DE69605287T2

DE69605287T2 - Umlaufender regenerativer wärmetauscher und verfahren zum betreiben eines umlaufendes regeneratives wärmetauschers

Info

Publication number: DE69605287T2
Application number: DE69605287T
Authority: DE
Inventors: Dag Westerlund
Original assignee: ABB Air Preheater Inc
Current assignee: Alstom Power Inc
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2016-02-22
Also published as: DE69605287D1; HUP9801281A2; CZ288346B6; CZ266497A3; EP0811143A1; SE504019C2; WO1996026407A1; DK0811143T3; PL321714A1; HU220316B; HUP9801281A3; SE9500681D0; SE9500681L; EP0811143B1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich in einem Aspekt mit einem rotierenden, regenerativen Wärmetauscher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art, und in einem zweiten Aspekt mit einem Verfahren zum Betreiben eines solchen Wärmetauschers, wie es im Oberbegriff von Anspruch 8 ausgeführt ist.
Die SE 176 375 beschreibt einen rotierenden, regenerativen Wärmetauscher mit einer Abstützung in der Form von Wälzkörpern, die an den äußeren Enden von sektorförmigen Platten montiert sind, die zu beiden Enden des rotierenden Teils geschlossen sind, und auf einem Flansch entlang dem Umfang an dem oberen und unteren Ende des Rotors abwälzen.
Dies war so gedacht, daß es möglich sein sollte, ein konstantes Spiel zwischen den Enden der sektorförmigen Platten und dem oberen bzw. unteren Ende aufrecht zu erhalten möglich sein sollte. Die Umgebung für die Rollen stellte sich jedoch als zu rauh heraus. Die Lager und die Rollen wurden sehr schnell verschlissen, und Schmutz und Partikel hafteten durch das Abwälzen auf den Flanschen und den Oberflächen der Rollen an, mit Ausfällen als Folge.
Es ist vorgeschlagen worden, die Rollen durch Gleitschuhe zu ersetzen, wie in der JP-A 63/315891 beschrieben. Diese Gleitschuhe werden aus Keramik hergestellt, um ihnen eine hohe Verschleißfestigkeit zu verleihen. Probleme treten jedoch auf, wenn der Gleitschuh infolge von Montageungenauigkeiten und/oder thermischen Verformungen etwas schräg gestellt wird.
In solchen Fällen besteht dann ein Risiko, daß der Gleitschuh den Flansch nur mit einem kleinen Teil seiner Gleitfläche berührt, mit der Folge eines inakzeptabel hohen Kontaktdruckes. Zudem ist irgendeine Art von äußerer Schmierung der Gleitflächen notwendig, oder es müssen beträchtliche Reibungsverluste hingenommen werden.
In der WO 94/01730 ist eine Verbesserung durch Verwendung von Gleitschuhen aus Karbon oder Graphit statt keramischer Gleitschuhe beschrieben. Ein solcher Gleitschuh beseitigt die Nachteile eines Gleitschuhs aus Keramik. Insbesondere besitzt Graphit ausgezeichnete Schmiereigenschaften und besitzt - wie Karbon - eine Fähigkeit, die Flansche des rotierenden Körpers beim Aufbringen einer Schmierschicht aus Karbon oder Graphit auf den Flanschen sauber zu halten. Der Abrieb des Gleitschuhs sichert auch einen korrekten Kontakt mit parallelen Kontaktflächen, so daß die Berührung über die gesamte Gleitschuhfläche stattfindet. Karbon und Graphit haben auch eine gute Anerkennung bei der hohen Temperatur und der sauren Umgebung, die vorliegen. Durch den Abrieb der Gleitschuhe werden sie schrittweise verbraucht und müssen ersetzt werden. Der Verschleißgrad variiert jedoch in weitem Umfang, so daß ein oder mehrere Gleitschuhe so stark verschlissen sein können, daß das Spiel Null erreicht, wohingegen andere Gleitschuhe nahezu unbeeinflußt sind. Jeder Gleitschuh ist daher in einer Richtung senkrecht zu der Kontaktfläche einstellbar. Eine ähnliche Lösung ist in der WO 95/00809 beschrieben, bei welcher ein Meßstab nahe des Gleitschuhes vorgesehen ist, der parallel zur Einstellrichtung ausgerichtet ist. Der Meßstab kann aus einer Ruhestellung vorübergehend in Kontakt mit dem zugehörigen Flansch gebracht werden und zeigt an, wann die Größe des Spiels ein Vorstellen des Gleitschuhes um ein Wegstück erfordert, so daß das ursprüngliche Spiel wiederhergestellt wird.
Eine weitere Lösung ist in der SE 9302301-8 beschrieben, bei welcher die Abriebprobleme dadurch überwunden werden, daß der Gleitschuh auf einem Gaskissen gleitet, das durch die Zufuhr eines Druckgases zwischen den Gleitschuh und einen Flansch am Rotor erzeugt wird. Abrieb wird dadurch vermieden, daß kein Kontakt zwischen dem Gleitschuh und dem Flansch stattfindet. Ein weiterer Wärmetauscher, bei welchem ein Gleitschuh auf einem Gaskissen gleitet, ist durch die WO-A-9501541 bekannt.
Die Anordnung der Gleitschuhe schwebend auf Luftkissen erhöht jedoch die Kosten. Jeder Schuh ist aufwendiger und dadurch umständlicher herzustellen, und eine Gasleitung muß an jeden einzelnen Gleitschuh angeschlossen werden.
Die zuvor diskutierten Anordnungen von Abstützungen - die Arten mit Kontakt ebenso wie die kontaktfreien Typen - haben gemeinsam, daß wenigstens zwei einzelne Abstützungen für jede Sektorplatte vorgesehen sind.
Der Grund hierfür besteht darin, eine ständige Abstützung der Sektorplatte sicherzustellen und ihr Schrägstellen zu vermeiden. Eine einzelne Abstützung in der Mitte des Außenumfangs der Platte sollte theoretisch ausreichend sein, da die Platte an ihrem inneren Ende durch zwei Hebelverbindungen an der feststehenden Mittelplatte abgestützt ist. Aufgrund der Flexibilität der beweglichen Sektorplatte und/oder thermischen Deformation besteht jedoch in der Praxis ein Risiko für die äußeren Kanten der Platte, sich schräg zu stellen und gegen den Rotor zu schlagen, wenn nur eine Abstützung vorhanden ist.
Beim Verwenden des kontaktfreien Typs eines Gleitschuhs, der teurer als der herkömmliche Typ ist, besteht jedoch ein Bestreben, die Anzahl solcher Gleitschuhe zu verringern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen regenerativen Wärmetauscher der in Rede stehenden Art zu schaffen, bei welchem die Anzahl von Gleitschuhen so klein wie möglich ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein rotierender, regenerativer Wärmetauscher der im Oberbegriff von Anspruch 1 beschriebenen Art, die in dem kennzeichnenden Teil dieses Anspruches ausgeführten Merkmal besitzt, und in einem weiteren Aspekt darin, daß ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 8 beschrieben ist, die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches ausgeführten Maßnahmen umfaßt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weicht daher von dem herkömmlichen Konzept des Verwendens von zwei oder mehr Abstützungen für die Sektorplatte ab, wenn Abstützungen des berührungsfreien Typs verwendet werden. Das Problem, das Schrägstellen zu vermeiden, wird dadurch gelöst, daß die Abstützung derart verlängert ist, daß der äußere Teil der Sektorplatte in der Umfangsrichtung stabilisiert wird.
Durch Verwenden lediglich einer berührungsfreien Abstützung für jede Sektorplatte wird die Anzahl von Vorrichtungen zum Erzeugen von Gaskissen auf die Hälfte reduziert, was die Her stellung- und Wartungskosten erniedrigt und das Versagensrisiko reduziert. Infolge der länglichen Form besitzt das Luftkissen eine größere Umfangsausdehnung, und der Bereich des Luftkissens kann vergrößert werden. Dadurch kann eine von dem Luftkissen herrührende, ausreichende Kraft bei einem niedrigeren Druck des zugeführten Gases erreicht werden, im Vergleich mit einem herkömmlichen Paar von kreisförmigen Luftkissen. Da die Anforderung an das Druckniveau der Gasquelle daher niedriger ist, werden die Betriebskosten für die Gasversorgung reduziert.
Die Winkelerstreckung der Frontfläche beträgt vorzugsweise mehr als die Hälfte der Winkelerstreckung der Sektorplatte, um eine ausreichend stabilisierte Abstützung durch das Luftkissen zu erreichen, und dieses sollte vorzugsweise symmetrisch angeordnet sein.
Vorzugsweise besitzt der Gasauslaß eine entsprechende längliche Form, wodurch eine gleichförmige Verteilung des Gases gefördert wird.
Diese und weitere bevorzugte Ausführungsformen werden in den beiliegenden Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird anhand der folgenden, genauen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teilaxialschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Ansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, die eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 5 einen schematischen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 2 und
Fig. 6 eine Ansicht ähnlich Fig. 5, die eine vierte Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Der in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher ist, von konventioneller Art mit einem stationären Gehäuse 1 und einem zylindrischen Rotor 2, der die regenerative Masse 3 enthält. Der Rotor besitzt eine Nabe 4 und eine obere, befestigte, sektorförmige Mittelplatte 5 mit einer beweglichen Sektorplatte 6, die schwenkbar an dieser angebracht ist, und eine entsprechende untere befestigte Mittelplatte 7 und eine bewegliche Sektorplatte 8. Die beiden Sätze von Platten 5, 6 und 7, 8 haben die Funktion, gegen die oberen und unteren Enden des Rotors 2 so dicht wie möglich abzudichten und dadurch das wärmetauschende Medium abzutrennen, das durch axiale Öffnungen, die mit Leitungen für das Medium (nicht gezeigt) verbunden sind, in den Rotor und aus diesem strömt.
Zu diesem Zweck sind die radial äußeren Enden jeder der beweglichen Sektorplatten 6, 8 mit einer Vorrichtung versehen, die Stützmittel 10 bildet, um ein bestimmtes Spiel zwischen den Enden der Sektorplatten 6, 8 und einem oberen und unteren ringförmigen Kantenflansch 12 aufrecht zu erhalten, der an, dem Rotor entlang dessen oberem und unterem Umfang angebracht ist, wobei jeder Flansch eine äußere, durchgängige Umfangsstirnfläche 11 zum Zusammenwirken mit einer Frontfläche 26 besitzt, die mit jeder der Vorrichtungen 10 verbunden ist.
In Fig. 2 ist die Sektorplatte 6 in einer Außenansicht dargestellt und wirkt mit der Endfläche 11 des Endflansches 9 des Rotors zusammen. Durch eine Hülse 15 wird Druckgas zu einem Gleitschuh zugeführt, der Gaskissenmittel mit einer der Stirnfläche 11 des Flansches 9 zugewandten Frontfläche bildet. Die Frontfläche 12 des Gleitschuhs ist bogenförmig und durch zwei konzentrische Kreisbögen 14 und 15 begrenzt. Der Gleitschuh ist mit Bezug auf eine Symmetrielinie 19 der Sektorplatte 6 symmetrisch angeordnet und erstreckt sich um ungefähr 2/3 der Winkelausdehnung der Sektorplatte entlang dem Flansch 9. Das durch die Hülse zugeführte Gas wird durch Kanäle in dem Gleitschuh zu einer bogenförmigen Nut in der Frontfläche 12 des Gleitschuhs verteilt und erzeugt ein Luftkissen zwischen der Frontfläche 12 des Gleitschuhs und der Stirnfläche 11 des Flansches 9. Obwohl lediglich ein Gaskissen die Sektorplatte 6 trägt, ist die Abstützung stabil und infolge der länglichen Form des Gaskissens ohne Risiko einer Schrägstellung.
Fig. 5 stellt die Abstützung 10 in einem Schnitt durch diese dar. Der bogenförmige Gleitschuh 17 ist fest an der Sektorplatte 6 angebracht und steht ein kurzes Stick über die Innenfläche 28 der Sektorplatte 6 über.
In der Vorderfläche des Gleitschuhs 17 erstreckt sich die die Gasauslaßmittel bildende Nut 16 nahezu über die gesamte Länge der Frontfläche. Durch eine Vielzahl von Kanälen 27 steht die Nut 16 mit der gegenüberliegenden Seite des Gleitschuhs in Verbindung. Diese Seite wird durch ein Verschlußelement 18 mit gleicher Form wie der Gleitschuh 17 abgedeckt. Das Verschlußelement besitzt eine Gaseinlaßöffnung 25 und einen Verteilkanal 26, durch welchen die Einlaßöffnung 25 und die Kanäle 27 in Verbindung stehen. An dem Verschlußelement 18 ist um die Gaseinlaßöffnung 25 eine ringförmige Hülse 15 angebracht, die sich nach außen durch eine ringförmige Öffnung in dem Gehäuse 1 erstreckt und an ihrem anderen Ende über eine Gaszufuhr 23 an eine Druckgasquelle 22 angeschlossen ist. Zwischen einem an der Hülse 15 angebrachten Flansch 20 und dem Gehäuse 1 ist ein Dichtbalg 21 vorgesehen, so daß eine vorbestimmte Axialkraft nach unten auf die Platte infolge der Federwirkung des Balges 21 aufgebracht wird.
Im Betrieb strömt Druckgas durch die Leitung 23, das Innere 24 der Hülse 15, die Einlaßöffnung 25, die Verteilnut 26 und die Kanäle 27 zu der Nut 16. Der Druck des Gases hält die Frontfläche 12 des Gleitschuhs 17 von der Stirnfläche 11 des Flansches 9 gegen die Wirkung der Kraft des Balges 21 angehoben, so daß es dem Gas ermöglicht ist, über diese Flächen auszuströmen und dadurch das längliche Luftkissen zu erzeugen.
Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform der Abstützung 10, bei welcher die Frontfläche 12"', die mit der Stirnfläche 11 des Flansches 9 zusammenwirkt, als Teil der inneren Fläche 28 der Sektorplatte 6 ausgebildet ist. Das Spiel S zwischen der Sektorplatte 6 und dem Endflansch wird dadurch enger. Um einen Kontakt zwischen der Platte 6 und dem Flansch zu vermeiden, erstreckt sich die Nut im Umfang nahezu bis zu den Enden der Sektorplatte, so daß das Luftkissen eine entsprechende Ausdehnung erhält.
Fig. 3 und 4 stellen alternativen Formen der Frontfläche 12' bzw. 12 " dar. In Fig. 3 ist die Frontfläche 12' rechteckig durch zwei gerade Linien 13', 14' begrenzt, und in Fig. 4 ist die Frontfläche bogenförmig durch zwei nicht konzentrische Kreisbögen 13 ", 14 " begrenzt.

Claims

1. Rotierender, regenerativer Wärmetauscher mit einem im wesentlichen zylindrischen Rotor (2), der in einem Gehäuse (1) montiert ist und an wenigstens einem seiner Enden mit einer über den Umfang durchgängigen äußeren Endfläche(11) versehen ist, wobei das Gehäuse (1) an wenigstens einem der Rotorenden mit Platten (5, 6, 7, 8) mit im wesentlichen senkrecht zur Achse des Rotors (2) liegender Ausrichtung nahe des zugehörigen Rotorendes versehen ist, die bewegliche Sektorplatten (6, 8) aufweisen, die durch eine resultierende Axialkraft in Richtung des zugehörigen Rotorendes beaufschlagt und zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Spiels (S) zwischen den Sektorplatten (6, 8) und dem zugehörigen Rotorende mit Stützmitteln (10) versehen sind, die Gaskissenmittel (17) aufweisen, die jeweils eine Frontfläche (12) besitzen, die der Endfläche (11) zugewandt ist und Gasauslaßmittel (16) aufweist, die durch Gasleitungsmittel (23, 24, 25, 26, 27) mit einer Druckgasquelle (22) mit einem Druck in Verbindung stehen, der ausreichend ist, um einen Spalt zwischen der Frontfläche (12) und der Endfläche (11) gegen die Wirkung der Axialkraft aufzubauen, wodurch ein Gaskissen zwischen der Frontfläche (12) und der Endfläche (11) entsteht, da das Gas aus den Gasauslaßmitteln (16) durch den Spalt austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützmittel (10) wenigstens einer der Sektorplatten (6, 8) aus einzelnen, alleinigen Gaskissenmitteln (17) bestehen und daß die Frontfläche (12) der Gaskissenmittel eine Langform besitzt, deren längere Erstreckung über den Umfang entlang der Endfläche (11) ausgerichtet ist.

2. Rotierender, regenerativer Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontfläche (12) durch zwei konzentrische Kreisbögen (13, 14) radial begrenzt ist und im wesentlichen eine Wurstform besitzt.

3. Rotierender, regenerativer Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontfläche (12') radial durch zwei parallele, gerade Kanten (13', 14') begrenzt ist und eine im wesentlichen rechteckige Form besitzt.

4. Rotierender, regenerativer Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontfläche (12") radial durch zwei nicht konzentrische Kreisbögen (13", 14") begrenzt ist und im wesentlichen eine Sichelform besitzt.

5. Rotierender, regenerativer Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelerstreckung der Frontfläche (12) mehr als die Hälfte der Winkelerstreckung der Sektorplatte (6, 8) beträgt und die Frontfläche (12) symmetrisch mit Bezug auf eine radiale Symmetrielinie (19) in der Fläche der Sektorplatte (6, 8) angeordnet ist.

6. Rotierender, regenerativer Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasauslaßmittel (16) aus einer Nut bestehen, die sich in der Längsrichtung der Frontfläche (12) erstreckt.

7. Rotierender, regenerativer Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontfläche (12"') ein Teil einer inneren Fläche (28) der Sektorplatte (6, 8) ist.

8. Verfahren zum Betreiben eines rotierenden, regenerativen Wärmetauschers, um ein bestimmtes Spiel (S) zwischen einem Ende eines im wesentlichen zylindrischen Rotors (2) des Wärmetauschers und einer nahe des Rotors angeordneten beweglichen Sektorplatte (6, 8) in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Achse des Rotors (2) aufrechtzuerhalten, wobei das Rotorende eine über den Umfang durchgängige äußere Endfläche (11) besitzt, der Rotor (2) in einem Gehäuse (1) montiert ist, die Sektorplatte (6, 8) mit dem Gehäuse verbunden und durch eine resultierende Axialkraft in Richtung des Rotorendes beaufschlagt ist, und das Spiel (S) durch Zuführen von Gas zu an der Sektorplatte (6, 8) befindlichen Stützmitteln (10) aufrechterhalten wird, die Gaskissenmittel (17) mit einer der Endfläche (11) zugewandten Frontfläche (12) mit Gasauslaßmitteln (16) aufweist, wobei der Druck des zugeführten Gases ausreichend ist, einen Spalt zwischen der Frontfläche (12) und der Endfläche (11) gegen die Wirkung der Axialkraft aufzubauen, wodurch ein Gaskissen zwischen der Frontfläche (12) und der Endfläche (11) erzeugt wird, da das Gas von den Gasauslaßmitteln (16) durch den Spalt ausströmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas einzelnen, alleinigen Stützmitteln (10) zugeführt wird und diese einzelnen Stützmittel (10) so angeordnet werden, daß sie ein langförmiges Gaskissen bilden, dessen längere Erstreckung über den Umfang entlang der Endfläche (11) ausgerichtet ist.