DE925853C - Umlaufender Regenerativ-Vorwaermer mit beweglichen Abdeckplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen umlaufenden Regenerativ-Vorwärmer für gasförmige Medien, 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 Medium strömen, einwandfrei gegeneinander abzudichten, so daß ein Übertritt eines Mediums in den Kanal des anderen Mediums verhindert wird. Es sind schon Vorschläge gemacht worden, die dazu dienen sollen, dieses Ziel möglichst weitgehend zu erreichen, wobei verschiedene Lösungen oft durchaus auch gleichzeitig angewandt werden) können, um sich in ihrer Wirkung zu unterstützen.

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 Rechnung tragen will, besteht darin, zwischen den Rotorstirnflächen und den feststehenden Gehäuse-Stirnwänden in den die beiden Kanäle trennenden Übergangssektoren 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 jeweils die obere und die untere Abdichtplatte eines Übergangssektors durch eine den Rotor auf seinem Umfang abdeckende Mantelplatte miteinander verbunden sind, so daß sie gleichlaufend den Aufumdniederbewegungen. des Rotors folgen.

ίο Der Gedanke, die beiden stirnseitigen Abdichtplatten miteinander zu verbinden, so daß sie ihre Bewegungen gleichlaufend ausführen), ist an sich schon bekannt, jedoch wurden dazu bisher stets besondere Verbindungsgestänge benutzt, während die an sich ebenfalls schon bekannte Mantelabdichtplatte ein besonderes Bauelement darstellte. Diese folgte also nicht den Aufundniederbewegungen der beiden stirmseitigen· Abdeckplatten.

Die Vereinigung aller drei Platten eines toten Sektors miteinander führt zu einer Vereinfachung des Aufbaues und bringt eine Reihe konstruktiver Vorteile mit sich, die nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert werden. Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dar.

Abb. ι veranschaulicht in einer vereinfachten Darstellung den allgemeinen Grundgedanken der Erfindung;

Abb. 2 zeigt einen radialen Schnitt durch einen solchen Vorwärmer unter genauerer Darstellung einiger konstruktiver Einzelheiten; in entsprechender Weise zeigt . . -

Abb. 3 die Abwicklung eines senkrechten Schnittes durch den Rotor längs einer Schnittfläche, dicht innerhalb des Rotormantels, konzentrisch zur Rotor achse;

Abb. 4 stellt einen waagerechten Schnitt durch den Vorwärmer im Bereich der toten Übergangszone dar;

Abb. 5 zeigt diese tote Zone in einem Ausschnitt in räumlicher Darstellung und

Abb. 6 eine besondere Ausbildungsform der Halterung der unteren Sektorengelenke.

Der dargestellte Rotor ist im der üblichen Weise durch radiale Wände 1 in seine einzelnen Sektoren unterteilt. Es handelt sich hierbei um einen Vorwärmer, bei dem die beiden Kanäle unterschiedliche Querschnitte aufweisen, und .zwar möge der ■ vordere, kleinere Kanal den Luftkanal, der hintere, größere Kanal den Gaskanal darstellen. Die beiden toten Übergangszonen sind oben durch auf und nieder bewegliche Platten 2 und 3 abgedeckt, während die entsprechenden Abdeckplatten 2' und 3' an der unteren Stirnfläche in dieser Abbildung nicht zu sehen sind. Sichtbar aber sind die beiden den Mantel abdeckenden Platten, von denen die Mantelplatte 4 die beiden Stirnplatten 2 und 2', die Mantelplatte 5 die beiden Stirnplatten 3 und. 3' miteinander kuppelt. In der Nähe der Rotorachse sind die beiden stirnseitigen Abdichtplatten 2 und 3 mit Hilfe eines Gelenkes 6 auf und nieder schwenkbar gelagert. Auf der Unterseite des Rotors entspricht diesem ein in Abb. 1 nicht sichtbares Gelenk 6'. Bei Verwerfungen des Rotors kann jedes der beiden Plattensysterne- den Aufumdmiederbewegungen des Rotors ohne Schwierigkeiten folgen, so daß die Abstände dazwischen unverändert bleiben.

Einzelheiten des Aufbaues sind aus den Abb. 2 bis 5 ersichtlich, die einige der wichtigsten konstruktiven Merkmale veranschaulichen.

Der Rotor ist durch konzentrische Wände 7 in einzelne ringförmige Räume unterteilt, die ihrerseits wieder durch die radialen Wände 1 weiter unterteilt sind. Die äußerste konzentrische Wand 7', der Rotormantel, trägt oben und unten je einen Umfangsflanschring 8 bzw. 8', so daß sich außen ein ringförmiger Raum bildet, in dem radiale Lamellen 9 eingesetzt sind. Diese Lamellen 9 werden sehr genau eingepaßt; ihre Außenkante sowie die Außenkante der beiden Umfangsflanschringe 8 und 8' liegen auf dem Mantel eines gedachten Kreiszylinders.

In ähnlicher Weise wird an den beiden Stirnflächen des Rotors eine gute Abdichtung gegenüber den. Abdichtplatten α und 3 bzw, 2' und 3' dadurch erzielt, daß alle Zwischenwände 1 und 7 sich in voller Wandstärke über die gesamte Höhe des Rotors erstrecken. Die beiden Stirnflächen des Rotors werden gemeinsam mit den stirnseitigen Flächen der beiden Flanschringe 8 und 8' auf der go Drehbank abgedreht, so daß eine völlig ebene Fläche entsteht. Auch außen an ihrem Umfang werden die beiden Flanschringe überdreht, so daß sie völlig kreisrund sind und eine genaue Anpassung der Lamellen 9 ermöglichen.

Da auf diese Weise gewährleistet ist, daß der Rotor genau kreisrund läuft, handelt es sich nun darum, die Mantelabdichtplatte möglichst genau anzupassen. Sie ist zu diesem Zweck in radialer Richtung verstellbar angeordnet, und zwar mit Hilfe einstellbarer Anschläge 10, von denen hier für jede Mantelplatte insgesamt vier vorgesehen sind. Jeder Anschlag 10 besteht aus einem an der Abdichtplatte 4 befestigten Stift, auf dem eine Druckfeder sitzt und der an seinem äußeren Ende eine verstellbare Mutter trägt. Die Druckfedern schieben die Mantelabdiohtplatte in dem durch die Mutter wahlweise festgelegten Maß an den Rotormantel heran. Es ist aber infolge der Federn ein Nachgeben in radialer Richtung nach außen durchaus möglich. Dieses ist von Wichtigkeit für den Fall, daß in den Gasstrom Fremdkörper hinjeingelangen, die ohne eine solche Nachgiebigkeit zu Zerstörungen führen, könnten. In entsprechender Weise ist der Abstand der beiden Platten 2 und 2' bzw. 3 und 3' voneinander durch Anschläge 11 wahlweise einstellbar, die aus einem an der betreffenden Platte befestigten Stift nebst verstellbarer Mutter bestehen und die wie die Anschläge ebenfalls mit Federn ausgestattet sind, um gegebenenfalls eine elastische Abstandsvergrößerung zuzulassen.

Diese aus den drei Abdichtplatten bestehende Anordnung iist an dem einen· Ende eines zweiarmigen Hebels 12 aufgehängt, dessen anderes Ende mit einem verstellbaren Gegengewicht 13

belastet ist. Infolge dieses Gewichtsausgleichs kann das Abdichtsystem also sehr leicht allen Aufundniederbewegungen des Rotors folgen.

Die Abdichtplatten 2 und 2' sind an ihren Kanten mit aufwärts gerichteten Stegen 14 bzw. 14' versehen. Diesen stehen entsprechende Stege 15 und 15' gegenüber, die an der ruhenden Gehäusestirnwand fest angebracht sind. Die beiden Stege eines jeden Stegpaares können sich also dicht nebeneinander vorbeischieben, und sie bewirken eine gewisse Abdichtung zwischen dem Luftkanal L und dem Gaskanal G, die zu beiden Seiten der Abdichtvorrichtung verlaufen, außerdem aber auch eine Versteifung und genaue Führung. Um die Abdichtung zu verbessern, sind Federbleche 16 bzw. 16' vorgesehen, die auf den Gehäusestegen 15, 15' befestigt sind und sich mit ihrer freien anderen Kante an die Plattenstege 14, 14' abdichtend anlegen. Diese Einzelheiten sind außer aus Abb. 3 sehr deutlich auch aus der raumbildlichen Darstellung in Abb. 5 ersichtlich, in der das Federblech 16 etwas verkürzt gezeichnet ist, um die Lage der Stege erkennbar zu machen.
Eine genau entsprechende Abdichtung ist bei der Mantelabdichtplatte 4 vorgenommen, die an ihren Außenkanten mit Stegen 17 versehen ist und mit diesen Stegen 17 entsprechenden, am Gehäuse fest angebrachten Stegen 18 gegenübersteht. Die Trennfuge zwischen beiden Stegen ist auch hier durch Federbleche 19 überbrückt.

Der Raum hinter der Mantelabdichtplatte 4 ist außen durch einen Deckel 20 verschlossen, nach dessen Abnahme das ganze Abdichtsystem zugänglich ist, so daß die genaue Einstellung von dort aus während des Betriebes vorgenommen werden kann. Das Gegengewicht 13 wird so eingestellt, daß es das Gewicht des gesamten Abdichtsystems ausgleicht. Nicht ausgeglichen wird dadurch selbstverständlich der Einfluß etwaiger Druckunterschiede in den Räumen 21 und 21', die hinter den stirnseitigen Abdichtplatten 2 und 2! gebildet sind. Infolge Übertritts der gasförmigen Medien aus den beiden benachbarten Kanälen können hier unterschiedliche Drücke auftreten, die das Gleichgewicht stören. Aus diesem Grunde sind die beiden Ausgleichsiräume 21 und 21' miteinander verbunden, und zwar am einfachsten über den hinter der Mantelabdichtplatte 4 gebildeten Raum 22.

Die vorstehend zu der Mantelabdichtplatte 4 beschriebenen Einzelheiten finden sich in entsprechender Weise auch bei der Mantelabdichtplatte 5.

Daraus ist erkennbar, daß die beiden Kanäle gegeneinander gut abgedichtet sind und daß für die Verstellung des Abdichtsystems nur geringfügige Kräfte erforderlich sind. Die größte Bewegung tritt am Umfang des Rotors auf. Die Anschläge 10 und 11 werden während des Betriebes eingestellt. Die erforderlichen kleinen Anpassungsbewegungen erfolgen dann bei dem gewichtsmäßig ausgeglichenen System während des Betriebes von selbst. Der Rotor erfährt eine Formänderung am Umfang· je nur einmal, und zwar in der einen Richtung, wenn der Kessel in Betrieb genommen wird, und in der anderen Richtung zurück bei Stillsetzung, wobei die Temperaturen sich wieder ausgleichen. Dabei verlagert sich die Lage der Flanschringe am Umfang gegenüber der Nabe. Die genaue Kreisform des Flanschringes bleibt jedoch erhalten. Er wird nur parallel zur Achse verschoben. Es werden daher auch die Abdichtplatten nur während des Anfahrens und des Abstellens verschoben. Während des normalen Betriebes jedoch bleiben sie in der eingestellten Betriebslage stehen.

Die Gelenke 6 und 6', mittels deren die stirnseitigen Abdichtplatten in der Nähe der Rotorachse befestigt sind, können von außen einstellbar gemacht werden, und zwar kann zu diesem Zweck beispielsweise eine Schraube oder ein von außen geführter Hebel vorgesehen werden. Dadurch wird eine genaue Einstellung des Abstandes der stirnseitigen Abdichtplatten von den Rotorstirnflächen auch an diesem Ende möglich. In vielen Fällen genügt es, die Gelenke vor der Inbetriebnahme des Luftvorwärmers einzustellen und dann in der eingestellten Lage steheinzulassen. Es sind nämlich die Bewegungen, die die Rotorstirnflächen unter dem Einfluß der Temperaturänderung in der Nähe der Achse ausführen, verhältnismäßig gering. Zur Verbesserung der Abdichtung kann es jedoch nützlich sein, auch hier eine selbsttätige Nachstellung vorzusehen.

Bei den jetzt gebräuchlichen Luftvorwärmern! ist der Rotor in einem oberen Haupttraglager aufgehängt. Am unteren Ende dieser senkrecht hängenden Welle stützt sich die Rotornabe auf. Infolge der höheren Temperatur während des Betriebes senkt sich dieser Stützpunkt also um einen gewissen Betrag. Die unten abgestützte Rotornabe jedoch dehnt sich in Richtung nach oben aus, so daß dadurch am oberen Nabenende die Ausdehnung der Welle wieder zum Teil ausgeglichen wird. Wenngleich die Welle eine etwas niedrigere Temperatur aufweist als die Nabe, so hat dieser Ausgleich doch zur Folge, daß das obere Ende der Nabe seine Höhenlage nicht nennenswert ändert. Hier kann also auf besondere zusätzliche Maßnahmen verzichtet werden. Es genügt daher, für den obenliegenden Gelenkpunkt der oberen Abdichtplatten die erwähnte Einstellung von Hand vorzunehmen. Bei den unteren Gelenken jedoch ist eine Berücksichtigung dieser Änderung der Höhenlage zwischen dem kalten Ruhezustand und dem warmen Betriebszustand angebracht.

Eine solche sich selbsttätig anpassende Gelenkhalterung für die unteren Abdichtplatten ist in Abb. 6 dargestellt, und zwar erfolgt hier diese selbsttätige Anpassung mit Hilfe des Lagers. Der Grundgedanke dieser Konstruktion ist übrigens nicht nur für die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, sondern ganz allgemein für umlaufende Luftvorwärmer mit oben aufgehängtem Rotor, ferner auch für solche mit stehendem Rotor sowie für solche mit waagerechter Rotorachse anwendbar.

Bei dem dargestellten Ausführuagsbeispiel ist das untere Ende der oben aufgehängten Rotoraehse 23 mit einem Stützring 24 versehen, auf den die Rotornabe 25 sich aufsetzt. Zur zentrischen Führung der Achse 23 dient ein Führungslager 26. Die Lagerschalen 33 dieses Führungslagers 26 sind nicht starr angeordnet, sondern so, daß sie den Aufundniederbewegungen des unterem Endes .der Welle 23 folgen können. Das neue und wesentliche

ίο Merkmal dieses Lagers besteht nun darin, daß der Lagerbolzen 28, der den Enden der Abdichtplatten als .Gelenkpunkt dient, am den Lagarschalen dieses Führungslagers 26 gehaltert ist. Da die Lagerschalen 33 des Führungslagers 26 also den durch die Temperaturänderungen hervorgerufenen Aufundniederbewegungen des unteren Endes der Welle 23 folgen, folgen damit auch die Gelenke der Abdichtplatten in genau dem gleichen Maße. Es braucht also der gewünschte Plattenabstand nur einmal eingestellt zu werden, worauf dieser dann unverändert beibehalten bleibt. Diesem Zweck dient ein Bolzen 29, der oben den Lagerbolzen 28 trägt und dessen Muttern 30 den kleinsten Plattenabstand bestimmen, da eine Feder 31, die sich auf einer auf den Lagerschalen 33 ruhenden Platte 34 abstützt, den Bolzen bis zu diesem Mutternanschlag nach oben drückt. Auch hier wieder gestattet diese Feder 31 ein elastisches Nachgeben unter Vergrößerung des Abstandes zwischen Abdichtplatten und unterer Rotorstirnfläche.

Es hat sich nun als zweckmäßig herausgestellt, die Gelenke der beiden Abdichtplatten 2'und 3' nicht diametral zur geometrischen Achse der Rotorwelle anzuordnen, sondern statt dessen auf der einen Seite zusammenlaufen) zu lassen. Das Gewicht der beiden Abdichtplatten, die sich auf die eine Seite des Führungslagers 26 stützen, bedeutet zwar eine einseitige Belastung der Lagerschalen. Es ist aber möglich, diese einseitige Belastung auszugleichen, indem die andere Seite des Lagers in dem gleichen Maße belastet wird. Hierzu kann beispielsweise eine Feder 32 benutzt werden, die so bemessen ist, daß ihre Kraft der durch die Abdichtplatten ausgeübte Belastung entspricht.

Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Umlaufender Regenerativ-Vorwärmer für gasförmige Medien, bei dem zwischen den Rotarstirnflächen und den feststehenden Gehäusestirnwänden in den die beiden· Kanäle

   55. trennenden Übergangssektoren bewegliche, die toten Rotorsektoren abdichtende Platten angeordnet sind, die sich den während des Betriebes infolge Wärmeausdehnung auftretenden Verwerfunigen des Rotors anpassen können, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die obere und die untere Abdichtplatte (2, 2' bzw. 3, 3') eines Übergangssektors durch eine den Rotor auf seinem Umfang abdichtende Mantelplatte (4 bzw. 5) miteinander verbunden sind, so daß die obere und die untere Abdichtplatte in an sich bekannter Weise gleichlaufend den Aufundniederbewegungen des Rotors folgen können.
2. 2. Vorwärmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den stirnseitigen Abdichtplatten zugeordnete verstellbare Anschläge (11), die es gestatten, den Abstand der beiden Abdichtplatten voneinder wahlweise einzustellen.
3. 3. Vorwärmer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch der Mantelabdichtplatte zugeordnete Anschläge (10), die es gestatten, den radialen Abstand dieser Platte wahlweise einzustellen.
4. 4. Vorwärmer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellanschläge die Äbdichtplatten federnd in Richtung auf den Rotor drücken und den geringstem Abstand fest begrenzen, in Richtung vom Rotor fort jedoch ein federndes Nachgeben unter Abstandsvergrößerung zulassen.
5. 5. Vorwärmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Trennwände (1) des Rotors, die dessen einzelne Sektoren voneinander trennen, sowie gegebenenfalls die konzentrischen Unterteilungswände (7) in voller Wandstärke durch difö gesamte Höhe des· Rotors· hindurchgehen, so daß sie mit einem Umfangsflanschring (8 bzw. 8') stirnseitig eben abschließen, wobei die gesamte Stirnfläche vorzugsweise zu einer völlig ebenen Fläche abgedreht ist.
6. 6. Vorwärmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umfangsflanschriitige (8 und 8') über den Rotormantel hinausragen und daß in den dadurch gebildeten kreisringförmigen Raum radiale Lamellen (9) eingesetzt sind, die so genau eingepaßt sind, daß ihre Außenkanten und die Außenkanten der beiden Umfangsflanschringe auf der Mantelfläche eines· Kreiszylinders liegen). ·
7. 7. Vorwärmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die umfangsseitige und die beiden stirnseitigen Abdichtplatten jedes Übergangssektors an ihren Rändern Stege (14, 14', 17) tragen, die zum Gehäuse gerichtet sind und dicht neben entsprechenden, am Gehäuse fest angebrachten Stegen (15, 15', 18) liegen, so daß durch diese Stege jeweils zwischen einer Abdichtplatte und dem benachbarten Teil der Gehäusewand ein Raum (21, 211' 22) allseitig umschlossen ist.
8. 8. Vorwärmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsfuge zwischen einem Steg einer Abdichtplatte und dem zugeordneten Steg der Gehäusewandung durch eine nachgiebige Dichtung abgedichtet ist, beispielsweise durch ein an dem einen Steg befestigtes Federblech (16, i6', 19), das sich federnd auf den anderen Steg aufliegt.
9. 9. Vorwärmer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in jedem Über-

   gangssektor durch die drei Abdichtplatten, die entsprechenden Teile der Gehäusewand sowie die aufgesetzten Stege gebildeten Hohlräume (21, 2i', 22) miteinander in Verbindung stehen.
10. 10. Vorwärmer nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Festlager und einem Losoder Führungslager, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Nähe der Rotorwelle (23) liegenden Gelenke (6' bzw. 28) der beiden auf der Seite des Los- oder Führungslagers (26) angeordneten Abdiehtsefctoren (2', 3') an diesem Lager einstellbar gehaltert sind (Abb. 6).
11. 11. Vorwärmer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gelenke (28) auf der gleichen Seite der Welle (23) angeordnet sind, wobei diese einseitige Belastung des Führungslagers (26) durch eine entsprechende Belastung, beispielsweise mittels einer Feder (32), auf der diametral gegenüberliegenden Seite ausgeglichen ist.
12. 12. Vorwärmer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen bzw. die gemeinsame Halterung (28) der beiden Gelenke einen einstellbarenAnschlag (30) besitzen, der den Abstand der inneren Enden der Abdichtsektoren von der Stirnfläche des Rotors auf einen einstellbaren Mindestwert begrenzt, andererseits aber ein federndes Nachgeben nach außen unter Vergrößerung des Abstandes zuläßt.

    Angezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschriften Nr. 891906, 728977; französische Patentschrift Nr. 726438;
    Werbeschrift »Ljungström-Luftvorwärmer« der

    Kraftanlagen AG. Heidelberg vom 7. 12. 1949,

    S. 13 bis 15.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    © 9608 3.55