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Verfahren zur Herstellung einer zum Einsatz in
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Drehspeicherwärmetauscher bestimmten sektorförmigen Einheit aus elastischen
Blechen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eier zum Einsatz in
Drehspeicherwärmetauscher bestimmten sektorförmigen Einheit aus elastischen Blechen
aus wärmespeicherndem Material, die als Paket in einem Korb mit unter einem spitzen
Winkel zueinander angeordneten Seitenwänden zwischen bogenförmig gekrümmten Spannplatten
eingespannt gehalten werden, welche sich zwischen den Seitenwänden erstrecken und
mit diesen verschweißt sind.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine zur Durchführung dieses Verfahrens
geeignete Vorrichtung.
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In Drehspeicherwärmetauschern wird eine Masse wärmespeicherndes Material,
welches normalerweise in zu Paketen zusammeng faßten Blechen vorliegt, zunächst
in den Strömungsweg eines heißen Gases gebracht, um Wärme aufzunehmen.
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Die aufgeheizten Bleche oder Platten werden daraufhin in den Strömungsweg
kühler Luft bewegt, wo sie die aufgenomniene Wärme an die Luft oder ein anderes
hindurchgeleitetes Gas abgeben.
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Wenn eine tasse wärmespeicherndes Material, bestehend aus zusammengehaltenen
Platten oder Blechen, bei der Bewegung zwischen dem Strömungsweg des heißen und
dem Strömungsweg des zu erwärmenden Fluids um eine horizontale Achse rotiert, bewirkt
jeder Teil der Drehbewegung eine gewisse Verschiebung oder Erregung der einzelnen
Bleche, wobei das Ausmaß dieser Erregung davon abhängt, wie fest gepackt die Bleche
sind. Da außerdem jeder ein Paket Bleche aus warmespeicherldem taterial tragende
Korb nur durch die radialen Seitenrzint1e getragen wird, neigt er dazu, sich zu
senken, wenn er während längerer Zeit sehr stark erhitzt wird.
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Da die Bleche und Platten während des Betriebs einer korrodierenlen
Atmosphäre und ständiger Erregung ausgesetzt sind, werden sie in verhältnismäßig
kurzer Zeit korrodiert, erodiert und gehen häufig zu Bruch. Um diese Entwicklung
der Zerstörung aufzuhalten, sind Versuche unternommen worden, die Bleche über längere
Zeit fest zu halten und auf diese WeIse die Bewegung der Bleche als Ursache der
Zerstörung auszuschalten. In der Praxis hat sich jedoch erwiesen, daß nur einige
wenige Bleche an den Endkanten jedes die Bleche enthaltenden Abteils fest gehalten
werden, während die in der Mitte jedes Abteils angeordneten Bleche oder Platten
aus wärmespelcherndem Material lose bleiben und dann der ständigen Erregung unterliegen.
Damit werden aber grundsätzlich alle so gepackten Platten während des normalen Betriebs
zerstört, weil die Platten sich schnell lockern und dann unkontrollierten Bewegungen
ausgesetzt sind.
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Es hat sich gezeigt, daß durch elastische Verformung vorgeformter
Bleche mit zwischengelegten flachen Platten sehr wirksam ein vorbestimmter Druck
auf die Bleche und Platten
ausgeübt werden kann. Auf diese Weise
wirkt jedes Blech wie eine Feder und sorgt selbst mit für den festen Sitz im Abteil
und die Verhinderung von Bewegungen.
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Die Biegung benachbarter Bleche mit einer konstanten Krümmung zur
Herstellung einer Matrix gekrümmter Einzelelemente unter Anwendung eines konstanten
Drucks beim Packen der Bleche ist ein erstes Ziel der Erfindung. Die Verwirklichung
dieses Ziels bereitet jedoch Schwierigkeiten, weil die wärmeabsorbierenden Bleche
für die sektorförmigen TfLiri,e des '.Ermetauschers nach Größe, Form, Krümmung und
Material unterschiedlich sein können.
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde,ein Verfahren und
eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung zu schaffen, durch welche trotz
der genannten Schwierigketten eine größere Anzahl wärmespeichernder Bleche so gepackt
werden kann, daß diese durch die Wirkung der Eigenelastizität des Materials beständig
festgehalten werden.
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Zu keiner Zeit sollen die wärmeabsoroierenden Bleche und Platten über
die Elastizitätsgrenze hinaus verformt werden.
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Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim
Zusammenpacken der Bleche in einem Korb mit Bezug auf den Scheitelpunkt des spitzen
Winkels zwischen den Seitenwänden des Korbs radial von innen nach außen fortschreitend
mehrere Gruppen von. Blechen nacheinander einzeln durch Druck in im wesentlichen
radialer Richtung komprimiert und im zusammengedrückten Zustand zwischen Spannplatten
eingeschlossen werden.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß jeder Korb in sich noch einmal
in mehrere Abteile unterteilt wird, in denen die Bleche aus wärmespeicherndem Material
durch Eigenelastizität zwischen festgeschweißten Spannplatten sicher gehalten werden.
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Die bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf tretenden
und aufrecht erhaltenen Spannkräfte haben die Tendenz, unter dem zusätzlichen Einfluß
des Gewichts des rotors und dessen Drehbewegung die tragenden Elemente zu verformen
und die Schweißverbindungen zu sprengen.
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Um den Körben eine bessere Steifigkeit und Stabilit(it zu geben, wird
deshalb in bevorzugter Ausführung der Erfindung vorgeschlagen, daß an den Enden
der axialen Randkanten ler Spannplatten mit Bezug auf deren bogenförmige Krümmung
sehnenförmig angeordnete Streben mit den Seiten-@änden verbunden werden. Zusätzlich
können zum zeichen Zweck auch noch an den Enlen der axialen Randkanten benachbarter
Spannplatten mit Bezug auf die dazwischen eingeschlossenen Bleche diagonal angeordnete
Streben mit den Seitenwlinden verbunden werden. Dis Anschweißen beider Arten von
Streben erfolgt vorzugsweise zusammen mit dem Anschweißen der Spannplatten an den
Seitenwänden, und zw:lr zweckmäßigerweise auf beiden axialen Seiten der Körbe.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eir.e Vorrichtung
vorgeschlagen, welche aus einer aufrccht stchen-len, V-förmigen Abstützung für die
Seitenwände eines Korbs un1 einem von oben in die öffnung der Abstützung einfahrbaren
Stößel besteht, welcher zur Anpassung seiner Größe an den mit der Höhe unterschiedlichen
Zwischenabstand der Seitenwände des Korbs seitlich ausspreizbar ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eilles unter Zuhilfenahme des erfindungsgemäßen
Verfahrens hergestellten Drehspeicherwärmetauschers, Fig. 2 einen Querschnitt durch
den Wärmetauscher nach Fig. 1 gemäß Schnittlinie 2-2,
Fig. 3 eine
vergrößerte perspektivische Ansicht eines einen Teil des Rotors des Drehspeicherwärmetauschers
bildenden, Bleche und Platten aus wärmespeicherndem Material enthaltenden Korbs,
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Packen der Bleche und Platten aus
wärmespeicherndem Material unter Druck in einem Korb gemäß Fig. 3, Fig. 5 ein gegenüber
Fig. 3 abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen gepackten Korbs.
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Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Drehspeicherwärmetauscher besteht
aus einem Gehäuse 10, welches einen Rotor 12 umschließt, der eine Masse wärmespeicherndes
Material 14 enthält . Dieses Material wird während der Drehung des Rotors Sektor
für Sektor nacheinander mit einem heißen Gasstrom in Berührung gebracht, welcher
durch einen Einlaßkanal 16 in den Drehspeicherwärmetauscher eingeleitet wird und
diesen über einen Auslaßkanal 18 wieder verläßt.
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Kalte Luft oder ein anderes kaltes Gas wird durch einen Einlaßkanal
22 in das Gehäuse des Drehspeicherwärmetauschers eingeleitet und tritt durch einen
Auslaßkanal 24 wieder aus, nachdem das sich zwischen diesen beiden Kanälen befindende
wärmespeichernde Material durchströmt worden ist. Während die beiden Gase durch
die für Sie vorgesehenen Strömungskanäle geleitet werden, wird der auf einer Rotorwelle
15 angeordnete Rotor 12 mittels eines Antriebs 20 um seine Drehachse gedreht, damit
jeder Bereich des wärmespeichernden Materials im Rotor abwechselnd in den heißen
und kalten Gasstrom gebracht wird.
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Das vrarmespeichernde Material im Rotor besteht aus mit Rippen, Sicken
oder Wellen versehenen Blechen 26, welche zwischen sich Strömungswege für das heiße
und kalte Gas freilassen. Normalerweise werden, wie in der Zeichnung gezeigt, abwechselnd
gewelllte und flache Bleche in Körben zusammengepatkt, welche sich bei der Montage
des Rotors des Drehspeicherwärmetauschers leicht handhaben lassen und den Blechen
Halt geben.
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Jeder Korb besteht aus einem Paar bogenförmig gekrümmter Endplatten
zwischen den inneren und äußeren Enden eines Paars radial angeordneter Seitenwände.
Eine Anzahl Bleche aus wärmespeicherndem Material wird im wesentlichen normal zum
Radius in jeden Korb gepackt, so daß die Strömungswege zwischen den Blechen in der
Strömungsrichtung der Gis-und Luftströme liegen, welche durch den Drehspeicherwärmetzuscher
geleitet werden. Oft werden jedoch nur diejenigen Bleche 26, welche in der Nähe
der gekrümmten Endplatten angeordnet sind, genügend verformt, um eine ausreichende
Federkraft zu erzeugen, welche gegen die benachbarten Platten drückt und einen Spanneffekt
bewirkt. Diejenigen Bleche 26, welche sich im mittleren Bereich der Körbe befinden,
werden bei den herkömmlichen Herstellungsverfahren nicht richtig vorgespannt, so
daß sie erodiert werden, sich lockern und schließlich brechen.
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Um dem vorstehend genannten Mangel zu begegnen, ist jeder Korb durch
bogenförmige Spannplatten 28, 28A, 28B und 28C in eine Anzahl konzentrischer Abteile
unterteilt. Die Abteile des Korbs werden nacheinander aufgebaut, und jedes Abteil
hat nur eine solche Größe, daß alle darin aufgenommenen Bleche 26 durch die über
die gekrümmten Spannplatten 28 aufgebrachte Druckkraft genügend verformt werden
können.
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Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Korbs wird so vorgegangen,
daß zunächst eine gebogene Spannplatte 28 mit ihrer konvexen Oberfläche nach oben
gemäß Fig. 3 am inneren
Ende einer V-förmigen Abstützung eingelegt
wird. Die V-förmige Abstützung bildet ein oben offenes Gestell, in welches eine
bestimmte Anzahl gestapelter, clastischer Bleche 26 eingelegt wird. Danach wird
eine zweite konvexe Spannplatte 28A, welche im wesentlichen konzentrisch zur Spannplatte
28 gekrümmt ist, auf die gestapelten Bleche 90 gelegt. Daraufhin wird auf die Spannplatte
28A eine Druckkraft @usgeübt, die ausreicht, um die zwischen jcn Span@-poatten 28
und 28A liegenden Bleche 26 innerhalb threr elastischen Grenzen zu biegen und eine
ähnliche bogonförmige Gestalt anzunehmen wie die Spannplatten. @ Wähuend nocl der
Druck auf die Spannpla.tte 28A aufrecht erhalten wird, schweißt man deren Kanten,
wie z.B. bei 33 gezeigt, an den Seitenwänden 30 des Korbs fest. Wenn danach der
Druck aufgehoben wird, genügt die Spannkraft der bogenförmig gekrummten Spannplatten,
um die Bleche 26 dauerhaft in der gewünschten Stellung festzuhalten.
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Anschließend wird eine zweite Gruppe Bleche in das mit B bezeichnete
Abteil des Korbs gelegt und eine perm'1ncnt gekrümmte Spannplatte 28B aufgelegt.
Dann wird erneut Druck aufgebracht, bis alle Bleche 26 in diesem abteil innerhalb
ihrer Elastizitätsgrenzen verformt.sind, worauf hin dann die Spannplatte 28B mit
ihren Randkanten an den Seitenwänden 30 angeschweißt wird, um die Bleche 26 auf
Dauer in der gekrümmten Lage zu halten. Ebenso wird bei der Rillung der Abteile
C und D des Korbs mit Blechen 26 vorgegangen, wobei gekrümmte Spannplatten 28C und
28D mit ihren R Randkanten an den Seitenwänden 30 angeschweißt werden, so daß schließlich
alle Bleche 26 in einem Korb genügend verformt sind, um unter gegenseitiger Verspannung
sicher und fest gehalten zu werden.
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Eine Druckkraft von ungefähr 0,55 bis 0,85 Bar normal zur Ebene der
gepackten Bleche wird in der Regel als ausmichend angesehen, um alle Bleche während
einer normalen Gebrauchsder fest zusammenzuhalten. Es kann jedoch auch ein größerer
oder kleinerer Druck angewendet werden, um eine gewünschte Dichte der Packung herzustellen.
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Zur Durchführung des vorgeschlagenen Herstellungsverfahren@ ist eine
Abstützung vorgesehen, welche Gruppen von zusammenzupackenden Blechen hält, während
ein bogenförmiger Stoßel Druck auf die Bleche ausübt. Der Stößel ist in seiner 130.-länge
einstellbar, so daß er nicht nur radial vor- und zurä@@-bewegt werden kann, sondern
dabei auch je nach dem, ob radial weiter innen oder radial weiter außen gepackte
Bleche komprimiert werden sollen, in seiner Breite der Breite der jewei-ligen Bleche
bzw. dem jeweiligen Zwischenabstand der Seitenwände des Korbs angepaßt werden kann.
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Die Abstützung besteht aus zwei Seitenwänden 36, welche unter einem
Winkel von 300 divergieren und eine äußere Forr; für einen fertigen Korb bilden,
der, mit anderen, in der Form übereinstimmenden Körben, nach der Montage einen vollständigen
Rotor entsprechend Fig. 2 ergibt. Obgleich im :\usführungsbeispiel der Winkel zwischen
den Seitenwänden der Körbe 300 beträgt, versteht es sich, daß auch andere '.'!inkel,
Formen und Größen gewahlt werden können.
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Ein horizontales Verbindungsglied 38 zwischen den beiden Seitenwänden
36 der Abstützung bildet eine Basis für das radial innere Ende jedes Korbs. Die
Körbe bestehen zunächst aus einem im wesentlichen U-förmigen Rahmen 30 aus Blech,
welcher in die Abstützung 36, 38 paßt. Nach dem Einsetzen des Rahmens 30 eines Korbs
in die Abstützung 36, 38 wird als nächstes eine gekrümmte Spannplatte 28 am Boden
des Korbrahmens so eingesetzt, daß entsprechend Fig. 4 ihre konvexe Oberfläche nach
oben weist. Darauf wird d&nn eine Gruppe Bleche 26 aus wärmespeicherndem Material
und darüber eine weitere gekrümmte Spannplatte 28A gesetzt.
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Danach wird ein an einem festen Rahmen angebrachter Hydraulikzylinder
44 in Arbeitsstellung über die im Korbrahmen aufgeschichteten Bleche 26 gebracht.
Der Hydraulikzylinder 44 wirkt auf einen Stößel 46 mit verschwenkbaren seitlichen
Streben 50, welche gemäß Fig. 4 zur Veränderung der Breite des Stößels 46 mit ihrem
Anlenkpunkt an der Kolbenstange 48 des Hydrnulikzylinders 44 verstellbar sind. Der
bogenförmige
Stößel 46 wird von Hand so eingestellt, daß er mit
seitlichen Pratzen 52 und einer mittleren Pratze 51 auf der gekrummten Spannplatte
28A zur Anlage kommt, so daß bei Anwendung eines bestimmten Drucks im Hydraulikzylinder
44 der Stößel 46 radial einwärts bewegt wird und dabei die Bleche 26 entsprechend
der Krümmung der Spannplatten 28 und 28A verformt. lenn die Bleche 26 durch den
Druck des Stößels 46 in eine konzentrische Lage zusammengedrückt worden sind, wird
die Spannplatte 28A längs ihrer scitlichen Randkanten mit den Seitenwänden des Korbrahmens
30 verschweißt. Dadurch werden die Bleche 26 in einer dauerhaft und sicher vorgespannten
Lage gehalten.
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Im Anschluß an die vorstehend beschriebenen Arbeitsgange wird das
radial anschließende Abteil des Korbs mit Blechen gefüllt, deren Breite jeweils
nur geringfügig kleiner ist als der Abstand zwischen den seitlichen Korbwänden.
Wenn dann die Bleche 26 komprimiert erden, breiten sie sich dabei auch aus und nehmen
den Platz zwischen den Seite,lwänden 30 des Korbs ein. Daraufhin wird eine weitere
SpWmnplatte 28B in der vorgesehenen Lage mit den Seitenwänden des Korbs verschweißt,
welche auch wieder infolge ihrer gebogenen Form auf die benachbarten Bleche 26 eine
Jeder kraft ausübt. Danach können weitere Bleche entsprechend der vorgesehenen Konstruktion
des Drehspeicherwärmetauschers auf die gekrümmte Spannplatte 28B gesetzt und zu
einer gcbogenen Gestalt zusammengedrückt werden, bis durch schrittweise Verformung
einzelner Gruppen von Blechen mit jeweils dazwischen angeordneten und mit den Seitenwänden
des Korbs verschweißten Spannplatten der ganze Korbrahmen 30 mit elastisch verformten
Blechen 26 voll gepackt ist, welche durch eine Mehrzahl von Spannplatten 28, 28As
28B, 28C und 28D dauerhaft im vorgespannten Zustand gehalten werden.
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Die Körbe eines Drehspeicherwärmetauschers sind während dessen Drehbewegung
im Betrieb ständig einer Druclcdifferenz ausgesetzt, die normalerweise zwischen
der Luft und dem Gas
existiert, während diese durch ihre jeweiligen
Strömungskanäle geleitet werden. Außerdem unterliegt jeder Korb der Kombination
aus Schwerkraft und Fliehkraft.Da sich die Richtungen dieser Kräfte mit der Lageänderung
der einzelnen Körbe während der Drehbewegung-ändern, treten an jedem Strukturelement
des Rotors und an jeder Schweißverbindung 33, durch welche die verschiedenen Teile
zusammengehlaten werden, ständig sich ändernde Kräfte auf, welche die Tendenz haben,
die Teile des Rotors zu verformen und die Schweißstellen zu brechen.
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Um die Körbe zu stabilisieren und widerstandsfähig zu machen gegenüber
den sie belastenden Kräften, werden vorschlngsgemäß an den Stirnseiten der Körbe
diagonal angeorcte Streben 34 mit den radialen Seitenwänden des Korb r@hmens 30
verschweißt. Dabei befindet sich jeweils ein F,kr£5e einer Strebe 34 am seitlichen
Ende einer bogcnförmigen Spannplatte, während sich die Streben 34 jeweils diagonal
über eine Gruppe von Blechen 26 in einem Abteil des Korbs zwischen zwei Spannplatten
erstrecken.
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Daneben ist zusätzlich eine Anzahl von Streben 35 vorgesehen, welche
sich in Querrichtung zwischen den Seitenranden des Korbrahmens 30 und jeweils mit
Bezug auf eine Spannplatte sehnenförmig erstrecken. Auch die Streben 35 sind bei
den Enden der Spannplatten an den Seitenwänden des Korbrahmens 30 angeschweißt,
und widersetzen sich somit durch Aufnahme von Zugspannungen einer seitlichen Ausdehnung
der Spannplatten.
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Indem die Streben 34, 35 auf beiden gegenüberliegenden Stirnseiten
der Körbe angebracht werden, positionieren und halten sie deren Seitenwände und
Spannplatten und verhindern damit Verlagerungen und das Lockern der unter Vorspannung
gehaltenen Bleche 26.
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Die Streben 34 können auf beiden Stirnseiten der Körbe auch in entgegengesetzter
diagonaler Richtung angeordnet sein, um auf diese Weise den Körben und damit dem
Rotor eine noch größere Steifigkeit zu geben.
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L e e r s e i t e