DE2809948A1

DE2809948A1 - Nachstellvorrichtung fuer die abdichtung umlaufender regenerativ-waermetauscher

Info

Publication number: DE2809948A1
Application number: DE19782809948
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Ing Grad Mock
Original assignee: Kraftanlagen AG
Current assignee: Kraftanlagen AG
Priority date: 1978-03-08
Filing date: 1978-03-08
Publication date: 1979-09-13
Also published as: OA06205A; DE2809948C3; DE2809948B2; IN153005B; FR2419488A1; FR2419488B1

Description

PATENTANWÄLTE HELBER & ZENZ · 61·Ά, Zwingeii.berg,. Grioßer Weg 47 .TEL.: (06251) 741 06 Seite

Λ-

K 7817

Kraftanlagen Aktiengesellschaft,. Im Breitspiel 7, 69ΟΟ Heidelberg 1.

Nachstellvorrichtung für die Abdichtung umlaufender Regenerativ-Wärme tauseher.

Die Erfindung betrifft eine Nachstellvorrichtung für die Sektorabdichtung umlaufender Regenerativ-Wärmetauseher, insbesondere Vorrichtung, die in Abhängigkeit von den kalottenförmigen Verformungen der Speichermassen-Stirnflächen und der damit verbundenen Veränderung der Dichtspalte die Dichtplatten oder -leisten abhängig von einer Meßgröße unter Kraftverstärkung über ihr Verstellgestänge unter Einhaltung eines vorgewählten Spalts nachführt.

Es ist bereits bekannt, die jeweilige Lage der Speichermassen-Stirnflächen über ihre Außen- oder Innenflansehen im toten Bereich zwischen den Sektoren der wärmetauschenden Medien abzutasten, sowie unter Kraftverstärkung die Sektorplatte oder auch ihre Abschnitte einer Veränderung des Dichtspalts infolge der kalottenförmigen

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Verwölbung des Speicherraassenträgers über eine Servosteuerung naabzuführen. Als Taster wurden hierbei mechanische, auf den Flanschen des Speichermassenträgers gleitende Fühlhebel, pneumatische Fühler in Form von einem Flansch gegenübergestellten Düsen und magnetische Fühler mit auf der Sektorplatte befestigten und ebenfalls einem Flansch gegenübergestellten Magnetsystemen verwendet» Bei Änderungen der Größe des Dichtspalts wird bei diesen Tastern eine Längenänderung, eine Druclc·= änderung bzw. eine Änderung des magnetischen ¥ider~ Standes gemessen, und die Meßgröße wird als Stell= größe einem Kraftverstärker zugeführt, der hydraulisch oder elektrisch üer eine Kolbenzylindereinheit bzw« einen Stellmotor das die Dichtung tragende Gestänge im Sinne einer Nachführung der Sektorplatte in die gewünschte Richtung verstellt.

Diese bekannten Vorrichtungen erlauben es, unter Aufwendung geringer Abtastkräfte, verbunden mit geringerem· Verschleiß und höhrer Lebensdauer über eine Verstärkung Verstellkräfte ausreichender Größe für die Dichtung zur Verfügung zu stellen. Der Verschleiß schleifender Fühlhebel, die Verschmutzungs= gefahr der Düsen sowie die Temperaturempfindlichkeit der Magnetsysteme führen jedoch zu einer gewissen Störanfälligkeit und erfordern daher ständige ¥artung der bekannten Einrichtungenο

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nachstellvorrichtung zu schaffen,, deren Abtastorgane frei sind von Verschleiß, und die unempfindlich

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gegen, korrodierende und erodierende Gasbestandteile sind und unter erhöhten Umgebungstemperaturen zuverlässig arbeiten.

Ausgehend von einer Nachstellvorrichtung der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Dichtplatten oder -leisten jeweils wenigstens eine Meßsonde angeordnet ist, die eine gegen die Dichtung isoliert angeordnete elektrisch leitende Sensorplatte aufweist, der gegenüber auf dem Speichermassenträger ein rotationssymmetrxscher metallischer Ringflansch vorgesehen ist, und daß in leitender Verbindung mit der Sensorplatte einerseits und mit der Dichtplatte bzw. einem Abschnitt derselben andererseits ein Hochfrequenzverstärker vorgesehen ist, der die mit der Veränderung des Abstandes des Ringflanschs von der Sensorplatteauftretenden Signale der Kapazitätsänderung verstärkt und als Stellsignale für die Nachführung der 'Dichtplatten oder -leisten zur Verfügung stellt.

Die Meßsonde weist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein Mantelrohr auf, dessen beide Enden durch Isolierplatten verschlossen sind, und die dem Speichermassenträger zugekehrte Isolierplatte trägt die Sensorplatte, wobei ein Leiter an ihr angeschlossen ist, der durch beide Isolierplatten geführt und auf der dem Speichermassenträger abgewendeten Seite an einen Gerätestecker angeschlossen ist.

Veiter kann ein dem ersten Gerätestecker benachbart angeordneter zweiter Gerätestecker vorgesehen sein, der mit einem elektrischen Temperaturfühler am

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Mantelrohr der Meßsonde in Verbindung steht»

Der an der Sensorplatte angeschlossene Leiter ist auf der dem Speichermassenträger abgewendeten Seite vorzugsweise mit Spiel durch die Isolierplatte hindurchgeführt und wird von einer Druckfeder unter Zugspannung gehalten, so daß die zentrische Ausrichtung des Leiters zum Mantelrohr auch bei Längenänderungen infolge von Wärmedehnungen stets gleich bleibt. Dem ersten Leiter kann dann ein weiterer, die Verbindung sum Gerätestecker herstellender Leiter nachgeschaltet sein_s der als Federglied einen Dehnungsbogen aufweist»

Das Mantelrohr der Meßsonde ist vorzugsweise aus Metall und die Isolierplatten sind aus Aluminiumoxyd hergestellt. Um die Eigenkapasität der Meßsonde klein zu halten, hat das Mantelrohr einen lichten Durchmesser zwischen 80 und lßO mm und der zentrisch durch die Isolierplatten geführte Leiter eine Stärke von 3 bis 5 nun.

In der elektrischen Verbindung zwischen dem Hoch= frequenzverstärker und den die Nachführung der Dichtungen steuernden elektrische^ hydraulischen oder _t$ pneumatischen Gliedern sind vorzugsweise Zeitglieder eingeschaltet, welche die Auswirkungen von kurzfristigen Kapazitätsänderungen unterdrücken und dadurch ver= hindern, daß die Dichtungen in Pendelbewegungen versetzt werden, d.h. die Dichtungen periodisch in Richtung zur zugehörigen Stirnfläche des Speichermassenträgers und von ihr weg verstellt werden.

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Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine Hälfte eines Regenerativ-Wärmetauschers mit umlaufender Speichermasse im Schnitt, bei dem an den gegenüberliegenden Stirnflächen des Speichermassenträgers eine erfindungsgemäße Nachstellvorrichtung vorgesehen ist; und

Fig. 2 einen Mittelschnitt durch eine in der Nachstellvorrichtung gem. Fig. 1 verwendete Meßsonde, mit welcher die Größe des zwischen den Stirnflächen des Speichermassenträgers und der zugehörigen Sektordichtung bestehenden Spalts abgetastet wird.

In Fig. 1 ist ein Teilschnitt durch eine Hälfte eines symmetrisch ergänzt zu denkenden umlaufenden Regenerativ- ¥ärmetauschers mit vertikaler Achse gezeigt, wobei der Speichermassenträger und die ihm gegenübergestellten Sektordichtungen hervorgehoben sind, wahrend die Gehäusekonturen zurücktreten.

Der umlaufende Speichermassenträger 1 ist über seine Drehwelle in einem oberen Lager.3 und einem unteren Lager 5 gehaltert und wird von einem Gehäuse 7 umschlossen. Beidseitig der Stirnflächen der Speicherraassen sind eine obere Sektorplatte 9 und eine untere Sektorplatte 11 sowie seitliche Mantelplatten 13 zur Abdichtung der wärmetauschenden Medienströme gegeneinander vorgesehen. Die obere und die untere Sektorplatte sind mehrfach unterteilt, und zwar schließen sich an ein Mittelstück 9& bzw. Ua zu

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beiden Seiten der Drehwelle Abschnitte 9b bzw. 11b an, die gelenkig mit dem Mittelstück verbunden sind. Das Gelenk zwischen dem Mittelstück Ss. und dem anschließenden Abschnitt 9b der oberen Sektorplatte ist einstellbar auf einem Stellgestänge mit einem Federglied 15 auf der oberen Gehäusestirnplatte abgestützt. Der sich nach außen anschließende Abschnitt 9b ist etwa in seinem mittleren Bereich zwischen dem radial inneren und äußeren Ende mit einer erfindungsgemäß aufgebauten Meßsonde 17 mit nachgeschaltetem Hochfrequenzverstärker I9 ausgerüstet. Von den durch diesen Hochfrequenzverstärker entwickelten Signalen wird ein - nicht gezeigtes - Ventil gesteuert,, das in einer Druckmittelversorgungsleitung 21 eines ArbeitsZylinders 23 liegt. Dieser Zylinder betätigt ein durch Ausgleichsgewichte entlastetes Verstellgestänge, das am radial äußeren Ende des Plattenabschnitts 9h der oberen Sektordichtung angreift.

Dem Stellgestänge mit dem Federglied 15 ähnliche Einrichtungen 25a bis 25e dienen der Abstützung und Nachstellung der Mantelplatten 13.

Eine von der für die obere Sektorabdichtung gewählten Lösung abweichende Lösung wurde für die untere Sektorabdichtung vorgesehen, wobei die in dei· Zeichnung oben liegende Stirnseite des Wärmetauschers als die heiße und die untere als die kalte Stirnseite des Speichermassenträgers angesehen wird, dessen Stirnflächen im Betrieb infolge unterschiedlicher Temperaturgradienten eine konvexe bzw. konkave Wölbung annehmen,, In unmittelbarer Nachbarschaft des das Gelenk zwischen dem mittleren Abschnitt 11a und dem radial anschließenden

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äußeren Abschnitt lib tragenden Verstellgestänge ist auf dem Abschnitt 11b eine erste Meßsonde 31 mit nachgeschaltetem Hochfrequenzverstärker 33 angeordnet. Das vom Hochfrequenzverstärker 33 entwickelte Signal steuert hierbei ein nicht dargestelltes Ventil in einer Druckmittel-Versorgungsleitung eines Arbeitszylinders 29;an, der in diesem Falle das Gelenk zwischen der Mittelplatte 11a und dem radial nach außen anschließenden Abschnitt 11b in Abhängigkeit von den von der Meßsonde 31 ausgehenden Signale über das Gestänge 27 auf die untere Speichermassenstirnfläche zu oder von ihr abfährt. Am radial äußeren Ende des Sektorplattenabschnitts 11b ist eine weitere Meßsonde 37 mit Hochfrequenzverstärker 39 vorgesehen. Die Ausgangssignale des Hochfrequenzverstärkers 39 wirken auf ein nicht dargestelltes elektromagnetisch betätigtes Ventil in einer Versorgungsleitung JfI eines Arbeitszylinders 43» der über ein Verstellgestänge 45 die jeweilige Lage des äußeren Endes des Abschnitts 11b der Sektordichtung bestimmt. Während also die Lage der äußeren Abschnitte 9b der oberen Sektorabdichtung der heißen - d.h. sich konvex durchwölbenden - Seite nur von jeweils einer Meßsonde nachgeregelt wird, werden unter Berücksichtigung der konkaven Verwölbung der unteren Stirnfläche des Speichermassenträgers sowohl die Gelenke zwischen dem Mittelstück und den radial anschließenden äußeren Abschnitten als auch deren radial äußere Enden von einer Meßsonde nachgeregelt.

Fig. 2 zeigt in gegenüber Fig. 1 erheblich vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Meßsonde. Diese Meßsonde besteht im wesentlichen

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aus einem Mantelrohr 50, das über ein Gewinde mit Durchströmkanälen für eine Selbstreinigung des Sondenkopfes im Randbereich eineröffnung für die Meßsonde mit dem Abschnitt der Sektorplatte fest verbunden ist. Das Mantelrohr ist beidseitig durch Isolierplatten 52, 5^ verschlossen. Die Isolierplatte 52 ist zugleich Träger einer elektrisch leitenden, vorzugsweise metallischen Sensorplatte 56, an der ein Leiter 58 angeschlossen ist, der mittig durch beide Isolierplatten hindurchtritt. Am bezogen auf das Luftvorwärmergehäuse äußeren Ende dieses Leiters 58 ist eine Druckplatte 60 vorgesehen, die gemeinsam mit einer Druckplatte 62 eine Druckfeder 6k derart einschließt, daß der Leiter 58 auch bei thermischen Längenänderungen unter Zugspannung gehalten wird. Am äußeren Ende des Leiters 58 schließt sich ein weiterer Leiterabschnitt 66 an, der mit einem Dehnungsbogen versehen ist, und zu einem in einer Grundplatte ¹JO eingesetzten Gerätestecker 68 führt. Die Grundplatte 70 stützt sich über drei Laschen 72 auf dem Mantelrohr der Sonde ab. Ein elektrischer Temperaturfühler 73 ist über eine Verbindung 7^ an einen zweiten Gerätestecker 76 in der Grundplatte 70 angeschlossen. Der Temperaturfühler dient zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der dielektrischen Größe der Gase. Die Gerätestecker 68, 76 werden über Kabel mit der Eingangsseite des zugehörigen Hochfrequenzverstärkers verbunden, während die verstärkten Signale ausgangsseitig über Leitungen auf elektromagnetisch betätigte Ventile einwirken, die in den Druckmittel-Versorgungsleitungen der ihnen zugeordneten Stelloder Arbeitszylinder liegen_e Durch die Steuerung dieser Ventile wird die Beaufschlagung bzw. Entlastung der

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Zylinder mit Druckmittel im Sinne einer Nachführung der Sektor-Dichtplatte derart gesteuert, daß der zwischen den Dichtungen und den Stirnflächen des Speichermassenträgers bestehende Dichtspalt bei Jedem Betriebszustand eine optimale Größe hat.

Der Aufbau und die ¥irkungsweise der erfindungsgemäßen Nachstellvorrichtung ist wie folgt. Jeder Meßsonde ist ein Hochfrequenzverstärker zugeordnet. Die Generatorwechselspannung des Hochfrequenzverstärkers wirkt auf einen Stromkreis, der im wesentlichen aus den parallelen Platten (der Sensorplatte, der Meßsonde einerseits und dem Ringflansch auf dem Speichermassenträger andererseits) dem Leiter der Meßsonde, dem Masseanschluß am Meßsondenmantel sowie den zugehörigen Leitungen und dem Gas zwischen den Platten als Dielektrikum besteht.

Über einen Diskriminator wird der kapazitive Widerstand dieses Stromkreises ausgewertet. Die bei entsprechender negativer oder positiver Abweichung des kapazitiven Widerstandes aufgrund einer Spaltveränderung zwischen beiden Platten auftretenden Signale schalten über Relais die Magnetventile in den Druckmittel-Versorgungsleitungen derart, daß der zugeordnete Arbeitszylinder entweder mit der Druckmittelquelle oder einem drucklosen Abfluß verbunden wird. Hierdurch erfolgt die Verstellung der Abdichtungsabschnitte über die an die Kolben der Zylinder angeschlossenen Verstellgestänge in Richtung einer Rückstellung auf die vorgewählte Spaltweite. Auf diese Weise werden die Dichtepalte zwischen den Sektorplatten 9 bzw. 13 und den zugeordneten Stirnflächen des Speichermassenträgers bei allen sich im Betrieb einstellenden unterschiedlichen

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kalottenförmigen Verformungen auf konstante Größe nachgeregelt.

Zwischen den Hochfrequenzverstärkern und den nachgeschalteten Steuerventilen eingeschaltete - nicht gezeigte - Zeitglieder verhindern bei im Betrieb axial schwankenden Stirnflächen des Speichermassen= trägers ständige An- und Abfahrvorgänge«, Die Zeit·= glieder sind zweckmäßig auf eine Umdrehung des Speichermassenträgers abgestimmt_? wodurch nur bei Aufrechterhalten des An= oder Abfahrbefehls über einen längeren Zeitraum die Dichtplatten nachgesteuert werden.

Im Falle einer mechanischen Störung s, z.Bo durch Aus= knicken des auf dem Speichermassenträger vorgesehenenρ mit der Sensorplatte der Meßsonde zusammenwirkenden Ringflanschs, ist auch ein schnelles Ausweichen der Radialabdichtung durch Öffnen eines Druckbegrenzungsven tils möglich, welches das im Zylinder befindliche DruckmitteJ. volumen zur drucklosen Seite der Druckmittelquelle bzw. zum Druckmittelbehälter abführt.

Erfindungswesentlich ist die Meßsonde und der ihr zu= geordnete Hochfrequenzverstärker, während die Verstellung der Sektordichtungen oder Sektorplatten über' ihr Verstellgestänge nicht nur in der beschriebenen Weise von druckmittel-beaufschlagten Arbeitszylindern₉ sondern alternativ beispielsweise auch durch elektrisch© Stellmotore erfolgen kann. Bei Luftvorwarmern größeren Durchmessers kann die erfisidungsgemäße Nachstellvor= richtung dadurch erweitert werden,, daß bei weiteren gelenkig untereinander verbundenen Bichtplattem·=

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Abschnitten diesen Abschnitten und gegebenenfalls auch ihren Verbindungsgelenken weitere Meßsonden mit nachgeschalteten Hochfrequenzverstärkern und Stellmittel zugeordnet werden.

Auch die die Abdichtspalte zwischen der Mantelfläche des Speichermassenträgers 1 und dem Gehäuse 7 einstellenden Dichtungen können mit der erfindungsgemäßen Meßsonde abgetastet und durch die im Hochfrequenzverstärker erzeugten elektrischen Signale mittels entsprechender Stellmittel (Hydraulikzylinder; elektrische Stellmotoren u.dgl.) nachgeregelt werden.

Die vorstehend in Verbindung mit einem speziellen Ausführungsbeispiel erläuterte Arbeitsweise ist nicht an die geschilderten speziellen konstruktiven Merkmale gebunden. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei der Ausführungsform des umlaufenden Regenerativ-Wärmetauschers, bei der die Speichermasse ruht und die Anschlußkanäle umlaufen, unter Berücksichtigung der kinematischen Umkehr der.Verhältnisse entsprechend anwendbar ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Nachstellvorrichtung für die Sektorabdichtung umlaufender Regenerativ-Wärmetauseher, insbesondere Vorrichtung, die in Abhängigkeit von den kalottenförmigen Verformungen der Speichermassenstirnflächen und der damit verbundenen Veränderung der Dichtspalte die Dichtplatten oder -leisten abhängig von einer Meßgröße unter Kraftverstärkung über ihr Verstellgestänge unter Einhaltung eines vorgewählten Spalts nachführt, dadurch gekennzeichnet, daß an den Dichtplatten (9t 11) oder -leisten jeweils wenigstens-eine Meßsonde (17» 31; 3?) angeordnet ist₉ die eine gegen die Dichtung isoliert angeordnete elektrisch leitende Sensorplatte (56) aufweist, der gegenüber auf dem Speichermassenträger (l) ein rotationssymmetrischer metallischer Ringflausch vorgesehen ist, und daß in leitender Verbindung mit der Sensor= platte (56) einerseits und mit der Dichtplatte (9; ll) bzw. einem Abschnitt derselben andererseits ein Hochfrequenzverstärker (19I 33 5 39) vorgesehen ist, der die mit der Veränderung des Abstandes des Ringflansches vom der Sensorplatte (56) auftretenden Signale der Kapazitätsänderung verstärkt und als Stellsignale für die Nachführung der Dickt= platten (9I ll) oder "leisten sur Verfügung stellt.

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2. Vorrichtung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonden (l7; 31 j 37) ein Mantelrohr (50) aufweisen, dessen beide Enden durch Isolierplatten (52; 54) verschlossen sind, daß die dem Speichermassenträger (l) zugekehrte Isolierplatte (52) die Sensorplatte (56) trägt und ein Leiter (58) an ihr angeschlossen ist, der durch beide Isolierplatten geführt und auf der dem Speichermassenträger (l) abgewendeten Seite an einen Gerätestecker (68) angeschlossen ist.

3* Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß ein dem ersten Gerätestecker (68) benachbart angeordneter zweiter Gerätestecker (76) vorgesehen ist, der mit einem elektrischen Temperaturfühler (73) am Mantelrohr (50) der Meßsonde (l7; 3I; 37) in Verbindung steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der an der Sensorplatte (56) angeschlossene Leiter (58) auf der dem Speichermassenträger (l) abgewendeten Seite mit Spiel durch die Isolierplatte (5*0 geführt und von einer Druckfeder (64) unter Zugspannung gehalten ist, und daß diesem ersten Leiter (58) ein weiterer, die Verbindung zum Gerätestecker (68) herstellender Leiter (66) nachgeschaltet ist, der als Federglied einen Dehnungsbogen aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (50) aus Metall und die Isolierplatten (52; 54) aus Aluminiumoxyd hergestellt sind, und daß das

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Mantelrohr einen lichten Durchmesser zwischen 80 und 120 mm und der zentrisch durch die Isolierplatten (52; 5k) geführte Leiter (58) eine Stärke von 3 bis 5 nun hat.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß in der elektrischen Verbindung zwischen dem Hochfrequenzverstärker (19i 33; 39) und den die Nachführung der Dichtungen steuernden elektrischen Gliedern Zeitglieder eingeschaltet sind.

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