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Titel: "Wärmetauscheranordnung"
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Beschreibung zur Patentanmeldung: "Wärmetauscheranordnung"
"Wärmetauscheranordnung"
Die Erfindung bezieht sich auf Platten-Rippen-Wärmetauscheranordnungen, insbes.
solche hoher Leitstung und großen Gewichtes, bei denen bestimmte Teile hohen thermischen
und mechanischen @eanspruchungen ausgesetzt sind.
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Es sind Wärmetauscher aufweisende Einrichtungen bei großen Gasturbinen
im Einsatz, um deren Leitstung und Wirkungsgrad zu verbessern und die Betriebskosten
zu reduzieren. Wärmetauscher der hier erläuterten Art werden nachmal als Rekuperatoren
beseichnet, üblicherweise sind sie jedoch als Regeneratoren bekannt. Ein spezieller
Anwendungsfall solcher Geräte besteht in Verbindung mit Gasturbinen, wie sie in
Gas-Leitungs-Verdichterantriebssystemen fUr Gaspipelines verwendet werden.
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In solchen Anlagen sind in den vorgangenen 20 Jahren mehrere hundert
regenerierter Gasturbinen installiert werden. Die meisten der Regeneratoren in diesen
Geräten sind auf Betriebstemperaturen bis 540° C begrenzt, und zwar wegen der zu
ihrer Verstellung verwandeten Materialien. Solche Regeneratoren haben einen Platten-Rippen-Aufbau
in einer Verdichterrippenkonstruktion für Dauerbetrieb. Die im jüngster Zeit aufgetretenen
Kostenerhöhungen für Brennstoffe nachen jedoch einen möglichst hohen thermischen
Wirkungsgrad erforderlich; neue Betriebsmethoden erfordern einen Regenerator, der
bei höheren Temperaturen wesentlich wirtschaftlicher arbeitet und der in der Lage
ist, tausende von Start- und Step-Spiele auszuhalten, ohne daß ein Locken oder übermäßige
Wartungskosten auftreten. Ein Platten-Rippen-Regenerator aus korrosionsbeständigen
Stahl ist in der Lage, Temperaturen von 590 bis 650° C unter Betriebsbedigungen
auszuhalten, die wiederholte, nichtverzögerte Start-Stop-Spiele einschließen.
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Die bisher verwendete Verdichterrippenkonstruktion ergab nichtabgeglichene
innere Druckbereichskräfte erheblicher Größe, die üblicherweise in einem Regenerator
mit entsprechenden Abmessungen den Wert von 500 t übersteigen. Solche nichtabgeglichenen
Kräfte,
die die Gefahr mit sich bringen, daß der Regeneratorkernaufbau
auseinandergespalten wird, werden durch einen äußeren Rahmen aufgenommen, der als
druckbelasteter Stützbalken (strongback) bezeichnet wird. Im Gegensatz hierzu ist
die moderne Zugdiagonalkonstruktion so aufgebaut, daß die inneren Druckkräfte abgebilchen
sind und ein Stützbalken nicht erforderlich ist. Da der Stützbalkenaufbau aufgrund
des Abgleichs der inneren Druckkräfte eliminiert wird, werden die Änderungen der
Dimensionen der gesamten Einheit aufgrund der thermichen Exapnsion und Konstruktion
ausschlaggebend. Eine thermische Ausdehnung muß aufgenommen werden und das Problem
wird dadurch erschwert, daß der Regenerator eine Lebensdauer von tausenden von Heiz-
und Kühlzyklen nach der neuen Betriebsweise des zugeordneten Turboverdichters aushalten
muß, der wiederholt gestartet und angehalten wird.
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Eine Begrenzung der extremen hohen Temperaturen über 540° C auf den
eigentlichen Regeneratorkern und die thermische und dimensionelle Isolierung des
Kernes gegen das zugeordnete Gehäuse und die Abstützanordnung, durch die die Verwendung
teuerer Materialien so gering wie möglich gehalten wird, um die Kosten moderner
Wärmetauscher im Vergleich zu den Plattenwärmetauschern bisheriger Art vergleichbar
zu halten, haben Befestigungs-, Kopplungs- und Abstützanordnungen erforderlich gemacht,
die insgesamt den Einbau eines Zugdiagonalen-Regeneratorkernes in einem praktischen
Wärmetauscher der beschriebenen Art möglich machen.
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Wärmetauscher der hier beschriebenen Art sind in dem Aufsatz von K.O.
Parker "Plate Regenerator Boests Thermal and Cycling Efficiency' au The au @ Gas
Journal, April 11, 1977 beschrieben.
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Es sind auch Einrichtungen zur Verwendung von strömenden Heiz-oder
Kühlmitteln zum Zwecke der Begrenzung von Temperaturunterschieden und thermischen
Gradienten bekannt. Auch sind Anordnungen bekannt, die den Durchfluß eines Heiz-
oder Kühlmittels steuern, um den Einfluß während Übergangsbetriebsstufen zu
begrenzen
und Betriebstemperaturen innerhalb vorgewählter Bereiche aufrechtzuerhalten. Ein
Beispiel hierfür ist der Thermostat in Kraftfahrzeugkühlsystemen, der den Kühlmitteldurchfluß
zum Motor bei kaltem motor blockiert und in veränderlicher Weise den Kühlmittelfluß
während der normalen Betriebsphase in Abhängigkeit von der gewünschten stetigen
Betriebstemperatur des Motors, dem Siedepunkt des Ktihlmittels oder bestimmter Bestandteile
davon, und da Bedarf zugeordneter Vorrichtungen, z.B. einer Heizvorrichtung, die
Wärme aus dem Motorkühlmittel zum Aufheizen des Passagierraumes entnimmt, begrenzt.
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Die US-Patente 2.658.728, 2.986.454, 2.615.688 und 3.504.739 sind
Beispiele für Veröffentlichungen, bei denen die Verwendung eines Zwischenmittels
in Wärmetauschern der Rohr- Plattenart vorgesehen ist, um eine räumliche Trennung
zwischen und eine Verringerung der thermischen Gradienten und des Schlages in entsprechenden
Kammern oder einer anderen Wärmeübertragungsanordnung, die die entsprechenden Wärmeaustauschmedien
enthält, zu erzielen.
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US-PS 2.661.200 zeigt eine Anordnung zur Einführung eines Gases in
eine wärmeempfindlichen Bereich einer feuerbeständigen Düse zur Begrenzung der maximalen
Temperatur des geschützten Bereiches.
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Dieses Patent wie auch die vorgenannten US-Patente 2.986.454 und 3.504.739
zeigt ebenfalls die Verwendung der betreffenden Einrichtung zum Vorheisen des Temperaturmittels.Keine
dieser beheisten Anordnungen kann jedoch die Verwendung eines gasförmigem Strömungsmittels
zum Heizen oder Kühlen von ausgewählten Teilen eines Wärmeaustauschers während des
Anlassens oder Abschaltens von Übergangsphasen zwischen Betriebsbedingungen bei
stetigem Zustand und Abschaltung entnommen werden. Insbesondere ist dieses Konzept
nicht auf Platten-Rippen-Wärmetauscher-Sammelleitungen nach vorliegender Erfindung
angewendet worden.
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Die Verwendung von entgegengesetzt angeordneten Rohrleitungsbauteilen,
die durch Balgen mit einem zentrischen, unter Druck stehenden Bauteil verbunden
sind, wobei die gesamte Kolbination baulich durch Zuganker zwischen den entgegengesetzten
Rohrleitungsbauteilen zusammengehalten iot, ist bekannt. Es ist auch bekannt, ein
oder mehrere Balgenelemente sur Aufnahme einer bau,-lichen Verschiebung, beispielsweise
einer thermischen Ausdehnung oder Druckexpansion zu verwenden, beispielsweise aus
den US-Patenten 2.787.124, 3.527.291, 1.882.065, 3.916.871. Eine spezielle Ausführung
eines unter Außendruck stehenden Balgens ist Gegenstand der US-PS 3.850.231. Die
vorerwähnte US-PS 3.527.291 zeigt die Verwendung von Haltestäben in Form von U-Bolzen
zur Begrenzung der axialen Expansion der Balgenelemente; sie ist jedoch auf die
Verwendung von Balgenkopplungen für die axiale Expansion begrenzt und nicht zur
Aufnahme von mehrdimensionalen Änderungen oder dem Abgleich von aufgebrachten Druckbelastungen
in der erfindungsgemäßen Weise geeignet.
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DE-PS 667.144 zeigt verschiedene Kombinationen eines Balgenverbindungsbauteiles
zwischen entgegengesetzten Rohrleitungen mit einer Federbefestigungsanordnung für
entgegengesetzte axiale -nsion der Balgen und ein mögliches nichtaxiales Biegen
oder Verdrehen der Balgen.
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Unter Außendruck stehende Balgen haben bestimmte Vorteile gegenüber
den üblicheren, mit Innendruck beaufschlagten Balgen zur Verwendung bei einer Expansionsverbindung
zwischen Rohrleitungen oder dergl. Die mit Innendruck beaufschlagten Balgen zeigen
eine Tendens zum "Krümmen", wenn der Innendruck erhöht wird, oder wenn die Steifigkeit
der Balgen verringert wird. Lange bevor der Berstdruck der Balgen erreicht wird,
verdrehen sich die Balgen und boulen sich in ihrer Form aus. Solche Balgenelemente
sind auf Anwendungsfälle unterhalb des "Krümmungs"-Druckes begrenzt. Je länger die
Balgen sind, desto größer ist der Krümmungs-Druck, wodurch Beschränkung bei der
Verwendung solcher Bauteile auftreten.
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Wenn die icpansionsverbindung ein Gehäuse aufweist, das mit dem Innendruck
in Verbindung steht, das Jedoch die Balgen vollständig umgibt, wird die Tendenz
zum Krummen aufgehoben. Derartig, durch Außendruck beaufschlagte Balgen sind an
sich bekannt und stehen kommerziell zur Verfügung.
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Zur Aufnahme unterschiedlich großer thermischer Ausdehnungen zwischen
benachbarten Bauteilen, die gegeneinander abgedichtet oder in sonstiger Weise miteinander
verbunden werden sollen, sind eine Reihe von Anordnungen bekannt. U SPS 3.398.787
zeigt eine Expansionsverbindung für einen Mantel-Rohr-Wärmetauscher zur Aufnahme
der Verschiebung einer Rohrplatte relativ zum Mantel, wobei die Verschiebung sich
aus den Temperaturunterschieden zwisollen dem Strömungsmittel innerhalb der Rohre
und dem Strömungsmittel innerhalb des die Rohre umgebenden Mantels ergibt. Im Falle
der US-PS 2.416.674 sind U-förmige Abdichtringe zwischen inneren und äußeren Rohren
vorgesehen, die eine radiale Expansion oder Kontraktion bei Temperaturänderungen
ermöglichen. US-PS 3.547.202 zeigt eine Befestigungsanordnung mit Balgen und eine
Vielzahl von Hakenelementen zur Aufnahme eines Paares koaxialer in bezug aufeinander,
die unterschiedlichen Gastemperaturen in einem Abgasrekuperator ausgesetzt sind.
US-PS 3.960.210 zeigt eine U-förmige Faltung, die beim Zusammenbau durch Ansätze
mit den Flanschen des Wärmetauschers zur Vorbereitung der Ve@ötung des Kernes verbunden
ist. US-PS 3.078.919 zeigt einen Rekuperator mit T-förmigen Haltevorrichtungen,
die in Längsschlitzen beweglich sind, damit eine Gleitabstützung unterschiedlicher
Bauteile erzielt wird, die bei voneinander verschiedenen Temperaturen arbeiten.
IT-PS 311.249, SW-PS 178.363 und GB-PS 1.454.260 zeigen verschiedene Ausgestaltungen
von Abdichtungen und flexiblen Befestigungen für unter Druck stehende und unter
Wärme einfluß sich Mndexnde Körper. Keine dieser Anordnungen zeigt Jedoch eine kombinierte
Befestigungs- und Abdichtanordnung zur Kopplung einer leitung mit einer Wärmetauscherkernplatte
der erfindungsgemäßen Irt, noch eine blasenförmige Dichtung zur Befestigung zwischen
benachbarten Abschnitten eines aus einer Vielzahl von Einheiten bestehenden Wärmetauscherkernes.
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Rohre
sind ferner eine Vielzahl von Anordnungen
bekannt, die sich mit dem Problem der Druckaufnahme und baulichen Verstärkung bei
Wärmetauschern mit dünnen Platten befassen. So zeigt US-PS 2.997.279 einen äußeren
Rahmen, z.B. den Wärmetauscher-Stützbalken.
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Eine innere Abstand und Verstärkungeanordnung ist beispielsweise aus
US-PS 2.952.445 und 3.229.763 bekannt. Die Verwendung von Seitenschienen als Verstärkungs-
und Abstandsbauteile für einen Wärmetauscher mit dünnen Platten und Rippen ergibt
sich aus US-PS 4.006.776. US-PS 3.780.800 zeigt getrennte, sich um einen Wärmetauscherkern
in Ebenen senkrecht zur Richtung des Gasstromes erstreckende Bänder, die ein Expandieren
des Kernes ohne thermische Beschränkung ermöglichen. US-PS 3.894.581 zeigt eine
Selbstverstärkung in einem Formplattenwärmetauscher, bei dem überlappende Sammelleitungsabschnitte
vorgesehen sind, um eine Verstärkung der aneinanderstoBenden Verbindungsleitungen
und Flanschteile der Sammelleitungsabschnitte zu erzeugen. Schließlich zeigt die
vorgenannte US-PS 2.952.445 spezielle Vorderkantenrippen in einem Plattenwärmetauscher,
die aus besonders verstärktem Material bestehen und die am Eintrittsende einer Leitung
angeordnet sind, damit sie einer Beschädigung durch eingeschlossene Partikel bei
einem Umgebungsluftstrom hoher Geschwindigkeit entgegenwirken.
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Keine der bekannten Anordnungen bezieht sich Jedoch auf VerstErkungsbauteile
der Art, wie sie Gegenstand der Erfindung bei Formplattenwärmetauschern sind.
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Zum Abstützen verschiebbarer Vorrichtungen mit erheblichem Gewicht
sind eine Vielzahl von Anordnungen bekannt. Einige dieser Anordnutzen earbeiten
mit Abstützbauteilen unter Kompression, andere unter Spannung, wieder andere arbeiten
mit Abgleichhebeln und Gewichte. UB-PS 1.814.627 beispielsweise zeigt ein Turbinenautlagersystem,
das drei ortsfeste Abstützstellen und zusätzliche nachgiebige stellen enthält, die
einen Teil der Belastung aufnehmen. Die nachgiebigen Abstützstellen weisen Gelenkpunkte
mit Hebeln und Gegengewichten für die Gewichtsverteilung auf.
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Der Vorwärner nach US-PS 2.069.515 weist eine Vielzahl von übereinander
angeordneten Rohren auf, die durch Schrauben miteinander verbunden sind und die
durch Rohrrippen an starren Trägern
aufgehängt sind. US-PS 2.876.975
zeigt eine Wärmetauschereinrichtung, die von Rohren aufgenommen ist. Eine Expansion
wird durch Langlöcher für Abstützbefestigungen ermöglicht.
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US-PS 3.236.295, 2.195.887, 3.273.636 und 3.982.902 sind Beispiele
fur Anordnungen, die Aufhängstäbe mit Schwenk- oder Drehküpplungen verwenden, um
eine Verschiebuny; eines abzustützenden Bauteiles zu ermöglichen. US-PS 3.434.531
zeigt eine ein halbsteifes Rohr abstützende Verankerung, die Überkopfhänger aufweist,
welche das Lastbauteil mit starren Abstützträgern verbinden. US-PS 2.420.125 zeigt
eine Vielzahl von flexiblen Schienen, die tangential zu einem ausdehnbaren Bauteil
führen, das abgestützt werden soll. US-PS 3.951.108 zeigt eine Vielzahl von Gelenken,
die durch Bolzen in Schlitz8ffzungen miteinander verbunden sind, um eine Bewegung
durch eine Abgleichkraft und eine Verschiebung von einer Stelle su einer anderen
aufnimmt, und FR-PS 1.208.629 zeigt einen Hänger, der durch Stäbe mit Schwenkstellen
und Rahmenabstütztbauteilen gekoppelt ist. Keine dieser bekannten Anordnungen befaßt
sich mit der Abstützung einer Anordnung, die einer erheblichen thermischen Ausdehnung
in allen drei Dimensionen ausgesetzt ist, so daß keine dieser Anordnungen in der
Lage ist, in einwandfreier Weise einen Wärmetauscherkern der erfindungsgemäßen Art
abzustützen.
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Schließlich sind Anordnungen bekannt, mit denen zwei unterschiedlicht
Elemente in einer wärieisolierenden Befestigung miteinander verbunden sind oder
eine thermische Ausdehnung zwischen benachbarten miteinander verbundenen Elementen
aufgenommen wird. Beispielsweise ergibt sich aus US-PS 3.690.705 eine Einrichtung
zum starren, wärmeisolierenden Verbinden zweier metallischer Bauteile. Die Anordnungen
verwenden eine Buchse, die aus eine' Material mit bekannten, wärmeisolierenden Eigenschaften
besteht, und die zwischen den beiden Bauteilen befestigt ist. US-PS 3.710.853 zeigt
die Anordnung eines Radiator mit zwei Ausgleichsbehältern oder Tanks auf entgegengesetzten
Seiten eines Wärmetauscherkernes. Einer der Tanks ist mit dem Rahmen starr befestigt,
während der andere mit da Rabmen Uber einen Schulteransatz verbunden ist, der durch
ein vergrößertes Loch im Rahmen verläuft, damit eine seitliche Bewegung des Ansatzes
aufgenommen
werden kann. bs ist Jedoch keine thermische Isolierung des Radiators geeenlfr dem
Befestigungsrahmen vorgesehen, und es werden nur die unterschiedlichen Expansionskoeffizienten
für den Rahmen und den Radiator aufgenommen. Dieae Anordnung bezieht sich auf flexible
leitungen, insbes. Oummiechläuche, zur Verbindung mit den Strömungsmittelkanälen
des Radiators. Einrichtungen dieser Art sind für Geräte mit begrenzten Größenabmessungen,
begrenztem Gewicht und begrenztem thermischem Oradienten geeignet.Sie sind Jedoch
nicht geeignet für Wärmetauscher der erfindungsgemäßen Art, die Wärmetauscherkerne
besitzen, welche bei Temperaturen über 54O C arbeiten und welche in Rahmen herkömmlicher
Stahlkonstruktion, die auf Temperaturen unter 650 gehalten werden, abgestlitzt sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Wärmetauscheranordnungen der gattungsgemäßen
Art so auszugestalten, daß die im Betrieb der Wärmetauscheranordnung auftretenden
hohen mechnnischen und thermischen Beanspruchungen verringert werden, daß der Wärmetauscherkern
sich unter dem Einfluß dieser Belastungen zur Vermeidung von hoh en Spannungen diese
Belastungen aufnehmen kann, und daß eine optimale Festigkeit der Anordnung bei hoher
Flexibilität erzielt wird.
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Diere Aufhabe wird durch die in den Patentansprüchen gekennzeichneten
Erfindungsmerkmale gelöst.
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Gemäß der Erfindung sind besondere Kanäle zum Umleiten und Richten
eines der Wärmetauscherströmungsmittel an Teile der Sammelleitungen vorgesehen,
die aufgrund ihrer baulichen Gestalt und Lage sonst eine thermische Verzögerung
und damit thermische Beanspruchungen in bezug auf andere Teile der Anordnung erfahren
würden. Es sind spezielle Vorkehrungen getroffen, um ein anderes der Btrö2ungsmittel
für den Wärmeaustausch zu richten und den Durchfluß desselben zu Begrenzungsteilen
der Anordnung zu steuern, die ebenfalls eine thermische Verzögerung erfahren. Die
Wärietmischer der hier zugrunde liegenden zu genden Art weisen einen zentrischen
Gegendurchflußabschnitt mit Querdurchfluß-Endabschnitten auf, durch die luft z zwischen
den zentrischen Abschnitt und dieentsprechenden Sammlleitungen gerichtet wird.
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Bei speziellen Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern und Anordnungen
nach vorliegender Erfindung weisen die Rohrplatten eines Platten-Rippen-Wärmetauscher
die Kanäle auf, die einen kleinen Teil der komprimierten bift führen, welcher durch
den Wärmetauscher hindurch um seinen Umfang strömt, insbesondere die Teile der Wärmetauscher-Sammlleitungen,
die vom Kern entfernt angeordnet sind, um das Aufheizen und Abkühlen dieser Teile
durch Konvektion über das Ausmaß der Aufheizung und Abkühlung; hinaue zu beschleunigen,
das sonst auftreten würde. Dies dient zweckmäßigerweise dazu, die Temperatur in
der gesamten Anordnung während der Übergangsphasen zwischen einem Betrieb stetigen
Zustands und Abals schaltung gleichförmiger zu halten, wodurch der Wärmetauscher
ein Begrenzungsfaktor für die lebensdauer der programmierten Betrieb bedingungen
zum Anlassen oder Abschalten des regenerierten Turbinensystems, in welchem der Wärmetauscher
verwendet wird, ausscheidet.
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Derartige Anordnungen dienen zweckmäßigerweise dazu, besonders gerichtete
Strömungsmitteldurchflußkanäle zu erzielen, um die Wärmeaustausch-Strömungsmittel
an bestimmte Teile des Wärmetauscherkernes zu richten, die einer besondere hohen
thermischen Beanspruchung aufgrund ihrer Lage Km Umfang des Wärmetauscherkernes
ausgesetzt sind. Dies wird ohne eich bewegende Teile, z.B. Schaufeln, Ablenkvorrichtungen
oder dergl. erreicht, und dient dazu, die entsprechenden Heiz- oder Kühlmittel an
diese Umfangsteile automatisch entsprechend dem Bedarf der Temperaturkompsnsation
während der Ubergangsstufen im Betrieb heranzuführen. Wenn das System einmal auf
Betriebstemperaturen im stetigen Zustand gebracht worden ist, dienen die Vorheizkanäle
weiterhin 91s Teil der gesamten Warmetauncheranordnung.
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Ferner sind gemäß der Erfindung von außen durch Druck beaufschlagte
Balgen vorgesehen, die mit den inneren Sammelleitungen an entgegengesetzten Seiten
eines Wärmetauscherkernes mit dünnen Platten und Rippen verbunden sind, damit eine
thermische Ausdehnung oder Bewegung des WMrmetauscherkernes in drei Dimensionen,
und zwar seitlich wie auch axial, während eines Betriebe mit hoher Temperatur möglich
ist, und damit der Aufbau außerordentlich hoher Beanspruchungen im
Wärmetauscher
aufgrund der äußeren Verbindungen und inneren Betriebsdrücke verhindert wird. Ein
äußeres Eindämmen und Abgleichen der außergewöhnlich hohen Innendruckbelastungen
im Sammelleitungs teil des Kernes (Abutsebelastungen) wird dadurch erzielt, daß
entgegengesetzte Leitungs-Plansch-Verbindungen auf entgegengesetzten Seiten des
Kernes vorgesehen werden, wobei die Flansche miteinander durch Zuganker verspannt
sind. Die für die Konstruktion und Herstellung der Anordnung nach der Erfindung
verwendeten Methoden umfassen die Berechnung der verschiedenen Kräfte, die zwischen
dem Wärmetauscherkern und der Balgenanordnung aufgebracht werden, das die Kernsammelleitung
mit der äußeren Rohrleitung unter dem ungünstigsten Bedingungen verbindet sowie
das Auslegen der BalgenKopplungsbauteile zur Erzielung einer ausgewählten Belastung
auf den Wärmetauscher sowohl für normale als auch für außergewöhnliche Betriebsbedingungen.
Die mittlere Ringfläche der durch Außendruck beaufschlagten Balgen wird so gewalt,
daß die gewünschte Belastung des Kernes erreicht wird, die auf den Einwirkungen
des Betriebsdruckes und der Temperatur beruht.
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Aufgrund der Verwendung der flexiblen, unter AuXendruck stehenden
Metallbalgen zum Koppeln und Abstützen von Rohrleitungsbelastungen in bezug auf
einen Wärmetauscherkern kann der Kern sich vollständig frei ohne Beschränkung innerhalb
seiner Belastungsgrezen bewegen, so daß eine 13. schädigung verhindert wird, die
sich sonst aufgrund von thermisch induzierten Beanspruchungen ergeben würde. Die
Blendleitungen, die auf der entgegengesetzten Seite des Kernes in bezug auf die
zugeordneten Luftleitungen vorgesehen sind, dienen zum Ausgleich der Belastungen,
die den entgegengesetzten Seiten des Kernes aufgegeben werden, und dienen zusammen
mit den äußeren Zugankern dazu, den Abblasbelastungen entgegenzuwirken, die die
Belgien in axialer Richtung unter Druck strecken. Die Kombination der von Außen
unter Druck gesetzten Ballen mit einer gesteuerten Kompressionsbelastung auf du
Kern ergibt diese Resultate mit einer sehr weichen Balgenausgestaltung (d.h. einer
niedrigen Federkonstante) ohne Instabilität und innerhalb der sehr niedrigen, für
den Kern annehmbaren Kraftwerte.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der orRindung wird eine Befestigung
zwischen einer Endplatte des Wärmetauscherkernes und einer zugeordneten Rohrleitung
zur Ubertragung von Luft hohen Druckes zwischen der Leitung und dem Wärmetauscherkern
vorgesehen. Hierbei ist eine Umfangsblase oder Membran mit U-förmigem Querschnitt
zwischen das flije der Leitung und einem Teil der Platte eingesetzt, die einen Sammelleitungsabschnitt
in abdichtender Anordnune darstellt. Während des Betriebes nimmt die zeitung eine
Temperatur und der Wärmetauscherkern eine hiervon unterschiedliche Temperatur an.
Der endteil der Leitung ist mit einem konischen Umfangsflansch versehen, der eine
Vielzahl von radialen Schlitzen an seinem Umfang aufweist. Der Flansch kommt an
diesen radialen Schlitzen mit einer entsprechenden Vielzahl von T-förmigen Klammern
in Eingriff, die an der Wärmetauscherendplatte befestigt sind. Bei dieser Anordnung
wird eine Druck dichte Abdichtung durch die U-förmige Umfangsblase erzielt, die
eine radiale Bewegung zwischen der Leitung und dem Wärmetauscher aufnimmt, und die
sich aus der thermischen Ausdehnung des Wärmetauschers ergibt, während die Befestigung
des Flansches eine radiale Deformierung und eine begrenzte Verschiebung aufnimmt
und gleichzeitig gesteuerte Leitungs-Kopplungsbelastungen auf den Kern dberträgt.
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Bei einer anderen Ausführung dieser Art ist eine ähnliche U-förmige
Blase in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Abschnitten des Wärmetauscherkernes
befestigt. Der Korn besteht aus einer Vielzahl von Einheiten oder Abschnitten, um
das Ausmaß der sich addierenden thermischen Ausdehnung zu begrenzen. Eine Expansion
einer Einheit gegenüber der nächsten wird dann durch eine Längs-oder axiale Bewegung
in der Blasenabdichtung absorbiert, die zwischen benachbarten Kernabschnitten angeordnet
ist. Anordnungen dieser Art ermöglichen eine thermische Deformation des Wärmetauschers
ohne radiale und axiale Begrenzung, entweder von einem Kernabschnitt zum nächsten
oder zwischen dem Endabschnitt des Wärmetauschers und der damit befestigten Druckluftleitung.
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Mit einer derartigen Anordnung werden entsprechende Verbindungen und
Kopplungen zwischen benachbarten Bauabsclinitten erzielt, die beim Betrieb der Gesamtanordnung
Dimensionsänderungen aufnehmen, welche sich von einem Element zum nächsten unterscheiden.
Im Felle einer Kernkopplung von Leitung zu Leitung werden die 13eanspruchungen der
Leitung und des Wärmetauschers, die sich aus dieser Befestigung ergeben, vernachlässigbar,
während gleichzeitig die gewünschte dtrömungsmitteldichte Abdichtung an der Grenzfläche
zwischen der Leitung und dem Wärmetauscher aufgebaut wird. Die erhebliche thermische
Ausdehnung der Sammelleitungsteile der benachbarten Kernabschnitte wird in bezug
einander durch die Abdichtungen aufgenommen.
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Nach einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung sind Verstärkungsreifen
vorgesehen, die integral innerhalb des Wärmetauscherkernes verlötet sind, damit
sie eine Verstärirung der Sammelleitungsabschnitte ergeben.
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Diese' Anordnungen besitzen auch i:i"ntrittsstrsifen, die Trägerabschnitte
bilden, welche die Reifen und zugeordnete Verstärkungsseitenschienen im mittleren
Abschnitt des Wärmetauscherkernes baulich verbinden. Die Eintrittastreifen wirken
auch als Wärmesenken zur Begrenzung des thermischen Stosses unter plötzlichen Temperaturänderungen,
die während des Ubergangsbetriebes auftreten. Eine W'ärrnetauscheranordnung, bei
der der erfindungsgemäße Vorschlag anwendbar ist, besteht aus einer Vielzahl von
Formplatten und Rippen, die miteinander zu einer vollständigen Zinheit verlötet
sind, welche Sammelleitungen und einen Wärmetauscherkern in einer einzigen Gegenstromvorrichtung
enthält. Die entsprechenden dteile der Wärmetauscherplatten sind mit einem Umfangsflansch
versehen, der bei Verbindung mit dem entsprechenden Flansch einer benachbarten Formrohrplatte
eine Begrenzungsdichtung zur Aufnahme von Luftrippenkanälen ergibt, die durch das
auf diese Weise verbundene Paar von Wärmetauscherplatten gebildet werden. Jeder
Endteil der Formrohrplatte enthält eine Öffnung, die von einem Bundteil umschlossen
ist, eo daß ein Sammelleitungsabschnitt durch die
Platte festgelegt
wird. ;er Bundteil ist längs der Seite ausgesclmitten, die dem Kernteil zugewandt
ist, so daß eine Verbindunc zwischen dem Sammelleitungsabschnitt und den Luftrippenkanälen
entsteht. Die Formrohrplatte weist ferner einen Ring auf, der aus der Rbene der
Platte versetzt ist, und der sich um die Sammelleitungsöffnung herum erstreckt.
Dieser Ring, der im zur schnitt einen U-förmigen Trog darstellt, besitzt einen flachen
Basisteil, der dann, wenn er durch Löten mit dem flachen Basisteil einer benachbarten
Rohrplatte Rücken an Rücken verbunden wird, zur erzielung eines Abstandes zwischen
den auf diese Weise verbundenen Platten für die Gasrippenkanäle und zur Abdichtung
der Sammellleitungsabschnitte der verbundenen Wärmetauscherplatten gegenüber den
Gaskanälen dient.
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Lötverbindungen zwischen ebenen Flachen sind in Zugrichtung verhältenismäßig
schwach. Die Luftkanäle einschließlich der Sammelleitungen dieser Wärmetauscher
werden auf einen Druckwert in der Größenordnung von 7 - 19 kg/cm² oder darüber unter
Druck gesetzt.
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Es tritt somit eine Rraft von vielen Tonnen auf, die die Lötverbindungen
zwischen den Flanschen und den Trogteilen der Formplattenendabschnitte zu trennen
versucht. Die ebenen Platten dieser Wärmetauscher kennen durch Löten mit den enteprechenden
Luft- und Gasrippen, die darin angeordnet sind, zusammengehalten werden. In den
eigentlichen Sammelleitungsabschnitten ist jedoch keine Verstärkung vorhanden und
die gelöteten Sammelleitungsabschnitte sind deshalb einem Bruch durch innere Druckkräfte
ausgesetzt.
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Die Verstärkungsreifen nach der erfindung sind aus dickerem Material
als die zugeordneten dünnen Platten und dadurch und aufgrund ihrer Postition und
ihrer baulichen Gestalt ergeben sie eine Verstärkung für die Verbindungen sowohl
an den Flanschen als auch an den Trogteilen der Sammelleitungsabschnttte. Die Reifen
erstrecken sich im suerschnitt über die Verbindungsebene zwischen den Trogteilen
der gelöteten Rohrplatten, so daß diese Verbindungsebene verstärkt wird. Die Reifen
verlaufen zwischen den Flanschen zweier benachbarter Platten, so daß sich auch eine
Druckbelastungsabstützung für die Flanschverbindungen erbt. Die Reifen umschließer
die
Sammelleitungsöffnung vollständig, und zwar jede innerhalb eines einzigen Gasrippenkanales,
so daß die gewünschte Verstärkung vollständig um die Sammelleitungsabschnittöffnung
herum entsteht.
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Die Eintrittsstreifen verlaufen längs des Randflansches des Rohrplattenendabschnittes
zwischen den Sammelleitungsreifen und den Seitenschienen, die eine Randverstärkung
im zentrischen Teil des Wärmetauschers ergeben. Die Reifen sind mit einem Übergangsabschnitt
ausgebildet, der cien Abstand der Eintrittsstreifen aufnimmt. Die Streifen sind
an ihren entgegengesetzten E:nden mit den Seitenschienen und Reifen verbunden, wodurch
sich eine maximale Festigkeit und Abstützung für die unter Druck gesetzten Kernkanäle
ergibt .
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Die Verwendung getrennter Verstärkungsreifenteile und Randstreifen
ermöglicht die Materialauswahl für diese Bauteile nach optimaler Festigkeit für
die ausgelegte Temperatur, ohne daß eine Beschrinkung durch Konstruktionsüberlegungen
und Materlalauswahl für die Rohrplatten selbst gegen w4re. Die Konfiuration der
streifen und Reifen ermöglicht einen einfachen Zusammenbau der Gesamtanordnung dadurch,
daß diese Teile mit den entsprechenden Rohrplatten und Rippen während des Aufbaus
der geschichteten Wärmetauscheranordnung vor dem Verlöten verschachtelt werden.
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Die Ausgestaltung dieser Reifen und der Eintrittsstriefen als getrennte
Elemente, die miteinander verlötet und miteinander mit den Seitenschienen des zentrischen
Abschnitts innerhalb des Wärmetauscherkernes verankert sind, ermöglichen die getrennte
Konstruktion dieser Elemente zur Erzielung einer optimalen Festigkeit und anderer
erwünschter Eigenschaften. Die für diese Elemente verwendeten Msterialien und die
größere Dicke im Vergleich zu den dünnen Rohrplatten nach dieser Konstruktion dienen
zur Erzielung einer zusätzlichen ?estigkeit dort, wo sie im Wärmetauscher benötigt
wird. Die Eintrittsstreifen bilden Trägerabschnitte, die den Teil zwischen den Sammelleitungsreifen
und den Seitenschienen des littleren Kernabschnittes überbrücken, und wirken wenigstens
an der
Gaseinlaßseite des Wärmetauschers in vorteilhafter Weise
als Wärmesenken, die die Verringerung des thermischen Stosses unterstützen, der
sonst an den Eintrittsrändern der Rohrplatten während des Zündens und Abschaltens
der zugeordneten turbine auftritt.
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Ferner sind nach der Erfindung eine Vielzahl von flexiblen Bauteilen
vorgesehen, die mit dem Wärmetauscherkern gekoppelt sind und ;ile an oberen Schwenkbefestigungstellen
an einer Vielzahl von Abgleichträgern aufgehängt sind. Diese Träger ihrerseits sind
schwenkbar an stationären Abstützträgern abgestützt, welche mit der Stahlabstützungsanordnung
befestigt sind, die den Wärmetauscher umschließt. Durch diese Kombination von Abgleichträgern
und flexiblen Abstützbauteilen ist der Wärmetauscherkern in seiner Ausdehnung sowohl
in Längsrichtung als auch in Querrichtung frei, ohne daß er durch die Abstützanordnung
behindert wird. Die Aufhängungsanordnung nirt,t ferner eine vertikale Ausdehnung
des Wärmetauscherkerns aufgrund der Befestigungsart der Abstützanordnung mit dem
Kern in der Nähe des oberen oder unteren Teiles des Kernes, Je nach der Befestigung,
auf. Bei einer speziellen Anordnung, bei der der Kern horizontal orientiert ist,
weist las Aufhängungssystem eine Vielzahl von flexiblen Streifen aur, die schwenkbar
mit Überkopfabgleichträgern befestigt sind, die ihrerseitsmit den Überkopfabstützträgern
drehbar befestigt eind. Die flexiblen Streifen erstrecken sich durch freie Räume
im Kern nach abwärts ru schwenkbar befestigten Abstützblöcken an der Unterseite
des Kernes. Bei einer anderen speziellen Ausgestaltung, bei der der Wärmetauscherkern
vertikal orientiert ist, weist das Abstützsystem eine Kombination von Abstützträgern,
Abgleichträgern, die schwenkbar mit den Abstützträgern befestigt sind, und eine
Vielzahl von flexiblen Gelonken auf, die sich von den Abgleichträgern nach abwErts
erstrecken und die mit vorstehenden Ansätzen oder Armen verbunden sind, welche mit
dem Kern an der oberen Seite verbunden sind.
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Die Wärmetauscherkernabstützanordnungen nach der Erfindung ergeben
vorteilhafterweise die notwendige Abstützung für das erhebliche Gewicht eines großen
Wärmetauscherkernes in der Weise, daN die im Betrieb auftretende thermische Ausdehnung
wirksam aufgenommen wird,
ohne daß eine Beschränkung in bezug auf
den Wärmetauscherkern in Kauf genommen werden muß. Aufgrund der Flexibilität der
Kühlhängevorrichtungen wid der Ablgeichfähigkeit der damit verbundenen Abstützträger
werden Verschiebungen in Kraftrichtung und ein Abgleich der Gewichtsverteilung während
der Expansion und Kontraktion des Wärmetauscherkernes aufgrund thermischer Veränderungen
im Betrieb auf einfache Weise aufgenommen. Die verschiedenen Bestandteile, die die
Abstützanordnung bilden, sind im Aufbau und in der Befestigung verhältnismäßig einfach
und zur Wartung leicht zuRlich.
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Es sind alternative Anordnungen für Wärmetauscher zum Befestigen des
Kernes in horizontaler und vertikaler Lage bei gleicher Wirksamkei vorgesehen.
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Gemäß weiterer Erfindung sind Bauteile zum Abstutzen von Wärmetauscherleitungen
in bezug auf den Wärmetauscherrahmen vorgesehen, die zur Erzielung einer thermischen
Isolierung der Leitungen gegenüber den zugeordneten IÄahmenteilen dienen, während
axiale und radiale thermische Ausdehnung und eins begrenzte seitliche Bewegung aufgenommen
werden. Die thermische Isolierung bei der erforderlichen baulichen Abstützung wird
nach der Erfindung durch Verwendung dünnwandiger Metallbauteile erzielt, dis sich
zwischen den Leitungen und zugeordneten Befestigungsstellen mit dem Rahmen erstrecken.
Ein solches Element hat die Form eines dünnwandgen Zylinders mit Endplatten, dkie
zur Aufnahme von Befestigungsbolzen mit Schraubgewinde versehen sind. Der Zylinder
ist mit einem Rahmenbauteil (kalte Anordnung) durch eine Befestigungsschraube verbunden,
die in ein Ende des Zylinders eingepaßt ist. Das andere Ende des Zylinders ist axial
mit Hilfe einer Schulterschraube festgelegt, die in das andere Ende des Zylinders
eingeschraubt ist und sich durch eine überdimensionierte Öffnung in einem Flansch
erstreckt, detr mit der Wärmetauscherleitung (heiße Anordnung) befestigt ist. Diese
Öffnung kann ein radial ausgerichteter Schlitz im Flansch oder eine @unde Öffnung
sein, die größer als der Schraubenrumpf ist, jedoch klein genug ist, daß sie mit
dem Schraubkopf oder einer darauf befestigten Haltebeilage in Eingriff kommt. Der
Gewindeteil der Schulterschraube hat einen kleineren Durchmesser als der Schulterteil,
wodurch ein
ausreichend großer Abstand zwischen dem Ende des dünnwandigen
Zylinders und dem Halteteil (Kopf oder Beilage) sichergestellt ist, damit der Leitungsflansch
relativ zum Zylinder gleiten kann.
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Obgleich der Zylinder aus Gründen der baulichen Festigkeit aus Metall
besteht, haben die dünnen Wandungen des Zylinders eine niedrige thermische Leitfähigkeit,
so daß die gewünschte thermische Isolierung zwischen den heilen und kalten Anordnungen
erzielt wird.
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Eine weitere thermische Isolierung mit einer Aufnahme der thermischen
Ausdehnung der heißen Anordnung wird durch Umfangsbalgenteile erreicht, die zurückspringende
Bundteile besitzen, welche eine vergrößerte Pfadlänge für die Wärmewanderung durch
das Metall zwischen der heilen und der kalten Anordnung ergeben. teitungsflanschteile
an entgegengesetzten Enden des Wärmetauschers sind zur Aufnahme der Leitungsbelastung
damit verbundener Rohrleistungen und zum Abgleich der Innendruckkräfte relativ zum
Rahmen vorgesehen. Diese sind zur Dimensionsstabilisierung des Wärmetauschers mit
Hilfe von Zugankern miteinander verankert; die Zuganker verlaufen durch den den
Wärmetauscherkern umgebenden Raum. Abstützbolzen, die sich durch Öffnungen in Ansätzen
oder Vorsprüngen an den Mannloch-Flanschen, welche die Blindleitungen am rückwärtigen
Ende des Wärmetauschers abdecken, verlaufen, dienen zur Abstützung dieser Flansche
und Leitungen, während sie eine axiale Ausdehnung der Kernanordnung und der damit
verbundenen inneren Leitungskanäle um mehrere Zentimeter ermöglichen.
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Die Anordnungen nach der Erfindung ergeben vorteilhafterweise eine
Abstützung bei thermischer Isolierung verschiedener Teile eines Wärmetauschers,
der extremen Betriebstemperaturen und einer wiederholten Schaltung zwischen vollen
Betrieb und Abschaltung ausgesetzt ist. Die thermische Isolierung, die durch die
Anordnungen erzielt wird, ist so ausgelegt, daß der zugeordnete Rahmenaufbau unterhalb
einer maximalen Temperatur von etwa 60° C gehalten wird, was innerhalb der zulässigen
Temperaturen für jedes als Rahmenbautel vervendbare metall liegt. Insbesondere dienen
thermische Isolateren nach der Erfindung zur Ubertragung von Abstützbelastungen
von einer heißen Komponente auf die kalte Abstützanordnung. Der Isolator
verringert
den Temperaturanstieg und die Festigkeitsabnahme der Kaltanordnung, die einen Zylinder
niedriger thermischer Leitfahigkeit verwendet, um den Wärmefluß zu begrenzen. Diese
Anordnungen sind in der lage, eine thermische Ausdehnung und eine zu erwartende
Verschiebung der abgestützten heißen Anordnungen relativ zu den zugeordneten Abetützrahmenbauteilen
aufzunehmen.
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Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand
von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht
eines Wärmetauscherkernabschnittes nach der Erfindung, Fig. 2 eine schematische
Darstellung eines Teiles der Anordnung nach Fig. 1 in einem entsprechenden Computermodell,
Fig. 3 eine Kurvendarstellung, die die Metalltemperatur an unter schiedlichen Stellen
in Computermodellen nach Fig. 2 in Abhängigkeit von einer Zeitperiode zeigt, die
auf die Turbinenabschaltung folgt, Fig. 4 eine schematische Darstellung des Kernabschnittes
nach Fig. 1 in Seitenansicht, wobei Innenkanäle nach der Erfindung dargestellt sind,
Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 der Fig. 4, Fig. 6 eine teilweise
herausgebrochene Darstellung eines Teiles der Anordnung nach Fig. 4 in vergrößerter
Darstellung, Fig. 7 eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 der Fig. 6 in vergrößerter
Darstellung, ns. 8 eine Schnittansicht eines Teiles der Anordnung nach Fig. 4 längs
der Linie 8-8, Fig. 9 eine Ansicht eines der Elemente nach Fig. 8 längs der Linie
9-9 der Fig. 4, in vergrößorter Darstellung, Fig. 10 eine schematische Darstellung
einer Hälfte einer speziellen Ausführungsform eines Wärmetauscherkernes mit zugeordneten
Kopplungsbalgen, Fig. 11 eine schematische Darstellung eines außen unter Druck stehenden
Balgens nach der Erfindung, ltg. 12 eine perspektivische Ansicht, teilweise in losionsdarstellung
, einer Wärmetauschereinheit mit verschiedenen Abschnitten nach Fig. 1, Fig. 13
eine Teilansicht eines Teiles der einheit nach Fig. 2, aus der die Befestigung für
den Leitungsflansch zu entnehmen ist,
Fig. 14 eine Schnittansicht
eines Teiles der Anordnung nach Fig. 13 längs der Linie 4-4, Fig. 15 eine Schnittansicht
längs der linie 5-5 der Figur 13, Fig. 16 teilweise in herausgebrochener Darstellung
die Ansicht eines Teiles der Einheit nach Fig. 2, wobei eine Abdichtung zwischen
den Einheiten gezeigt ist, Fig. 17 eine Schnittansicht Illngs der Linie 7-7 der
Fig. 16, Fig. 18 eine teilweise herausgebrochen dargestellte Ansicht eines Teiles
des Wärmetauschers nach Fig. 1 längs der Linie 2-2, Fig. 19 eine Schnittansicht
längs der Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 20 eine Aufsicht auf eines der Elemente nach
der Erfindung, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, Fig. 21 eine Schnittansicht längs
der linie 5-5 der Fig. 20, Fig. 22 eine Teilschnittansicht längs der Linie 6-6 der
Fig. 18, Fig. 23 eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 der Fig. 18, Fig. 24 eine
Teilseitenansicht längs der Linie 8-8 der Fig. 18, Fig. 25 in Explosionsdarstellung
eine perspektivische Teilansicht einer Wärmetauschereinheit nach der Erfindung,
Fig. 26 in perspektivischer Ansicht eine schematische Darstellung einer bestimmten
Ausgestaltung nach d@er Erfindung, Fig. 27 eine Detailansicht eines Bauteiles, das
bei der Anordnung nach Fig. 26 verwendet wird, Fig. 28 eine Schnittansicht längs
der Linie 4-4 der Fig. 26, in Pfeilrichtung gesehen, Fig. 29 eine Schnittansicht
längs der Linie 5-5 der Fig. 26,in Pfeilrichtung gesehen, Fig. 30 eine schematische,
perspektivische Ansicht einer anderen speziellen Ausführungsform der Erfindung,
ähnlich der Ansicht nach Fig. 26,
Fig. 31 eine Detailansicht der
Anordnung nach Fig. 30 längs der Linie 7-7 der Fig. 30, Fig. 32 eine Ansicht eines
Teiles der Anordnung nach Fig. 31, gesehen von der rechten Seite, Fig. 33 teilweise
in Explosionsdarstellung eine perspektivische Ansicht einer Wärmetauschereinheit
nach der Erfindung, ähnlich der Darstellung nach Fig. 25, Fig. 34 eine perspektivische
Ansicht der Wärmetauschereinheit nach Fig. 33 von dem entgegengesetzten Ende aus
gesehen, Fig. 35 eine Schnittansicht eines Teiles des Wärmeatauschermodule nach
den Figuren 33 und 34 einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 36 teilweise in
herausgebrochener Darstellung eine Ansicht längs der Linio 4-4 der Fig. 35, in Pfeilrichtung
gesehen, Fig. 37 eine Schnittansicht eines Teiles der Einheit nach den Figuren 33
und 34, aus der Detail einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hervorgehen,
und Fig. 38 eine Schnittansicht eines anderen Teiles der Einheit nach den Figuren
33 und 34, aus der Details einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ersichtlich
sind.
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Fig. 1 zeigt einen verlötet Regeneratorkern, wie er bei Wärmeaustauschern
der der Erfindung zugrunde liegenden Art verwendet wird. Die Einheit 10 nach Fig.
1 stellt nur einen Abschnitt einer Vielzahl (z.B. sechs) dar, der so ausgelegt ist,
daß er mit anderen zu einer gesamten Wärmetauschereinheit zusammengebaut werden
kann. Der Kernabschnitt/10 besitzt eine Vielzahl von Formplatten 12, die mit Rippen,
5.1. den Luftrippen 14 und den Gasrippen 16 deehsetzt sind, die daiu dienen, die
luft und die Abgase in abwechselnd benachbarten Gegenstromkanälen zur maximalen
Wärmeübertragung zu richten. Seitenplatten 18, die den inneren Platten 12 ähnlich
ausgebildet sind, mit der Ausnahme, daß sie aus dickeren Platten bestehen, sind
auf entgegengesetzten Seiten des Kernabschnittes 10 vorgesehen. In zusammengebautem
und zur Ausbildung einer integralen
Einheit verlötetem Zustand
liegen die Formplatten entsprechende Sammelleitungskanäle 22a und 22b auf entgegengesetzten
Enden des zentrischen Gegenstrom-Wärmetauschabschnittes 20 rest und stehen mit den
Luftkanälen in Verbindung.
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Wie durch die entsprechenden Pfeile in Fig. 1 dargestellt, tritt heißes
Abgas aus einer zugeordneten Turbine in das entfernte Ende des Abschnitts 10 ein,
strömt um den Sammelleitungskanal 22b, dann durch die Gasdruchflußkanäle im zentrischen
Abschnitt 14 und aus den Abschnitt 10 auf der nahen Seite der Fig. 1 aus, wobei
es um die Sammelleitung 22a strömt. Gleichzeitig tritt komprimierte Luft aus dem
Einlaßluftkompressor für die zugeordnete Turbine in den Wrrmetauscherabschnitt 10
über die Sammelleitung 22a ein, strömt durch die inneren Luftdurchflußkanäle, die
mit den Sammelleitungen 22a, 22b verbunden sind, über den zentrischen Wårsetauscherabechnitt
20 und dann aus der Sammelleitung 22b heraus, von wo sie in den Brenner und die
zugeordnete Turbine (nicht dargestellt) gerichtet wird. Bei dem Verfahren gibt das
Abgas eine erhebliche Wärmemenge an die komprimierte Luft ab, die der sugeordneten
Turbine zugeführt wird, wodurch der Wirkungsgrad der Arbeitsweise des regenerierten
Turbinensystems wesentlich verbessert wird.
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Wärmetauscher, die aus Kernabschnitten, z.B. der Einheit 10 nach Fig.
1 bestehen, werden in verschiedenen Größen für regenerierte Gasturbinensysteme im
Bereich von 5.000 bis 100.000 PS verwendet.
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Beim Betrieb eines typischen Systems unter Verwendung eines Regenerations-Wärmeaustauschers
dieser Art tritt Ulgebungsluft durch ein Einlaßfilter ein und wird auf 7 bis 11
kg/m² (100 bis 150 psi) komprimiert und erreicht eine Temperatur von etwa 3500 C
im Kompressorabschnitt der Gasturbine. Die Usgebungsluft wird dann an den Wärmetauscherkern
geleitet, wo die Luft auf etwa 4800 C durch die Abgase ausder Turbine erhitzt wird.
Die erhitzte Luft wird dann in den Brennen- und Turbinenabschnitt der zugeordneten
Maschine über entsprechende Rohrleitungen zurückgeführt. Die Abgase aus der Turbine
haben eine Temperatur von etwa 5900 C und etwa Uisebungcdruck. Die Temperatur der
Abgase fällt auf etwa 3150 C,
wenn sie durch den Kernabschnitt
10 strömen, und die Abgase werden an die Umgebung über einen Auspuffstutzen abgegeben.
Die Wärme, die sonst verloren gehen würde, wird auf die Turbineneinlaßluft übertragen,
wodurch die Menge an Brennstoff, die zum Betrieb der Turbine verbraucht wird, verringert
werden kann. Für eine 30.000 PS-Turbine heizt der Regenerator 5.000 t Luft pro Tag
bei normalem Betrieb.
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Der Regenerator ist so ausgelegt, daß er 120.000 Stunden und 5.000
Zyklen ohne geplante Überholungen in Betrieb ist und eine Lebensdauer von 15 bis
20 Jahren bei konventioneller Arbeitsweise hat. Dies macht erforderlich, daß die
Einrichtung bei Gasturbinenabgasreparaturen von 5900 C zu Arbeiten in der tage ist
und so rasch starten kann wie die zugeordnete Gasturbine, so daß es nicht erforderlich
ist, Brennstoff su vergeuden, um das System bei stabilisierten Betriebstemperaturen
auf Fahrt zu bringen. Bekannte Wärmetauscheranordnungen sind mehr für kontinuierlichen
Betrieb des regenerierten Turbinensystem ausgelegt. Solche Systeme sind somit in
der tage gewesen, den zusätzlichen Zeitaufwand und Brennstoffverbrauch in Kauf zu
nehmen, der erforderlich ist, um einen solchen Wärmetauscher allmählich auf stabilisierte
Betriebetesperaturen zu bringen und die Einheit dann abzukühlen, wenn die Turbine
abgeschaltetwird. Die Vorgänge zum Betrieb von regenerierten Turbinen bei einem
zyklischen Start-Stop-Betrieb machen Jedoch spezelle Anlau£- und Abschaltvorgänge,
die bisher erforderlich waren, um die Beschränkungen des Wärmetauschers zu berücksichtigen,
unnötig.
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Während des Anlaufens und Abschaltens der Turbine müssen Jedoch bestimmte
Regeln erfüllt werden, damit die Beschränkungen des Turbineaufbaus während dieser
Übergangsphasen angepaßt werden. Wenn eine Turbine angelassen wird, wird sie su-erst
auf etwa 20% der Betriebsdrehzahl gebracht; hierbei ist der Brenner abgeschaltet.
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Im Anschluß daran wird nach einem gesteuerten Progr die Turbine allmählich
auf Drehzahl gebracht. Ein ähnliches Programm schließt sich während des Abschaltens
an. Vor Standpunkt des Betriebes des
gesamten regenerierten Turbinensystems
aus ist wichtig, daß der Wärmetauscher in der teige ist, sich den Regeln anzupassen,
die durch die Beschränkungen des Turbinenaufbaus gegeben sind. Hierzu tragen die
Verwendung dünner Formplatten, Rippen und anderer Bauteile bei, aus denen der gelötete
Regeneratorkernabschnitt, z.B.
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die Einheit 10 nach Fig. 1, besteht. Es sind Jedoch bestimmte Teile
des Wärmetauscherkernabschnittes vorhanden, an denen thermische Beanspruchungen
konzentriert sein können oder an denen der Aufbau schwächer ist als an anderen,
und auf diese Teile ist vorliegende Erfindung gerichtet.
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Die Figuren 2 und 3 dienen zur Darstellung der Temperaturen und thermischen
Gradienten, die bei Wärmetauschern der hier beschriebenen Art auftreten. Fig. 2
zeigt ein Knotenpunktsystem, das bei einem speziellen Regenerator-Computermodell
verwendet wird. Dieses stellt einen Teil 30 des Kernabschnittes 10 der Fig. 1 dar.
Da der Kern symmetrisch ist, ist nur eine Hälfte des Kernes im Modell dargestellt.
Der krelsfbrsige Abschnitt 32 ist das heiße Ende der Sammelleitung; die kalte Bemielleitung
wurde nicht ii Modell dargestellt, weil sie kein Bereich möglicher thermischer Ermüdung
ist.
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Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, die dem ausgedruckten Ergebnis
des Rechners für die Temperaturen längs der voll ausgezogenen Linie 34 nach Fig.
2 von der Turbinenabschaltung bis 600 Befunden nach der Abschaltung entspricht.
Die ausgezogene linie 36 in Fig. 3 zeigt Temperaturen längs der ausgezogenen Linie
34 der Fig. 2 für den Zeitpunkt 200 Sekunden nach der Abschaltung, während die Ordinaten
1, 2, 3 und 4 längs der linie 36 den Punkten 1, 2 und 3, 4 längs der linie 34 der
Fig. 2 entsprechen.
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Aufgrund der Konstruktion des Kernabschnittes 10 nach Fig. 1 weisen
Grenzteile längs der Peripherie schwerere,(d.h. dickere) Elemente als die Platten
und Rippenelemente innerhalb des Kernes auf. Dies ist in Fig. 4 in Form der äußeren
Teile 40 der Sammelleitungsabschnitte 22a, 22b und der Seitenschienen 42 zu entnehmen.
Nach vorliegender Erfindung sind spezielle Vorkehrungen vorgenommen worden,
damit
Strömungsmittel auf diese Teile gerichtet werden, damit eine Erwärmung oder Abkühlung
während der Übergangsphasen zwischen einem Betrieb stetigen Zustande und einer Abschaltung
erzielt wird.
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Bei der Herstellung der Wärmetauscherkernabschnitte ist Jede Rohrplatte
12, 18 mit einem Trog- oder Ringteil versehen, das die enteprechendon Sammelleitungsabschnittöffnungen
umgibt, und dieser Teil ist gegenüber der Ebene der Platte versetzt. Dies ergibt
sich aus den Figuren 4 und 5, dn die Ringe 50 die Sammelleitungsöffnungen 22a und
22b in der Platte 12 umgeben. Um eine zusätzliche Festigkeit zu erzielen, sind eine
Vielzahl von Reifen 52 vorgesehen, die die Sammelleitungen 22a, 22b umschließen.
Aufgrund der zusätzlichen Dicke dieser Reifen 52 relativ zu den dünnen Rohrplatten
12 ist in diesem Sammelleitungsaufbau eine thermische Verzögerung vorhanden, inebes.
in den äußeren Teilen 40, die nicht in der Nähe der Luft-und Gasrippen im Ubrigen
Teil des Wärmetauscherkernes liegen. Dies wird bei den Anordnungen nach der Erfindung
dadurch kompensiert, daß ausgewählte Teile der Rings 50a, 50b (Fig. 4) - angedeutet
durch die schraffierten Teile 54a und54b als Luftdurchflußkanäle verwendet werden,
wobei luft in spezieller Weise über Öffnungen 56a, 56b tu und von den Einlaßleitungen
22a, 22b gerichtet wird. Das Anschlußende des schraffierten Teiles 54a steht mit
Luftrippen 60a am Einlaßende in Verbindung, das wiederum mit Luftrippen 62 längs
der Seiten des Wärmetauscherkernes im mittleren Wärmetauschabschnitt in Verbindung
steht. Ähnliche Rippenkanäle 60b nehmen die Luft aus den zentrischen Kanälen 62
und richten sie in den Ringkanal 54b, wo sie zur Auslaßsammelleitung 22b über Öffnungen
56b gerichtet wird.
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In den Ringen 50a, 50b sind verschlüsse 58a und 58b befestigt, die
die Luft durch die zugeordneten, mit Rippen versehenen Kanäle 60 und 62 richten.
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Insbesondere in Fig. 6, die einq nicht zweier Rohrplatten 12', 12''
im Bereich der Sammelleitung 22 darstellt, ist die ober. Rohrplatte 12'' weggebrochen
dargestellt, damit die untere Platte 12', die zugeordneten Luftkanäle 60 und einige
der Luftrippen 14 (vgl.
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Fig. 1) sichtabar werden. Letztere stehen mit der Sammelleitung 22
in Verbindung; der Ring 50, der sich über die Sammelleitungsöffnung 22 erstreckt,
ist so dargestellt, daß er einen Verschluß 58 enthält,
der diesen
Durchgang an der angezeigten Stelle blockiert. Wie in Fig. 7 in j'orm einer Schnittansicht
des Verschlusses 58 gezeigt, weist der Verschlu obere und untere Ansätze 59 auf,
dio in den Ringabschnitten 50 auf entgegengesetzten Seiten der Luttrippe 14 befestigt
und damit verbunden sind. lin Übergangsabschnitt G2 auf der Platte 12' markiert
den Beginn der Öffnung fiir die Hippen 14, die sich durch die Ringabschnitte 50
erstrecken und mit der Sammelleitung 22 in Verbindung stehen. Ein ähnlicher Übergangsteil
64 markiert eine Seite der Öffnung 56. Zwischen den Übergangsteilen 62 und 64 ist
der Ring 5'; des Rohrabschnittes, der die Platten 12', 12" enthält, gegenüber der
Sammelleitung 22 abgedichtet. Ähnliche Übergangsteile 64' und 64'' markieren Begrenzungen
für die Öffnungen 56 zwischen der Sammelleitung 22 und dem Ring 50.
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Während des Anlaufvorganges wird beispielsweise komprimierte Luft
bei erhöhter Temperatur in den Kern über die Einlaßsammelleitung 22a eingefiüirt.
Diese Luft strömt länge der durch die Rippen 14 gebildeten Kanäle in den mittleren
Teil des Kernlos und erhöht die Temperatur des Kernes entsprechend der Temperatur
der Luft. Ein Teil der Luft wird automatisch über die Öffnungen 56 abgeführt, von
wo sie ilber die äußeren Sammelleitungsteile 40 strömt, um diese Teile zu erhitzen,
wenn der mittlere Kernabschnitt erhitzt wird, wodurch die thermischen Gradienten
und die thermische Beanspruchung zwischen den entsprechenden Teilen des Wärmetauscherkernes
begrenzet worden. Wenn die Turbine gezündet wird, nachdem der Kern durch die Hitze
der komprimierten Luft eine erhöhte Temperatur erreicht hat, erhöhen die Abgase
die Temperatur des Kernes weiter auf Betrieb temperaturen bei stetigem Betrieb,
wenn die Temperatur auf Drehzahl gebracht worden ist. Während dieser Anlaufphase
liegen die äußeren Teile der Sammelleitungen in Abgasstrom, so daß sie von dem Abgas
direkt Wärme aufnehmen; es nehmen aber auch die Teile auf der Auslaßsammelleitungsseite
weiter Wärme aus dem fortgesetzten Luftdurchfluß durch die Kanäle 54 auf, da diese
Luft in den Luftkanälen 6O, 62 erhitzt wird. Während der Abschaltphase des Turbinenbetriebes
wird die Turbine auf verringerte Drehzahl gedro«elt und die durch den Wärmetauscher
strömende Luft kilblt ab, und der Durchfluß dieser
Duft durch die
Kanäle 54 am Umfang der Sammelleitung 22 dient z@ur Kühlung der Sammelleitung in
Abhängigkeit von der Temperatur des übrigen Teiles des ärmetauscherkernes.
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Fig. 8 seigt eine Anordnung nach der Erfindung sur Steuerung der Temperatur
der Seitenschienen 42' und 42" während der Ubergangsphasen des Betriebes. Bei dieser
Ansicht längs der Linie 8-8 der Fig. 4 sind eine Seitenplatte 18 und eine Vielzahl
innerer Platten 12 zusammen mit zugeordneten Luftrippen 14 und Gasrippen 16 gezeigt.
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Die Seitenschienen 42' und 42" sind hohl und rohrförmig ausgebildet
und bestehen aus schwererem Metall, damit die gewünschte Abstützung an den Rändern
des Kernabschnittes 10 erzielt wird. Diese Beitenschienen 42' und 42" sind für den
Durchfluß des Turbinenabgases offen und werden somit direkt beheizt. Da diese Seitenschienen
42', 42'' in begrenzter Wärmeaustauschbeziehung zu den Luftrippen 14 stehen, absorbieren
sie Wärme aus den Abgasen erhöhter Temperatur während der Anlaufphase des Betriebes
mit einer größeren Geschwindigkeit entsprechend ihrer größeren Masse und Tendenz
zu thermischer Verzögerung. Somit wird die Geschwindigkeit der Temperaturzunahme
für die Seitenschienen 42', 42" proportional dem inneren Aufbau in den inneren Gasrippen
16 und niftrippen 14 gehalten. Nach der Brfindung werden die entgegengesetzten Endteile
der Seitenschienen 42' im Querschnitt reduziert, damit ein begrenzter, gesteuerter
Durch fluß der Abgase durch diese Seitenschienen erzielt wird. Dies geschiebt vorzugsweise
dadurch, daß die inden, wie in der Schnittansicht des Endes der Seitenschiene 42'
in Fig. 9 gezeigt, gebogen wird. Die oberste Seitenschiene 42' (Fig. 8) in der Nähe
der Seitenplatte 18 ist nicht mit einer solchen Verengung versehen, weil dort zusätzliche
Wärme aus den hindurchströmenden Abgasen erforderlich ist.
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Der gesamte Wiruetauscherkern, der aus sechs Kernzbechnitten 10 hintereinander
besteht, erfährt eine wesentliche Ausdehnung in allen drei Richtungen, axial ausgerichtet
mit den Sammelleitungen 22a, 22b sowie vertikal und horizontal in der seitlichen
Ebene senkrecht zur axialen Richtung, und zwar sowohl aufgrund der erheblichen Größenabmessungen
des Wärmetauschers als auch der
erheblichen Temperaturbereiche,
die beim zyklischen Betrieb des Gesamtsystems auftreten. Die verschiedenen Elemente
des Wärmetauscherkernes werden miteinander in einer Anordnung verlötet, die eine
Unabhängigkeit der inneren Druckkräfte im 3ereich or Rippenverstärkung der unter
Druck stehenden Rohrplatten Le'sährleistet. Die Teile des Wärmetauschers, die nicht
1urcll die innere Rippenkonstruktion verstärkt sind, insbesondere die äußeren oder
Bogenteile der integralen Sammelleitungen, werden durch Lötverbindungen und Verstärkungsfreien
zusammengehalten. Die Lötverbindungen sind verhältnismäßig schwach, wenn sie einer
spannung; ausersetzt werden, obwohl sie verstärkt sind, und es ist erwünscht, eine
Vorbelastungskraft auf die Sammelleitungsteile des Kernes aufzubringen, die zur
Begrezung der maximalen Spannungskräfte dienen können, denen die Sammelleitung während
aller möglichen Bedingungen im Betrieb des Systems ausgesetzt sind. Nach vorliegender
Erfindung wird eine Balgenkopplungsanordnung zwischen der äußeren Luftleitung und
den zugeordneten Sammelleitungen vorgesehen, die die thermische Ausdehnung nicht
nur des Wärmetauscherkernes, sondern des äußeren Befestigungsaufbaues sowie die
Einflüsse der Temperatur- und Druckänderungen in den Kopplungsbauteiken selbst so
aufnimmt, daß die auf den Kern aufgebrachte Belastung durch die Kopplungen innerhalb
annehmbarer Grenzen gesteuert wird.
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Fig. 10 zeigt schematisch eine Hälfte eines Wärmetauscherkernes 130
mit zugeordnetem Kopplungsbalgen 1:2, die mit einer Sammelleitung 134 verbunden
sind, welche sich durch den Wärmetauscherkern 130 erst-reckt, In dieser Fig. 10
ist nur eine Hälfte eines Wärmetauscherkernes und einer Kopplungsanordnung dargestellt,
beispielsweise die Lufteinlaßseite nach Fig. 1, und eine weitere solche Anordnung
mit zwei Balgen 132 ist in Verbindung mit der anderen Hälfte, z.B. der Luftauslaßseite,
vorgesehen.
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Der Balgen 132 auf der linken Seite der Fig. 10 hat einen äußeren
Kanal 136 zur Kopplung mit den zugeordneten Lufteinlaß- oder LuStauslaßleitungen
des Systems. Der rechte Balgen 132 nach aFig. 10 besitzt eine entsprechende Öffnung
138, die durch eine Zugangsöffnung @@
abgedeckt ist, welche mit
dm Endflansch 142 durch entspechende Befestigungsschrauben 144 festgelegt ist. Die
Flansche 142 sind über die gesammte Anordnung durch Spannschlösser angezogen und
diese enthalten die abgeglichenen Druckkräfte, die durch den Innendruck erzeugt
werden, multinliirt; mit der Verbindungsfläche durch den Kern. Diese Spannschlösser
144 erstrecken sich durch die Heißabgaskammern an den Gaseinlaß- und -auslaßenden
des Kernabschnittes 10, wie in Fig. 1 gezeigt, und erfahren deshalb eine ziemlich
starke thermische Längsausdehnung, die bei den Lastabgleich- und Steueranordnungen
der Erfindung in Betraht gezogen werden muß.
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Jeder Balgen 132 weist ferner eine zentrische Leitung 146 auf, die
an ihrem Innen- oder Kernende mit der benachbarten Seitenplatte 18 durch eine Kopplungsvorrichtung
148 verbunden ist, die eine Kupplung 150 und ein inneres, nachgiebiges Abdichtellement
152 aufweist. Am Außenende ist die Leitung 146 über einen wiedereintretenden Teil
154 mit dem Balgenabschnitt 156 verbunden. Der Balgen 132 und seine Bestandteile
sind kreisförmig ausgesteltet und sind in Fig. 10 im Schnitt gezeigt. Das andere,
innere Ende des Balgenabschnittes 156 ist mit dem Aüßeren Gehäuse 158 des Balgens
132 verbunden. Der Bereich zwischen dem Balgenabschnitt und dem Gehäuse 158 steht
mit dem Inneren der Leitung 146 über eine Ringöffnung 160 in Verbindung, wodurch
er mit dem Druck der inneren Luftkanäle des zugeordneten Wärmetauscherkernes aufgeladen
wird, der Einlaßluft an eine zugeordnete Turbine führt; diese Drücke liegen in einem
Bereich von etwa 7 bis 10,5 kg/cm², abhängig von der jeweiligen Turbine, der der
Wärmetauscher zugeordnet ist. Bei der in Fig. 10 dargestellten Anordnung sind die
Balgen 132 auf entgegengesetzten Seiten des Wärmetauscherkernes in bezug auf die
Konstruktionsparameter identisch ausgelegt, um den gewünschten Abgleich der Belastungskröfte
zu erzielen, die durch die Balgen auf den Wärmetauscherkern ein wirken. Die Balgen
132 auf der linken Seite der Fig. 10. int der leitungsseitige Balgen, während der
Balgen 132 auf der rechten Seite der Fig. 10 ein Blindleitungs- oder Zugangsbalgen
ist, der bei der eigentlichen Konstruktion mit einert lösbaren Zugangsabdeckung
140 verschlossen iat, damit ein Zugang zum Inneren des Wärmetauscherkernen für die
Innpektion und Wartung möglich ist.
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Die schematische Darstellung nach Fig. 11 zeigt das Prinzip der Konstruktion
zur Erzielung der baulichen Abmessungen der Balgenbelastungsanordnung. Der Teil
des Balgens 13@, der in Fig. 11 gezeigt ist, kann als Drehfläche angesehen werden,
die bei einer Drehung um die Mittenlinie 16@ die zylindrische Balgenanordnung ergibt.
Die in Fig. 11 gezeigten Elemente sind mit Bezugszeichen gekennzeichnet, die der
Balgenanordnung nach Fig. 10 entsprechen.
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So sind das Gehäuse 158, der Balgenabschnitt 156, die innere Leitung
146, der wiedereintretende Teil 154, die Öffnung 160 für die äußere bruckaufladung
und die äußere Verbindungsleitung 136 gezeigt. Die Ansicht nach Fig. 11 entspricht
dem linken Balgen 132 nach Fig. 10, der Kern befindet sich auf der rechten Seite
nach Fig. 11. Ein Spielgelbild dieser Ansicht entspricht den Blindleitungs- oder
Zugangsbalgen 132 rechts von der Fig. 10.
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Bei den hier beschriebenen Wärmetauschern, bei denen spezielle Anordnungen
nach der Erfindung Anwendung finden, ist der Flansch 142 der Luftleitungsverbindungsseite
starr mit der Kaltrahmenanordnung eines Wärmetauschers (nicht gezeigt) verbunden.
Die thermische Ausdehnung der Spannschlösser 144, die während des Betriebes des
Wärmetauschors auftritt, erzeugt somit eine axiale Verschiebung nach reciitn, d.h.
eine Verschiebung der Kern- und Balgenkopplungsbauteile nach rechts in bezug auf
den linken Flansch 142, die in der Lage sind, einer solchen Verschiebung zu folgen.
Der Balgenabschnitt 156 wird zu Beginn unter Spannung gesetzt, was bedeutet, daß
eine entsprechende Kompressionskraft auf den Kern durch den wiedereintretenden Teil
154 und die Vorankerung des Balgenabschnittes 156 aufgegeben wird, wie zwischen
dem rechten Gehäuse 158 und der Endfelleitung 146 dargestellt. Die axiale Kraft,
die zwischen entgegengesetzten Flanschen 142 aufgebracht wird, ist eine Funktion
des Betrieb druckes und der Verbindungsfläche entsprechend dem Innendurchmesser,
der das Doppelte der Radiuslänge A ist, und wird rnanchnial als Abblasbelastung
bezeichnet. Die effektive Belastung am Kern, die dem Balgen 132 aufgegeben wird,
und die sich aus der Druckaufladung des Systems ergibt, entspricht dem Produkt des
Druckes multipliziert
mit der Ringsfläche der Balgen; diese Fläche
kann durch Berechnung der Fläche entsprechend der Radiuslänge B und durch Subtrahieren
der Verbindungsfläche entsprechend der Radiuslänge A festgestellt werden. Die effektive
Ringfläche kann dadurch verandert werden, daß die Höhe der Windungen des Balgenabschnittesl56
verändert wird.
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Die Höhe der Windungen des Balgenabschnittes 156 und damit die ertektive
Ringfläche wird so ausgewählt, daß die axiale Druckbelastung festgestellt wird,
die dem Kern aufgegeben wird, und wird vorsugoweise so gewählt, daß der Kern unter
allen Betriebsbedingungen unter Kompression gesetzt wird, oder mindestens, um zu
gewährleisten, daß eine Spannungsbelastung auf den Kern an irgendeiner Stelle um
den Umfang der Sammelleitung nicht die maximale Spannungskapazität dieser bestimnten
Stelle bei einem beliebigen Betriebszustand des Systems übersteigt.
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Die Belastung auf den Kern aus den Balgen 432 in Anordnungen nach
der Erfindung besteht aus drei zusammenwirkenden Faktoren. Der maßgebliche Faktor
ist die Druckbelastung, die sich aus dem Produkt der Einfläche multipliziert ruit
dem vorhandenen Luftdruck ergibt.
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Dies stellt etwa 80 bis 90% der Belastung dar. Der zweiteFaktor ist
die axiale Ausdehnung der Balgen aufgrund der relativen thermischen Expansion, wenn
der Balgen zusammen mit dem übrigen Teil der heißen Anordnung erhitzt wird. Dies
trägt etwa 5% zur Gesamtbelastung bei.
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Schließlich ergibt sich ein Lastfaktor aus der seitlichen Bewegung
aufgrund der thermischen Ausdehnung des Kernes in seitlicher Richtung. Dies ergibt
ein Biegemoment auf den Kern, das um eine diametrale Achse der benachbarten Sammelleitung
bestimmt wird, welche im Winkel von etwa 450 zu den senkrechten Durchmessern der
Sammelleitung in der seitlichen Ebene orientiert ist (d.h. der Ebene der Kernplatten).
Dieses Biegemoment tragt etwa 10 bis 15% der Kernbelastung bei, die von den Balgen
erzeugt wird, und kann als positive (kompressive) Belastung auf einer Seite und
als negative (Spannungs-) Belastung auf der anderen Seite angesehen werden.
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Die Balgen sind in einem vorbelasteten Zustand eingebaut. Es wird
eine geringe axiale Kompressionsbelastung auf den Kern aufgebracht, die sich aus
dem Balgenabschnitt ergibt, der unter geringer Spannung gehalten wird. Ferner ist
die Achse des Balgens etwas im Winkel in bezug auf die Achse der Sammelleitung geneigt,
wobei die Richtung des Winkels gegen die Richtung der seitlichen Ausdehnung des
Kernes verläuft. Wenn der Kern somit aufgrund der thermischen Ausdehnung sich seitlich
streckt, wird der relative Winkel auf Null verringert und nimmt dann in der entgegensetzten
Richtung zu, so daß die seitliche Lastkomponente von positiv nach negativ geht.
Dies trägt vorteilhafterweise dazu bei, die Seitenkräfte zu reduzieren, die notwendigerweise
dem Kern durch die Balgen aufgegeben werden, und erhöht auch die Ermüdungslebensdauer
der Balgen. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß das zyklische Betrieben des Wärmetauschers
im Start-Stop-Betrieb eine wechselnde seitliche Belastung zwischen den Balgen und
dem Kern erzeugt, anstatt Änderungen in der Größe einer in einer Richtung verlaufenden
seitlichen Belastung, die in der Amplitude an der oberen Begrenzung größer wäre.
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In eingebauten Zustand steht der Balgenabschnitt 156 unter geringer
Spannung; diese Spannung führt eine Kompressionsbelastung in den Kern ein. Wenn
die seitliche Vorbelastung aufgegeben wird, kann eine Versetzung der axialen Kompressionsbelastung
länge eines Teils des Umfangs der Sammelleitung auftreten, die eine geringe Mutzspannung
im Kern länge dieses Teiles ergibt. W@ Wenn Turbine und Verdichter angelassen werden,
beginnt sich ein Druck in den Luftkanälen aufzubauen und wird auf die Ausßenseite
des Balgenabschnite tes 156 aufggeben. Dies bewirkt, daß der Balgen seitlich schrumpft
und die Kompressionsbelastung auf den Kern zunimmt. Dem wird in geringen Umfange
aufgrund der axialen Streckung der Balgen entgegengewirkt und eine Komponente in
der entgegengesetzten Richtung zu der durch die Druckaufladung erzielten erzeugt.
Wird ein Anlaufschema fortgesetzt, webei der Brenner gezündet und die Turbine auf
volle Betriebsbedigung entsprechend dem Steuerprogramm gebracht ist, nimmt die Kopplungsanordnung
für die entgegengesetzten Balgen die thermische Streckung des Kernes und anderer
erhitzter
Bestandteile in der Lastaufnahmeschleife auf, während die inneren Druckkräfte abgeglichen
werden und die Belastungen auf f den Kern in annehmbaren Grenzen gehalten werden.
Wird die Turbine abgeschaltet, folgt der Druck in etwa der Temperatur, so daß die
aufgegebenen Belastungen innerhalb der Konstruktionsgrenzen des Kernes verändert
werden, wie dies bei der Auslegung der Balgen festgelegt wird.
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Eine Methode, um von außen unter Druck gesetzte Balgen zur Verwendung
in Anordnungen nach der Erfindung auszulegen, sicht die Bestimmung aller Kräfte
um die Lastaufnahmeschleife einschließlich des Kernes, der Balgen, der Endflansche
und der Spannschlösser für alle vorweggenommenen Betriebsphasen vom Anlauf bis sun
Abschalten vor. Die mittlere Ringfläche der Balgen wird dann so gewillt, daß die
entsprechende Druckkraft erzeugt wird, die die Kompressionskraft auf den Kern innerhalb
annehmbarer Grenzen hält. Ferner sind während des Einbaues die Balgen und der Kern
relativ#ueinander mit einer vorgewählten axialen und seitlichen Vorbelastung befestigt,
damit Änderungen in den baulichen Dimensionen, die während des Betriebes auftreten,
berücksichtig werden können.
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Zur Bestimmung der Jeweiligen Konstruktionsparameter für die Balgen
werden die Werte der Belastung aufgrund des Druckes, der axialen Ausdehnung und
der seitlichen Bewegung algebraisch für alle vorweggenommenen Zustände addiert,
und es werden die maximale Kompression und die maximale Spannung, die auftreten
können, unabhängig davon, wie der Kern und der zugeordnete Aufbau sich bewegen,
berechnet. Die Umwindungshöhe des Balgenabschnittes 56 und damit die mittlere Ringfläche
wird dann so gevählt, daß gewährleistet ist, daß die le Kompressionsbelastung und
die maximale Spannung am Kern, die damit berechnet wird, innerhalb annehmbarer Grensen
für die Kernkonstruktion liegen.
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Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wurde eine Balgenkopplungsanordnung
in Verbindung mit einen Wärmetauscherkern in einem System nach den Figuren 10 und
11 mit folgenden Konstruktionsparametern verwendet:
Zykluslebensdauer
5.000 Zyklen Konstruktionsdruck 155 psig Konstruktionstemperatur 540° C Axiale Verlängerungsbewegung
5 cm Axiale Kompressionsbewegung 3,5 cm Seitliche Auslenkung + 0,68 cm Winkeldrehung
0° Axiale Rate 500 lbs/inch (100 kg/cm) Seitliche Rate 2.000 lbs/inch (400 kg/cm)
Dimension A (Fig. 11) 30 cm Dimension B (Fig. 11) 35 cn Länge der Balgen (Gesamtlänge
- Fig. 11) 63,5 cm Balgenabschnitt 33 cm Die Konstruktionsparameter wurden in einem
Balken mit einer effektiven Ringfläche von 565,36 inch² (3.047,7 cm²) erzeugt.
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Die Darstellung nach Fig. 12 neigt sechs Einheiten bzw. Abschnitte
10 (einen Sechser-Pack), die mit den zugeordneten Bauteilen zu einem einzigen Wärmetauschermodul
20 zusammengebaut sind. Diese Module können ihrerseits wieder in Parallelschaltung
angeordnet sein, damit sie dem Regenerier-Anforderungen der Gasturbinen über einen
wesentlichen Bereich von Größenabmessungen und Nennleistungen entsprechen.
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Umgebungsluft tritt durch ein Einlaßfilter ein und wird im Vordichterabschnitt
der Gasturbine verdichtet. Sie wird dann in den Regenerator über den Einlaßflansch
22a und die Einlaßleitung 24a geleitet. Im Regeneratormodul 20 wird die Luft auf
etwa 480° C erhitzt. Die Turbinenabgase werden über den Regenerator 20 geführt,
wie durch die Pfeile "Gas ein" und "Gas aus" (die Leitung ist nicht gezeigt) angegeben
ist, wo die Verlustwärme der Abgase zum Aufheizen der Luft übertragen wird. Aufgand
des extrem großen Temperaturbereiches, im welchem gearbeitet wird, und aufgrund
der
erheblichen Größenabmessungen der Wärmetauschereinheiten tritt
eine starke thermische Ausdehnung in allen drei Dimensionen auf.
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Beispielsweise betragen die Gesamtdimensionen für den Modul nach Fig.
12 bei einer bestimmten Ausführungsform 5,1 1 in der Breite, 3,6 u in der länge
(in Richtung des Gasflusses) und 2,25 m in der Höhe. Der Kernabschnitt nach Fig.
1 beträgt etwa 0,6 m in der Breite (minimale Abmessung). Die Konstruktion des Moduls
20 aus einer Vielzahl von Abschnitten 10 gewährleistet eine Beschränkung der sich
addierenden thermischen Ausdehnung der Sammelleitungsteile in der Breitenabmessung.
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Ein einziger Abschnitt 10 expandiert in allen drei Dimensionen, wenn
er erhitzt wird. Diese Änderungen der Richtung des Kernes müssen in bezug auf den
Rahmen 126 aufgenommen werden, der einen starren Aufbau hat. Wenn die Kernabschnitte
miteinander oder mit einer zugeordneten Leitungsanordnung verbunden werden, sind
Abdichtungen iiir die luftkanäle erforderlich, die quer zu den Kernplatten verlaufen.
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Die Figuren 13 bis 15 zeigen spezielle Ausgestaltungen nach der Erfindung
sur Kopplung zwischen den Leitungen 224a, 224b Fig 12) und der Endplatte 228 des
Kernabschnittes 210a. Änliche Anordnungen werden zur Kopplung der Blindleitungen
am entgegengesetzten Ende des Moduls 20 verwendet, die mit Zugangsöffnungen versehen
sind, damit ein einfacher Zugang zum für Inspektions-, Wartungs-und dergl. Zwecke
möglich ist.
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In den Figuren 13-15 ist eine Leitung 224 mit eine Leitungsflansch
232 versehen, der beispielsweise durch Schweißen oder Löten bei 234 befestigt ist.
An der Umfangsfläche des Flansches 232 sind eine Vielzahl vom radial ausgerichteten
Schlitzen, z.B. 236 vorgesehen, die einen Eingriff des Flansches durch entsprechende
T-förmige Klammern 38 ermöglichen, welche beispielsweise mit der Wärmetauscherend@platte
228 verschweißt sind. Dieser Kopplung ist, wie in Fig. 14 gezeigt, eine flexible
Blasendurch 240 zugeordnet, die beispielsweise bei 242 mit dem benachbarten Ende
der Leitung 224 und dem
Rand der Wärmetauscherendplatte 228 befestigt
ist, welche die Öffnung der Samielleitung 22 (Fig. 1) festlegt. Das Abdichtbauteil
240 ist eine in Umfangsrichtung U-förmige Blase oder Membran, die vollständig um
den Luftkanal herum verläuft, der die Verbindung der Leitung 224 und der Sammelleitung
22 enthalt, und dient zur Erzielung einer strömungsmitteldichten Abdichtung an dieser
Verbindungsstelle. Die Abdichtung 42 nach Fig. 14 ermöglicht eine relative änderung
der Dimensionen zwischen den Teilen, die sie verbindet - das Ende der Leitung 224
und den ßammelleitungs abschnitt der Endplatte 228 - so daß bauliche Fehler behoben
werden, die sich aus einer starren Verbindung ergeben würden. Gleichzeitig ermöglicht
die Befestigungsanordnung, die die Klammern 238 und den Leitungsflansch 232 aufweist,
eine Relativbewegung in einer radialen Richtung, die sich aus den Unterschieden
in der thermischen Ausdehnung zwischen der Leitung 224 und der Endplatte 228 ergibt,
ihren sie gleichzeitig dazu dient, eine Endbelastung und eine Drehmomentbelastung
zwischen der Leitung und der Endplatte zu übertragen. Aus Fig. 12 ergibt sich, daß
die Leitungen 224 mit Balgenabschnitten 225 versehen sind, damit sie eine relative
thermische Ausdehnung des Kernes in bezug auf das äußere Gehäuse aufnehmen und die
Leitungsbelastungen, die dem Kern aufgegeben werden, steuern. Dies ermöglicht eine
starre Kopplung an den Leitungsflanschen 232.
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Wie in Fig. 15 dargestellt, ist die Unterseite der T-förmigen Klammer
238 von den benachbarten Flächen des Leitungsflansches 232 geringfügig versetzt.
Zur Abstand kann etwa 0,05 bis 0,075 mm betragen und reicht aus, um eine radiale
Verschiebung des Flansches 232 in bezug auf die Kernendplatte 228 aufzunehmen, während
axiale Belastungen nrisoben der Leitung und dem Kern übertragen werden.
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Die Figuren 16 und 17 zeigen die Verwendung eines Abdichtbauteiles
250 zwischen den Sammelleitungsteilen benachbarter Kernabschnitte des Wärmetauschers.
In Fig. 16 sind die Kernabschnitte mit 210' und 210'', sowie im weggebrochenen Teil
die Sammelleitungsteile mit 212'und 212" dargestellt. Die Abdichtung 250, die eine
in Umfangsrichtung angeordnete U-förmige Blase oder Membran, vorzugsweise
aus
korrosionsbeständigem Stahl ähnlich der Richtung 240 nach Pig, 14 ist, ist mit den
Enden an den Endplatten der Kernabschnitte 210', 210'' am Umfang der entsprechenden
Anschlußteile der Sammelleitung 212', 212'' befestigt, s.B. verschweißt. Als Teil
der geschweißten Verbindung sind Verstärkungsscheiben 252 vorgesehen. Dies sind
Umfangsbauteile, die sich um die Sammelleitungsöffnung innerhalb der Blase der Dichtung
250 erstrecken.
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Fig. 17 zeigt im Detail Teile der inneren Rohrplatten 254, die Öffnungen
besitzen, welche die Sammelleitung 212 festlegen, mit äußeren Verstärkungsbauteilen
256, die eine Verstärkung für die Rohrplatten-Lötverbindungen um die Sammelleitungsöffnung
ergeben.
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Abstandsschienen 258 (Fig. lG) sind zwischen benachbarten Kernabschnitten
212, 212" verlötet, ausgenommen an den Ende des Wärmetauscherkernes, wo die ßa:nelleitungsteile
positioniert sind.
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Diese Schienen 258 dienen zum Befestigen benachbarter Kernabschnitte
miteinander, damit eine seitliche Ausdehnung gleichförmig in allen Abschnitten erfolgt,
die ein bestimmtes Kernmodul ergeben. Die Sammelleitungsteile des Wärmetauschers
sind Jedoch nicht so festgelegt; durch Aus lenken sind die Sammelleitungsteile in
der Lage, eine axiale thermische Ausdehnung auszuführen, die auf einen einzigen
Kernabschnitt begrenzt ist und die nicht auf den nächsten übertragen wird. Wegen
unterschiedlicher Temperaturen, die in den Sammelleitungsteilen in bezug auf den
übrigen Teil des Kernes auftreten können, insbesondere während der Übergangsphasen,
die beim Anlaufen und Abschalten des Systems auftreten, turen die Unterschiede in
der thermischen Ausdehnung eine starke Deformation des Kernes bewirken, wenn der
Kern nicht in Abschnitte unterteilt wäre.
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Solche Unterschiede in der axialen thermischen Ausdehnung der Sasmelleitungsteile
werden von den flexiblen Blasendichtungen,z.B.
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der Dichtung 250, aufgenommen, die zwischen benachbarten Kernabschnitten
verschweißt sind. Die Abdichtung 250 hat die gleiche Funktion, wie für die Dichtung
240 nach Pig. 14 beschrieben; sie ermöglich eine relative Axial- oder Longitudinalbewegung
zwischen den benachbarten Endplatten der x rnabcchnitto 210', 210", während sich
eine druckdichte Abdichtung von einen Sammelleitungsteil 212'
zum
nächsten 212'' ergibt. Der epezielle Zweck ist Jedoch eiu anderer, da die Notwendigkeit
für die ausdehnbare Dichtung 250 an dieser otelle darin besteht, daß der Gesamtmodul
23 Fig 12) aus Reihen von einselnen Abschnitten, wie z.B. dem Kernabschnitt 10 nach
Sig. 1 aufgebaut ist. Durch eine solche Aufteilung des Gesamtkernes in Abschnitte
wird der Betrag für die sich addierende thermische Ausdehnung in der größeren Dimension
des Moduls begrenzt und in erträglichen Grenzen gehalten. So wird eine Ausdehnung
des Kernabschnittes 212' nicht auf den Kernabschnitt 212'' (und umgekehrt) übertragen,
sondern von dem flexiblen U-förmigen Abdichtbauteil 250 zwischen den Kernabschnitt-Sammelleitungsteilen
absorbiert.
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Es lassen sich entsprechende Verbindungen und Kopplungen zwischen
benachbarten Bauabschnitten erzielen, die beim Betrieb des wesantsystems nderungen
in der Dimension erfahren, die sich von einem Element zum nächsten unterscheiden.
Im Falle der Kernkopplung von Leitung zu Leitung nach den Figuren 13 bis 15 werden
die Leitungs-und Wärmetauscher-Beanspruchungen, die sich aus der Befestigung ergeben,
vernachlässigbar, während gleichzeitig die gewünschte etrömungsmitteldichte Abdichtung
an der Grenzfläche zwischen Leitung und Wärmetauscher aufgebaut wird. Bei dem Beispiel
nach den Figuren 16 und 17 wird die erhebliche thermische Ausdehnung der Sammelleitungsteile
der benachbarten Kernabschnitte 10 in Hinblick aufeinwander durch die Abdichtungen
250 absorbiert.
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Fig. 18 stellt eine Ansicht längs der Schnittlinie 2-2 der Fig. 1
dar und zeigt einen Teil der Sammelleitung 22b und des benachbarten Kernaufbaus.
Obgleich dies als Darstellung eines Teiles der Luftauslaßsammelleitung 22b gezeigt
ist, ist der Kernabschnitt 10 nach Fig. 1 symetrisch mit der Ausnahme des geringen
Unterschiedes in der Größenabmessung zwischen den Sammelleitungen 22a und 22b, und
deshalb kann die Ansicht nach Fig. 18 einen Teil des Kernabschnittes 10 an den Lufteinlaß-Sammelleitung
22a darstellen.
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In Fig. 18 ist die Seitenplatte 318 teilweise weggebrochen dargestellt,
um einem Verstärkungsreifen 330 zu zei@gen, der seinerseits teilweise weggebrochen
gezeichnet ist, um einen flachen Bügel 332 zu zeigen, der sich von dem Bereich des
Reifens 330 längs des Randteiles des Kernabschnittes 10 in die Nähe des zentrischen
Gegenstrom-Wärmetauschabschnittes erstreckt. Der Bügel 332 verläuft länge des Bereiches
der Gaseinlaß- oder Gasauslaßkanäle.
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Fig. 19 zeigt eine Schnittansicht eines Teiles des Wärmetauscher-Sammelleitungsabschnittes
längs der Linie 3-3 der Fig. 18. Hierbei sind die Seitenplatte 18, e.in äußerer
seifen 330 und ein Paar innerer Reifen 334 in einor Verstärkungsposition relativ
zu den inneren Platten 12 befestigt gezeigt. Die inneren Platten 12 sind mit Umfangsflanschteilen
735 ausgebildet, die teilweise die oammelleitungsöffnung 22b umschließen. Jede innere
Platte 12 ist mit einem versetzten Ringteil ausgebildet, das als Abschnitt 338 in
Form eines Troges oder eines U gezeigt ist, dessen Basen 339 miteinander abdichtend
verlötet sind. Die Reifen 330 und 334 erstrecken sich über die Verwindungsebene
zwischen den Basisteilen 339 und sind mit den benachbarten Flächen der Rohrplatten
12 und 18 verlötet; sie dienen zur Verstärkung der Sammelleitungsanordnung gen Bruch
der Basisteilverbindungen.
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Ein solcher Reifen 340 ist in vig. 20 gezeigt. Der Reifen 340 ste@@l
entweder einen inneren Reifen 334 oder einen äußeren Reifen 330 dar. Er ist in Aufsicht
kreisförmig, im Querschnitt etwa U-förmig, und verläuft vollständig um die Öffnung
der Sammelleitung 22, wie in Fig. 19 gezeigt. ihrer innere Teil in der Nahe des
mittleren Wärmetauschteiles des Kernes 10 (Fig. 1) hat eine verringerte Dickenabmessung
(d.h. in der Richtung senkrecht zu dem U-förmigen Querschnitt) in bezug auf den
äuBeren Teil, und zwar über etwasmehr als die Hälfte des Umfangs des Reifens, und
ist mit zwei symmetrisch angeordneten Übergangsabschnitten versehen, an denen die
Dickenänderung erfolgt. Ein solcher Abschnitt für einen äußeren Reifen 330 ist in
Sig. 21 dargestellt, die eine Schnittansicht längs der
Linie 5-5
der Fig. 20 ist. Fig. 22 zeigt eine entsprechende Ansicht eines Übergangsteiles
eines inneren Reifens 334.
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Wie für den Übergangsteil des flußeren Reifens 330 nach Fig. 21 dargestellt,
ist die obere Seite 344 eben ausgebildet, während die Übergangsänderung in der Dicke
in der unteren Seite 346 vortenosmen ist. Beim inneren Reiren 334 (Fig. 22) sind
die oberen und unteren Seiten 348 beide mit symmetrischen Übergangs- oder Winkelteilen
versehen, die die Dicke des Reifens an Stellen 350 (Fig. 20) ändern.
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Wie in Fig. 22 dargestellt, dienen diese Ubergangsteile mit verringerter
Dicke des Reifens 330 oder 334 zur Aufnahme eines Endes des Bügels 332, der am äußersten
Ende 352 abgeschrägt oder versonst ist, damit er dem Übergangsteil angepaßt wird.
Wenn der Reifen 350 sich um die Sammelleitungsöffnung 2?b an der Kontaktfläche mit
benachbarten Bügeln 332 vorbei fortsetzt, dient der Abstand zwischen benachbarten
Reifenteilen verringert er Dicko zur Aufnahme der Luftrippen 14 (Fig. 1), die sich
zwischen den Reifen 330, 334 in Luftkanälen erstrecken, welche mit den Sammelleitungen
22a, 22b in Verbindung stehen.
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Die Bügel332 ergeben den gewünschten Abstand zwischen benachbarten
Gasrippen und eine Verstärkung der verlötet Flansche der Rohrplatten im Bereich
zwischen den Reifen 330, 334 und den Seitenschienen, die die Ränder des Wärmetauscherabschnittes
12 i@ mittleren Gegenstromabschnitt festlegen. Dies ist in den Figuren 23 und 24
dargestellt, die die Lage der BUgel 332 zu den Gaerlppen 354, der Rohrplatten 12,
die die Luftrippen 14 enthalten, und den Seitenschienen 356, 358 zeigen. Da die
beiden Bügel 332 auf entgegengesetzten Seiten der flansche der Rohrplatten 12 in
einem Bereich angeordnet sind, in welchem diese Flansche aneinanderanliegen, während
die luftrippen 14 zwischen den Rohrplatten in einem Bereich vorgesehen ist, in welchem
die Rohrplatten versetzt sind, ergibt sich, daß die Bügel 332 zusammen dem Luftrippenelement
14 in der Dicke entsprechen und Jeder Bügel 332 einer Hälfte der Dicke der Luftrippe
15 entspricht.
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Mit 355 ist das Lötmaterial bezeichnet, das die benachbarten Elemente
miteinander verbindet. Jede Seitenachiene 356 oder 358 ist an seinem Endteil ausgeschnitten
und ergibt einen Raum zur Aufnabie der Enden 360 des Bügels 332. Die äußere Seitenschiene
55 ist nur auf einer Seite ausgeschnitten, da die äußere Fläche 362 in der Nähe
der äußeren Platte 18 kontinuierlich ist. Die inneren Seitenschienen 358 sind auf
beiden Seiten ausgeschnitten, um ent8prechende Enden 360 von Bügeln 332 auf beiden
Seiten dieser Seitenschienen aufnehmen zu können. Die Bügel 332 sind somit baulich
mit dem benachbarten Verstärkungsaufbau des Wärmetauscherkernes an den entgegengesetzten
Seiten der Bügel 332 verankert. Die Enden 360 kommen mit den sich überlappenden,
ausgeschnittenen Enden der Seitenschienen 356, 358 in Eingriff, wie in Fig. 24 gezeigt.
Die entgegengesetzten Enden 352 (Fig. 22) sind durch einen Teil verringerter Dicke
von benachbarten Reifen, z.B. 334, überlappt. In jedem Falle sind diese überlappenden
Teile von Enden der Bügel 332 mit den Seitenechienen 356, 358 und den Reifen 330,
334 zu einer starren Verstärkungsanordnung verlötet, um die gewünschte Verstärkung
und Ausbildung der luftkanäle zwischen den Rohrplatten 12 und den Bereich der Bügel
332 zu erreichen. Die entsprechende Verstärkung der jeweiligen Sammelleitungsabschnitte
22 wird durch die Stützanordnungen der Reifen 330, 334 erzielt, die mit den Rohrplatten
12 und den Seitenplatten 18 verlötet sind. Die Bügel 332 dienen auch zur Verstärkung
der Sammelleitungsabschnitte gegen Deformation aufgrund einer thermischen Expansion,
da die äußeren ein der Sammelleitungen, die die Gestalt eines Bogens haben, eine
stärkere Tendenz zur thermischen Deformation haben als die inneren Teile, an denen
die Rippen eine Abstützung ergeben.
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Ein Wärmetauscherkernabschnitt 10 wird durch Stapeln der verschiedenen
inneren Platten 12, Luftrippen 14 und Gasrippen 16 in sich wiederholender Folge
mit den inneren Reiten 334, den Bügeln 332 und den inneren Seitenschienen 358 zwischen
den lußeren Platten 18, den äußeren Reifen 330 und den äußeren Seitenschienen 356
zusammengebaut und anschließend wird die gesamte Anordnung ru einer starren integralen
Einheit verlötet. Jede außer Platte 18 wird beispielsweise durch Stanzen aus einer
ebenen Platte mit einem
nach innen versetzten Ringteil, der jede
Sammelleitungsöffnun-g um;ibt, hergestellt. Die inneren Platten 12 werden aus ebenen
Platten mit U-förmigen Ringteilen, die die Sammelleitungsöffnungen umgeben, gebildet
und aus er Ebene der Platte in einer ersten Richtung versetzt. Die Ringteile sowohl
der inneren als nuch der äußeren Platten werden etwa um die Hälfte der Dicke der
Gasrippen versetzt. Die inneren Platten 12 sind ferner mit Flanschen versehen, die
längs ihrer entgegengesetzten Enden und um die äußeren Teile der Sammelleitungsöffnungen
außerhalb der Ringteile verlaufen. Die Flansche sind umgekehrt gegenüber den Ringteilen
versetzt, d.h. in einer Richtung von ier Ebene der Platte entgegengesetzt zu der
der U-förmigen Ringteile - und zwar um etwa die iialfte der Dicke der Luftrippen.
Jedes sich wiederholende Segment des Wärmetauscherkernes weist ein Paar von Rohrplatten
auf, die Rücken an Rücken miteinander mit zugeordneten Luftrippen, Gasrippen, Reifen,
Bügeln und Seitenschienen angeordnet sind, wobei die Flansche einander benachba-t
und die u-förmigen Ringteile entgegengesetzt angeordnet sind.
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Beim Zusammenbau der Wärmetauscherbestandteile wird zuerst eine äußere
Platte 18 mit ihren versetzten Teilen nach aufwärts erichtet aufgelegt. Über jede
Sammelleitungöffnung in der äußeren Platte wird dann ein äußerer Ring gesetzt, und
eine Schicht aus Gasrippen und äußeren Seitenschienen wird in der in den Figuren
19, 23 und 24 dargestellten Weise, jedoch umgekehrt, aufgale;t. Bügel 332 werden
gegen die äußeren Reifen 73\1 und Seitenschienen356 gelegt und verlaufen länge benachbarter
Teile der Gasrippen 354. Eine innere Platte 12 wird dann mit der Ringteilseite nach
unten aufgelegt und liegt genen den versetzten Teil der inneren Platte mit der Flanschseite
nach oben. Sodann wird eine Schicht aus Luftrippen 14 dariiber gesetzt und anschließend
daran eine weitere innere Platte 12 auf die Oberseite der Anordnung aufgelegt, Jedoch
in bezug auf die Stellung der vorher nurgesetzten inneren Platte 12 umgekehrt, so
das die Flansche mit den Flanschen der benachbarten Platte in Anlage kommen. Als
nächstes wird eine Lagegasrippen, innere Reifen, Randbügel und
innere
Seitenschienen aufgesetzt und daran schließt sich die nächste innere Platte des
nächsten Segmentes an, und so weiter, wobei die Folge solange wiederholt wird, bis
die Anordnung vollständig ist und die äußeren Ringe, Seitenschienen und Platte auf
der Oberseite aufgelegt sind, damit die Stapelanordnung abgeschlossen wir 1. Die
Anordnung wird dann in einen tötofen gesetzt, wo die gesamte Anordnung als vollständige
Einheit verlötet wird, wobei ein Lötmittel vor dem Zusammenbau auf alle benachbarten
Oberflächen aufgebracht wurde, die verlötet werden sollen. Während des Zusammenbaues
werden die verschiedenen Bauteile an Ort und Stelle durch Punktschweißen festgelegt.
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Die Darstellung nach Fig. 25 entspricht der nach Fig. 12. Die Wärmetauscher
werden aus Platten und Rippen aufgebaut, die in Sandwich-Bauweise zusammengefügt
und miteinander zur Ausbildung der Kernabschnitt- verlötet werden. Solche Kernabschnitte
410 sind in Gruppen von sechs (wie in Fig. 25 gezeigt) zur Bildung eines Kernes
412 zusammengebaut, der zusammen mit den zugehörigen Vorrichtungen einen einzigen
Wärmetauschermodul 2a darstellt.
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Ein einzelner Modul 20 wird vorzugsweise mit einem anderen Modul zu
einem Regenerntor verbunden. rs können eine Vielzahl von Regeneratoren verwendet
werden, um ein vollständiges Wärmetauschersystem der gewünschten leistunrt zu erzielen.
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In Fig. 26 ist der Wärmetauscherkern 412 an zwei Paaren von Wertträgern
414 und 416 abgestützt, die miteinander durch Ankerplatten 415 und 417 verankert
sind. Die Träger 414, 416 sind an einem Ende mit dem vorderen Rahmenaufbau 419 (Fig.
25) verbunden und in Längsrichtung festgelegt, jedoch mit Hilfe von Schlitzen an
dem hinteren Rahmenaufbau 418 befestigt, damit eine thermische Ausdehnung in der
Breitendimension möglich ist.
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Das erste Paar von Hauptquerträgern (oder Kaltstützträgern) 414 nimmt
iibor einen Drehzapfen 423 schwenkbar einen ersten Abgleich träger 42'; auf, von
welchem zwei flexible Inconel-Bügel 4,, ausgehen, welche über Zapfen 428 mit dem
Abgleichträger 424 verbunden sind.
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Das zweite Paar von Hauptquerträgern (oder heißen Stützträgern) 416
nimmt über Drehzapfen 432 ein Paar von Abgleichträgern 434 auf. Ein Paar von flexiblen
Inconel-Bügeln 436 ist mit dem zugeordneten Abgleichträger 434 mittels Zapfenverbindungen
438 befestigt. Jeder der Inconel-13ügel 42t, und 436 verläuft nach abwärts durch
einen schmalen spalt zwischen benachbarten Kernabschnitten 410 zu zugeordneten Stützpuffern
440. Wie in Fig. 27 dargestellt, weist der Stützpuffer 440 ein Gießteil 42 auf,
das einen Lrehzapfen 444 zur Befestigung mit dem Bügel 426 oder 436 besitzt.
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Ein Isolierstreifen 446 ist am oberen Ende des Stützpuffers 440 befestigt
und die benachbarten Kernabschnitte 410 legen sich gegn diesen Isolierstreifen 446.
Der Gießteil 442 und der Strei-£en 446 bilden einen schlitz 447 zur Aufnahme des
unteren Endes des flexiblen Bügels 426 oder 436 zur Befestigung über den Drehzapfen
444.
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Die kalten Stützträger 414 sind auf der kalten eite (Gasauetritt)
der von links nach rechts gerichteten Mittenlinie des Kernes 412, und die heißen
Stützträger 416 auf der entgegengesetzten Seite der Kernmittenlinie, wo die heißen
Abgase in den Kern eintreten, vorgesehen. Benachbarte Kernabschnitte 410 sind miteinander
durch Schienen und Bügel befestigt, die um ihren Umfang verschweißt sind, ausgenommen
an den Sammelleitungsteilen, wo dehnbare Abdichtbauteile (nicht dargestellt) vorgesehen
sind, um die thermische Ausdehnung aufzunehmen. Der Abgleichträger 424 ist länger
als der Abgleichträger 434 und zwar so groß, daß er zwei zentrische Kernabschnitte
410 überspannt und mit den zugeordneten Bügeln 426 die Abstützung für das Gewicht
des Kernes 412 auf einer Seite der Mittenlinie ergibt. Die Abgleichträger 434 überspannen
jeweils einen entsprechenden Kernabschnitt 410 und ergeben eine Abstützung für diesen
Kernabschnitt und die beiden benachbarten Abschnitte.
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Die heißen Abstützträger 416 auf der Gaseinlaßseite der Kernmittenlinie
sind etwa näher angeordnet als die kalten Abstützträger 414.
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Da die Seite des Wärmetauschers 412, die von den Abgleichträgern 434
und den Bügeln 436 abgestützt ist, die Gaseinlaßseite ist, arbeitet sie bei höheren
Temperaturen als die Seite, die von dem Abgleichträger 424 und den Bügeln 426 abgestützt
ist. Die Einlaßseite erfährt eine größere thermische Ausdehnung als die Auslaßseite
und
die Abgleichträger- und Abstützbügelanordnung 434, 436 dient zur Aufnahme dieser
größeren Expansion aufgrund der thermischen Ausdehnung bei den höher auftretenden
Temperaturen.
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Weitere bauliche Einzelheiten der Abstützanordnung nach Fig. 26 sind
in den Schnittansichten der Figuren 28 und 29 gezeigt. Diese Figuren zeigen einen
Abgleichträger 434, der zwischen den Hauptquerträgern 416 mit Hilfe eines Schwenkzapfens
432 aufgehängt ist.
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Der Schwenkzapfen 432 wird in seiner Position durch Verdopplungsplatten
452 gehalten, die beispielsweise durch Schweißen mit den Trägern416 und über Stifte
454 gehalten werden.
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Die flexiblen Bügel werden drehbar an dem Abgleichträger 434 mit Hilfe
von Drehzapfen 438 abgestützt, die in den Enden des Trägers 434 befestigt und an
ihrem äußerem Ende mit einem Schraubgewinde zur Aufnahme einer Haltemutter 456 und
einer Beilage 458 versehen sind. Auf beiden Seiten eines jeden Bügels 436 sind Ausgleichsscheiben
460 vorgesehen, um die Bügel in entsprechender Weise auf dem Drehzapfen 438 so einzustellen,
daß die Bügel sich nach abwärts durch die Mitten der Räume zwischen den zugeordneten
Kernabschnitt 410 erstrecken.
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Die Anordnung des Abgleichträgers 424 und der zugeordneten Bügel
426 ist identisch zu der nach den Figuren 28 und o9 mit der Ausnalune, daß der Träger
424 etwas mehr als doppelt so lang ist wie einer der Träger 42 Auf rund dieser Abstützanordnung
wird eine Ausdehnung des Kernes 412 in einer Richtung, die mit dem Gasstrom ausgerichtet
ist, von den Schwenkabstützungen an entgegengesetzten Enden der Bügel 426, 436 aufgenommen.
Die Gewichtsverschiebung des Kernes während der thermischen Expansion in dieser
Richtung wird im Betrieb durch die Unterschiede der außermittigen Positionierung
der Hauptabstützträger 414 und 416 relativ zur Mittenlinie des Kernes ausgeglichen.
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Die flexiblen Bügel 426 und 436 ermöglichen eine thermische Ausdehnung
des Kernes in einer Richtung ; von links nacl: rechts in Fig. 26 durch Auslenken
oder Abbiegen um das Maß, das zur Aufnahme dieser Streckung erforderlich ist. Die
Schwenkbefestigung der Abgleichträger 424 und 434 ermöglicht, daß die Abstützanordnung
die Gewichtsverschiebung, die sich aufgrund der thermischen Ausdehnung in dieser
Richtung ergibt, aufnimmt, so daß weitgehend abgeglichene Kräfte auf die Abstützträger
414 und 416 aufrechterhalten werden, ohne daf zu hohe seitliche Beanspruchungen
auf diese Anordnung übertragen werden. Da die Abstützung des Kernes 412 an der Unterseite
aufgegeben wird und Raum an der Oberseite vorgesehen ist, kann der Kern sich in
vertikaler Richtung ausdehnen, ohne daß die Abstützanordnung dadurch beeinflußt
wird.
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Die Figuren 30 bis 32 zeigen Einzelheiten einer ähnlichen Befestigungsanordnung
für einen Wärmetauscherkern 412', der in der vertikalen Richtung (um 90° gegenüber
dem Kern 412 nach den Figuren 25 und 26 gedreht) orientiert ist. Bei dieser Anordnung
ist ein einzelnes Paar von Hauptquerträgern 460 vorgesehen, das an den entgegengesetzten
lenden mit einer entsprechenien Anordnung des Rahmens und Gehäuses (nicht dargestellt)
in einer Weise befestigt ist, die ähnlich der für die Anordnung nach den Figuren
25 und 26 beschriebenen ist. die Querträger 460 nehmen ein Paar erster Abgleichträger
462 auf, die mit ihnen über Drehzapfen 464 gekoppelt sind. Jeder der Abgleichträger
462 seinerseits trägt ein Paar orthogonal gerichteter, zweiter Abgleichträger 466,
die an Stäben 458 aufgehängt sind. Jeder der zweiten Abgleichträger 466 nimmt eine
Reihe von Gelenken 470 auf, die am unteren @ Ende über eine Schwenkbefestigung 472
mit einem vorstehenden Ansatz oder zum 474 verbunden ist, der mit den Kern 412'
an einer Verbindungsstelle zwischen benachbarten Kernabschnitten 410' befestigt
ist.
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uns den Figuren 31 und 32 ergibt sich, daß der Drehzapfen 464, der
den ersten Abgleichträger 462 mit den Querträgern 460 befestigt, durch Platten 480
und Splinte 482 in ihrer Position gehalten wird. Der Stab 46n, der von dem ersten
Abgleichträger 462 zum zweiten Abgleichträger 466 verlauft, ist an den entgegengesetzten
Enden
mit Kippbolzen 484, 486 versehen, die so orientiert sind, daß sie eine pendelartige
Bewegung d-es Stabes 468 relativ zu den Trägern 462, 466 ohne Festfressen ermöglichen.
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Die Serie 470 von Gelenken, die sich zwischen dem zweiten Träger @6@
und dem Kernarm 474 erstrecken, weist erste und zweite Sätze von Verbindern 490,
492 auf. Der erste Satz 490 weist eine umgekehrte Bügelschraube 494 auf, die mit
dem Träger 466 durch Muttern @9@ und Beilagen 498 befestigt ist. Eine zweite, längliche
Bügelschraube 50: ist mit der Bügelschraube 494 verkettet und trägt eine @uerplatte
502, die durch Muttern und beilagen 496, 498 in ihrer Position gehalten wird. eine
ähnliche, umgekehrte längliche Bügelschraube 5@@ ist über eine Öffnung im Ansatz
oder Arm 474 verkettet, der mit dem Wärmetauscherkern befestigt ist. Jede der Platten
502 der länglichen Bügelschrauben 500 weist in der Mitte ein Schraubgewinde auf,
und ein Stab 505 ist darin abstützend befestigt.
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Der zweite Satz 492 der vertikalen Abstützverbindungen weist einen
mit Öffnungen versehenen Bügel 510 auf, der in einem Schlitz des Trägern 436 befestigt
und damit verschweißt ist. Ein ähnlicher Bügel 512 ist mit dem Wärmetauscherkern
als feil des Armes 474 befestigt, beispielsweise verschweißt. Jeder der Bügel 510,
512 ist mit einer zugeordneten Bügelschraube 514 verschraubt, die entsprechende,
damit befestigte Platten 516 besitzt. Ein Stab 518 verläuft zwischen Gewindeöffnungen
in den Mitten der Platten 516.
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Diese Anordnung der beiden Sätze 490, 492 von Abstützgelenken, die
in der gezeigten Weise orientiert sind, ermöglicht, daß entsprechende Bügelschrauben
und Stäbe nahe beieinander befestigt werden können, ohne dan eine gegenseitige Behinderung
eintritt.
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Die Kombination aus den Abgleichträgern und Sätzen von Gelenken in
dem Abstützsystem für die vertikale Befestigungsanordnung nach den Figuren 30 bis
32 nimmt den Wärmetauscherkern 412' effektiv auf, während eine thermische Ausdehnung
in allen irei Dimensionen möglich ist, ohne daß der Kern störend beeinflußt wird
oder die Kraftverteilung aus dem Gleichgewicht gerät. Die Rollenwirkung
der
Kippbolzen 484, 486, und die Drehverbindungen zwischen den entsprechenden Gelenken
in den Sätzen der Aufhängungsbauteile 490, 492 nehmen eine Verschiebung in der Längen-
und Breitendimension auf, ohne dann zu hohe seitliche Beanspruchungen erzeugt werden.
Die Wirkung der ersten und zweiten Abgleichträger nimmt automatiscll jede Verschiebung
in der Gewichtsverteilung aufgrund einer thermischen Ausdehnung auf. Da der Kern
412' an den Kernabstützarmen 474 längs der oberen Seite des Kernes so aufgehängt
ist, daß genügend Ilaum für eine Expansion unterhalb des Kernes vorhanden ist, kann
der Kern 412' frei in der vertikalen Richtung expandieren, ohne das eine störende
Beeinflussung aus dem Abstützsystem und der benachbarten Anordnung auftritt.
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ig. 33 zeigt eine Anordnung ähnlich der nach Fig. 25. L)er Kern 412
ist an Trägern 414 und 416 durch ein Aufhängungssystem aufgehängt, das die thermische
Ausdehnung ermöglicht. kerner ist eine Kopplung zwischen den Sammelleitungsteilen
524a, 524b und den Einlaß- und Auslaßflanschen 522a, 522b durch eine Einrichtung
vorgesehen, die die äußeren Rohrbelastungen an den Flanschen 522a, 522b von dem
Wärmetauscherkern 412 isoliert, während die termische Ausdehnung in der beschriebenen
Weise aufgenommen wird.
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Nie insbesondere in Fig. 34 dargestellt, sind ähnliche Plansch-und
Leitungsanordnungen am Ende des Moduls 520 gegenüber den Lufttlanschen 522a, 522b
und den Leitungen 524a, 524b vorgesehen.
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Diese umfassen Blindleitungen, wie t.B. die Leitung 526 (Fig. 33)
und Flansche 528a, 528b mit Abdeckungen 530a, 530b für Zugangsöffnungen; sie sind
ferner zum Abgleich der inneren Druckkräfte an den Sammelleitungsteilen des Kernes
412 mit hilfe von Spannschlössern 536 vorgesehen, und um einen Zugang zu den Sammelleitunsabschnitten
des Kernes 412 für die Inspektion und Wartung zu erzielen.
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Der Rahmen wird thermisch isoliert gegen den Wärmetauscherkern 412
und zugeordnete Bauteile gehalten, die bei erhöhten Temperaturen mit Werten über
5400 C betrieben werden, und zwar so, da2-gewährleistet iet, daß die Temperatur
des Rahmens 60° C bei einer
Außentemperatur von 38° C nicht überschreitet,
so daß der Rahmen aus billigem Baustalil hergestellt werden kann, während die hotwendigkeit
der Anwendung spezieller Hochtemperaturmaterialien im wesentlichen auf den Wärmetauscherkern
412 beschränkt ist.
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Die höchste Temperatur im Modul 520 ist an der Gaseinlaßseite der
Kammer, die den Kern 412 umgibt. Diese Kammer ist durch Abschirmunden und Isolierblöcke,
z.B. die Isolierung 534 (Fiß. 34) gut isoliert. Während diese Kammer Abgase bei
einem Druck von oder etwas Umgebungsdruck enthält, müssen alle Teile des Rahmens
532 gen moglictle Leckverluste an der thermischen Abschirmisolation 534 vorbei geschützt
werden, die ermöglichen würden, daß heiße Abgase entweichen und einen Teil des Ilahmens
532 erreichen.
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Die Flansche 522a, 522b sind in ihrer Position relativ zum 1hmen 532
starr befestigt und es wird eine thermische Ausdehnung zugelassen, die in Richtung
von links nach rechts im flodul nach Fig. 33 vcrlauSt. Die durch die komprimierte
Luft innerhalb der Sammelleitungsteile des Kernes 412 erzeugten Druckkräfte werden
von Lpannschlö.ssern 536 aufgenommen, die sich durch die Gaskammer erstrecken und
entgegengesetzten Enden mit den Flanschen 522a, 522b, 52@a und 523b befestigt sind.
Da jedoch die Stäbe 536 eine erhebliche Länge, z.B. etwa 5,4 m aufweisen und der
größere Teil der Länge innerhalb der Kammer für heißes Abgas verläuft, erfahren
dio Spannschlösser 536 ebenfalls eine thermische Ausdehnung, und es müssen Vorkehrungen
getroffen sein, um diese Ausdehnungen an dem Blindleitungs/Begehflansch-Ende des
Moduls 520 aufzunehmen, während die erforderliche Abstützung des Gewichtes der Anordnung
an diesem Ende von dem Rahmen 532 vorgesehen wird.
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o den Regeneratormodul 520 über den Auslaßflansch 522b verlassende
Luft hat eine Temperatur von etwa 4800 C. Somit liegt der Flansch 522b ziemlich
nahe bei dieser Temperatur. Der Flansch ist mit der benachbarten Anordnung des Rahmens
532 über thermische Isolatoren 540 befestigt, wie sie beispielsweise in Fig. 35
gezeigt sind. Vier solcher thermischer Isolatoren 540 sind für Jeden der Flansche
522a
und 522b vorgesehen; sie sind etwa 90° um die Flansche 522a,
522b versetzt.
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Wie insbesondere in den Figuren 35 und 36 gezeigt ist, weist der thermische
Isolator 540 einen dünnwandigen Zylinder 342 auf, der mit Endteilen 544, 545 befestigt,
z.B. verlötet oder verschweißt ist. DasEndteil 544 ist zur Aufnahme eines Befestigungsbolzens
546 mit Schraubgewinde versehen; der Bolzen erstreckt sich durch einen Rahmenbauteil
548 und eine Platte 549, die mit dem Rahmenbauteil 548 verschweißt ist. Dies stellt
das kalte Ende den thermischen Isolators 54@ dar und ist starr mit dem Rahmen befestigt.
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Am entgegengesetzten Ende des thermischen Isolators 54@ ist der geschlossene
Endteil 545 mit Schraubgewinde versehen, damit eine Schraube 550 mit einem Schulterteil
552 aufgenommenwerden kann, die sich gegen den Endteil 545 legt, wenn die Schraube
in den Endteil 545 eingeschraubt wird, und ein weiteres Festziehen der Schraube
550 in der Öffnung mit Gewinde verhindert, so daß ein ausgewählter minimaler Abstand
zwischen dem Kopf der Schraube 550 und dem Endteil 545 aufrechterhalten wird.
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Der Flansch 522 ist mit einem geschlitzten Ansatz 554 (Fig. 36) zur
Aufnahme der Schraube 550 versehen. Der minimale Abstand zwisclien dem Kopf der
Schraube 55:) wid dem Endteil 545 des tliei,riischon Isolators ist wesentlich größer
als die Dicke des Ansatzes 554 an dieser Stelle, damit eine Beilage 556 aufgenommen
und ein Spalt von mindestens 0,0125 ca aufrechterhalten wird. Die Positionierung
des thermischen Isolators 540 am Rahmenbauteil 548 relativ zum Flansch 522 ist so
gewählt, daß ein radialer Spalt 558 von mindestens 0,5 cm aufrechterhalten wird.
Diese Anordnung ergibt die gewünschte Abstützung des Flansches 522 mit thermischer
Isolierung gegenüber dem Rahmenbauteil 548, während eine radial gerichtete thermische
Ausdehnung des Flansches 522 aufgenommen wird. Dies bedeutet, daß der Flansch 522
sich in radialer Richtung nach außen ausdehnen kann, um den Spalt 558 zu verringern,
wenn die Temperatur am Flansch 522 ansteigt, während der Ansatzteil 554 relativ
zur Schraube 550 und Beilage 556 gleitet. Eine
ähnliche Bewegung
in umgekehrter Richtung wird ermöglicht, wenn der Flansch 522 sich nach dem Abschalten
der zugeordneten Turbine abkühlt.
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Fig. 37 zeigt eine Schnittansicht der Stelle, die in Fig. 34 mit Kreis
gekennzeichnet ist. Dieser Ausschnitt zeigt eine Abstützanordnung 56@ zur Abstützung
der Flansches 528b, während eine thermische Ausdehnung aufgrund der Expansion der
Zuganker 536 in Längsrichtung aufgenommen wird. Die Abstützanordnung 560 ist in
Fig. @7 so dargestellt, daß ein Abstützbolzen 562 auf einem Rahmenbauteil 564 befestigt
ist. Eine mit Schlitz versehene Verlängerung 566 des Flansches 528b umschließt den
Abstützbolzen 562 und bewegt sich längs des Abstützbolzens 562 nach außen (nach
links), wenn die Zuganker @36 sich in Längsrichtung aufgrund ihrer thermischen Ausdehnung
estrecken.
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Vier solche Abstützanordnungen 560 sind für jeden der Flansche 528a,
528b vorgesehen, die im Abstand von etwa 90° um den Umfang des Flansches versetzt
sind. Eine radiale thermische Ausdehnung wird in ähnlicher Weise wie für das vordere
Ende aufgenommen, obgleich die Temperaturunterschiede etwas geringer sind.
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In Fig. 37 ist ferner ein Teil der Blindleitung 526 gezeigt, die innerhalb
eines in Umfangsrichtung verlaufenden Leitungsgehäuses 570 aufgehängt ist. Die äußere
Oberfläche 572 des Gehäuses 570 liegt mit dem rechten Ende, wie in Fig. 37 gezeigt,
gegen die innere Gaskammer des Moduls frei. Ein Rahmenbauteil 574 ist in der Nähe
dieser äußeren Oberfläche 572 dargestellt und eine Isolation, z.B. die Isolierung
534 (Fig. 34) ist in diesem Bereich angeordnet, jedoch in Fig. 37 der Einfachheit
halber waggelassen. Der Raum zwischen dem Rahmenbauteil 574 und der Leitungsgehäusefläche
572 ist durch den Umfangsbauteil 576 abgedichtet, der einen Balgenteil 578 und einen
Bundteil 580 aufweist. Der Bundteil 580 ist eine dünne Platte, die mit der äußeren
Oberfläche 572 am einen de befestigt und mit dem gewellten oder balgenförmigen Metallteil
578 am anderen Ende verbunden ist. Der Balgenteil ist mit den Rahmenbauteil zwar
an einen
Ende verbunden, das von der Verbindungsstelle mit dem
Bundteil 580 entfernt liegt. Bei dieser dargestellten Ausgestaltung ergibt das Abdichtbauteil
576 eine thermische Isolierung zwischen der Leitungsgehäusefläche 572 und dem Rahmenbauteil
574 dadurch, daß es einen dünnen Metallquerschnitt und eine vergrößerte Pfadlänge
für die Wärme, die von diesem Bauteil geführt wird, besitzt.
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Gleichzeitig ermöglicht der Balgenteil 578, daß das Bauteil die Bewegung
des Leitungsgehäuses aufgrund der thermischen Ausdehnung der Zuganker 536 aufnimmt.
Er dient auch zur Aufnahme der radialen thermischen Ausdehnung des Leitungsgehäuses
570 und der äußeren Oberfläche 572 wie auch eines bestimmten Teiles der Querverschiebune
der Leitung 526 und des Leitungsgehäuses 570 relativ zur Achse, und zwar jeweils
ohne nachteilige Beeinflussunr der Abdichtfunktion, die von diesem thermisch isolierenden
Abdichtbauteil 576 ausgeführt wird.
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Eine ähnliche Anordnung, die in Fi. 38 gezeigt ist, ist für die luftleitungen
524a, 524b am anderen EWde des Wärmetauscherkernes 412 vorgesehen. Fig. 38 ist eins
Schnittansicht, die mit der Ansicht nach Fig. 37 vergleichbar ist, jedoch eine Luftleitung
524 mit dem Aufhängungsgehäuse 580 und der äußeren Gehäusefläche 582 zeigt. Der
Abstand zwischen dem benachbarten Rahnenbautell 584 und der äußeren Oberfläche 582
ist mit einem thermisch isolierenden Abdichtbauteil 586 abgedichtet, das z.B. aus
einem gewellten oder balgenförmigen Teil 558 und einem querlenkerförmigen Teil 590,
der aus zwei konischen Platten 592 und 594 gebildet ist, aufweist. Das Bauteil 586
v-erläuft in Umfangsrichtung und umschließt die Leitung 524 und das Leitungsgehäuse
580; die Platte 594 ist dabei an einem Rand mit der äußeren Gehäusefläche 582 verbunden.
Das Bauteil 586 nimmt eine Axialbewegung des Leitungsgehäuses 582 relativ zum Rahmenbauteil
584 wie auch eine axiale Verschiebung und radiale Ausdehnung der Leitung 524 und
des Leitungsgehäuses 580 auf, wihrend gleichzeitig die gewünschte thermische Isolation
zwischen der heißen Anordnung der Oberfläche 582 und dem Rahmenbauteil 584 aufgrund
der vergrößerten Pfadlänge des Bauteiles 586 aufrechterhalten wird.
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L e e r s e i t e