DE2616233A1

DE2616233A1 - Drehspeicherwaermetauscher

Info

Publication number: DE2616233A1
Application number: DE19762616233
Authority: DE
Inventors: Harlan E Finnemore
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Current assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Priority date: 1975-04-14
Filing date: 1976-04-13
Publication date: 1976-10-28
Also published as: FR2308073A1; CA1036590A; BR7602257A; JPS5828920B2; NZ180598A; US3998266A; DE2616233C2; OA05302A; AU1294976A; FR2308073B1; JPS51124846A

Description

Pat ent anwält e Dipl.-Ing. W.Beyer Dipl.—Wirtsch,—Ing. B.Jochem

Frankfurt/Ifiain Staufenstraße 36

Svenska Rotor Maskiner AB

S-104 65 Stockholm

Schweden

Drehspeicherwärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Drehspeicherwärmetauscher mit einem um eine senkrechte Achse drehend antreibbaren Rotor, bestehend aus einer Mittelwelle und einer Vielzahl daran befestigter, nebeneinander angeordneter und sie zusammen ringförmig umgebender sektorförmiger Körbe, welche wärme— speicherndes Material enthalten und miteinander verbunden sind, so daß sie eine zusammengesetzte Rotormantelwand bilden, und mit einem den Rot or umgebenden Gehäuse, dessen stirn— seitige Endplatten Ein- und Auslaßöffnungen für ein durch den Rotor geleitetes heißes und ein zu erwärmendes Fluid aufweisen, welche das wärmespeichernde Material in den sektorför— migen Körben abwechselnd durchströmen.

Bei derartigen Drehspeicherwärmetauschern bringt die Befestigung der sektorförmigen Körbe an der Mittelwelle Probleme mit sich, die aus unterschiedlichen Wärmedehnungen resultieren und bereits dazu geführt haben, daß die Körbe gelenkig an der Mittelwelle des Rotors befestigt wurden,

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so daß sie sich bei ungleichförmiger Erwärmung oder Abkühlung frei ausdehnen bzw· zusammenziehen können, ohne daß dadurch innerhalb des Rotors Spannnungen entstehen, welche bei herkömmlichen Konstruktionen immer wieder zu Brüchen geführt haben.

US-PS 3 710 85O beschreibt z.B. einen Drehspeicherwärmetauscher, allerdings mit horizontaler Drehachse, bei dem die sektorförmigen Körbe mit wärmespeichernder Masse mittels Universalverbindungen gelenkig mit der Mittelwelle verbunden sind. Eine andere bekannte Konstruktion ist in der US-PS 3 710 85I beschrieben, wobei es sich ebenfalls um einen Drehspeicherwärmetauscher mit waagerechter Drehachse des Rotors handelt. Ih diesem Pail sind zwischen den Körben und der Mittelwelle besondere Kugelgelenke vorgesehen, deren kugelförmiger Teil jeweils mit dem Korb verbunden ist, während die Mittelwelle als Passung des kugelförmigen Teils halbkugelförmige Einsenkungen trägt, zwischen denen der kugelförmige Teil eingeklemmt wird.

Die bekannten Konstruktionen mit Gelenkverbindungen zwischen der Mittelwelle und den sektorförmigen Körben des Rotors sind verhältnismäßig kompliziert und, sowei bekannt, bisher auf Drehspeicherwärmetauscher mit horizontaler Drehachse des Rotors beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sehr einfache Gelenkverbindung zwischen Mittelwelle und Körben von Drehspeicherwärmetauschern mit senkrechter Drehachse des Rotors zu schaffen, und diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Korb oben gelenkig an der Mittelwelle angehenkt ist, sich unten radial einwärts jedes Korbs an der Mittelwelle eine Stützfläche mit einer im wesentlichen halbkugelförmigen Einsenkung befindet, der eine entsprechende Einsenkung am Korb gegenüber liegt, und daß in die Einsendungen ein Gelenkkörper eingesetzt ist·

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Die vorgeschlagene Ausführung hat den Vorteil, daß sie ohne Halterungen auskommt, welche die Gelenkverbindung radial auskragend halten, so daß ein Biegekräften ausgesetzter Hebelarm entsteht. Demgegenüber treten bei der vorgeschlagenen Kugelgelenkverbindung keine Biege-, sondern nur Druck und Scherkräfte auf, welche durch die Kugel übertragen werden. Dadurch werden die an die Gelenkverbindung zu stellenden konstruktiven Anforderungen wesentlich vereinfacht und eine merkliche Senkung der Herstellungskosten erreicht·

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 einen Teil-Iängsschnitt durch einen Drehspeicherwärmetauscher gemäß der Erfindung,

Pig· 2 in größerem Maßstab eine Seitenansicht der Befestigungsmittel zwischen der Mittelwelle und einem sektorf örmigen Korb des Rotors des Drehspeicherwärmetauschers nach

Fig. I,

Fig· 3 in nochmals größerem Maßstab einen Querschnitt durch das neue Kugelgelenk zwischen der Mittelwelle und dem Korb gemäß

Pig, 4 eine Draufsicht auf nebeneinander angeordnete sektorförmige Körbe.

Der in Pig. 1 dargestellte Drehspeicherwärmetauscher hat eine Mittelwelle 12 mit senkrechter Drehachse. Der Rotor enthält wärmespeicherndes Material 20, welches bei seiner Drehung abwechselnd in den Strom eines heißen und eines zu erwärmenden Fluids gebracht wird« Das wärmespeichernde Material ist in einer Vielzahl sektorf örmige r Abteile 18 aufgenommen, die gelenkig an der Mittelwelle 12 angebracht sind und einen

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zusammengesetzten Rotor bilden. Dieser ist von einem Gehäuse 22 mit etirnseitigen Endplatten 24 umgeben, welche RLn- und AuslaßÖffnungen haben, durch die gleichzeitig das heiße und das zu erwärmende Fluid durch räumlich voneinander getrennte Abteilungen des wärmespeichernden Materials geleitet werden.

Bisher war es üblich, die sektorförmigen Abteilungen des Rotors in der Weise mit der Mittelwelle zu verbinden, daß beide miteinander verschweißt wurden. Solch eine starre Verbindung hat jedoch den Nachteil, daß bei den im Betrieb auftretenden extremen Temperaturschwankungen ungleichförmige Wärmedehnungen zu Rissen und Brüchen führen können, die wiederum bis zum endgültigen Zusammenbruch verstärkte Leckage der Fluide und eine verminderte Wirtschaftlichkeit zur Folge haben.

Es ist festgestellt worden, daß sich bei Drehspeicherwärmetauschern mit horizontaler Drehachse des Rotors Gelenkverbindungen zwischen der Mittelwelle und den sektorförmi— gen Abteilungen des Rotors am besten dazu eignen, während des Betriebs auftretende Spannungen infolge ungleichförmiger Wärmedehnungen auszuschalten. Wenn die Drehachse des Rotors jedoch senkrecht angeordnet ist, unterliegen bekannte Gelenkverbindungen ständig Biegekräften und die sektorförmigen Körbe erfahren eine sehr starke axiale Bewegung, so daß die üblichen Gelenkverbindungen bei einem Rotor mit senkrechter Drehachse nicht zufriedenstellend funktionieren.

Die hier vorgeschlagene neue Gelenkverbindung gestattet hingegen eine ausreichende relative Bewegung zwischen der Mittelwelle des Rotors und einem daran angehängten sektor— förmigen Korb, so daß bei Wärmedehnungen eine begrenzte Einstellbarkeit gewährleistet ist, während andererseits allzu starke Bewegungen, welche die Wirtschaftlichkeit und Funktionsfähigkeit beeinträchtigen könnten, vermieden werden. Im einzelnen besteht die gelenkige Verbindung zwischen

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der Mittelwelle des Rotors lind jedem der sektorförmigen Körbe aus einer oberen, auf Zug beanspruchten Verbindung und einer unteren, auf Druck beanspruchten Kugelgelenkverbindung.

Die beiden Gelenkverbindungen, durch welche jeder sektor— förmige Korb mit wärmespeicherndem Material radial neben der Mittelwelle des Rotors gehalten wird, sind in Fig. 2 dargestellt. Das obere, auf Zug beanspruchte Gelenk besteht aus einer am Korb angebrachten, radial nach innen vorstehenden Platte 32 (siehe Fig. 4) mit einem Loch 36, welches im montierten Zustand mit Löchern in Flanschen 4OA und 4OB an der Mittelwelle 12 fluchtet. Durch die fluchtenden Löcher ist gemäß Fig. 2 von oben ein Gelenkbolzen 42 gesteckt·

Das untere, auf Druck beanspruchte Kugelgelenk besteht aus einem kugelförmigen Gelenkkörper 44, der in halbkugelfor— migen Einsenkungen 46 und 48 eingeschlossen ist, die einerseits an der Mittelwelle 12 und andererseits gegenüberliegend am sektorförmigen Korb ausgebildet sind. Der kugelförmige Gelenkkörper 44 ist vollkommen frei und unabhängig · und unterliegt deshalb keinen Zug- oder Biegekräften. Es greifen vielmehr nur Druck- und Scherkräfte an ihm an. Während somit die obere Gelenkverbindung ständig unter Zugkräften steht, wird die untere Gelenkverbindung nur durch Druckkräfte belastet, die in einer radial nach einwärts gerichteten Kraft resultieren. Gleichzeitig erzeugt das Eigengewicht des sektorförmigen Abteils 18 und des darin aufgenommenen wärmespeichernden Materials eine senkrecht nach unten gerichtete Scherkraft auf den kugelförmigen Gelenk— körper. Diese Kraft vereinigt sich mit der radialen Druck— kraftkomponente zu einem einzigen Lastvektor, der durch den Kittelpunkt des Kugelgelenks geht.

Um eine optimale Lagerfläche zu erhalten, paßt der kugelförmige Gelenkkörper 44 zwischen die Einsenkungen 46 und 48, welche jeweils in gegenüberliegenden Oberflächen gegenüberste—

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hender Kragen 52 und 55 ausgebildet sind. Der Kragen 55 bildet eine Reihe ebener Außenflächen 58, die jeweils radial außerhalb davon einer entsprechenden Fläche am zugeordneten sektorförmigen Korb gegenüberstehen.

Jede Einzelfläche des tragenden Kragens 58 liegt senkrecht zum Lastvektor, der vom jeweils zugeordneten sektorförmigen Korb her darauf übertragen wird. Somit ist jede Teil—

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fläche 58 in dem Maße Senkrechten geneigt, wie sich durch die physikalischen Eigenschaften jedes Korbs ergibt· Die Einsenkung 46 in der Fläche 58 ist, wie gezeigt, etwas flacher als halbkugelförmig.

Der als Kugelfassung dienende Block 52 ist jeweils mit jedem sektorförmigen Abteil außerhalb des Kragens 55 einstückig verbunden, z.B. angeschweißt, und seine zur geneigten Fläche 58 weisende Fläche liegt dieser im wesentlichen parallel gegenüber. Die Einsenkung 48 entspricht der Einsenkung 46, und der zwischen beiden eingeschlossene kugelförmige Gelenkkörper 44 gestattet eine begrenzte Schwenkbewegung, verhindert aber axiale Bewegungen.

Bei der Montage der Gelenkverbindung wird zunächst der kugelförmige Gelenkkörper 44 in die Einsenkung 46 eingesetzt, wo sein Schwerpunkt innerhalb des Hohlraums liegt, so daß er sich darin im Gleichgewicht befindet. Falls jedoch der kugelförmige Gelenkkörper nicht von allein in der Einsenkung liegenbleibt, kann er auch mit einem klebrigen Material oder einem stark viskosen Schmiermittel überzogen werden oder sogar vorübergehend mit einem schwachen Kleber festgeklebt werden, so daß er für Montagezwecke in der Einsenkung 46 liegenbleibt. Danach wird ein sektorförmiges Abteil 18 angehoben und mit der Einsenkung 48 über den kugelförmigen Gelenkkörper 44 gebracht. Während die Hubvorrichtung das Eotorabteil auf dem kugelförmigen Lagerkörper hält, wird das Loch im Flansch 4OA in Flucht mit dem Loch 36 in der Platte 32 gebracht und dann der Gelenkbolzen 42 eingesteckt.

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Danach wird das zweite Rotorabteil in gleicher Weise mit Bezug auf die Kittelwelle 12' 18O° versetzt, d.h. gegenüberliegend montiert, wie vorstehend beschrieben. Anschließend werden weitere Abteile abwechselnd auf beiden Seiten der Rotorwelle angebracht und untereinander durch Bolzen 62 verbunden, bis die Reihe der Abteile sich rund um die Rotorwelle geschlos sen hat.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Drehspeicherwärmetauscher mit einem um eine senkrechte Achse drehend antreibbaren Rotor, bestehend aus einer Mittelwelle und einer Vielzahl daran befestigter, ne«- beneinander angeordneter und sie zusammen ringförmig umgebender sektorförmiger Körbe, welche wärmespeichern— des Material enthalten und miteinander verbunden sind, so daß sie eine zusammengesetzte Rotormantelwand bürden, und mit einem den Rotor umgebenden Gehäuse, dessen stirnseitige Endplatten Ein- und Auslaßöffnungen für ein durch den Rotor geleitetes heißes und ein zu erwärmendes Fluid aufweisen, welche das wärmespeichernde Material in den sektorförmigen Körben abwechselnd durchströmen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Korb (18, 20) oben gelenkig an der Mittelwelle (12) angehängt ist, sich unten radial einwärts jedes Korbs (I8_f 20) an der Kittelwelle (12) eine Stützfläche (58) mil; einer im wesentlichen halbkugelförmigen Einsenkung (46) befindet _t der eine entsprechende Einsenkung (48) am Korb (18,2O) gegenüberliegt, und in die Einsenkungen (46,48) ein Gelenkkörper (44) eingesetzt ist.
2. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkkörper (44) eine Kugel mit einem im wesentlichen dem Radius der halbkugelförmigen Einsenkungen (46, 48) entsprechenden o<$er kleineren Radius ist.

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3. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsenkungen flacher sind als der Kugelradius.
4. Drehspeicherwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche (58) an der Mittelwelle (12) und eine gegenüberliegende parallele Fläche am Korb (18, 20, 52) im wesentlichen derart mit Bezug auf die Längsachse der Mittelwelle (12) geneigt sind, daß sie normal zur Richtung der über den Gelenkkörper (44) übertragenen Last liegen.
5. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt des Gelenkkörpers (44) mit Bezug auf die Längsachse der Mittelwelle radial innerhalb der unte~ ren Randkante der ihn aufnehmenden Einsenkung (46) liegt.

6_# Drehspeicherwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5f dadurch gekennzeichn e*t_f daß der Gelenkkörper (44) frei beweglich in den Ein— Senkungen (46, 48) aufgenommen ist.

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