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Regenerativwärmeaustauscher, insbesondere Luftvorwärmer Die Erfindung
betrifft einen umlaufenden Regenerativwärmeausta:u.scher, insbesondere Luftvorwärmer,
mit feststehendem Gehäuse und einem zur Aufnahme der wärmeaustauschenden Masse dienenden,
am Umfang gelagerten Läufer.
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Bei dem Betriebe von Regenera:tivwärmeaustauschern mit feststehendem
Gehäuse und einem sich in diesem drehenden Läufer, der zur Wärmeaufnahme mit Wellblechpaketen
in radialer Richtung durchsetzt ist und jeweils auf der einen Hälfte seines Kreisquerschnittes
vom wärmeabgebenden, auf der anderen vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmt wird,
während er sich selbst langsam dreht, zeigen sich starke rormenänderungen.
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Gemäß der Erfindung soll nun der Läufer an seinem äußeren Umfang im
Gehäuse auf einem Kugel- oder Rollenkranz so gelagert sein, daß der Abstand zwischen
Gehäuse und Läufer trotz der Temperaturunterschiede bei einer entsprechend biegungsweichen
Ausbildung des letzteren an allen Stellen der gleiche ist.
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Man kann infolgedessen nicht, wie bekannt, einen Läufer an drei Punkten
seines Umfanges. auf Ro@llen od. dgl. lagern. Bei einer derartigen Ausführung würde
vielmehr eine biegungssteife Ausbil-
Jung des Läufers erforderlich
sein, und diese würde wiederum erhebliche Verwerfungen und Undichtigkeiten im Gefolge
haben. Man muß vielmehr gemäß der Erfindung -den Läufer auf seinem gesamten Umfang,
z. B. über einen Kugel- oder Rollenkranz od. dgl., lagern.
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Bei der nachfolgend in erster Linie als Beispiel beschriebenen Ausführung
soll die erfindungsgemäße Lagerung am unteren Umfang eines mit stehender Achse ausgeführten
Läufers angeordnet sein.
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Der Vorteil dieser Lagerung besteht nun darin, daß nunmehr das Spiel
zwischen Läufer und Gehäuse auf ein bisher nicht erreichbares Mindestmaß herabgesetzt
ist. Während nämlich bisher durch Wärmeeinwirkung der rechteckige Längsschnitt durch
den Läufer in der Weise verzogen wurde, daß sich die äußere Mantellinie nach unten
senkte, liegen bei der erfindungsgemäßen Lagerung die Verhältnisse gerade umgekehrt:
Die thermische Verformung wirkt sich so aus, daß der Läufer in seiner Achse, d.
h. in seiner Mitte, sich nach oben zu heben neigt. Dem wirkt aber das beträchtliche
Gewicht des Läufers entgegen, so daß also bei entsprechender nachgiebiger Ausbildung
die endgültige Formänderung des Läufers ein Mindestmaß ausmacht, da die thermischen
und die mechanischen Anteile einander gegenseitig weitgehend aufheben. Hierbei hat
der Umfang eine im wesentlichen stets waagerechte Lage.
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Ist es durch die erfindungsgemäße Anordnung möglich, den gesamten
Austauscher aus schwächeren Profilen und dünneren Blechen herzustellen und damit
zugleich mit der biegungsweichen Ausbildung an Baugewicht und an Kosten für das,
Fundament zu sparen, so kann diese Tendenz noch weiter dadurch verfolgt werden,
daß man außer der erfindungsgernäßen Lagerung am äußeren Umfang auch noch eine solche
am inneren vorsieht. Diese Maßnahme erlaubt es zudem, den biegungsweichen Charakter
der Konstruktion noch weiter zu betonen. Auch hier ist es wiederum gleichgültig,
ob es sich hierbei um Wärmeaustauscher mit stehender oder mit liegender Achse handelt
und ob die Lagerungen bei der stehenden Ausführung beide an der unteren, beide an
der oberen oder auf zwei verschiedene Arten wechselweise diagonal einmal an der
unteren und einmal an der oberen Stirnfläche vorgesehen sind.
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In der Regel wird die Lagerung in der vorbeschriebenen Weise bereits
vollständig ausreichen. Es ist indessen vorteilhaft, diese Lagerungen, die durch
Kugeln., Kegel, Rollen., Walzen, Räder od. dgl. dargestellt sein mögen., möglichst
mit einem großen Spiel zu versehen und ihnen lediglich. die Sicherung in lotrechter
Richtung zu übertragen.. Es ist dann aber die Sicherung in der waagerechten Richtung
noch erforderlich. Diese soll gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung durch einen
in, der Längsachse angeordneten Zapfen verwirklicht werden. Bei Wärmeaustauschern
mit liegender Achse kann der Lagerzapfen zur Sicherung gegen Axia,lverschiebung
dienen. Diese Ausführung ist deshalb günstig, weil die Umfangslagerung nunmehr erhebliches
Seitenspiel aufweisen kann und die Lagerreibung hierdurch herabgesetzt wird.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Lagerung bringt den weiteren
Vorteil, daß nunmehr an sich bekannte und zum Teil auch für kleine Durchmesser und
starre Ausführungen an Luftvorwärmern angewandte Dichtungsmittel in ihrer Wirkung
erheblich gesteigert werden. So kann man nunmehr Labyrinthdichtungen anwenden, die
bereits an bekannten Konstruktionen zwischen drehbewegten Teilen von Drehluvos auch
an großen Durchmessern vorgesehen wurden, ohne nunmehr dabei befürchten zu müssen,
daß die gegenseitige Eingriffstiefe der Labyrinthringe durch Verwerfungen erheblich
geändert und insbesondere vermindert wird. Des weiteren können die Labyrinthspalte
in seitlicher Richtung enger vorgesehen werden und ohne daß gegenseitige Reibungen
auftreten, da die Radialführung durch Rollenkranz und gegebenenfalls Zapfen dies
ohne weiteres gestattet. Außerdem können Eintauchdichtungen, wie sie vorwiegend
an Wellen von Luftvorwärmern, zusammen mit Schleifdichtungen, aber auch an deren
Außenumfang dann angewandt wurden, wenn die Teile starr ausgebildet waren und keinen
allzu großen Durchmesser aufwiesen, nunmehr bedenkenlos als ausschließliches Dichtungsmittel
verwendet werden.
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Durch die Verbesserung der Wirkung dieser an sich bekannten Dichtungen
wird der Wirkungsgrad der Austauscher in gleichem Maße erhöht, wobei sich der weitere
Vorteil ergibt, daß die Lagerung in an sich bekannter, aber nunmehr ebenfalls wesentlich
wirkungsvollerer Weise außerhalb der Dichtungen liegt, d. h. also nicht mehr im
strömenden Mittel.
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Die durch die Erfindung herbeigeführte Steigerung der Abdichtung erlaubt
es nun erstmalig, auf die Dichtungsfunktion des zylindrischen äußeren Gehäuseblechmantels
vollends zu verzichten. Dieser kann vielmehr mit Durchbrechungen, wie Lochungen
u. dgl., versehen und dadurch entsprechend leichter im Gewicht gehalten werden,
wobei er lediglich als Gerüst zum Halten einer äußeren Wärmeisolation dient, die
im Hinblick auf die verhältnismäßig hohen Temperaturbereiche stets vorgesehen werden
muß.
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Man hat zwar schon Eintauch-, Glocken- oder Tassendichtungen als ausschließliches
Abdichtungsmittel für Drehkörper an Wärmeaustauschern verwendet, indessen handelt
es sich hierbei um Stahlröhren-Rekuperatoren, die im Hinblick auf das hohe Gewicht
nur kleine Durchmesser aufweisen und bei denen die Enden der Stahlröhren mit den
an den Stirnwänden angeordneten Verteilungs- und Sammelkammern ein starres Ganzes
bilden, so daß Verwerfungen nicht oder in nur sehr geringfügigem Maß zustande kommen
und die auftretenden Verformungen verhältnismäßig leicht zu beherrschen sind.
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Man hat auch bereits versucht, bei Drehluvos großen Durchmessers und
demgegenüber geringeren
Gewichtes für den Rotor, bei denen also
als Speicherelemente Blechplatten verwendet wurden, die Dichtung am Außendurchmesser
durch eine Glockenkonstruktion herbeizuführen. Indessen war es nicht möglich, dies
in der Weise zu tun, daß der eine Teil der Glockendichtung sich gegenüber dein anderen
in Drehbewegung befindet, vielmehr hat man sowohl den Eintauchteil als auch den
Binnenteil gegen Drehung gesichert und insoweit unbeweglich gegenüber dem Außengehäuse
angeordnet" dabei aber den Binnenteil über eine Reihe auf dem Umfang verteilter
und im wesentlichen achsparalleler Arme längsverschiebbar gelagert, wobei sich die
Arme über Rollen auf dem zum Antrieb des Rotors an dessen Außenumfang vorgesehenen
Zahnkranz in der Weise abstützten, daß der Binnenteil stets den gleichen Abstand
von der Stirnfläche des Läufers aufwies. Die eigentliche Dichtung mußte dabei aber
durch andere Mittel, nämlich durch eine am drehgesicherten Binnenteil angeordnete
Schleifdichtung, hergestellt werden, so daß also die Glockendichtung nicht in der
Hauptsache als solche, sondern vielmehr nur zur Überwindung der Verformungen diente.
Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung hingegen bewegen sich Eintauch- und Binnenteil
der Glockendichtung drehend gegeneinander, die Beherrschung der Verformungen geschieht
über die erfindungsgemäße Lagerung, so daß also die Glockendichtung in der Hauptsache
als solche und nur in sehr geringem Umfang zur Beherrschung der gegenseitigen Axialbewegungen
dient.
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Die Füllung der erfindungsgemäßen Abdichtung kann den jeweiligen Verhältnissen
angepaßt gewählt werden. Einerseits ist die Verwendung von Wasser durchaus möglich,
obwohl die mittleren Temperaturen, vor allem aber die örtlichen Höchsttemperaturen
wesentlich über dem Siedepunkt liegen. Man kann einen Wasserdurchlauf mit einem
Zu- und einem Ablauf vorsehen, so d.aß beim Durchlauf die Temperatur des Wassers
stets unterhalb des Siedepunktes bleibt. Man kann auch lediglich einen Zulauf vorsehen
und außerhalb der Dichtung einen Schwimmer anordnen, der dafür sorgt, daß stets
so viel Wasser nachgeliefert wird, wie innen verdunstet. Man kann auch die Zahl
der Zu- und Abläufe über den Umfang so verteilen, daß selbst bei höchsten Temperaturen
der Siedepunkt nicht erreicht wird. Man kann aber auch weiterhin an Stelle von Wasser
andere Flüssigkeiten, wie Salzlösungen, Öle u. dgl., verwenden.
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Besonders empfiehlt es sich, eine an sich bekannte Füllung mit Sand
zu verwenden, die bisher bei ähnlicher Gelegenheit deshalb noch nicht zur Anwendung
kam, weil damit eine. vollständige Abdichtung nicht erzielt wird. Die Abdichtung
ist für den vorliegenden Zweck aber völlig ausreichend, und der durch die Verwendung
von Sand bedingte, etwas erhöhte Reibungswiderstand ist bedeutungslos sowohl für
den Verschleiß als auch für den Kraftverbrauch des Wärmeaustauschers, wie die Erfahrung
gezeigt hat. Aus Sicherheitsgründen empfiehlt es sich., zwischen den Dichtungen
und den Kugellagern Ab,-zugsöffnungen vorzusehen, so daß das Dichtungsmittel oder
Staub aus dem Läufer nicht in die Kugellager gelangen können.
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Ein weiteres Mittel, um das Eindringen von Staub aus den Dichtungen
bzw. aus dem wärmeabgebenden Mittel in die Lagerung zu verhindern, besteht erfindungsgemäß
darin, daß man den Raum, in dem sich die Lagerung befindet, also etwa den Raum zwischen
Gehäuse und Läufer, unter Überdruck gegenüber dein Läuferinneren setzt.
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Im Hinblick auf die geringen Verformungen der Stirnflächen nicht nur
am Umfang, sondern über den gesamten Läuferquerschnitt hin, können nun die vorstehend
entwickelten Gesichtspunkte sinngemäß auch auf die Stirndichtungen zwischen den
Zonen angewandt werden. Diese haben einen doppelten Zweck, nämlich einmal den, eine
Übergangszone vollständig abzudecken, so daß nicht durch die Zone hindurch mehr
als ihr eigener Inhalt in die fremde Zone eindringen kann. Zum anderen haben sie
den Zweck, die Stirnflächen des Läufers in den neutralen Zonen abzudichten. Die
erste Aufgabe läßt sich, nachdem infolge der geringen Formänderungen die Verwendung
von Eintauchdichtungen möglich ist, durch ihre Anwendung auch auf die Stirndichtungen
erreichen, wobei die geringen Bewegungen dieser Platten nur beschränkte Abmessungen
der Eintauchdichtungen erfordern. Diese Ausführung läßt sich naturgemäß in erster
Linie bei stehenden Wärmeaustauschern verwenden, da hier die Bewegungsrichtung der
Stirndichtungsplatten lotrecht verläuft und die Anordnung der Eintauchdichtung besonders
einfach wird. Vor allem lassen sich in diesem Zusammenhang Sandtassen verwenden.
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Um nun die durch die erfindungsgemäße Anwendung der Eintauchdichtungen
vollständige Abdichtung, die auf diese Weise auch zwischen den beiden Zonen im Spielraum
zwischen Läufer und Gehäuse an den Stirnflächen hergestellt ist, in gleicher oder
angenäherter Vollkommenheit auch zwischen den an den Stirnflächen des Läufers angeordneten
Platten zu erzielen, wird schließlich vorgeschlagen, die Stirnplatten unter Eigengewicht
oder einem entsprechenden Druck, z. B. einem Federdruck, an den Stirnflächen des
Läufers anliegen zu lassen. Diese Ausführung ist wiederum nur bei Wärmeaustauschern
gemäß der Erfindung möglich. Bei den bisher bekannten Ausführungen würde diese Abdichtungsart
infolge der starken Verwerfungen hohen Verschleiß und sogar Betriebsstörungen erwarten
lassen. Eine satte Auflage der Platten erzielt man insbesondere dann, wenn man sie
erfindungsgemäß in ihrer radialen Erstrekkung unterteilt. Die Abdichtung kann an
diesen Stellen in ausreichendem Maße durch gegenseitige Verzahnung, durch Ineinandergreifei
mit Nut und Feder, durch ineinanderfassende Abstufungen oder auf ähnliche Art erreicht
werden.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
wiedergegeben.
Abb. i zeigt einen schematischen Längsschnitt durch
einen Regenerativwärmeaustauscher mit Innenzentrierung und Abb.2 den gleichen Schnitt
bei Außenzentrierung.
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Gemäß Abb. i ist der Läufer 5 aus schwachem Blech in bekannter Weise
mit Blechlamellen 6 ausgestattet, dabei aber gemäß der Erfindung so gehalten, daß
die Konstruktion biegungsweich ist. Am inneren Rollenlager 7 und am äußeren Rollenlager
8 ruht dieser Läufer auf dem Gehäuse 9, das in starker Profilkonstruktion ausgeführt
ist. Die übrige Gehäusewandung, nämlich die Seitenwand to sowie der obere Anschluß
ii, ist aus dünnem Blech bzw. leichter Profilkonstruktion hergestellt und übernimmt
keine besonderen Kräfte. Die Zentrierung des Läufers im Gehäuse geschieht ausschließlich
über einen Zapfen 12, der über ein Radialdrucklager 13 im Gehäuse geführt ist.
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Die Abdichtung geschieht durch ringförmige Taschen 14, 15, 16 und
17, die am inneren und äußeren Umfange des unteren Gehäuseteiles sowie des
Läufers vorgesehen sind und in die entsprechenden Ringflansche 18, 19, 20
und 21 an der Unterseite des Läufers bzw. des oberen Gehäuseteiles eintauchen. Die
Taschen sind mit Sand gefüllt und so angeordnet, daß sie die Kugellager vor dem
Gasstrom schützen.
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Bei der Ausführung gemäß Abb. 2 ist der Läufer 22 in ähnlicher Weise
ausgebildet wie bei der vorbeschriebenen. Die Lagerung geschieht hier jedoch ausschließlich
durch ein einziges Rollenlager 23, das am äußeren Umfange des Läufers, und zwar
an seiner Unterseite angeordnet ist. Die Abdichtung ist hier in einfacher und nur
eine geringe Reibung verursachender Weise durch eine Labyrinthdichtung 24 vorgenommen,
bei der eine Anzahl von Ringflanschen, die wechselweise am unteren Gehäuseteil bzw,
am gegenüberliegenden Läuferteil angebracht sind, ineinandergreifen. Entsprechende
Labyrinthdichtungen 25, 26 und 27 sind am inneren unteren sowie an den äußeren und
inneren oberen Umfängen des Läufers zwischen. diesem und dem Gehäuse angeordnet.
Hierbei ist indessen zu bemerken, daß an den inneren Umfängen die Abdichtungen 25
und 27 nicht zwischen Gehäuse und Läufer, sondern zwischen Gehäuse und Dichtungsplatten
28 bzw. 29 angeordnet sind; wobei diese Dichtungsplatten zur Trennung der Gas- und
der Luftzone dienen und in radialer Richtung unterteilt sind. Es hat sich gezeigt,
daß diese bekannte Art der Abdichtung in ihrer neuartigen Anwendung auf die erfindungsgemäßen
Wärmeaustauscher sich besonders bewährt, weil sie völlige Sicherheit gegen Austreten
von Staub bietet und die Wärmeverluste - gegenüber den Einsparungen am Kraftverbrauch
von untergeordneter Bedeutung sind. Gerade der geringe Kraftbedarf ist es vielmehr,
der diese Lösung besonders -wertvoll macht. Die nicht dargestellten Stoßfugen zwischen
den Einzelteilen sind dabei gegeneinander verzahnt, und die einzelnen Dichtungsplatten
-werden unter Druck der Federn 30 und 31 gegen den Läufer dichtend angelegt.
Es versteht sich, daß bei der Bemessung dieses Federdruckes das Eigengewicht der
Platten jeweils mit berücksichtigt ist.