbunden und erstreckt sich schräg in Richtung der gegenüberliegenden Stirnwand 18 und des unter Druck stehenden Fluids H unter Bildung eines spitzen Winkels OL zwischen der äußeren Oberfläche und dem Dichtungsglied 22. Das freie Ende der Schirmplatte 24 erreicht die gegenüberliegende Stirnwand 18 der Aussparung

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Eine Stützplatte 26, die an der äußeren Oberfläche in ..Richtung des zweiten Fluids L der Schirmplatte 24 befestigt ist, dient zur Verstärkung der Schirmplatte Wenn der ümfangsbereich der Aussparung 14 mit dem unter hohem Druck stehenden Fluid H gefüllt ist, wird die Schirmplatte 24 am freien Ende dicht gegen die Stirnwand 18 und am festgelegten Ende gegen das Dichtungsglied 22 gedrückt. Folglich wird das Dichtungsglied 22 in enger Berührung mit der Stirnfläche 10a der Trommel 10 gehalten.

Es hat sich gezeigt, daß Nachteile der bis hierher beschriebenen Dichtung 20 auf der einteiligen Konstruktion, d. h. auf der Befestigung der Schirmplatte 24 und der Stützplatte 26 an dem Dichtungsglied 22 beruhen.

Gemäß Fig. 2 und 3 ist die Trommel 10 in derselben Weise wie in Fig. 1 in bezug auf die Aussparung 14 in dem Gehäuse 12 angeordnet, jedoch mit einer verbesserten Dichtung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung versehen. Das Dichtungsglied 22 dieser Dichtung 30 unterscheidet sich nicht von demjenigen der herkömmlichen Dichtung gemäß Fig. 1. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weist das Dichtungsglied 22 einen ringförmigen Bereich und einen Bereich in Form einer verdrehten Stange in einer Ebene auf. Der stangenförmige Bereich durchschneidet den ringförmigen Bereich in zwei Teile und erstreckt sich nach außen über den ütafang der Stirnfläche 10a der Trommel hinaus, so daß das Dichtungsglied 22 etwa δ-förmig ausgebildet ist. Das Dichtungsglied 22 ist mit den Stirn-

wänden 18 der Aussparung 14 mit Hilfe von zwei Verbindungsstiften 40 verbunden, die eine senkrechte Bewegung des Dichtungsgliedes in bezug auf die Stirnfläche 10a der Trommel 10 gestatten. Zwei öffnungen 42 zur Aufnahme der beiden Stifte 40 befinden sich in dem Dichtungsglied 22 an den Endbereichen des stangenförmigen Bereiches. In Draufsicht sind diese öffnungen 42 länglich in Radialrichtung, so daß eine gewisse Verformung des Dichtungs-

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gliedes 22 ermöglicht wird, wie es in Fig. 3 in gestrichelten Linien angedeutet ist, wenn das Dichtungsglied 22 gegen die umlaufende Trommel 10 gepreßt wird und dem Einfluß der Druckdifferenz zwischen den beiden Fluiden H und L unterliegt, wie später erläutert werden soll.

Eine Schirmplatte 34, die im wesentlichen der Schirmplatte 24 der Fig. 1 entspricht, ist an einem Ende an der Oberfläche einer Grundplatte 38 festgelegt, die an der Stirnwand 18 beispielsweise mit Hilfe von Schrauben 24 befestigt ist. Die Schirmplatte 34 erstreckt sich schräg in Richtung der Stirnfläche 1Oa und des unter hohem Druck stehenden Fluids H unter Bildung eines spitzen Winkels ß in bezug auf die freiliegende Oberfläche der Grundplatte 38 bzw. der Stirnwand 18. Das verlängerte Ende der Schirmplatte 34 erreicht die äußere Oberfläche des Dichtungsgliedes 22 auf der Stirnfläche 10a. Die Schirmplatte 34 ist so gebogen, das die konvexe Oberfläche dem unter hohen Druck stehenden Fluid H gegenüberliegt. Eine Stützplatte 36 ist an der äußeren und konkarven Oberfläche der Schirmplatte 34 als Verstärkungsglied angebracht.

Die Schirmplatte 34, die Stützplatte 36 und die Grundplatte 38 bestehen vorzugsweise aus hitzebeständigem Stahl, beispielsweise nichtrostendem Stahl, da das Dichtungsglied 22 im Betrieb verhältnismäßig hohe Temperaturen erreicht. Es ist vorteilhaft, die Schirmplatte 34 mit der Stützplatte 36 und der Grundplatte 38 mit Hilfe von Hartlot, beispielsweise hitzebeständigem Hartlot auf Nickelbasis zu verbinden. Das Dichtungsglied 22 besteht aus einem herkömmlichen, geeigneten, hitzebeständigen Material.

Das Dichtungsglied 22 ist mit der Schirmplatte 34 nicht

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notwendig verbunden, jedoch ist die Bewegung des Dichtungsgliedes 22 in Richtung der Stirnwand 18 durch die Schirmwand 34 begrenzt. Wenn die inneren und äußeren Oberflächen der Schirmplatte 34 dem Fluid H mit hohem Druck und dem Fluid L mit niedrigerem Druck zugewandt sind, wird die Schirmplatte 34 in Richtung des Fluids L verbogen, so daß ihr freies Ende gegen die äußere Oberfläche des Dichtungsgliedes 22 gedrückt wird. Folglich wird das Dichtungsglied 22 gegen die Stirnfläche 10a der Trommel angedrückt und in enger Berührung mit dieser gehalten. Daher werden Leckverluste des unter hohem Druck stehenden Fluids H in Richtung des unter niedrigem Druck stehenden Fluids L entlang der vorderen oder hinteren Oberfläche des Dichtungsgliedes 22 vermieden. Wird bei unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen derTronmel 10und/oder des Dichtungsgliedes 22 bleibt die Dichtwirkung der Dichtung 30 unverändert, da die Schirmplatte 34 federnd ausgebildet ist und zusammengedrückt wird.

Ein Fluiddruck entsprechend den Pfeilen A in Fig. 1 und 2 übt eine Druckkraft entsprechend den Pfeilen B auf die äußere Seitenfläche des Dichtungsgliedes 22 und eine Druckkraft C auf die konvexe Oberfläche der Schirmplatte 34 aus. Bei der herkömmlichen Dichtung 20 gemäß Fig. 1 führt die Druckkraft C zusätzlich zu der Druckkraft B zu einer Verformung des Dichtungsgliedes 22, da die Schirmplatte 24 an dem Dichtungsglied 22 befestigt ist. Folglich kann eine beträchtliche Verformung in einem bestimmten Bereich des Dichtungsgliedes 22 in Fig. 1 auftreten, die zu einem erheblichen und ungleichmäßigen Verschleiß in einigen Bereichen des Dichtungsgliedes 22 führen kann . Bei der verbesserten Dichtung 30 gemäß Fig. 2 wird die Druckkraft C nicht in nennenswertem Maße auf das Dichtungsglied 22 von der getrennt angeordneten Schirmplatte 34 übertragen. Die Verformung des Dichtungsgliedes 22 gemäß Fig. 2 beruht nahezu ausschließlich auf der Wirkung der Druckkraft B.

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Da die Druckkraft B durch die Einwirkung des Pluiddrucks A auf die Seitenfläche des Dichtungsgliedes 22 entsteht, die relativ schmal ist, wird das Dichtungsglied 22 nicht nennenswert verformt und der Verschleiß des Dichtungsgliedes tritt nahezu über die gesamte Fläche gleichförmig auf. '■'

Eine Dichtung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung hat vor allem den Vorteil, daß die Gefahr von örtlichem und starkem Verschleiß des Dichtungsgliedes 22 ausgeschlossen ist und daß das Dichtungsglied 22 als Einzelteil ausgetauscht werden kann, wenn es bis zu einer verwertbaren Grenze verschlissen ist. Außerdem ist es sehr einfach, eine thermische Zerstörung des Dichtungsgliedes 22 zu verhindern, wenn eine verschleißhemmende Auflageschicht auf der Oberfläche des Dichtungsgliedes 22 durch Aufsprühen eines geschmolzenen Materials hergestellt wird, da das Dichtungsglied 22 keine kompliziert geformten Teile zur Verbindung mit der Schirmplatte 24 aufweist. Das Dichtungsglied 22 kann aus hochwertigem Material, wie etwa keramischem Material bestehen, das bei einem herkömmlichen Dichtungsglied in der Dichtung 20 nicht verwendet werden kann, da Schwierigkeiten beim Anbringen der metallischen Schirmplatte 24 bestehen würden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Umlaufender Regenerations-Wärmetauscher mit einem feststehenden Gehäuse und einer wärmeübertragenden, zylindrischen, um ihre Längsachse drehbaren Trommel zum Wärmeaustausch zwischen einem ersten, unter relativ hohem Druck und einem zweiten, unter relativ niedrigem Druck stehenden Fluidstrom, bei dem das Gehäuse eine einer Stirnfläche der Trommel im Abstand gegenüberliegende Oberfläche aufweist und eine Dichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidstrom auf der Stirnfläche der Trommel vorgesehen ist, gekennzeichnet durch ein Dichtungsglied (22)auf der Stirnfläche (10a )der Trommel, das mit der gegenüberliegenden Stirnfläche (18) des Gehäuses im Sinne einer senkrechten Bewegung zu der Stirnfläche (10a) der Trommel (10) verbunden ist, eine auf der Stirnfläche (18) des Gehäuses befestigte Grundplatte (38) und eine Schirmplatte (34) aus elastischem Material, die an einem Ende an der Grundplatte befestigt ist und sich von dieser schräg in Richtung der Stirnfläche (10a) der Trommel (10) in spitzem Winkel in bezug auf die Stirnfläche (18) erstreckt und mit einer Seite dem unter hohem Druck stehenden Fluidstrom ausgesetzt ist und mit ihrem verlängerten Ende mit dem Dichtungsglied (22) gegenüber der Stirnfläche (18) des Gehäuses in Berührung steht.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,. gekennzeichnet durch eine Stützplatte (36) in Ver-

^;. bindung mit der anderen Seite der Schirmplatte (34), die dem Fluidstrom mit niedrigem Druck zugewandt ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schirmplatte i,( 34)

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derart gebogen ist, daß die dem unter hohem Druck stehenden Fluidstrom zugewandte Seite konvex ist.
4. Wärmetauscher nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsglied (22) einen ringförmigen Bereich und einen gebogenen, stangenförmigen Bereich umfaßt, der den ringförmigen Bereich in zwei Teile unterteilt, und daß die Endbereiche des stangenförmigen Bereichs über den Umfang der Stirnfläche (10a) der Trommel (10) hinaus verlaufen.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Dichtungsglied (22) in den nach außen vorspringenden Endbereichen des stangenförmigen Bereiches in Radialrichtung längliche öffnungen (42) aufweist, die mit der Stirnfläche (18) des Gehäuses (12) über zwei Stifte (40) in Eingriff stehen.
6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmplatte (34), die Grundplatte (38) und die Stützplatte (36) aus hitzebeständigem Stahl bestehen.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmplatte (34) an der Grundplatte (38) und der Stützplatte (36) mit Hilfe von Hartlot befestigt ist.

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