DE2940546A1

DE2940546A1 - Randdichtung fuer einen drehspeicher- waermetauscher

Info

Publication number: DE2940546A1
Application number: DE19792940546
Authority: DE
Inventors: James Mark French
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1979-10-04
Publication date: 1980-05-22
Also published as: JPS5566624A; JPS6115998B2; GB2039018A; US4183539A; GB2039018B; CA1113978A

Description

29ΑΠ5Α6

Randdichtungen gemäss dem Gattungsbegriff de· Patentanspruchs 1 dienen dazu, Undichtigkeiten und Leckagen im Bereich des Umfange der Speicherscheibe zwischen der hohen Druck aufweisenden Brennluft und den diese aufheizenden Abgasen des Gasturbinentriebwerks, die niedrigen Druck aufweisen, zu unterbinden»

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Gasturbinentriebwerken für Fahrzeugantriebe ist die Eingliederung von Wärmetauschern geeignet« Die Rückgewinnung von Abgaswärme ist bei Fahrzeugantrieben besonders erwünscht, da das Triebwerk im allgemeinen nur mit Teillast arbeitet Hierbei sind Drehspeicher-Wärmetauscher gegenüber Rekuperatoren vorteilhafter, da sie weniger Raum benötigen und auch geringere Druckverluste aufweisen, so dass sie im allgemeinen einen besseren Wirkungsgrad haben. Eine Problematik stellen jedoch die Randdichtungen dar, die eine einwandfreie Abdichtung unter erschwerenden Betriebsbedingungen bewirken müssen«

Randdichtungen sind durch die US-PSn 3 743 008 und 3 856 077 bekannt« Bei diesen ist die Randdichtung an der heissen Seite so ausgebildet, das die innen liegende Kante des abdichtenden ^eibbelags dem heissen Gasstrom durch die Speicherscheibe unmittelbar ausgesetzt ist und ferner von der Infrarotstrahlung, die von der Brennkammer ausgeht getroffen wird, wodurch eine rasche Oxidation der Dichtungsfläche der Dichtung eintritt.

030021/0616

Der 2_rfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Randdichtung der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten Art so weiter auszugestalten, dass die Oxi dation der Dlchtungaflache der an der heissen Seite angeordneten Dichtung wesentlich rerringert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im ^nnzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 herausgestellten Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung dir Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Durch die erfindungsgemässe Ausbildung wird einmal die Dichtung dem unmittelbaren Einfluss der heissen Gase entzogen und andererseits gegen die Infrarotstrahlung seitens der Brennkammer abgeschirmt. Ferner ist ein Teil der die Dichtung tragenden Platte wärmeleitend ausgebildet , so dass Wärme abgeleitet wird, bevor sie zur Dichtung abwandern kann. Durch das Andrücken der Dichtung mittels der Blattfeder können günstige ^eibverhältnisse «wischen der Speicherscheibe und der Dichtung geschaffen werden, wobei ein Reibbeiwert von weniger als 0,05 bei einer Betriebstemperatur von etwa 500⁰C erreichbar sind. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In den Zeichnungen zeigen

Pig. 1 eine zum Teil aufgebrochene Seitenansichi eines Drehspeicher-Wärmetauscher« mit einer Randdichtung nach der Erfindung,

030021/0616

Pig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Pig.

1 in grösserem Maßstabe und Fig. 3 eine Teilseitenansicht der Randdichtung

in grösserem Maßstäbe.

Der in Pig« 1 dargestellte Drehspeicher-Wärmetauscher 10 hat einen Deckel 12 an der einen Seite einea Triebwerksblocks 14, welch letzterer eine hinterschnittene ebent Fläche 16 aufweist, an der eine Dichtungsanordnung abgestützt ist (Fig.2)₀ Der Block 14 weist weiterhin einen Diagonalarm 18, dem eine Dichtung 20 zugeordnet ist, auf. Die Dichtung 20 liegt gegen die heisse Fläche 22 einer Speicherscheibe 24 an, an deren Rand 26 ein Zahnkranz 28 befestigt ist, der mit einem Ritzel 30 kämmt, das in nicht dargestellter Weise angetrieben wird.

Gegen die kalte Fläche 34 der Speicherscheibe 24 liegt eine Dichtung 32 an. Sie besteht aus einer Platte 36, einer Blattfeder 37 und einem Dichtungsglied 38, die gegen den Deckel 12 und die Fläche 34 anliegen, Nähere Einzelheiten dieser Anordnung sind in der US-PS 3 856 077 beschrieben. Eine Randdichtung 40 ist an der Fläche 16 auf der einen Seite 42 de* DiagonalarmÄichtung 20 vorgesehen, sowie eine R_anddichtung 44 an der anderen Seite des Diagonalarms 18.

Es sind somit zwischen den heissen und kalten Flächen der Speicherecheibe 24 und dem durch den Deckel

030021/0616

29AÜ546

12 lind den Block 14 gebildeten Gehäuse Dichtungen vorge sehen. Diese Dichtungen trennen die Strömungswege innerhalb des Wärmetauscherβ, dem über einen Einlass 48 vom ^Verdichter des Triebwerks verdichtete Luft zugeleitet wird, um durch Poren 50 der Speicherscheibe 24 hindurchzutreten. Die Speicherscheibe kann bei einer Ausführungsform aus keramischen Werkstoff, z.B_e Aluminiumeilikat bestehen, das eine Zellenwandstärke von etwa 0,08 mm hat. Die Poren 50 befinden sich in einer Wand 52 (Fig.2).

Die Luft wird beim Duchgang durch die Speicher· scheibe 24, die umläuft, erwärmt und gelangt in einen Raum 54 innerhalb des Blocke 14, in dem eine Brennkammer 56 liegt, indem eine weitere Erwärmung durch Verbrennen eines Kraftstoffs erfolgt.

Die Brennkammer 56 hat einen Auslass 58, der mit einem Einlass zu einem Leitschaufelkranz 62 einer den Verdichter antreibenden Turbine verbunden ist. Dieser Turbine ist eine nicht dargestellte Nutzturbine nachgeschaltet.

Die Abgaee der Turbinen strömen durch einen Auslasskanal 64 im Gegenstrom zu der heissen Seite 18 der Speicherecheibe 24 auf der anderen ^seite der Dichtung 20 am Diagonalarm . Die durch die Speicherecheibe tretenden Abgase heizen diese auf und gelangen dann über einen Auslasβ 66 im deckel 12 ine Freie.

030021/061 6.7-

Die Dichtung 20 und eine zweite gleiche, nicht dargestellte Dichtung zwischen der Speicherscheibe und dem ^eokel 12 weisen radiale Arme 68 und 70 auf, die zweckmässig in der Mitte der Speicherscheibe miteinander verbunden sind und ebenfalls an dem äusseren Rand der Speicherscheibe über die Dichtungen 40 und 44· Die Dichtung 40 besteht aus einer bogenförmigen Platte 72 und zugeordneten '^eilen, die sich um die Einlassöffnung 48 und den Raum 54 erstrecken» Die Dichtung 44 besteht ebenfalls aus einer bogenförmigen Patte 74 und zugeordneten ^eilen , die sich um den Niederdruckströmungsweg erstrecken, der durch den Auslasskanal und den Auslass 66 bestimmt ist. Ss werden somit öffnung gen gebildet, nämlich eine Öffnung 76 für den hohen Druck aufweisenden Luftstrom und eine Öffnung 78 für die niedrigen Druck aufweisenden Abgase der Gasturbinen (Fig.1).

Die Arm« 68 und 70 erstrecken sich zwischen den Strömungswegea und die Dichtungen 40 und 44 bewirken deren Trennung,

Es wurde festgestellt, dass eine wirkungsvolle Dichtung gegen die heisse Fläche 22 der umlaufenden Speicherscheibe 24 aus Graphit erzielt wird, da eich ein kleiner Reibbeiwert in der G-röseenordnung von etwa 0,05 bei einer stetigen Betriebstemperatur von etwa 510⁰C ergibt. Wenn auch die erfindungsgemässe Auebil-

030021/0616

dung der Dichtung in jedem Fall geeignet ist, wenn diese auf der einen Seite einer hohen Temperatur und auf der anderen Seite einer niedrigen Temperatur ausgesetzt ist, so ist sie besonders geeignet für eine Dichtung, wie sie die Dichtung 40 darstellt, bei der eine innere Kante 80 unmittelbar im Bereich der Infrarotstrahlung von der Wand der Brennkammer 56 liegt, deren temperatur bis zu 760⁰C betragen kann, so dass durch diese Strahlung eine kräftige und schnelle Oxidation der aus Graphit bestehen' den Dichtungsfläche eintreten kann.

Der bogenförmigen Platte 72 ist eine Blattfeder 82 aus rostfreiem Stahl zugeordnet, deren freies Ende 84 abdichtend gegen die ebene Fläche 16 anliegt. Die Blattfeder 82 ist mit ihrem anderen Ende 86 an der Innenkante 80 durch ein Glied 88 durch Punktschweißen befestigt. Die Dichtung 40 hat an der Innenseite also eine schichtföraige Verlängerung 90, die aus dem Glied 88, der Kante 86 der Blattfeder und der Kante 80 der Platte besteht und einen Wärmeschild gegen die Infrarotstrahlung der Brennkammer 56 bildet. Die Dichtung hat einen abdichtenden Reibbelag 92 bogenförmiger Gestalt, der am ausseren Durchmesser 94 der Platte 72 angeordnet ist und somit gegen die Infrarotstrahlung der Brennkammer 56 abgeschirmt ist«

In Aueführungebeispiel besteht der Reibbelag aus Graphit, der mit einer Dichtfläche 96 gegen ein un-

030021/0616 -9-

durchlässiges Bigmeat 98 der Speicherscheibe 24 anliegt. Eiae innere Fläche 100 des Reibbelags ist durch Plasma-■prühen mit einem Belag 102 aus Nickel-Graphit bedeckt, der eine begrenzte Befestigungsfläche 102a mit der Platte 72 enthält, so dass eine ringförmige nakte Metallfläche 104 an der Platte 72 verbleibt, die als Wärmetauschfläche dient· Ebenso ist eine aussere Fläche 106 des ^lWeibbelags 92 durch Plasmasprühen mit einem -^elag 10 zum Befestigen versehen. Es besteht somit ein Wärmeübergang durch das Teil 104 der Platte von dem hohe Temperatur aufweisenden Raum 54 zu Bereichen niedrigeren Drucks und geringerer Tempertur, die durch den Raum 110 (Fig,2) gegeben sind. Hierdurch wird die Platte 72 gekühlt und der Wärmefluss zum Reibbelag 92 verringert. Bei einer Ausführungsform wurde der Reibbelag völlig nur an der äusseren Hälfte der Platte 72 angeordnet, wie dies Fig. 2 erkennen lässt, also an einer Stelle, die wirkungsvoll gegen erhöhte Temperaturen abgeschirmt ist.

Durch die erfindungsgemässe Ausbildung ist somit die Wärmeleitung von der Brennkammer zum abdichtenden Reibbelag 92 wesentlich verringert. Darüberhinaus liegt letzterer in einem kühleren Bereich und wird gegen einen Wärmezufluss durch die Wärmeableitung durch die Platte 72 hindurch geschützt.

030021/0616 -10

In der Praxis wurde festgestellt, dass eine einwandfreie Dichtung für eine lange Betriebszeit geschaffen wurde.

030021/0616

Claims

Patentanwalt

ing. K. Walther

Bolivart

lit;» 9

IN 19

4.Oktober 1979 W-w-3373

General Motors Corporation, Detroit, Michigan, V₀St₆A₀

Randdichtung für einen Drehspeicher-Wärmetauscher

Patentansprüche :

(1_giRanddichtung für einen Drehspeicher-Wärmetauscher für eine Brennkammer aufweisende Gasturbinentriebwerke, die zwischen der umlaufenden Speicherscheibe und einem Einlass und einem Auslass auf der heissen Seite liegt und aus einer bogenförmigen, eine innere und eine äussere Kante aufweisenden Platte, einer Blattfeder und einem abdichtenden Reibbelag besteht, g e k e η η ■ zeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Blattfeder (82) ist mit der inneren Kante (80) der bogenförmigen Platte (72) verbunden;

b) die Platte und die Blattfeder begrenzen einen im Betrieb niedrige Temperatur aufweisenden Raum (110), der durch die Blattfeder von dem hohe Temperatur aufweisenden Auslass (54) des Wärmetauschere getrennt ist;

c) der abdichtende Reibbelag (92) ist an der Platte (72)

030021/0616

-2-

neben deren äusserer Kante befestigt und ist durch die Blattfeder gegen die im betrieb heisse Seite des Speicherkörpers abdichtend gehalten;

d) die bogenförmige Platte hat zwischen dem Reibbelag und der inneren Kante ein Teil (104), das im betrieb als Wärmetauscheegment die Platte kühlt und den Wärme« fluss durch die Platte von der Innenkante zum Reibbelag rerringert;

e) fiieses Teil (IO4) hat eine axiale Ausdehnung, so dass es während des Betriebes den Reibbelag gegen Infrarotstrahlung von der Brennkammer abschirmt und somit in diesem einen übermtssigen Temperaturanstieg verhindert

2„ Randdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abdichtende Reibbelag (92) im Bereich der äusseren Hälffre der Breite der bogerwförmigen Platte (72) angeordnet ist und mit dieser über eine nur begrenzte Fläche verbunden ist, während die andere Hälfte eine nakte wärmeübertragende Fläche ist»

030021/0616