DE920978C - Umlaufender Regenerativ-Vorwaermer mit Abdichtplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen umlaufenden Regenerativ-Vorwärmer für gasförmige Mittel, wie er beispielsweise in Wärmekraftanlagen zur Erwärmung der Verbrennungsluft durch die heißen Rauchgase benutzt wird. Die Hauptschwierigkeit bei solchen Vorwärmern besteht darin, die beiden Kanäle, durch die das wärmeabgebende und das wärmeaufnehmende Mittel strömen, einwandfrei so gegeneinander abzudichten, daß ein Übertritt eines Mittels in das andere verhindert werde. Es sind bereits dahinzielende Vorschläge gemacht worden; verschiedene Lösungen konnten oft auch zugleich angewandt werden.

Besonders schwierig wird die Aufgabe dadurch, daß die Vorwärmer für große Leistungen ganz erhebliche Abmessungen besitzen, so daß die Wärmeausdehnungen an sich schon große Beträge ausmachen, außerdem aber auch zu durchaus unregelmäßigen Verformungen und Verwerfungen des Rotors führen, zumal dessen Temperatur einmal gegenüber dem Ruhezustand steigt, zum anderen aber auch während des Betriebes ständig etwas schwankt.

Eine Lösung, die insbesondere den zuletzt genannten unregelmäßigen Verformungen des Rotors begegnen will, besteht darin, zwischen den Rotor-Stirnflächen und den feststehenden Gehäusestirnwänden in den die beiden Kanäle trennenden Ubergangssektoren bewegliche, die toten Rotorsektoren abdichtende Platten anzuordnen, die sich den während des Betriebes infolge Wärmeausdehnung auftretenden Verwerfungen des Rotors anpassen können.

Der umlaufende Regenerativ-Vorwärmer gemäß der Erfindung stellt eine Fortentwicklung dieser Ausführungsform dar, und zwar ist er dadurch gekennzeichnet, daß auf die beiden einander zugewandten, einen der beiden Kanäle begrenzenden Kanten der beiden Sektorabdichtplatten jeder Rotorstirnfläche Stege aufgesetzt sind, die in der

Nähe der Achse zusammenlaufen und deren äußere Enden durch einen längs des Umfangsabschnittes dieses Kanals verlaufenden Steg miteinander verbunden sind, während ein ebenfalls in sich geschlossener Zug entsprechender Stege auf der festen Stirnwand des Gehäuses so angebracht ist, daß diese beiden Züge von Stegen den hindurchlaufenden Kanal auf seinem ganzen Umfang abdichtend umschließen.

ίο Handelt es sich um einen Vorwärmer zur Erwärmung von Luft durch heiße Rauchgase, bei dem der Zentriwinkel des Luftkanals kleiner ist als derjenige des Rauchkanals, so ist es zweckmäßig, die erwähnten Abdichtungen dem kleineren Kanal, also dem Luftkanal, zuzuordnen. Zur Verbesserung der Abdichtung können in jedem Fall auch zusätzlich die äußeren Kanten der Sektorabdichtplatten mit Stegen versehen werden, die ebenfalls in der Nähe der Achse zusammenlaufen und mit ihren äußeren Enden in den entsprechend verlängerten Umfangssteg einmünden, während auch an den festen Stirnwänden des Gehäuses entsprechende Stege anzubringen wären. Auf diese Weise entstehen dann auf den dem Rotor abgewandten Seiten der Sektorabdichtplatten allseitig umschlossene Kammern, die auf der einen Grundfläche je durch die Sektorabdichtplatte selbst, auf der gegenüberliegenden Fläche durch den entsprechenden Abschnitt der Gehäusestirnwand und an ihrem Rand durch die beiden Züge der Stege begrenzt sind.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dar.

Abb. ι zeigt einen Vorwärmer gemäß der Erfindung in vereinfachter raumbildlicher Darstellung (das Gehäuse ist fortgelassen);

Abb. 2 zeigt eine Aufsicht auf die Abdichtvorrichtung;

Abb. 3 zeigt die Abwicklung eines senkrechten Schnittes durch den Vorwärmer längs einer zur Rotorachse konzentrischen zylindrischen Schnittfläche dicht innerhalb des Rotor mantels; in

Abb. 4 ist ein senkrechter Radialschnitt durch den Vorwärmer einschließlich seines Gehäuses dargestellt, der sich jedoch nur auf den Umfangsteil beschränkt;

Abb. 5 stellt in einem entsprechenden senkrechten Radialschnitt eine etwas abgewandelte Ausführungsform dar.

In Abb. ι sind die radialen Trennwände 1 des Rotors zu erkennen, die diesen in die einzelnen sektorförmigen Kammern unterteilen. Vor der oberen Stirnwand sind in an sich bekannter Weise Abdichtplatten 2 und 3 angeordnet, die die beiden Kanäle voneinander trennen und in diesen Übergangsbereichen die toten Sektoren des Rotors abdecken. Die entsprechenden Abdichtplatten 2' und 3' auf der unteren Stirnseite des Rotors sind in dieser Abbildung nicht sichtbar. Diese etwa sektorförmigen Abdichtplatten sind in der Nähe der Achse 4 des Rotors so befestigt, daß sie sich um diesen Gelenkpunkt auf und nieder schwenken können, um den Verwerfungen des Rotors während des Betriebes zu folgen.

Es sei angenommen, daß der vordere kleine Kanal den Luftkanal darstelle und der hintere große Kanal den Rauchgaskanal.

Das wesentliche Merkmal gemäß der Erfindung sind die Stege S und 6 an den Innenkanten der Abdichtplatten 2 bzw. 3 und der Umfangssteg 7, die ineinander übergehen, d. h. in einem ununterbrochenen Zuge aneinander anschließen, so daß sie den hindurchlaufenden Luftkanal völlig umschließen.

Zur besseren Abdichtung sind die beiden Abdichtplatten 2 und 3 außen mit Stegen 8 und 9 versehen, die in der Nähe der Achse ebenfalls zusammenkommen und außen mit dem entsprechend verlängerten Umfangssteg 7 zusammenstoßen. Alle diese etwa radialen Stege 5, 6, 8 und 9 bewirken zugleich auch eine Versteifung der Abdichtplatten 2 und 3.

Abb. 2 zeigt eine Aufsicht auf die Abdichtvorrichtung. Um das Gelenk 10 können die beiden Abdichtplatten 2 und 3 auf und nieder schwingen. Die Umfangsverbindung der beiden Abdichtplatten 2 und 3 ist genügend lang und nachgiebig, um unterschiedliche Auslenkungen der beiden Platten ausgleichen zu können, so daß sich in der Regel ein weiteres besonderes Gelenk erübrigt.

Die Abdichtplatten können mit ihren äußeren Enden auch größeren Abweichungen des Rotors folgen. In der Nähe der Rotorachse 4 kommen nur kleine Längenänderungen der Welle zustande, und zwar nur etwa gleichbleibende Abweichungen zwischen kaltem Ruhezustand einerseits und heißem Betriebszustand andererseits. Hier genügt es daher, die Lage der Abdichtplatten 2 und 3 und damit ihren Abstand von der benachbarten Rotorstirnfläche für den Betriebszustand genau einzustellen. Deshalb ist das Schwenklager 10 an der festen Stirnwand des Gehäuses nicht fest angebracht, sondern auf und nieder verstellbar, beispielsweise mittels einer Schraube oder eines von außen geführten Hebels.

Der oberen Stirnfläche des Rotors, die während jedes Umlaufs auf und nieder schwenken kann, steht die feste Stirnfläche 11 des Gehäuses gegenüber. An dieser Gehäusestirnfläche sind ebenfalls Stege angebracht, und zwar in genau der gleichen Anordnung. Wie Abb. 3 erkennen läßt, stehen den äußeren Stegen 8 und 9 der Abdichtplatten 2 bzw. 3 feste Stege 12 und 13 der Gehäusestirnwand gegenüber, und zwar liegen diese Stege jeweils dicht nebeneinander, so daß die Stege der beweglichen Platten sich ungehindert auf und nieder bewegen können, wobei dennoch eine gewisse Abdichtung erzielt ist. Diese Abdichtung kann durch zusätzliche abdichtende Mittel noch verbessert werden, und zwar sind hier zu diesem Zweck Federbleche 14 und 15 benutzt, deren einer Rand an der festen Gehäusestirnwand 11 befestigt ist, während der andere Rand sich federnd und abdichtend auf den beweglichen Steg 8 bzw. 9 auflegt.

In entsprechender Weise stehen den inneren Stegen 5 und 6 der Abdichtplatten feste Stege 16 und 17 der Gehäusestirnwand gegenüber. Hier aber

ist die gute Abdichtung zwischen den gegenüberliegenden Stegen, um auch eine andere Möglichkeit zu zeigen, nicht mit Hilfe von Federblechen, sondern mit Hilfe einer Dichtungsmanschette i8 bewirkt. Diese Dichtungsmanschette i8, die aus dünnem Blech bestehen möge, läuft geschlossen rund um den Luftkanal herum, verbindet also auch, wie aus Abb. 4 ersichtlich ist, den Umfangssteg 7 der beweglichen Abdichtvorrichtung mit dem ruhenden Umfangssteg 20 der festen Gehäusestirnfläche. Der eine Rand der Manschette ist auf den Rändern der beweglichen Stege, der andere Rand der Manschette auf den Rändern der festen Stege dicht befestigt.

Es ergibt sich somit, daß der Luftkanal durch diese Ausgleichsmanschette dicht gegenüber den benachbarten Räumen abgeschlossen ist, wobei diese Abdichtung noch durch die Dichtungsmittel an den äußeren Kanten der Platten 2 und 3 verbessert ist.

Auf der anderen Stirnseite des Rotors liegen die Verhältnisse genau gleich, wie insbesondere Abb. 3 erkennen läßt.

Zur Erzielung einer guten Abdichtung muß selbstverständlich angestrebt werden, daß der Abas stand der Abdichtplatten 2 und 3 von der Stirnfläche des Rotors möglichst klein eingestellt werden kann. Dieses setzt voraus, daß die Stirnfläche des Rotors eine möglichst ebene Fläche darstellt. Um dieses zu erreichen, werden die radialen Zwischenwände 1 des Rotors, die dessen einzelne Sektoren voneinander trennen, sowie die etwa vorhandenen konzentrischen Unterteilungswände in voller Wandstärke durch die gesamte Höhe des Rotors hindurchgeführt, so daß sie mit dem Umfangsflanschring 36 stirnseitig eben abschließen. Diese ganze Stirnfläche wird zweckmäßigerweise abgedreht, so daß man eine völlig ebene Fläche erhält.

Die oberen Abdichtplatten 2 und 3 sind mit den ihnen auf der anderen Stirnseite gegenüberliegenden Abdichtplatten 2' und 3' in an sich bekannter Weise verbunden, und zwar mit Kupplungsstäben 21. Die oberen und die unteren Platten führen daher ihre Bewegungen, entsprechend den Verwerfungen des Rotors, gleichlaufend aus. Mittels Stellschrauben 22 können die Längen der Kupplungsstangen 21 genau eingestellt werden, und zwar so, daß auf beiden Stirnflächen nur ein möglichst schmaler Luftspalt zwischen den Abdichtplatten und den Rotorstirnflächen verbleibt. Aus Abb. 4 ist genauer ersichtlich, daß diese Stellschrauben 22 einen Anschlag 23 entgegen der Kraft einer Feder 24 vom Rotor fort verschieben, so daß dieser Anschlag 23, der den geringsten Plattenabstand zwingend festlegt, trotzdem aber im Bedarfsfall ein federndes Nachgeben der Platten unter Vergrößerung ihres Abstandes zuläßt. Dieses kann wichtig sein, wenn einmal größere Fremdkörper hindurchlaufen, die bei starrer Festlegung des Abstandes vielleicht zu Beschädigungen des Vorwärmers führen könnten.

Die miteinander verbundenen Abdichtplatten eines jeden Plattenpaares sind an dem einen Ende eines zweiarmigen Hebels 25 aufgehängt, dessen anderes Ende mit einem genau verstellbaren Gewicht 26 belastet ist. Auf diese Weise ist also das gesamte Gewicht der beweglichen Abdichtvorrichtung ausgeglichen, so daß zur Verstellung zwecks Anpassung an die Rotorverwerfungen nur sehr geringe Kräfte genügen.

Nun können aber trotz der guten Abdichtungen Gasübertritte aus den unter unterschiedlichen Drücken stehenden Kanälen in die Hohlräume erfolgen, die außenseite der Abdichtplatten zwischen diesen und den entsprechenden Flächen der Gehäusestirnwandungen gebildet sind. Unterschiedliehe Drücke in diesen Räumen 27, 27', 28 und 28' wären durch das Gewicht 26 dann nicht ausgeglichen. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, werden die Räume miteinander in Verbindung gebracht, so daß die Drücke sich ausgleichen können, und zwar zumindest einerseits der Raum 27 mit dem gegenüberliegenden Raum 27' und andererseits der Raum 28 mit dem Raum 28'. Es können aber auch alle vier Räume zum Ausgleich miteinander verbunden werden.

Da der Luftkanal auf seinem ganzen Umfang abgedichtet ist, können die Rauchgase sich ohne Schaden über den ganzen übrigen Teil des Vorwärmers ausbreiten und beispielsweise auch den Umfangsraum erfüllen, der zwischen dem den Luftkanal des Rotors außen begrenzenden Teil des Rotormantels und dem benachbarten Gehäusemantel liegt. Es kann aber auch zusätzlich in an sich bekannter Weise jedem der beiden toten Sektoren eine Mantelabdichtplatte zugeordnet werden. Wird diese Mantelabdichtplatte in gleicher Weise wie die beschriebenen Abdichtplatten mit nach außen gerichteten Stegen versehen, die gegenüber ruhenden Stegen des Gehäusemantels abgedichtet sind, so ist ein Übertritt von Rauchgasen in den in Abb. ι vorn sichtbaren Teil des Zwischenraumes zwischen Rotormantel und Gehäusemantel nicht möglich. Diese durch solche Mantelabdichtplatten geschaffenen Hohlräume, die also den Hohlräumen 2^j, 27', 28 und 28' entsprechen würden, können dann beispielsweise dazu benutzt werden, die Ausgleichsverbindung zwischen den oberen Räumen 27 und 28 einerseits und den unteren Räumen 27' bzw. 28' andererseits herzustellen. Werden diese Mantelabdichtplatten mit den oberen und den unteren Sektorabdichtplatten fest verbunden, so können sie zugleich auch die Aufgabe der Verbindungsgestänge 21 übernehmen, die dadurch entbehrlich werden.

Bei dieser Ausführungsform mit Mantelabdichtplatten wird also der Außenraum auf der Luftseite des Rotors völlig dicht von dem übrigen Außenraum abgestellt. Es besteht somit eine doppelte Abdichtung, und zwar einmal zwischen dem beweglichen Umfangsabdichtsystem gegenüber dem Ringraum zwischen Rotor und Gehäusemantel und zum anderen an den äußeren Kanten der Mantelabdichtplatten, die gegenüber der Gasseite abdichten. Diese Tatsache ist von Bedeutung insbesondere für zweistufige Luftvorwärmer, weil dadurch die Möglichkeit gegeben ist, an jeder beliebigen Stelle des

Rotors, betrachtet in Achsrichtung, außen Gas zuzuführen und Luft abzunehmen, ohne daß dadurch die Wirkung der Abdichtung beinträchtigt wird.

Während bei dem bisher behandelten Ausführungsbeispiel die einander gegenüberliegenden Abdichtplatten eines toten Sektors mit Hilfe besonderer Kupplungselemente miteinander verbunden sind, sei es, wie aus Abb. ι und 4 ersichtlich, mit Hilfe von Verbindungsstangen 21, sei es mit Hilfe einer Mantelabdichtplatte, zeigt Abb. 5 eine etwas abgewandelte Ausführungsform, bei der die Kupplung mit Hilfe des Rotors selbst erfolgt. Der Rotor ist zu diesem Zweck an seinen beiden Außenkanten mit je zwei Flanschringen 29 und 30 versehen, die zwischen sich eine Führungsnut 31 bilden. In diese Führungsnut 31 greift eine auswechselbare Führungsleiste 32 ein, an der ein Bolzen 33 befestigt ist. Dieser Bolzen geht lose durch das äußere Ende

ao der Abdichtplatte 2 hindurch und trägt einen einstellbaren Anschlag 34, gegen den das äußere Ende der Abdichtplätte 2 mittels einer Feder 35 angedrückt wird. Mit Hilfe dieses Anschlages 34 kann also der Abstand der Abdichtplatte 2 von der Rotorstirnfläche auf einen gewünschten geringsten Wert wahlweise eingestellt werden, während die Feder 35 ein Ausweichen der Platte 2 nach außen unter Vergrößerung des Abstandes gestattet. An der unteren Rotorstirnfläche finden sich die entsprechenden Elemente. Durch diese Kupplung mittels des Rotors selbst werden also besondere Kupplungselemente erspart. Dieses schließt natürlich nicht aus, daß trotzdem auch eine Mantelabdichtplatte vorgesehen wird.

Es ergibt sich somit, daß der Grundgedanke der Erfindung, insbesondere in Verbindung mit den vorstehend im einzelnen erläuterten weiteren Merkmalen, zu einer mehrfachen und daher besonders sicheren Abdichtung der beiden Kanäle führt, während andererseits diese konstruktiven Mittel sehr einfach und infolgedessen wohlfeil und betriebssicher sind.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   i. Umlaufender Regenerativ-Vor wärmer für gasförmige Mittel, bei dem zwischen den Rotorstirnflächen und den feststehenden Gehäusestirnwänden in den die beiden Kanäle trennenden Übergangssektoren bewegliche, die toten Rotorsektoren abdichtende Platten angeordnet sind, die sich den während des Betriebes infolge Wärmeausdehnung auftretenden Verwerfungen des Rotors anpassen können, dadurch gekennzeichnet, daß auf die beiden einander zugewandten, einen der beiden Kanäle begrenzenden Kanten der beiden Sektorabdichtplatten (2, 3) jeder Rotorstirnfläche Stege (5, 6) aufgesetzt sind, die in der Nähe der Achse zusammenlaufen und deren äußere Enden durch einen längs des Umfangsabschnittes dieses Kanals verlaufenden Steg (7) miteinander verbunden sind, während ein ebenfalls in sich geschlossener Zug entsprechender Stege (16, 17, 20) auf der festen Stirnwand des Gehäuses so angebracht ist, daß diese beiden Züge von Stegen den hindurchlaufenden Kanal auf seinem ganzen Umfang abdichtend umschließen.

   2. Vorwärmer nach Anspruch 1 zur Erwärmung von Luft durch heiße Rauchgase, bei dem der Zentriwinkel des Luftkanals kleiner ist als derjenige des Rauchkanals, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung mittels der Stege den Luftkanal umschließt.

   3. Vorwärmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die äußeren Kanten der Sektorabdichtplatten mit Stegen (8,

   9) versehen sind, die in der Nähe der Achse zusammenlaufen und mit ihren äußeren Enden in den entsprechend verlängerten Umfangssteg (7) übergehen, während auch die festen Stirnwände des Gehäuses mit entsprechenden Stegen (12, 13) versehen sind, so daß auf den dem Rotor abgewandten Seiten der Sektorabdichtplatten (2, 3) allseitig umschlossene flache Kammern (27, 27', 28, 28') gebildet sind,

   4. Vorwärmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Außenseite der Sektorabdichtplatten gebildeten Kammern (27 mit 27' und 28 mit 28') miteinander in Verbindung stehen, zumindest paarweise je eine Kammer auf der einen Stirnseite des Rotors mit der gegenüberliegenden Kammer auf der anderen Stirnseite des Rotors.

   5. Vorwärmer nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfugen zwischen den den Rotorverwerfungen folgenden Stegen und den entsprechenden, an den Gehäusestirnwänden fest angebrachten Stegen mittels nachgiebiger Abdichtungen (14, 18) überdeckt sind.

   6. Vorwärmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überdeckung der Fugen eine rundherumlaufende nachgiebige Manschette (18) dient, deren einer Rand an den beweglichen Stegen (5, 6, 7) und deren anderer Rand an den festen Stegen (16, 17, 20) gasdicht befestigt ist.

   7. Vorwärmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (18) aus dünnem Blech besteht.

   8. Vorwärmer nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Zwischenwände (1) des Rotors, die dessen einzelne Sektoren voneinander trennen, sowie gegebenenfalls die konzentrischen Unterteilungswände in voller Wandstärke durch die gesamte Höhe des Rotors hindurchgehen, so daß sie mit einem Umfangsflanschring (36) stirnseitig eben abschließen, wobei die gesamte Stirnfläche vorzugsweise zu einer völlig ebenen Fläche abgedreht ist.

   9. Vorwärmer nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Sektorabdichtplatten paarweise, und zwar jeweils eine Abdichtplatte der einen

   Rotorstirnseite mit der gegenüberliegenden (2 mit 2' und 3 mit 3') der anderen Rotorstirnseite, an ihren äußeren Enden in an sich bekannter Weise miteinander gekuppelt sind, so daß jedes Abdichtplattenpaar (2-2' bzw. 3-3') gleichlaufend den Aufundniederbewegungen des Rotors folgen kann.

   10. Vorwärmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kuppeln der beiden Platten eines Abdichtplattenpaares Verbindungsglieder (21) vorgesehen sind, deren Länge veränderbar ist, um den Abstand der beiden Abdichtplatten voneinander nach Bedarf einzustellen.

   11. Vorwärmer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der die beiden Platten eines Paares miteinander kuppelnden Verbindungsglieder durch Anschläge (23, 34) bestimmt ist, die durch ihre Einstellung den

   ao geringsten Abstand fest begrenzen, jedoch federnd ausgebildet sind.

   12. Vorwärmer nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei einander auf den beiden Stirnflächen des Rotors gegenüberliegende Sektorabdichtplatten (2-2' bzw. 3-3') durch eine Mantelabdichtplatte miteinander verbunden sind, die diesem Abschnitt des Rotorumfanges abdichtend gegenübersteht und zugleich die Kupplung der beiden Sektorplatten miteinander bewirkt.

   13. Vorwärmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor an den beiden Außenkanten seiner Mantelfläche je mit einer außen um den Umfang herumlaufenden Führungsnut (31) versehen ist, in die eine die benachbarte Abdichtplatte steuernde Führungsleiste (32) eingreift, so daß der Rotor die beiden einander gegenüberliegenden Abdichtplatten eines toten Sektors miteinander kuppelt.

   14. Vorwärmer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor an seinen beiden Außenkanten je mit zwei Flanschringen (29, 30) versehen ist, die zwischen sich die Führungsnut (31) bilden.

   15. Vorwärmer nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß an der Führungsleiste ein achsparalleler Bolzen (33) befestigt ist, der zwischen Abdichtplatte (2) und Führungsleiste (32) einen einstellbaren Anschlag

   (34) und auf der der Führungsleiste abgewandten Seite der Abdichtplatte (2) eine Druckfeder

   (35) trägt, die die Abdichtplatte federnd gegen den Anschlag drückt.

   Angezogene Druckschriften :
   Deutsche Patentschrift Nr. 891 906.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   9572 Ü.54