JP2018523808A - 回転再生式予熱器のための可撓性シール - Google Patents

回転再生式予熱器のための可撓性シール Download PDF

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Abstract

シールアセンブリは、リーフアセンブリと補助リーフアセンブリとを備える。リーフアセンブリは、第１の基部セクションを有する第１のリーフを備える。第１の基部セクションは、第１のリーフを予熱器のダイヤフラムに固定するための第１の締結領域を画定している。第１のリーフは、第１の基部セクションから遠ざかるように延在し、且つ第１のリーフの第１の遠位端部で終端している第１の細長いセクションを有する。リーフアセンブリは、第１のリーフの一部に係合する第２のリーフをさらに備える。前記第２のリーフは第２の基部セクションを有する。前記第２の基部セクションは、第２のリーフを前記ダイヤフラムに固定するための第２の締結領域を画定している。第２のリーフは、第２の基部セクションから遠ざかるように延在し、且つ第２のリーフの第２の遠位端部で終端している第２の細長いセクションを有する。補助リーフアセンブリは第１のリーフに固定され、且つ第２のリーフと摺動係合している。

Description

本発明は、回転再生式予熱器のための可撓性シール、特に複数のリーフを有する可撓性シールに関する。
図１に示すように、回転再生式空気予熱器（以下、「予熱器」という）は、全体が符号１０で示されている。予熱器１０は、ロータポスト１６に回転可能に取り付けられたロータアセンブリ１２を備える。前記ロータアセンブリ１２はハウジング１４内に位置しており、前記ハウジング１４に対して回転する。たとえば、ロータアセンブリ１２は、ロータポスト１６の軸線Ａを中心に矢印Ｒで示す方向に回転可能である。ロータアセンブリ１２は、ロータポスト１６からロータアセンブリ１２の外周に向かって半径方向に延在する隔壁１８（たとえば、ダイヤフラム）を備える。隔壁１８の隣接する対は、熱伝達アセンブリ１０００を収容するためのそれぞれの区画２０を画定している。前記熱伝達アセンブリ１０００の各々は、相互に積み重ねられた複数の熱伝達シート１００及び／又は２００を備える。
図１に示すように、予熱器１０は、ハウジング１４が予熱器１０を通る加熱された煙道ガスの流れを導くための煙道ガス入口ダクト２２と煙道ガス出口ダクト２４とを備えた、二等分構成となっている。ハウジング１４は、予熱器１０を通る燃焼空気の流れを導くための空気入口ダクト２６と空気出口ダクト２８とをさらに備える。予熱器１０は、ロータアセンブリ１２の上面に隣接してハウジング１４を横切って延在する上部セクタプレート３０Ａを備える。予熱器１０は、ロータアセンブリ１２の下面に隣接してハウジング１４を横切って延在する下部セクタプレート３０Ｂを備える。前記上部セクタプレート３０Ａは、前記煙道ガス入口ダクト２２と前記空気出口ダクト２８との間に延在し、且つこれらに接合されている。前記下部セクタプレート３０Ｂは、前記煙道ガス出口ダクト２４と前記空気入口ダクト２６との間に延在し、且つこれらに接合されている。上部セクタプレート３０Ａ及び下部セクタプレート３０Ｂはそれぞれ、円周板３０Ｃによって相互に接合されている。上部セクタプレート３０Ａ及び下部セクタプレート３０Ｂは、予熱器１０を空気セクタ３２及びガスセクタ３４に分割している。
図１に示すように、「Ａ」と記された矢印は、ロータアセンブリ１２のガスセクタ３４を通る煙道ガス流３６の方向を示す。「Ｂ」と記された矢印は、ロータアセンブリ１２の空気セクタ３２を通る燃焼空気流３８の方向を示す。煙道ガス流３６は、煙道ガス入口ダクト２２を通って入り、且つ区画２０に取り付けられた熱伝達アセンブリ１０００に熱を伝達する。加熱された熱伝達アセンブリ１０００は、予熱器１０の空気セクタ３２内へと回転される。次いで、熱伝達アセンブリ１０００に貯蔵された熱は、空気入口ダクト２６を通って入る燃焼空気流３８に伝達される。したがって、予熱器１０に入る高温の煙道ガス流３６から吸収された熱は熱伝達アセンブリを加熱するために使用され、次いで熱伝達アセンブリ１０００は、予熱器１０に入る燃焼空気流３８を加熱する。
図２に示すように、先行技術によるシール４０は、セクタプレート３０Ａに向かってダイヤフラム１８の各々の縁部から軸線方向に（すなわち、軸線Ａに平行に）、且つこれに沿って半径方向に延在している。別のシール４０は、セクタプレート３０Ｂに向かってダイヤフラム１８の各々の反対側から軸線方向に、且つこれに沿って半径方向に延在している（図１には１つのシール４０のみを示す）。シール４０は、通常基部４２Ｂを有する可撓性シールリーフ４２を備え、前記基部４２Ｂは、Ｌ字型バッキングバー４３と細長い保持バー４１との間に位置している。保持バー４１の基部４１Ｂ、可撓性シール４２の基部４２Ｂ、並びにバッキングバー４３の基部４３Ｂは、スペーサバー４４とダイヤフラム１８との間の複数のボルト４５及びナット４６により、ダイヤフラム１８の長さに沿って半径方向に固定されている。
予熱器１０の作動中、セクタプレート３０Ａ及び３０Ｂの表面３１’は、シール４０の遠位端部 から離間している。しかしながら、予熱器１０並びにダクト２２，２４，２６及び２８が比較的低温である始動状態の間、セクタプレート３０Ａ並びに３０Ｂの表面３１はそれぞれのシール４０と摺動係合している。このような摺動係合は、可撓性シールリーフ４２を摩耗させ、且つ空気セクタ３２とガスセクタ３４との間のバイパス漏れをもたらす。加えて、本発明者らは実験室試験を通じて、シール４０とそれぞれのセクタプレート３０Ａ及び３０Ｂとの摺動係合が、矢印Ｖで示すようにシール４０の揺動振動をもたらし、その疲労破壊をも引き起こすという驚くべき事実を発見した。さらに、本発明者らは、シール４０がダイヤフラム１８の前縁部に取り付けられているので、ダイヤフラム１８の縁部が急な支点（ａｂｒｕｐｔ ｆｕｌｃｒｕｍ）４７として作用し、前記支点４７に向かってシール４０が屈曲し、その結果シール４０の接合部分に応力集中が発生することを発見した。このような応力集中により、シール４０の早期故障が発生する。
加えて、国際公開第９７／３７１８６号では、漏れ及びシール面摩耗を低減するために、且つガス差圧によって生じる偏向に起因する空気予熱器内のシール面と可撓性シール部材との間の間隙を除去する手段と、前記可撓性シール部材における縁部破損に起因する早期故障を防止する手段と、前記可撓性シール部材において隣接するセグメント間の間隙を除去する手段とを提供するために、全負荷運転条件下で前記可撓性シール部材とセクタプレートとの間の制御された間隙を維持するための、空気予熱器の構成を開示している。
特開昭５９−２３１３９６号公報では、フロントプレートが上部セクタプレートに着脱可能に取り付けられた態様を開示している。フロントプレート６の後部には、弾性薄板シール部材が着脱可能に取り付けられている。バックプレートは、弾性薄板シール部材の変形曲率が制限されるように、前記弾性薄板シール部材の後部に着脱可能に取り付けられている。
米国特許出願公開第２０１３／１０５１０５号明細書では、漏れを制御するシールを提供するために偏向するラミネート金属／バイメタルシール使用して、温度が変化するときに間隙を屈曲させて閉じる空気加熱器用のバイメタルシールを開示している。
本明細書では、回転式予熱器のためのシールアセンブリを開示している。前記シールアセンブリは、リーフアセンブリと補助リーフアセンブリとを備える。前記リーフアセンブリは、第１の基部セクションを有する第１のリーフを備える。前記第１の基部セクションは、前記第１のリーフを前記予熱器のダイヤフラムに固定するための第１の締結領域を画定している。第１のリーフは、第１の基部セクションから遠ざかるように延在し、且つ前記第１のリーフの第１の遠位端部で終端している第１の細長いセクションを有する。前記リーフアセンブリは、第１のリーフの一部に係合する第２のリーフをさらに備える。前記第２のリーフは第２の基部セクションを有する。前記第２の基部セクションは、第２のリーフを前記ダイヤフラムに固定するための第２の締結領域を画定している。第２のリーフは、第２の基部セクションから遠ざかるように延在し、且つ前記第２のリーフの第２の遠位端部で終端している第２の細長いセクションを有する。前記補助リーフアセンブリは第１のリーフに固定され、且つ第２のリーフと摺動係合している。
一実施形態では、第２のリーフの第２の遠位端部は、第１のリーフの第１の遠位端部と第１の基部セクションとの間で終端している。
一実施形態では、前記補助リーフアセンブリは、たとえば１又は複数のリベット若しくはスポット溶接体によって第１のリーフに固定されたスペーサと、前記スペーサに固定された第３のリーフとを備える。前記第３のリーフは第２のリーフと摺動係合している。
一実施形態では、第２のリーフの第２の遠位端部は第１の遠位端部と第１の基部セクションとの間で終端し、前記補助リーフアセンブリは、第１のリーフに固定されたスペーサと、前記スペーサに固定された第３のリーフとを備え、前記第３のリーフは前記第２のリーフと摺動係合し、前記スペーサは、前記第１のリーフと前記第３のリーフとの間に配置され、且つ前記第２の遠位端部から離間し、これにより前記スペーサと前記第２の遠位端部との間に間隙を画定して、前記第２の遠位端部に対する前記スペーサの動きを可能としている。
一実施形態では、前記シールアセンブリは１又は複数の変位部材を備える。前記変位部材の各々は、前記リーフアセンブリの一部を所定の距離だけ変位させるように構成された第１の係合部を有する。一実施形態では、前記変位部材の各々は、第１の脚部及び第２の脚部を画定するＬ字形形状を有する。前記第１の脚部は、前記ダイヤフラムに固定された第３の基部を画定し、また前記第２の脚部は、その上に係合部を有する。前記変位部材は、前記リーフアセンブリの所定の輪郭を定めるように配置されている。前記所定の輪郭は、作動中の前記予熱器の動きを補償するように構成されている。
一実施形態では、前記シールアセンブリは、第２の基部セクションと係合する第４の基部セクションを有するストリップ（たとえば、ガード及び／又はリミッタ）を備え、これにより、前記第２の基部セクションが第１の基部セクションと前記第４の基部セクションとの間に位置するようにしている。前記ストリップは、第４の基部セクションから遠ざかるように、且つ第２のリーフから遠ざかるように延在するデフレクタセクションを画定している。一実施形態では、前記シールアセンブリは、第１のリーフ及び／又は前記補助リーフアセンブリの少なくとも一部に固定された１又は複数の耐摩耗性部材を備える。前記耐摩耗性部材には、耐摩耗性材料（たとえば、粉末コーティング材、同種のハードフェーシング溶接材など）が施されている。
本明細書では、予熱器アセンブリも開示している。前記予熱器アセンブリは、ロータポスト上に回転可能に取り付けられ、且つハウジング内に配置されたロータアセンブリを備える。前記ロータアセンブリは、前記ロータポストから前記ロータアセンブリの外周に向かって半径方向に延在するダイヤフラムを画定している。前記ダイヤフラムの隣接する対は、熱伝達アセンブリを収容するためのそれぞれの区画を画定している。前記熱伝達アセンブリの各々は、相互に積み重ねられた複数の熱伝達シートを備える。前記ハウジングは、前記予熱器を通る加熱された煙道ガスの流れを導くための煙道ガス入口ダクトと煙道ガス出口ダクトとを備える。前記ハウジングはまた、前記予熱器を通る燃焼空気の流れを導くための空気入口ダクトと空気出口ダクトとを備える。前記予熱器は、前記ロータアセンブリの上面に隣接して前記ハウジングを横切って延在する上部セクタプレートと、前記ロータアセンブリの下面に隣接して前記ハウジングを横切って延在する下部セクタプレートとを備える。前記上部セクタプレートは、前記煙道ガス入口ダクトと前記空気出口ダクトとの間に延在し、且つこれらに接合されており、前記下部セクタプレートは、前記煙道ガス出口ダクトと前記空気入口ダクトとの間に延在し、且つこれらに接合されている。前記上部セクタプレート及び前記下部セクタプレートはそれぞれ、円周板によって相互に接合されている。前記上部セクタプレート並びに／又は前記下部セクタプレートは、前縁部及び後縁部を画定している。前記前縁部及び前記後縁部のうちの１又は複数は、傾斜構成を画定している。シールアセンブリは、各ダイヤフラムの軸方向縁部に配置されている。前記シールアセンブリは、リーフアセンブリと補助リーフアセンブリとを備える。前記リーフアセンブリは、第１の基部セクションを有する第１のリーフを備える。前記第１の基部セクションは、前記第１のリーフを前記予熱器のダイヤフラムに固定するための第１の締結領域を画定している。第１のリーフは、第１の基部セクションから遠ざかるように延在し、且つ前記第１のリーフの第１の遠位端部で終端している第１の細長いセクションを有する。前記リーフアセンブリは、第１のリーフの一部に係合する第２のリーフをさらに備える。前記第２のリーフは第２の基部セクションを有する。前記第２の基部セクションは、第２のリーフを前記ダイヤフラムに固定するための第２の締結領域を画定している。第２のリーフは、第２の基部セクションから遠ざかるように延在し、且つ前記第２のリーフの第２の遠位端部で終端している第２の細長いセクションを有する。前記補助リーフアセンブリは、第１のリーフに固定され、且つ第２のリーフと摺動係合している。第１のリーフの一部は前記前縁部と摺動係合し、且つ前記後縁部と係合解除する。
一実施形態では、第２の遠位端部は、第１の遠位端部と第１の基部セクションとの間で終端している。
一実施形態では、前記補助リーフアセンブリは、第１のリーフに固定されたスペーサと、前記スペーサに固定された第３のリーフとを備える。前記第３のリーフは第２のリーフと摺動係合している。
本明細書では、別のシールアセンブリも開示している。別のシールアセンブリは、基部セクションを有する１又は複数のリーフを備える。前記基部セクションは、前記リーフを前記予熱器のダイヤフラムに固定するための締結領域を画定している。前記リーフは、前記基部セクションから遠ざかるように延在し、且つ前記リーフの遠位端部で終端している細長いセクションを有する。少なくとも１つの耐摩耗性部材が前記リーフの遠位端部に近接して前記リーフに固定されている。前記耐摩耗性部材には耐摩耗性材料が施されている。
予熱器の部分断面図を示す斜視図である。 予熱器のダイヤフラムに固定された先行技術によるシールの断面図である。 本発明のシールアセンブリをダイヤフラムの後部側から見た平面図である。 本発明のシールアセンブリをダイヤフラムの前部側から見た平面図である。 図４の線５−５に沿って見た、図４のシールアセンブリの上面図である。 図４の線６−６に沿って見た、図３のシールアセンブリの断面図である。 傾斜構成を有するセクタプレートを備える態様で示す、図６のシールアセンブリの別の実施形態である。 図７のシールアセンブリの別の実施形態であり、前記傾斜構成は前記セクタプレートの前縁部及び後縁部に固定された傾斜取付具を備える。 図６のシールアセンブリの別の実施形態における一部を示す断面図であり、１つのリーフが他のリーフから外向きに延在している。 図６のシールアセンブリの別の実施形態における一部を示す断面図であり、スペーサは第１のリーフの屈曲部によって形成されている。 図６のシールアセンブリの別の実施形態における一部を示す断面図であり、スペーサはリベット及びスペーサリングによって形成されている。 図６のシールアセンブリの別の実施形態における一部を示す断面図であり、スペーサは第２のリーフの屈曲部によって形成されている。 ダイヤフラムの前部側から見た、摩耗先端部及び摩耗コーティングを備えた本発明のシールアセンブリの平面図である。 図１３の線１４−１４に沿って見た、図１３のシールアセンブリの断面図である。 ダイヤフラムの後部側から見た、摩耗先端部及び摩耗コーティングを備えた本発明のシールアセンブリの別の実施形態を示す平面図である。 図１５の線１６−１６に沿って見た、図１５のシールアセンブリの断面図である。
図６に示すように、本発明のシールアセンブリは、全体が符号１４０で示されている。図３〜図５に示すように、シールアセンブリ１４０の３つは、半径方向にセグメント化された構成で、複数のボルト１４５及びナット１４６などの適切な締結装置によって、図１の二等分式予熱器におけるダイヤフラム１８の各々の対向する軸方向縁部に固定されている。しかしながら、シールアセンブリ１４０をダイヤフラム１８に固定する他の方法を使用してもよく、これらには溶接及びろう接などが含まれるが、それらに限定されない。シールアセンブリ１４０の各々は、図３及び図４に示すように、ロータポスト１６とダイヤフラム１８の半径方向外側周縁部との間に延在する概ね細長い部材である。シールアセンブリ１４０について二等分式予熱器に使用されるものとして記載しているが、本発明はこれに限定されず、本明細書に開示したより広範な実施態様から逸脱することなく、前記シールアセンブリを３セクタ又は４セクタの予熱器に使用してもよい。
図６を参照すると、シールアセンブリ１４０の各々は、第１の基部セクション５２Ｂを含む第１のリーフ５２を有するリーフアセンブリ５０を備える。前記第１の基部セクション５２Ｂは、図１の予熱器１０のダイヤフラム１８に前記第１のリーフ５２を固定するためのボルト１４５の１つを収容する、たとえば平坦なセクション及びこれを貫通するボアなどの第１の締結領域を画定している。第１のリーフ５２は、第１の基部セクション５２Ｂから遠ざかるように延在し、且つ前記第１のリーフの第１の遠位端部５２Ｄで終端している第１の細長いセクション５２Ｌを有する。
図６を参照すると、シールアセンブリ１４０の各々は、第１のリーフ５２の一部と係合し、且つ第２の基部セクション５４Ｂを有する第２のリーフ５４を備える。前記第２の基部セクション５４Ｂは、図１の予熱器１０のダイヤフラム１８に前記第２のリーフ５４を固定するためのボルト１４５の１つを収容する、たとえば平坦なセクション及びこれを貫通するボアなどの第２の締結領域を画定している。第２のリーフ５４は、第２の基部セクション５４Ｂから遠ざかるように延在し、且つ前記第２のリーフの第２の遠位端部５４Ｄで終端している第２の細長いセクション５４Ｌを有する。前記第２の遠位端部５４Ｄは、第１のリーフ５２の第１の遠位端部５２Ｄと第１の基部セクション５２Ｂとの間の前記第１のリーフ５２の長さに沿って終端している。
図６に示すように、シールアセンブリ１４０の各々は、第１のリーフ５２に固定され（たとえば、リベット又はスポット溶接体などの適切な締結構造体６１を介して）、且つ第２のリーフ５４と摺動係合している補助リーフアセンブリ６０を備える。前記補助リーフアセンブリ６０は、第１のリーフ５２に固定された（たとえば、締結構造体６１を介して）スペーサ６２（たとえば、スペーサリーフ）を備える。前記スペーサ６２は遠位端部６２Ｄを画定している。補助リーフアセンブリ６０は、スペーサ６２に固定された（たとえば、締結構造体６１を介して）第３のリーフ６４を備える。前記第３のリーフ６４は、第２のリーフ５４の一部と摺動係合している。第３のリーフ６４は、第３の遠位端部６４Ｄを画定している。スペーサ６２は、第１のリーフ５２と第３のリーフ６４との間に配置されている。スペーサ６２は第２の遠位端部５４Ｄから離間し、これにより前記スペーサ６２と第２の遠位端部５４Ｄとの間に間隙を画定して、第２の遠位端部５４Ｄに対する前記スペーサ６２の動きを可能としている。図６ではスペーサ６２をリーフとして記載し、且つ示しているが、本発明はこれに限定されず、１）図１０に示すように、第１のリーフ１５２内の屈曲部１５２Ｄを受けて脚部として形成されるスペーサ１６２Ｌ、２）図１１に示すように、リベット２６１の周囲に配置され、且つ第１のリーフ２５２と第３のリーフ２６４との間に位置するスペーサリング２６２Ｂ、及び３）図１２に示すように、第３のリーフ３６４の屈曲部３６４Ｄを受けて脚部として形成されたスペーサ３６２Ｌを含むが、これらに限定されない他のスペーサ構成体を使用してもよい。本発明者らは、第３のリーフ６４と第２のリーフ５４の一部との摺動係合により、先行技術の単一リーフシール又は２つのリーフのみを備えた改善されたリーフと比較してこれらより振動を低減することを通して、シールアセンブリ１４０の性能及び寿命が向上するという驚くべき事実を発見した。
図６に示すように、一実施形態では、遠位端部５２Ｄ、６２Ｄ及び６４Ｄは相互に位置合わせされている。図６に示す構成では、第１のリーフ５２の遠位端部５２Ｄは、削減された（たとえば、３０％の負荷若しくはそれ以下の）負荷運転又はゼロ負荷運転中にセクタプレート３０Ａの表面３１と摺動係合するように示している。ダイヤフラム１８の反対側に配置されたシールアセンブリ１４０におけるもう一方のスペーサ６２は、セクタプレート３０Ｂの表面３１と摺動係合している。３０％を超える負荷の場合、遠位端部５４Ｄは、先行技術のシールアセンブリ４０と比較して全負荷で、高温端部の半径方向におけるシールの間隙を５０％減少させる間隙Ｇ１だけ、セクタプレート３０Ａの表面３１’から離間している。
図６では、遠位端部５２Ｄ、６２Ｄ及び６４Ｄは相互に位置合わせされているが、本発明はこれに限定されず、図９に示すように、遠位端部５２Ｄ、６２Ｄ及び６４Ｄの１又は複数が相互から外向きに延在していてもよく、ここでは遠位端部６２Ｄが遠位端部５２Ｄ及び６４Ｄから外向きに延在している。一実施形態では、遠位端部６２Ｄ上にあり、且つこれに隣接するスペーサ６２の一部は、表面ハードフェーシング溶接オーバーレイ（たとえば、コバルトベースの溶接材料）、表面硬化層（たとえば、窒化、浸炭又は他の拡散型硬化）及び析出硬化材料などを含むが、これらに限定されない耐摩耗性構成物から形成されている。スペーサ６２は、セクタプレート３０Ａの表面３１と摺動係合している。
一実施形態では、第１のリーフ５２、第２のリーフ５４、第３のリーフ６２及び／又は第４のリーフ６４は、オーステナイト系ステンレス鋼、たとえば３０１ステンレス鋼製である。一実施形態では、第１のリーフ５２、第２のリーフ５４、第３のリーフ６２及び／又は第４のリーフ６４の厚さは、約０．０２インチ〜０．０２５インチである。
図３〜図５に示すように、シールアセンブリ１４０の３つは、半径方向にセグメント化された構成でダイヤフラム１８に固定されるように、且つ間隙Ｇ８８だけ相互から離間しているように示している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、任意の数のシールアセンブリ１４０を使用してもよく、且つ間隙Ｇ８８だけ相互から離間させてもよい。
図４に示すように、シールアセンブリ１４０の各々は、間隙Ｇ８８だけ相互から離間された側縁部７０Ｅを有する変位部材７０を備える。３つの変位部材７０を示しているが、本発明はこれに限定されず、変位部材７０は１つの一体型片又は任意の数のセグメントで形成されてもよく、これにより設置を容易に行うことができる。図６に示す一実施形態では、複数の変位部材７０の各々は、第１の脚部７１と第２の脚部７２とを画定するＬ字形形状を有する。前記第１の脚部は第３の基部セクション７１Ｂを画定している。前記第３の基部セクション７１Ｂは、図１の予熱器１０のダイヤフラム１８に変位部材７０を固定するためのボルト１４５の１つを収容する、たとえば平坦なセクション及びこれを貫通するボアなどの第３の締結領域を画定している。
図５に示すように、前記第２の脚部７２の各々は、本明細書にさらに記載しているように、第１のリーフ５２の表面５２Ｆと係合し、且つリーフアセンブリ５０の一部を所定の距離だけ変位させるように構成された係合部７２Ｔを画定している。前記係合部７２Ｔの各々は起伏縁部形状を有している。たとえば、２つの半径方向外向きに配置された変位部材７０の係合部７２Ｔは、直線テーパ縁部を有しており、また半径方向最も内側に位置する変位部材７０の係合部７２Ｔ’は、第１のリーフ５２の表面５２Ｆと相補的な形状の円弧状縁部を有する。しかしながら、変位部材７０のいずれにおいても、円弧状縁部及び／又は直線テーパ縁部を使用してもよい。
図６に示すように、第２の脚部７２は、第１の脚部７１と係合部７２Ｔとの間に延在する長さＬＮ（たとえば、図６に示すＬ７、図５に示すＬ１〜Ｌ１０）を有する。図５に示すように、Ｌ１〜Ｌ１０の各々は異なる長さであり、且つリーフアセンブリ５０を異なる大きさだけ変位させている。たとえば、長さＬ１〜Ｌ１０は次第に長くなっている（すなわち、Ｌ１０はＬ９より長く、Ｌ９はＬ８より長く、Ｌ８はＬ７より長く、Ｌ７はＬ６より長く、Ｌ６はＬ５より長く、Ｌ５はＬ４より長く、Ｌ４はＬ３より長く、Ｌ３はＬ２より長く、Ｌ２はＬ１より長い）。変位部材７０は、リーフアセンブリ５０の所定の輪郭を定めるように配置されている。前記所定の輪郭は、作動中の予熱器１０の動きを補償するように構成されている。図３に示すように、第１のリーフ５２及び第２のリーフ５４は台形形状を有する。
図６を参照すると、シールアセンブリ１４０の遠位端部５２Ｄがセクタプレート３０Ａ’の表面３１と係合するとき、図１の空気セクタ３２の空気出口ダクト２８において圧力Ｐ１（図６でリーフアセンブリ５０の左側に示す）が発生し、また図１のガスセクタ３４の煙道ガス入口ダクト２２において圧力Ｐ２（図６でリーフアセンブリの右側に示す）が発生する。圧力Ｐ１は圧力Ｐ２よりも大きく、これによってシールアセンブリ１４０に差圧ΔＰが生じる。変位部材７０が適切に設定されていない状況でシールアセンブリ１４０がセクタプレート３０Ａ’の領域にあるとき、差圧ΔＰによりリーフアセンブリ５０は、矢印ＸＸで示した方向に偏向され、シールアセンブリ１４０の遠位端部５２Ｄとセクタプレート３０Ａ’の表面３１との間の漏れ間隙を拡大しやすい状態となる。しかしながら、シールアセンブリ１４０の遠位端部５２Ｄがセクタプレート３０Ａ’の表面３１と係合した状態でリーフアセンブリが概ね直立状態にとどまり、これによって差圧ΔＰに起因する偏向を克服するように、変位部材７０はリーフアセンブリ５０に対して先行負荷又は所定の偏向を付与している。
シールアセンブリがセクタプレート３０Ａの領域内へと約１８０度回転すると、図１の空気セクタ３２の空気出口ダクト２８において圧力Ｐ１’（図６でリーフアセンブリ５０の右側に示す）が発生し、また図１のガスセクタ３４の煙道ガス入口ダクト２２において圧力Ｐ２’（図６でリーフアセンブリの左側に示す）が発生する。圧力Ｐ１’は圧力Ｐ２’よりも大きく、これによってリーフアセンブリ５０に差圧ΔＰ’が生じる。シールアセンブリ１４０がセクタプレート３０Ａの領域にあるとき、差圧ΔＰ’は、リーフアセンブリ５０を矢印ＹＹによって示す方向に偏向させる傾向がある。シールアセンブリ１４０がセクタプレート３０Ａの領域にあるとき、変位部材７０はリーフアセンブリ５０を所定の位置に保持し、ここではシールアセンブリ１４０の遠位端部５２Ｄがセクタプレート３０Ａの表面３１と係合して、空気セクタ３２とガスセクタ３４との間の漏れを最小にしている。
図３及び図６に示すように、シールアセンブリ１４０の各々は、第２のリーフ５４の第２の基部セクション５４Ｂと係合する第４の基部セクション８０Ｂを有するストリップ８０を備える。前記第４の基部セクション８０Ｂは、図１の予熱器１０のダイヤフラム１８にストリップ８０の各々を固定するためのボルト１４５の１つを収容する、たとえば平坦なセクション及びこれを貫通するボアなどの第４の締結領域を画定している。第２の基部セクション５４Ｂは、第１の基部セクション５２Ｂと第４の基部セクション８０Ｂとの間に位置している。ストリップ８０は、第４の基部セクション８０Ｂから遠ざかるように、且つ第２のリーフ５４から遠ざかるように延在するデフレクタセクション８０Ｌを画定している。前記デフレクタセクション８０Ｌは遠位端部８０Ｄで終端している。たとえば、ストリップ８０は、デフレクタセクション８０Ｌが第２のリーフ５４から角度Ｑだけ離間して配置されるように、屈曲部８０Ｙを有する。ストリップ８０は、予熱器１０内に突出する煤吹き機器などの潜在的な障害物からリーフアセンブリ５０を保護するのに有用である。また、ストリップ８０は、リーフアセンブリ５０の偏向量を制限するための制限装置となっている。
図４及び図６に示すように、シールアセンブリ１４０の各々は、第１の基部セクション５２Ｂ及び第２の基部セクション５４Ｂの一部と位置合わせされたバー９０（たとえば、スペーサバー又は細長いワッシャ）を有する。前記バー９０はリーフアセンブリ５０の長さに沿って延在し、且つナット１４６とダイヤフラム１８との間に配置されている。バー９０は構造的安定性をもたらし、且つ第１のリーフ５２、第２のリーフ５４、及びストリップ８０をダイヤフラム１８に均一に固定するのを補助する。
図６に示すように、セクタプレート３１は、鋭利な前縁部３１Ｌと鋭利な後縁部３１Ｔとを画定している。前記前縁部３１Ｌは角度０１によって画定されており、前記後縁部３１Ｔは角度０２によって画定されている。一実施形態では、角度０１及び／又は角度０２は約９０度である。
分析及び実験を通じて、本発明者らは、ロータアセンブリ１２と共にシールアセンブリ５０が回転すると、第１のリーフ５２の第１の遠位端部５２Ｄがはさみ様の動作で突然に、且つこすれながら前縁部３１Ｌと係合し、また、はさみ様の動作で突然に、且つこすれながら後縁部３１Ｔと係合解除し、これによってシールの早期摩耗が生じるという驚くべき事実を発見した。工学的直感に反して、本発明者らは、前記摩耗がロータポスト１６に向かって半径方向内向きに顕著であることを発見した。
実験及び試験の結果によって対応を迫られ、本発明者らは、鋭利な前縁部３１Ｌ及び鋭利な後縁部３１Ｔを、図７に示すような傾斜形状に修正した。前記傾斜形状は、傾斜前縁部３１Ｌ’と傾斜後縁部３１Ｔ’とを含む。前記傾斜前縁部３１Ｌ’は傾斜角θ１を画定しており、前記傾斜後縁部は傾斜角θ２を画定している。一実施形態では、傾斜角θ１及び／又はθ２は、セクタプレート３０Ａ若しくは３０Ｂの表面３１に対して約１５度〜２５度の間となっている。一実施形態では、傾斜角θ１及び／又はθ２は、セクタプレート３０Ａ若しくは３０Ｂの表面３１に対して約２５度〜４５度の間となっている。傾斜前縁部３１Ｌ’及び傾斜後縁部３１Ｔ’をセクタプレート３０Ａに面取り部として示しているが、本発明はこれに限定されず、同様の構成をセクタプレート３０Ｂ（又は３セクタ及び４セクタの予熱器における他のセクタプレート）に使用してもよく、且つ／又は図８に示すような、セクタプレート３０Ａ及び／又は３０Ｂに固定された傾斜取付具１３１Ｌ並びに１３１Ｔなどであって、これらには限定されない他の傾斜構成を使用してもよい。図８に示すように、傾斜取付具１３１Ｌは、セクタプレート３０Ａの表面３１に対して傾斜角θ１でそれぞれ配向された前面部１３１ＬＡ及び後面部１３１ＬＢを有する。同様に、傾斜取付具１３１Ｔは、セクタプレート３０Ａの表面３１に対して傾斜角θ２でそれぞれ配向された前面部１３１ＴＡ及び後面部１３１ＴＢを有する。傾斜取付具１３１Ｌ並びに１３１Ｔは、ボルト締め及び溶接などの適切な締結構成によって、セクタプレート３０Ａ及び／又は３０Ｂに固定されている。傾斜取付具１３１Ｌ及び１３１Ｔは、新たな予熱器の設置手段又は既存の予熱器に対する後付け手段の一部として、元来の器具としての形態をもって設置されるように構成されている。
予熱器運転の実験室試験シミュレーションの結果、本発明者らは、２０度の傾斜角を有する傾斜構成により、シールアセンブリに沿った軸線Ａから５０インチ〜１５０インチ間の位置において３０％未満の負荷運転で、シールアセンブリ５０の全摩耗率として１時間当たり０．００１６インチ未満を示す結果となり、また、シールアセンブリに沿った軸線Ａから１５０インチ半径方向外向きの位置において３０％未満の負荷運転で、シールアセンブリ５０の全摩耗率として１時間当たり４×１０−４インチ未満を示す結果となることを見出した。前記摩耗率は実験室試験に基づいているが、これらが運転中発生する摩耗に関する予測として合理的であることを本発明者らは想定している。
図１３及び図１４を参照すると、シール４４０は図３〜図８のシール１４０と類似しているので、したがって類似の要素については、符号４から始まる類似の参照符号で示している。シールアセンブリ４４０の各々は、リベット又はスポット溶接体などの適切な締結構造体４６１を介して第１のリーフ４５２及び補助リーフアセンブリ４６０に固定された複数の耐摩耗性部材４８８を備える。前記複数の耐摩耗性部材４８８の各々を、第１のリーフ４５２及び補助リーフアセンブリ４６０に固定されるように示し、且つ記載しているが、本発明はこれに限定されず、第１のリーフ４５２が独立して補助リーフアセンブリ４６０の一部に固定される態様で、前記複数の耐摩耗性部材４８８の各々を第１のリーフ４５２に直接固定してもよい。耐摩耗性部材４８８を備える隣接シールアセンブリ４４０は、前記シールアセンブリ４４０が屈曲することができるように、間隙Ｇ８８だけ相互から離間している（たとえば、半径方向にセグメント化されている）。たとえば、３つのシールアセンブリ４４０について、相互に隣接しているように、且つ間隙Ｇ８８だけ離間しているように示している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、任意の数のシールアセンブリ４４０を使用してもよく、且つ間隙Ｇ８８だけ相互から離間させてもよい。補助リーフアセンブリ４６０は締結構造体４６１によって第１のリーフ４５２に固定され、且つ第２のリーフ４５４と摺動係合している。補助リーフアセンブリ４６０は、第１のリーフ４５２に固定された（たとえば、締結構造体４６１を介して）スペーサ４６２（たとえば、スペーサリーフ）を備える。スペーサ４６２は遠位端部４６２Ｄを画定している。補助リーフアセンブリ４６０は、スペーサ４６２に固定された（たとえば、締結構造体４６１を介して）第３のリーフ４６４を備える。第３のリーフ４６４は、第２のリーフ４５４の一部と摺動係合している。第３のリーフ４６４は第３の遠位端部４６４Ｄを画定している。スペーサ４６２は、第１のリーフ４５２と第３のリーフ４６４との間に配置されている。スペーサ４６２は第２の遠位端部４５４Ｄから離間し、これにより前記スペーサ４６２と第２の遠位端部４５４Ｄとの間に間隙を画定して、第２の遠位端部４５４Ｄに対する前記スペーサ４６２の動きを可能としている。
図１３及び図１４に示すように、耐摩耗性部材４８８は、複数の細長いストリップ４８１（たとえば、一例として示す１０個の耐摩耗性部材４８８）によって画定されている。前記細長いストリップ４８１の各々は、Ｌ字形断面などであるが、これには限定されない傾斜断面を有する。細長いストリップ４８１について、Ｌ字形断面などの傾斜断面を有するものとして示し、且つ記載しているが、円弧状断面及びＪ字形断面を含むが、これらに限定されない他の断面を使用してもよい。図１３に示すように、複数の細長いストリップ４８１は、シール４４０の全長にわたって集中して延在している。
図１４に最も良好に示しているように、細長いストリップ４８１は取付脚部４８１Ｍと、前記取付脚部４８１Ｍから延在する屈曲部４８１Ｘと、前記屈曲部４８１Ｘから延在する末端脚部４８１Ｌとを有する。取付脚部４８１Ｍには、これを貫通する複数の孔４８１Ｈが設けられている。締結構造体４６１のうちの１つは、孔４８１の各々を貫通している。スペーサスリーブ４６２Ｂは孔４６１Ｈのそれぞれにおいて、且つ締結構造体４６１の周りに配置されて、第１のリーフ４５２と補助リーフアセンブリ４６０との間の圧縮を制限している。屈曲部４８ＩＸは、取付脚部４８１Ｍから角度δ（たとえば、９０度の角度で示している）で延在している。屈曲部４８１Ｘは、点４８１Ａから点４８１Ｂまでの長さにわたって延在している。角度として９０度を示し、且つ記載しているが、本発明はこれに限定されず、９０度未満の角度（たとえば、８９度〜８５度、８９度〜８０度、８９度〜７０度、８９度〜４５度若しくはそれより小さな角度）又は９０度より大きな角度（たとえば、９１度〜９５度、９１度〜１００度、９１度〜１１０度、９１度〜１２０度のより大きな角度）を含むが、これらに限定されない他の角度を使用してもよい。一実施形態では、細長いストリップ４８１は鋼合金製である。
図１４に最も良好に示しているように、耐摩耗性材料４９１が屈曲部４８１Ｘに施されている。前記耐摩耗性材料４９１は屈曲部４８１Ｘに沿って、第１の端部４９１Ａから前記材料の第２の端部４９１Ｂまで延在している。屈曲部４８１Ｘは、耐摩耗性材料を最適量施すための十分な表面積を設けて適切な接着態様を達成し、前記耐摩耗性材料を細長いストリップ４８１全体に施さないことによってコストを最小限に抑えている。一実施形態では、耐摩耗性材料４９１は、カナダのサレー市にあるＡｅｇｉｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ Ｌｔｄ．社によって提供される製品を含む粉末コーティング材である。一実施形態では、耐摩耗性材料４９１は、コバルトベースの溶接合金（たとえば、ペンシルベニア州ラットローブにあるＫｅｎｎａｍｅｔａｌ，Ｉｎｃ．社の登録商標であるＳｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標））などを含むハードフェーシング溶接材である。一実施形態では、耐摩耗性材料４９１は、屈曲部４８ＩＸに接着された交換可能な耐摩耗性ストリップである。一実施形態では、前記耐摩耗性材料４９１は、耐摩耗性粒子が含浸された織布層を含む複数の層を有する複合構造体である。一実施形態では、耐摩耗性材料４９１は、窒化又は浸炭などを介して形成された表面硬化領域である。
図１４に示すように、各耐摩耗性要素４８８における耐摩耗性材料４９１の外面４９１Ｙの一部は、削減された（たとえば、３０％の負荷若しくはそれ以下の）負荷運転又はゼロ負荷運転中にセクタプレート３０Ａの表面３１と摺動係合している。ダイヤフラム４１８の反対側に配置された別のシールアセンブリ４４０の各耐摩耗性要素４８８における耐摩耗性材料４９１の外面４９１Ｙの一部は、セクタプレート３０Ｂの表面３１と摺動係合している。３０％を超える負荷の場合、各耐摩耗性要素４８８における耐摩耗性材料４９１の外面４９１Ｙは、先行技術のシールアセンブリ４０と比較して全負荷で、高温端部の半径方向におけるシールの間隙を５０％減少させる間隙Ｇ１だけ、セクタプレート３０Ａの表面３１’から離間している。
図１５及び図１６に示すように、３つのシールアセンブリ５４０は図２に示すシールアセンブリ４０と類似しているが、本明細書に記載しているように、これに耐摩耗性部材５８８を追加した態様となっている。したがって、類似の要素については、符号５から始まる類似の参照符号で示している。シールアセンブリ５４０は、前記シールアセンブリ５４０における隣接する対がそれぞれ、間隙Ｇ８８だけ相互から離間するように、半径方向にセグメント化された構成において、セクタプレート５３０Ａに向かってダイヤフラム５１８の各々の縁部から軸方向に（すなわち、軸線Ａに平行に）、且つこれに沿って半径方向に延在している。３つのシールアセンブリ５４０の別の１組は、セクタプレート５３０Ｂに向かってダイヤフラム５１８の各々の反対側から軸方向に、且つこれに沿って半径方向に延在している（図１ではシール５４０を１つのみ示す）。シール５４０は、基部５４２Ｂを有する可撓性シールリーフ５４２を備え、前記基部５４２Ｂは、Ｌ字型バッキングバー５４３と細長い保持バー５４１との間に位置している。シールアセンブリ５４０の各々においては、前記保持バー５４１の基部５４１Ｂ、前記可撓性シール５４２の基部５４２Ｂ、並びに前記バッキングバー５４３の基部５４３Ｂは、スペーサバー５４４とダイヤフラム５１８との間の複数のボルト５４５及びナット５４６により、ダイヤフラム５１８の長さに沿って半径方向に固定されている。
図１５及び図１６に示すように、可撓性シールリーフ５４２には、これを貫通する複数の孔５４２Ｈが設けられている。複数の耐摩耗性部材５８８は、前記孔５４２Ｈを貫通するリベット又はスポット溶接体などの適切な締結構造体４６１を介して、可撓性シールリーフ５４２に固定されている。隣接耐摩耗性部材５８８は、シール５４０が屈曲することができるように、間隙Ｇ８８だけ相互から離間している。前記耐摩耗性部材５８８の各々は、本明細書に記載の耐摩耗性部材４８８と類似する態様で構成され、且つ製造されている。
図１５に示すように、各耐摩耗性要素５８８における耐摩耗性材料５９１の外面５９１Ｙの一部は、削減された（たとえば、３０％の負荷若しくはそれ以下の）負荷運転又はゼロ負荷運転中にセクタプレート３０Ａの表面３１と摺動係合している。ダイヤフラム５１８の反対側に配置された別のシールアセンブリ５４０の各耐摩耗性要素５８８における耐摩耗性材料５９１の外面５９１Ｙの一部は、セクタプレート３０Ｂの表面３１と摺動係合している。３０％を超える負荷の場合、各耐摩耗性要素５８８における耐摩耗性材料５９１の外面５９１Ｙは、間隙Ｇ１だけ、セクタプレート３０Ａの表面３１’から離間している。
本発明において、その詳細な実施形態に関して示し、且つ記載してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更がなされ得、且つその構成要素に対して複数の均等物が代用され得ることを、当業者は理解する。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の開示内容に適合させるために修正を行うことができる。したがって、本発明は、上記の詳細な説明に開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むものとする。
本発明は、回転再生式予熱器のための可撓性シール、特に複数のリーフを有する可撓性シールに関する。
図１に示すように、回転再生式空気予熱器（以下、「予熱器」という）は、全体が符号１０で示されている。予熱器１０は、ロータポスト１６に回転可能に取り付けられたロータアセンブリ１２を備える。前記ロータアセンブリ１２はハウジング１４内に位置しており、前記ハウジング１４に対して回転する。たとえば、ロータアセンブリ１２は、ロータポスト１６の軸線Ａを中心に矢印Ｒで示す方向に回転可能である。ロータアセンブリ１２は、ロータポスト１６からロータアセンブリ１２の外周に向かって半径方向に延在する隔壁１８（たとえば、ダイヤフラム）を備える。隔壁１８の隣接する対は、熱伝達アセンブリ１０００を収容するためのそれぞれの区画２０を画定している。前記熱伝達アセンブリ１０００の各々は、相互に積み重ねられた複数の熱伝達シート１００及び／又は２００を備える。
図１に示すように、予熱器１０は、ハウジング１４が予熱器１０を通る加熱された煙道ガスの流れを導くための煙道ガス入口ダクト２２と煙道ガス出口ダクト２４とを備えた、二等分構成となっている。ハウジング１４は、予熱器１０を通る燃焼空気の流れを導くための空気入口ダクト２６と空気出口ダクト２８とをさらに備える。予熱器１０は、ロータアセンブリ１２の上面に隣接してハウジング１４を横切って延在する上部セクタプレート３０Ａを備える。予熱器１０は、ロータアセンブリ１２の下面に隣接してハウジング１４を横切って延在する下部セクタプレート３０Ｂを備える。前記上部セクタプレート３０Ａは、前記煙道ガス入口ダクト２２と前記空気出口ダクト２８との間に延在し、且つこれらに接合されている。前記下部セクタプレート３０Ｂは、前記煙道ガス出口ダクト２４と前記空気入口ダクト２６との間に延在し、且つこれらに接合されている。上部セクタプレート３０Ａ及び下部セクタプレート３０Ｂはそれぞれ、円周板３０Ｃによって相互に接合されている。上部セクタプレート３０Ａ及び下部セクタプレート３０Ｂは、予熱器１０を空気セクタ３２及びガスセクタ３４に分割している。
図１に示すように、「Ａ」と記された矢印は、ロータアセンブリ１２のガスセクタ３４を通る煙道ガス流３６の方向を示す。「Ｂ」と記された矢印は、ロータアセンブリ１２の空気セクタ３２を通る燃焼空気流３８の方向を示す。煙道ガス流３６は、煙道ガス入口ダクト２２を通って入り、且つ区画２０に取り付けられた熱伝達アセンブリ１０００に熱を伝達する。加熱された熱伝達アセンブリ１０００は、予熱器１０の空気セクタ３２内へと回転される。次いで、熱伝達アセンブリ１０００に貯蔵された熱は、空気入口ダクト２６を通って入る燃焼空気流３８に伝達される。したがって、予熱器１０に入る高温の煙道ガス流３６から吸収された熱は熱伝達アセンブリを加熱するために使用され、次いで熱伝達アセンブリ１０００は、予熱器１０に入る燃焼空気流３８を加熱する。
図２に示すように、先行技術によるシール４０は、セクタプレート３０Ａに向かってダイヤフラム１８の各々の縁部から軸線方向に（すなわち、軸線Ａに平行に）、且つこれに沿って半径方向に延在している。別のシール４０は、セクタプレート３０Ｂに向かってダイヤフラム１８の各々の反対側から軸線方向に、且つこれに沿って半径方向に延在している（図１には１つのシール４０のみを示す）。シール４０は、通常基部４２Ｂを有する可撓性シールリーフ４２を備え、前記基部４２Ｂは、Ｌ字型バッキングバー４３と細長い保持バー４１との間に位置している。保持バー４１の基部４１Ｂ、可撓性シール４２の基部４２Ｂ、並びにバッキングバー４３の基部４３Ｂは、スペーサバー４４とダイヤフラム１８との間の複数のボルト４５及びナット４６により、ダイヤフラム１８の長さに沿って半径方向に固定されている。
予熱器１０の作動中、セクタプレート３０Ａ及び３０Ｂの表面３１’は、シール４０の遠位端部 から離間している。しかしながら、予熱器１０並びにダクト２２，２４，２６及び２８が比較的低温である始動状態の間、セクタプレート３０Ａ並びに３０Ｂの表面３１はそれぞれのシール４０と摺動係合している。このような摺動係合は、可撓性シールリーフ４２を摩耗させ、且つ空気セクタ３２とガスセクタ３４との間のバイパス漏れをもたらす。加えて、本発明者らは実験室試験を通じて、シール４０とそれぞれのセクタプレート３０Ａ及び３０Ｂとの摺動係合が、矢印Ｖで示すようにシール４０の揺動振動をもたらし、その疲労破壊をも引き起こすという驚くべき事実を発見した。さらに、本発明者らは、シール４０がダイヤフラム１８の前縁部に取り付けられているので、ダイヤフラム１８の縁部が急な支点（ａｂｒｕｐｔ ｆｕｌｃｒｕｍ）４７として作用し、前記支点４７に向かってシール４０が屈曲し、その結果シール４０の接合部分に応力集中が発生することを発見した。このような応力集中により、シール４０の早期故障が発生する。
加えて、国際公開第９７／３７１８６号では、漏れ及びシール面摩耗を低減するために、且つガス差圧によって生じる偏向に起因する空気予熱器内のシール面と可撓性シール部材との間の間隙を除去する手段と、前記可撓性シール部材における縁部破損に起因する早期故障を防止する手段と、前記可撓性シール部材において隣接するセグメント間の間隙を除去する手段とを提供するために、全負荷運転条件下で前記可撓性シール部材とセクタプレートとの間の制御された間隙を維持するための、空気予熱器の構成を開示している。
特開昭５９−２３１３９６号公報では、フロントプレートが上部セクタプレートに着脱可能に取り付けられた態様を開示している。フロントプレート６の後部には、弾性薄板シール部材が着脱可能に取り付けられている。バックプレートは、弾性薄板シール部材の変形曲率が制限されるように、前記弾性薄板シール部材の後部に着脱可能に取り付けられている。
米国特許出願公開第２０１３／１０５１０５号明細書では、漏れを制御するシールを提供するために偏向するラミネート金属／バイメタルシール使用して、温度が変化するときに間隙を屈曲させて閉じる空気加熱器用のバイメタルシールを開示している。
本明細書では、回転式予熱器のためのシールアセンブリを開示している。前記シールアセンブリは、リーフアセンブリと補助リーフアセンブリとを備える。前記リーフアセンブリは、第１の基部セクションを有する第１のリーフを備える。前記第１の基部セクションは、前記第１のリーフを前記予熱器のダイヤフラムに固定するための第１の締結領域を画定している。第１のリーフは、第１の基部セクションから遠ざかるように延在し、且つ前記第１のリーフの第１の遠位端部で終端している第１の細長いセクションを有する。前記リーフアセンブリは、第１のリーフの一部に係合する第２のリーフをさらに備える。前記第２のリーフは第２の基部セクションを有する。前記第２の基部セクションは、第２のリーフを前記ダイヤフラムに固定するための第２の締結領域を画定している。第２のリーフは、第２の基部セクションから遠ざかるように延在し、且つ前記第２のリーフの第２の遠位端部で終端している第２の細長いセクションを有する。前記補助リーフアセンブリは第１のリーフに固定され、且つ第２のリーフと摺動係合している。
一実施形態では、第２のリーフの第２の遠位端部は、第１のリーフの第１の遠位端部と第１の基部セクションとの間で終端している。
一実施形態では、前記補助リーフアセンブリは、たとえば１又は複数のリベット若しくはスポット溶接体によって第１のリーフに固定されたスペーサと、前記スペーサに固定された第３のリーフとを備える。前記第３のリーフは第２のリーフと摺動係合している。
一実施形態では、第２のリーフの第２の遠位端部は第１の遠位端部と第１の基部セクションとの間で終端し、前記補助リーフアセンブリは、第１のリーフに固定されたスペーサと、前記スペーサに固定された第３のリーフとを備え、前記第３のリーフは前記第２のリーフと摺動係合し、前記スペーサは、前記第１のリーフと前記第３のリーフとの間に配置され、且つ前記第２の遠位端部から離間し、これにより前記スペーサと前記第２の遠位端部との間に間隙を画定して、前記第２の遠位端部に対する前記スペーサの動きを可能としている。
一実施形態では、前記シールアセンブリは１又は複数の変位部材を備える。前記変位部材の各々は、前記リーフアセンブリの一部を所定の距離だけ変位させるように構成された第１の係合部を有する。一実施形態では、前記変位部材の各々は、第１の脚部及び第２の脚部を画定するＬ字形形状を有する。前記第１の脚部は、前記ダイヤフラムに固定された第３の基部を画定し、また前記第２の脚部は、その上に係合部を有する。前記変位部材は、前記リーフアセンブリの所定の輪郭を定めるように配置されている。前記所定の輪郭は、作動中の前記予熱器の動きを補償するように構成されている。
一実施形態では、前記シールアセンブリは、第２の基部セクションと係合する第４の基部セクションを有するストリップ（たとえば、ガード及び／又はリミッタ）を備え、これにより、前記第２の基部セクションが第１の基部セクションと前記第４の基部セクションとの間に位置するようにしている。前記ストリップは、第４の基部セクションから遠ざかるように、且つ第２のリーフから遠ざかるように延在するデフレクタセクションを画定している。一実施形態では、前記シールアセンブリは、第１のリーフ及び／又は前記補助リーフアセンブリの少なくとも一部に固定された１又は複数の耐摩耗性部材を備える。前記耐摩耗性部材には、耐摩耗性材料（たとえば、粉末コーティング材、同種のハードフェーシング溶接材など）が施されている。
本明細書では、予熱器アセンブリも開示している。前記予熱器アセンブリは、ロータポスト上に回転可能に取り付けられ、且つハウジング内に配置されたロータアセンブリを備える。前記ロータアセンブリは、前記ロータポストから前記ロータアセンブリの外周に向かって半径方向に延在するダイヤフラムを画定している。前記ダイヤフラムの隣接する対は、熱伝達アセンブリを収容するためのそれぞれの区画を画定している。前記熱伝達アセンブリの各々は、相互に積み重ねられた複数の熱伝達シートを備える。前記ハウジングは、前記予熱器を通る加熱された煙道ガスの流れを導くための煙道ガス入口ダクトと煙道ガス出口ダクトとを備える。前記ハウジングはまた、前記予熱器を通る燃焼空気の流れを導くための空気入口ダクトと空気出口ダクトとを備える。前記予熱器は、前記ロータアセンブリの上面に隣接して前記ハウジングを横切って延在する上部セクタプレートと、前記ロータアセンブリの下面に隣接して前記ハウジングを横切って延在する下部セクタプレートとを備える。前記上部セクタプレートは、前記煙道ガス入口ダクトと前記空気出口ダクトとの間に延在し、且つこれらに接合されており、前記下部セクタプレートは、前記煙道ガス出口ダクトと前記空気入口ダクトとの間に延在し、且つこれらに接合されている。前記上部セクタプレート及び前記下部セクタプレートはそれぞれ、円周板によって相互に接合されている。前記上部セクタプレート並びに／又は前記下部セクタプレートは、前縁部及び後縁部を画定している。前記前縁部及び前記後縁部のうちの１又は複数は、傾斜構成を画定している。シールアセンブリは、各ダイヤフラムの軸方向縁部に配置されている。前記シールアセンブリは、リーフアセンブリと補助リーフアセンブリとを備える。前記リーフアセンブリは、第１の基部セクションを有する第１のリーフを備える。前記第１の基部セクションは、前記第１のリーフを前記予熱器のダイヤフラムに固定するための第１の締結領域を画定している。第１のリーフは、第１の基部セクションから遠ざかるように延在し、且つ前記第１のリーフの第１の遠位端部で終端している第１の細長いセクションを有する。前記リーフアセンブリは、第１のリーフの一部に係合する第２のリーフをさらに備える。前記第２のリーフは第２の基部セクションを有する。前記第２の基部セクションは、第２のリーフを前記ダイヤフラムに固定するための第２の締結領域を画定している。第２のリーフは、第２の基部セクションから遠ざかるように延在し、且つ前記第２のリーフの第２の遠位端部で終端している第２の細長いセクションを有する。前記補助リーフアセンブリは、第１のリーフに固定され、且つ第２のリーフと摺動係合している。第１のリーフの一部は前記前縁部と摺動係合し、且つ前記後縁部と係合解除する。
一実施形態では、第２の遠位端部は、第１の遠位端部と第１の基部セクションとの間で終端している。
一実施形態では、前記補助リーフアセンブリは、第１のリーフに固定されたスペーサと、前記スペーサに固定された第３のリーフとを備える。前記第３のリーフは第２のリーフと摺動係合している。
本明細書では、別のシールアセンブリも開示している。別のシールアセンブリは、基部セクションを有する１又は複数のリーフを備える。前記基部セクションは、前記リーフを前記予熱器のダイヤフラムに固定するための締結領域を画定している。前記リーフは、前記基部セクションから遠ざかるように延在し、且つ前記リーフの遠位端部で終端している細長いセクションを有する。少なくとも１つの耐摩耗性部材が前記リーフの遠位端部に近接して前記リーフに固定されている。前記耐摩耗性部材には耐摩耗性材料が施されている。
予熱器の部分断面図を示す斜視図である。 予熱器のダイヤフラムに固定された先行技術によるシールの断面図である。 本発明のシールアセンブリをダイヤフラムの後部側から見た平面図である。 本発明のシールアセンブリをダイヤフラムの前部側から見た平面図である。 図４の線５−５に沿って見た、図４のシールアセンブリの上面図である。 図４の線６−６に沿って見た、図３のシールアセンブリの断面図である。 傾斜構成を有するセクタプレートを備える態様で示す、図６のシールアセンブリの別の実施形態である。 図７のシールアセンブリの別の実施形態であり、前記傾斜構成は前記セクタプレートの前縁部及び後縁部に固定された傾斜取付具を備える。 図６のシールアセンブリの別の実施形態における一部を示す断面図であり、１つのリーフが他のリーフから外向きに延在している。 図６のシールアセンブリの別の実施形態における一部を示す断面図であり、スペーサは第１のリーフの屈曲部によって形成されている。 図６のシールアセンブリの別の実施形態における一部を示す断面図であり、スペーサはリベット及びスペーサリングによって形成されている。 図６のシールアセンブリの別の実施形態における一部を示す断面図であり、スペーサは第２のリーフの屈曲部によって形成されている。 ダイヤフラムの前部側から見た、摩耗先端部及び摩耗コーティングを備えた本発明のシールアセンブリの平面図である。 図１３の線１４−１４に沿って見た、図１３のシールアセンブリの断面図である。 ダイヤフラムの後部側から見た、摩耗先端部及び摩耗コーティングを備えた本発明のシールアセンブリの別の実施形態を示す平面図である。 図１５の線１６−１６に沿って見た、図１５のシールアセンブリの断面図である。
図６に示すように、本発明のシールアセンブリは、全体が符号１４０で示されている。図３〜図５に示すように、シールアセンブリ１４０の３つは、半径方向にセグメント化された構成で、複数のボルト１４５及びナット１４６などの適切な締結装置によって、図１の二等分式予熱器におけるダイヤフラム１８の各々の対向する軸方向縁部に固定されている。しかしながら、シールアセンブリ１４０をダイヤフラム１８に固定する他の方法を使用してもよく、これらには溶接及びろう接などが含まれるが、それらに限定されない。シールアセンブリ１４０の各々は、図３及び図４に示すように、ロータポスト１６とダイヤフラム１８の半径方向外側周縁部との間に延在する概ね細長い部材である。シールアセンブリ１４０について二等分式予熱器に使用されるものとして記載しているが、本発明はこれに限定されず、本明細書に開示したより広範な実施態様から逸脱することなく、前記シールアセンブリを３セクタ又は４セクタの予熱器に使用してもよい。
図６を参照すると、シールアセンブリ１４０の各々は、第１の基部セクション５２Ｂを含む第１のリーフ５２を有するリーフアセンブリ５０を備える。前記第１の基部セクション５２Ｂは、図１の予熱器１０のダイヤフラム１８に前記第１のリーフ５２を固定するためのボルト１４５の１つを収容する、たとえば平坦なセクション及びこれを貫通するボアなどの第１の締結領域を画定している。第１のリーフ５２は、第１の基部セクション５２Ｂから遠ざかるように延在し、且つ前記第１のリーフの第１の遠位端部５２Ｄで終端している第１の細長いセクション５２Ｌを有する。
図６を参照すると、シールアセンブリ１４０の各々は、第１のリーフ５２の一部と係合し、且つ第２の基部セクション５４Ｂを有する第２のリーフ５４を備える。前記第２の基部セクション５４Ｂは、図１の予熱器１０のダイヤフラム１８に前記第２のリーフ５４を固定するためのボルト１４５の１つを収容する、たとえば平坦なセクション及びこれを貫通するボアなどの第２の締結領域を画定している。第２のリーフ５４は、第２の基部セクション５４Ｂから遠ざかるように延在し、且つ前記第２のリーフの第２の遠位端部５４Ｄで終端している第２の細長いセクション５４Ｌを有する。前記第２の遠位端部５４Ｄは、第１のリーフ５２の第１の遠位端部５２Ｄと第１の基部セクション５２Ｂとの間の前記第１のリーフ５２の長さに沿って終端している。
図６に示すように、シールアセンブリ１４０の各々は、第１のリーフ５２に固定され（たとえば、リベット又はスポット溶接体などの適切な締結構造体６１を介して）、且つ第２のリーフ５４と摺動係合している補助リーフアセンブリ６０を備える。前記補助リーフアセンブリ６０は、第１のリーフ５２に固定された（たとえば、締結構造体６１を介して）スペーサ６２（たとえば、スペーサリーフ）を備える。前記スペーサ６２は遠位端部６２Ｄを画定している。補助リーフアセンブリ６０は、スペーサ６２に固定された（たとえば、締結構造体６１を介して）第３のリーフ６４を備える。前記第３のリーフ６４は、第２のリーフ５４の一部と摺動係合している。第３のリーフ６４は、第３の遠位端部６４Ｄを画定している。スペーサ６２は、第１のリーフ５２と第３のリーフ６４との間に配置されている。スペーサ６２は第２の遠位端部５４Ｄから離間し、これにより前記スペーサ６２と第２の遠位端部５４Ｄとの間に間隙を画定して、第２の遠位端部５４Ｄに対する前記スペーサ６２の動きを可能としている。図６ではスペーサ６２をリーフとして記載し、且つ示しているが、本発明はこれに限定されず、１）図１０に示すように、第１のリーフ１５２内の屈曲部１５２Ｄを受けて脚部として形成されるスペーサ１６２Ｌ、２）図１１に示すように、リベット２６１の周囲に配置され、且つ第１のリーフ２５２と第３のリーフ２６４との間に位置するスペーサリング２６２Ｂ、及び３）図１２に示すように、第３のリーフ３６４の屈曲部３６４Ｄを受けて脚部として形成されたスペーサ３６２Ｌを含むが、これらに限定されない他のスペーサ構成体を使用してもよい。本発明者らは、第３のリーフ６４と第２のリーフ５４の一部との摺動係合により、先行技術の単一リーフシール又は２つのリーフのみを備えた改善されたリーフと比較してこれらより振動を低減することを通して、シールアセンブリ１４０の性能及び寿命が向上するという驚くべき事実を発見した。
図６に示すように、一実施形態では、遠位端部５２Ｄ、６２Ｄ及び６４Ｄは相互に位置合わせされている。図６に示す構成では、第１のリーフ５２の遠位端部５２Ｄは、削減された（たとえば、３０％の負荷若しくはそれ以下の）負荷運転又はゼロ負荷運転中にセクタプレート３０Ａの表面３１と摺動係合するように示している。ダイヤフラム１８の反対側に配置されたシールアセンブリ１４０におけるもう一方のスペーサ６２は、セクタプレート３０Ｂの表面３１と摺動係合している。３０％を超える負荷の場合、遠位端部５４Ｄは、先行技術のシールアセンブリ４０と比較して全負荷で、高温端部の半径方向におけるシールの間隙を５０％減少させる間隙Ｇ１だけ、セクタプレート３０Ａの表面３１’から離間している。
図６では、遠位端部５２Ｄ、６２Ｄ及び６４Ｄは相互に位置合わせされているが、本発明はこれに限定されず、図９に示すように、遠位端部５２Ｄ、６２Ｄ及び６４Ｄの１又は複数が相互から外向きに延在していてもよく、ここでは遠位端部６２Ｄが遠位端部５２Ｄ及び６４Ｄから外向きに延在している。一実施形態では、遠位端部６２Ｄ上にあり、且つこれに隣接するスペーサ６２の一部は、表面ハードフェーシング溶接オーバーレイ（たとえば、コバルトベースの溶接材料）、表面硬化層（たとえば、窒化、浸炭又は他の拡散型硬化）及び析出硬化材料などを含むが、これらに限定されない耐摩耗性構成物から形成されている。スペーサ６２は、セクタプレート３０Ａの表面３１と摺動係合している。
一実施形態では、第１のリーフ５２、第２のリーフ５４、第３のリーフ６２及び／又は第４のリーフ６４は、オーステナイト系ステンレス鋼、たとえば３０１ステンレス鋼製である。一実施形態では、第１のリーフ５２、第２のリーフ５４、第３のリーフ６２及び／又は第４のリーフ６４の厚さは、約０．０２インチ〜０．０２５インチである。
図３〜図５に示すように、シールアセンブリ１４０の３つは、半径方向にセグメント化された構成でダイヤフラム１８に固定されるように、且つ間隙Ｇ８８だけ相互から離間しているように示している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、任意の数のシールアセンブリ１４０を使用してもよく、且つ間隙Ｇ８８だけ相互から離間させてもよい。
図４に示すように、シールアセンブリ１４０の各々は、間隙Ｇ８８だけ相互から離間された側縁部７０Ｅを有する変位部材７０を備える。３つの変位部材７０を示しているが、本発明はこれに限定されず、変位部材７０は１つの一体型片又は任意の数のセグメントで形成されてもよく、これにより設置を容易に行うことができる。図６に示す一実施形態では、複数の変位部材７０の各々は、第１の脚部７１と第２の脚部７２とを画定するＬ字形形状を有する。前記第１の脚部は第３の基部セクション７１Ｂを画定している。前記第３の基部セクション７１Ｂは、図１の予熱器１０のダイヤフラム１８に変位部材７０を固定するためのボルト１４５の１つを収容する、たとえば平坦なセクション及びこれを貫通するボアなどの第３の締結領域を画定している。
図５に示すように、前記第２の脚部７２の各々は、本明細書にさらに記載しているように、第１のリーフ５２の表面５２Ｆと係合し、且つリーフアセンブリ５０の一部を所定の距離だけ変位させるように構成された係合部７２Ｔを画定している。前記係合部７２Ｔの各々は起伏縁部形状を有している。たとえば、２つの半径方向外向きに配置された変位部材７０の係合部７２Ｔは、直線テーパ縁部を有しており、また半径方向最も内側に位置する変位部材７０の係合部７２Ｔ’は、第１のリーフ５２の表面５２Ｆと相補的な形状の円弧状縁部を有する。しかしながら、変位部材７０のいずれにおいても、円弧状縁部及び／又は直線テーパ縁部を使用してもよい。
図６に示すように、第２の脚部７２は、第１の脚部７１と係合部７２Ｔとの間に延在する長さＬＮ（たとえば、図６に示すＬ７、図５に示すＬ１〜Ｌ１０）を有する。図５に示すように、Ｌ１〜Ｌ１０の各々は異なる長さであり、且つリーフアセンブリ５０を異なる大きさだけ変位させている。たとえば、長さＬ１〜Ｌ１０は次第に長くなっている（すなわち、Ｌ１０はＬ９より長く、Ｌ９はＬ８より長く、Ｌ８はＬ７より長く、Ｌ７はＬ６より長く、Ｌ６はＬ５より長く、Ｌ５はＬ４より長く、Ｌ４はＬ３より長く、Ｌ３はＬ２より長く、Ｌ２はＬ１より長い）。変位部材７０は、リーフアセンブリ５０の所定の輪郭を定めるように配置されている。前記所定の輪郭は、作動中の予熱器１０の動きを補償するように構成されている。図３に示すように、第１のリーフ５２及び第２のリーフ５４は台形形状を有する。
図６を参照すると、シールアセンブリ１４０の遠位端部５２Ｄがセクタプレート３０Ａ’の表面３１と係合するとき、図１の空気セクタ３２の空気出口ダクト２８において圧力Ｐ１（図６でリーフアセンブリ５０の左側に示す）が発生し、また図１のガスセクタ３４の煙道ガス入口ダクト２２において圧力Ｐ２（図６でリーフアセンブリの右側に示す）が発生する。圧力Ｐ１は圧力Ｐ２よりも大きく、これによってシールアセンブリ１４０に差圧ΔＰが生じる。変位部材７０が適切に設定されていない状況でシールアセンブリ１４０がセクタプレート３０Ａ’の領域にあるとき、差圧ΔＰによりリーフアセンブリ５０は、矢印ＸＸで示した方向に偏向され、シールアセンブリ１４０の遠位端部５２Ｄとセクタプレート３０Ａ’の表面３１との間の漏れ間隙を拡大しやすい状態となる。しかしながら、シールアセンブリ１４０の遠位端部５２Ｄがセクタプレート３０Ａ’の表面３１と係合した状態でリーフアセンブリが概ね直立状態にとどまり、これによって差圧ΔＰに起因する偏向を克服するように、変位部材７０はリーフアセンブリ５０に対して先行負荷又は所定の偏向を付与している。
シールアセンブリがセクタプレート３０Ａの領域内へと約１８０度回転すると、図１の空気セクタ３２の空気出口ダクト２８において圧力Ｐ１’（図６でリーフアセンブリ５０の右側に示す）が発生し、また図１のガスセクタ３４の煙道ガス入口ダクト２２において圧力Ｐ２’（図６でリーフアセンブリの左側に示す）が発生する。圧力Ｐ１’は圧力Ｐ２’よりも大きく、これによってリーフアセンブリ５０に差圧ΔＰ’が生じる。シールアセンブリ１４０がセクタプレート３０Ａの領域にあるとき、差圧ΔＰ’は、リーフアセンブリ５０を矢印ＹＹによって示す方向に偏向させる傾向がある。シールアセンブリ１４０がセクタプレート３０Ａの領域にあるとき、変位部材７０はリーフアセンブリ５０を所定の位置に保持し、ここではシールアセンブリ１４０の遠位端部５２Ｄがセクタプレート３０Ａの表面３１と係合して、空気セクタ３２とガスセクタ３４との間の漏れを最小にしている。
図３及び図６に示すように、シールアセンブリ１４０の各々は、第２のリーフ５４の第２の基部セクション５４Ｂと係合する第４の基部セクション８０Ｂを有するストリップ８０を備える。前記第４の基部セクション８０Ｂは、図１の予熱器１０のダイヤフラム１８にストリップ８０の各々を固定するためのボルト１４５の１つを収容する、たとえば平坦なセクション及びこれを貫通するボアなどの第４の締結領域を画定している。第２の基部セクション５４Ｂは、第１の基部セクション５２Ｂと第４の基部セクション８０Ｂとの間に位置している。ストリップ８０は、第４の基部セクション８０Ｂから遠ざかるように、且つ第２のリーフ５４から遠ざかるように延在するデフレクタセクション８０Ｌを画定している。前記デフレクタセクション８０Ｌは遠位端部８０Ｄで終端している。たとえば、ストリップ８０は、デフレクタセクション８０Ｌが第２のリーフ５４から角度Ｑだけ離間して配置されるように、屈曲部８０Ｙを有する。ストリップ８０は、予熱器１０内に突出する煤吹き機器などの潜在的な障害物からリーフアセンブリ５０を保護するのに有用である。また、ストリップ８０は、リーフアセンブリ５０の偏向量を制限するための制限装置となっている。
図４及び図６に示すように、シールアセンブリ１４０の各々は、第１の基部セクション５２Ｂ及び第２の基部セクション５４Ｂの一部と位置合わせされたバー９０（たとえば、スペーサバー又は細長いワッシャ）を有する。前記バー９０はリーフアセンブリ５０の長さに沿って延在し、且つナット１４６とダイヤフラム１８との間に配置されている。バー９０は構造的安定性をもたらし、且つ第１のリーフ５２、第２のリーフ５４、及びストリップ８０をダイヤフラム１８に均一に固定するのを補助する。
図６に示すように、セクタプレート３１は、鋭利な前縁部３１Ｌと鋭利な後縁部３１Ｔとを画定している。前記前縁部３１Ｌは角度０１によって画定されており、前記後縁部３１Ｔは角度０２によって画定されている。一実施形態では、角度０１及び／又は角度０２は約９０度である。
分析及び実験を通じて、本発明者らは、ロータアセンブリ１２と共にシールアセンブリ５０が回転すると、第１のリーフ５２の第１の遠位端部５２Ｄがはさみ様の動作で突然に、且つこすれながら前縁部３１Ｌと係合し、また、はさみ様の動作で突然に、且つこすれながら後縁部３１Ｔと係合解除し、これによってシールの早期摩耗が生じるという驚くべき事実を発見した。工学的直感に反して、本発明者らは、前記摩耗がロータポスト１６に向かって半径方向内向きに顕著であることを発見した。
実験及び試験の結果によって対応を迫られ、本発明者らは、鋭利な前縁部３１Ｌ及び鋭利な後縁部３１Ｔを、図７に示すような傾斜形状に修正した。前記傾斜形状は、傾斜前縁部３１Ｌ’と傾斜後縁部３１Ｔ’とを含む。前記傾斜前縁部３１Ｌ’は傾斜角θ１を画定しており、前記傾斜後縁部は傾斜角θ２を画定している。一実施形態では、傾斜角θ１及び／又はθ２は、セクタプレート３０Ａ若しくは３０Ｂの表面３１に対して約１５度〜２５度の間となっている。一実施形態では、傾斜角θ１及び／又はθ２は、セクタプレート３０Ａ若しくは３０Ｂの表面３１に対して約２５度〜４５度の間となっている。傾斜前縁部３１Ｌ’及び傾斜後縁部３１Ｔ’をセクタプレート３０Ａに面取り部として示しているが、本発明はこれに限定されず、同様の構成をセクタプレート３０Ｂ（又は３セクタ及び４セクタの予熱器における他のセクタプレート）に使用してもよく、且つ／又は図８に示すような、セクタプレート３０Ａ及び／又は３０Ｂに固定された傾斜取付具１３１Ｌ並びに１３１Ｔなどであって、これらには限定されない他の傾斜構成を使用してもよい。図８に示すように、傾斜取付具１３１Ｌは、セクタプレート３０Ａの表面３１に対して傾斜角θ１でそれぞれ配向された前面部１３１ＬＡ及び後面部１３１ＬＢを有する。同様に、傾斜取付具１３１Ｔは、セクタプレート３０Ａの表面３１に対して傾斜角θ２でそれぞれ配向された前面部１３１ＴＡ及び後面部１３１ＴＢを有する。傾斜取付具１３１Ｌ並びに１３１Ｔは、ボルト締め及び溶接などの適切な締結構成によって、セクタプレート３０Ａ及び／又は３０Ｂに固定されている。傾斜取付具１３１Ｌ及び１３１Ｔは、新たな予熱器の設置手段又は既存の予熱器に対する後付け手段の一部として、元来の器具としての形態をもって設置されるように構成されている。
予熱器運転の実験室試験シミュレーションの結果、本発明者らは、２０度の傾斜角を有する傾斜構成により、シールアセンブリに沿った軸線Ａから５０インチ〜１５０インチ間の位置において３０％未満の負荷運転で、シールアセンブリ５０の全摩耗率として１時間当たり０．００１６インチ未満を示す結果となり、また、シールアセンブリに沿った軸線Ａから１５０インチ半径方向外向きの位置において３０％未満の負荷運転で、シールアセンブリ５０の全摩耗率として１時間当たり４×１０−４インチ未満を示す結果となることを見出した。前記摩耗率は実験室試験に基づいているが、これらが運転中発生する摩耗に関する予測として合理的であることを本発明者らは想定している。
図１３及び図１４を参照すると、シール４４０は図３〜図８のシール１４０と類似しているので、したがって類似の要素については、符号４から始まる類似の参照符号で示している。図１３及び図１４のシール４４０は基部セクション４５２Ｂを有する第１リーフ４５２を備える。基部セクション４５２Ｂは第１リーフ４５２を予熱器１０のダイヤフラムに固定するための締結領域を画定している。第１リーフ４５２は基部セクション４５２Ｂから遠ざかるように延在し、且つ第１リーフ４５２の遠位端部４５２Ｄで終端している細長いセクションを有する。
シールアセンブリ４４０の各々は、リベット又はスポット溶接体などの適切な締結構造体４６１を介して第１のリーフ４５２及び補助リーフアセンブリ４６０に固定された複数の耐摩耗性部材４８８を備える。前記複数の耐摩耗性部材４８８の各々を、第１のリーフ４５２及び補助リーフアセンブリ４６０に固定されるように示し、且つ記載しているが、本発明はこれに限定されず、第１のリーフ４５２が独立して補助リーフアセンブリ４６０の一部に固定される態様で、前記複数の耐摩耗性部材４８８の各々を第１のリーフ４５２に直接固定してもよい。耐摩耗性部材４８８を備える隣接シールアセンブリ４４０は、前記シールアセンブリ４４０が屈曲することができるように、間隙Ｇ８８だけ相互から離間している（たとえば、半径方向にセグメント化されている）。たとえば、３つのシールアセンブリ４４０について、相互に隣接しているように、且つ間隙Ｇ８８だけ離間しているように示している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、任意の数のシールアセンブリ４４０を使用してもよく、且つ間隙Ｇ８８だけ相互から離間させてもよい。補助リーフアセンブリ４６０は締結構造体４６１によって第１のリーフ４５２に固定され、且つ第２のリーフ４５４と摺動係合している。補助リーフアセンブリ４６０は、第１のリーフ４５２に固定された（たとえば、締結構造体４６１を介して）スペーサ４６２（たとえば、スペーサリーフ）を備える。スペーサ４６２は遠位端部４６２Ｄを画定している。補助リーフアセンブリ４６０は、スペーサ４６２に固定された（たとえば、締結構造体４６１を介して）第３のリーフ４６４を備える。第３のリーフ４６４は、第２のリーフ４５４の一部と摺動係合している。第３のリーフ４６４は第３の遠位端部４６４Ｄを画定している。スペーサ４６２は、第１のリーフ４５２と第３のリーフ４６４との間に配置されている。スペーサ４６２は第２の遠位端部４５４Ｄから離間し、これにより前記スペーサ４６２と第２の遠位端部４５４Ｄとの間に間隙を画定して、第２の遠位端部４５４Ｄに対する前記スペーサ４６２の動きを可能としている。
図１３及び図１４に示すように、耐摩耗性部材４８８は、複数の細長いストリップ４８１（たとえば、一例として示す１０個の耐摩耗性部材４８８）によって画定されている。前記細長いストリップ４８１の各々は、Ｌ字形断面などであるが、これには限定されない傾斜断面を有する。細長いストリップ４８１について、Ｌ字形断面などの傾斜断面を有するものとして示し、且つ記載しているが、円弧状断面及びＪ字形断面を含むが、これらに限定されない他の断面を使用してもよい。図１３に示すように、複数の細長いストリップ４８１は、シール４４０の全長にわたって集中して延在している。
図１４に最も良好に示しているように、細長いストリップ４８１は取付脚部４８１Ｍと、前記取付脚部４８１Ｍから延在する屈曲部４８１Ｘと、前記屈曲部４８１Ｘから延在する末端脚部４８１Ｌとを有する。取付脚部４８１Ｍには、これを貫通する複数の孔４８１Ｈが設けられている。締結構造体４６１のうちの１つは、孔４８１の各々を貫通している。スペーサスリーブ４６２Ｂは孔４６１Ｈのそれぞれにおいて、且つ締結構造体４６１の周りに配置されて、第１のリーフ４５２と補助リーフアセンブリ４６０との間の圧縮を制限している。屈曲部４８ＩＸは、取付脚部４８１Ｍから角度δ（たとえば、９０度の角度で示している）で延在している。屈曲部４８１Ｘは、点４８１Ａから点４８１Ｂまでの長さにわたって延在している。角度として９０度を示し、且つ記載しているが、本発明はこれに限定されず、９０度未満の角度（たとえば、８９度〜８５度、８９度〜８０度、８９度〜７０度、８９度〜４５度若しくはそれより小さな角度）又は９０度より大きな角度（たとえば、９１度〜９５度、９１度〜１００度、９１度〜１１０度、９１度〜１２０度のより大きな角度）を含むが、これらに限定されない他の角度を使用してもよい。一実施形態では、細長いストリップ４８１は鋼合金製である。
図１４に最も良好に示しているように、耐摩耗性材料４９１が屈曲部４８１Ｘに施されている。前記耐摩耗性材料４９１は屈曲部４８１Ｘに沿って、第１の端部４９１Ａから前記材料の第２の端部４９１Ｂまで延在している。屈曲部４８１Ｘは、耐摩耗性材料を最適量施すための十分な表面積を設けて適切な接着態様を達成し、前記耐摩耗性材料を細長いストリップ４８１全体に施さないことによってコストを最小限に抑えている。一実施形態では、耐摩耗性材料４９１は、カナダのサレー市にあるＡｅｇｉｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ Ｌｔｄ．社によって提供される製品を含む粉末コーティング材である。一実施形態では、耐摩耗性材料４９１は、コバルトベースの溶接合金（たとえば、ペンシルベニア州ラットローブにあるＫｅｎｎａｍｅｔａｌ，Ｉｎｃ．社の登録商標であるＳｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標））などを含むハードフェーシング溶接材である。一実施形態では、耐摩耗性材料４９１は、屈曲部４８ＩＸに接着された交換可能な耐摩耗性ストリップである。一実施形態では、前記耐摩耗性材料４９１は、耐摩耗性粒子が含浸された織布層を含む複数の層を有する複合構造体である。一実施形態では、耐摩耗性材料４９１は、窒化又は浸炭などを介して形成された表面硬化領域である。
図１４に示すように、各耐摩耗性要素４８８における耐摩耗性材料４９１の外面４９１Ｙの一部は、削減された（たとえば、３０％の負荷若しくはそれ以下の）負荷運転又はゼロ負荷運転中にセクタプレート３０Ａの表面３１と摺動係合している。ダイヤフラム４１８の反対側に配置された別のシールアセンブリ４４０の各耐摩耗性要素４８８における耐摩耗性材料４９１の外面４９１Ｙの一部は、セクタプレート３０Ｂの表面３１と摺動係合している。３０％を超える負荷の場合、各耐摩耗性要素４８８における耐摩耗性材料４９１の外面４９１Ｙは、先行技術のシールアセンブリ４０と比較して全負荷で、高温端部の半径方向におけるシールの間隙を５０％減少させる間隙Ｇ１だけ、セクタプレート３０Ａの表面３１’から離間している。
図１５及び図１６に示すように、３つのシールアセンブリ５４０は図２に示すシールアセンブリ４０と類似しているが、本明細書に記載しているように、これに耐摩耗性部材５８８を追加した態様となっている。したがって、類似の要素については、符号５から始まる類似の参照符号で示している。シールアセンブリ５４０は、前記シールアセンブリ５４０における隣接する対がそれぞれ、間隙Ｇ８８だけ相互から離間するように、半径方向にセグメント化された構成において、セクタプレート５３０Ａに向かってダイヤフラム５１８の各々の縁部から軸方向に（すなわち、軸線Ａに平行に）、且つこれに沿って半径方向に延在している。３つのシールアセンブリ５４０の別の１組は、セクタプレート５３０Ｂに向かってダイヤフラム５１８の各々の反対側から軸方向に、且つこれに沿って半径方向に延在している（図１ではシール５４０を１つのみ示す）。シール５４０は、基部５５２Ｂを有する可撓性シールリーフ５５２を備え、前記基部５５２Ｂは、Ｌ字型バッキングバー５４３と細長い保持バー５４１との間に位置している。シールアセンブリ５４０の各々においては、前記保持バー５４１の基部５４１Ｂ、前記可撓性シール５５２の基部５５２Ｂ、並びに前記バッキングバー５４３の基部５４３Ｂは、スペーサバー５４４とダイヤフラム５１８との間の複数のボルト５４５及びナット５４６により、ダイヤフラム５１８の長さに沿って半径方向に固定されている。
図１５及び図１６に示すように、可撓性シールリーフ５５２には、これを貫通する複数の孔５５２Ｈが設けられている。複数の耐摩耗性部材５８８は、前記孔５５２Ｈを貫通するリベット又はスポット溶接体などの適切な締結構造体４６１を介して、可撓性シールリーフ５５２に固定されている。隣接耐摩耗性部材５８８は、シール５４０が屈曲することができるように、間隙Ｇ８８だけ相互から離間している。前記耐摩耗性部材５８８の各々は、本明細書に記載の耐摩耗性部材４８８と類似する態様で構成され、且つ製造されている。
図１５に示すように、各耐摩耗性要素５８８における耐摩耗性材料５９１の外面５９１Ｙの一部は、削減された（たとえば、３０％の負荷若しくはそれ以下の）負荷運転又はゼロ負荷運転中にセクタプレート３０Ａの表面３１と摺動係合している。ダイヤフラム５１８の反対側に配置された別のシールアセンブリ５４０の各耐摩耗性要素５８８における耐摩耗性材料５９１の外面５９１Ｙの一部は、セクタプレート３０Ｂの表面３１と摺動係合している。３０％を超える負荷の場合、各耐摩耗性要素５８８における耐摩耗性材料５９１の外面５９１Ｙは、間隙Ｇ１だけ、セクタプレート３０Ａの表面３１’から離間している。
本発明において、その詳細な実施形態に関して示し、且つ記載してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更がなされ得、且つその構成要素に対して複数の均等物が代用され得ることを、当業者は理解する。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の開示内容に適合させるために修正を行うことができる。したがって、本発明は、上記の詳細な説明に開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むものとする。

Claims (19)

  1. 回転式予熱器（１０）のためのシールアセンブリ（１４０）であって、前記シールアセンブリ（１４０）はリーフアセンブリ（５０）を備え、前記リーフアセンブリ（５０）は、
    第１のリーフ（５２）を前記予熱器（１０）のダイヤフラムに固定するための第１の締結領域を画定している第１の基部セクション（５２Ｂ）を有する第１のリーフ（５２）であって、前記第１の基部セクション（５２Ｂ）から遠ざかるように延在し、且つ前記第１のリーフ（５２）の第１の遠位端部（５２Ｄ）で終端している第１の細長いセクション（５２Ｌ）を有する、前記第１のリーフ（５２）と、
    前記第１のリーフ（５２）の一部に係合しており、且つ第２のリーフ（５４）を前記ダイヤフラム（１８）に固定するための第２の締結領域を画定している第２の基部セクション（５４Ｂ）を有する前記第２のリーフ（５４）であって、前記第２の基部セクション（５４Ｂ）から遠ざかるように延在し、且つ前記第２のリーフ（５４）の第２の遠位端部（５４Ｄ）で終端している第２の細長いセクション（５４Ｌ）を有する、前記第２のリーフ（５４）と
    を備えるシールアセンブリ（１４０）であって、
    補助リーフアセンブリ（６０）が前記第１のリーフ（５２）に固定され、且つ前記第２のリーフ（５４）と摺動係合していることを特徴とする、
    シールアセンブリ（１４０）。
  2. 前記第２の遠位端部（５４Ｄ）は、前記第１の遠位端部（５２Ｄ）と前記第１の基部セクション（５２Ｂ）との間で終端している、請求項１に記載のシールアセンブリ（１４０）。
  3. 前記補助リーフアセンブリ（６０）は、前記第１のリーフ（５２）に固定されたスペーサ（６２）と、前記スペーサ（６２）に固定された第３のリーフ（６４）とを備え、前記第３のリーフ（６４）は前記第２のリーフ（５４）と摺動係合している、請求項１に記載のシールアセンブリ（１４０）。
  4. 前記第２の遠位端部（５４Ｄ）は前記第１の遠位端部（５２Ｄ）と前記第１の基部セクション（５２Ｂ）との間で終端し、前記補助リーフアセンブリ（６０）は、前記第１のリーフ（５２）に固定されたスペーサ（６２）と、前記スペーサ（６２）に固定された第３のリーフ（６４）とを備え、前記第３のリーフ（６４）は前記第２のリーフ（５４）と摺動係合し、前記スペーサ（６２）は、前記第１のリーフ（５２）と前記第３のリーフ（６４）との間に配置され、且つ前記第２の遠位端部（５４Ｄ）から離間し、これにより前記スペーサ（６２）と前記第２の遠位端部（５４Ｄ）との間に間隙（Ｇ）を画定して、前記第２の遠位端部（５４Ｄ）に対する前記スペーサ（６２）の動きを可能としている、請求項１に記載のシールアセンブリ（１４０）。
  5. 少なくとも１つの変位部材（７０）をさらに備え、前記少なくとも１つの変位部材（７０）は、前記リーフアセンブリ（５０）の一部を第１の距離だけ変位させるように構成された第１の係合部（７２Ｔ）を有し、且つ前記リーフアセンブリ（５０）の一部を第２の距離だけ変位させるように構成された第２の係合部（７２Ｔ’）を有し、前記第１の距離と前記第２の距離とは異なるものである、請求項１に記載のシールアセンブリ（１４０）。
  6. 前記少なくとも１つの変位部材（７０）の各々は、第１の脚部（７１）及び第２の脚部（７２）を画定するＬ字形形状を有し、前記第１の脚部（７１）は、前記ダイヤフラムに固定されるように構成された第３の基部（７１Ｂ）を画定し、前記第２の脚部（７２）は、前記第１の係合部（７２Ｔ）及び前記第２の係合部（７２Ｔ’）のうちの一方を備える、請求項５に記載のシールアセンブリ（１４０）。
  7. 前記少なくとも１つの変位部材（７０）は、前記リーフアセンブリ（５０）の所定の輪郭を定めるように配置されている、請求項５に記載のシールアセンブリ（１４０）。
  8. 前記所定の輪郭は、作動中の前記予熱器（１０）の動きを補償するように構成されている、請求項７に記載のシールアセンブリ（１４０）。
  9. 前記スペーサ（１６２Ｌ、３６２Ｌ）は、前記第１のリーフ（５２）及び前記第３のリーフ（６４）のうちの少なくとも一方から外向きに突出している、請求項３に記載のシールアセンブリ（１４０）。
  10. 前記第２の基部セクション（５４Ｂ）と係合する第４の基部セクション（８０Ｂ）を有するストリップ（８０）をさらに備え、前記第２の基部セクション（５４Ｂ）は前記第１の基部セクション（５２Ｂ）と前記第４の基部セクション（８０Ｂ）との間に位置しており、前記ストリップ（８０）は、前記第４の基部セクション（８０Ｂ）から遠ざかるように、且つ前記第２のリーフ（５４）から遠ざかるように延在するデフレクタセクション（８０Ｌ）を画定している、請求項１に記載のシールアセンブリ（１４０）。
  11. 前記第１の基部セクション（５２Ｂ）及び前記第２の基部セクション（５４Ｂ）の一部と位置合わせされたバー（９０）をさらに備える、請求項１に記載のシールアセンブリ（１４０）。
  12. 前記スペーサ（６２）は、前記第１のリーフ（５２）及び前記第３のリーフ（６４）のうちの一方において硬化材料、溶接体、リベット、リーフと屈曲部のうちの少なくとも１つを備える、請求項３に記載のシールアセンブリ（１４０）。
  13. 前記第１のリーフ（４５２）及び前記補助リーフアセンブリ（４６０）の少なくとも一部の、少なくとも一方に固定された少なくとも１つの耐摩耗性部材（４８８）を備える、請求項１に記載のシールアセンブリ（１４０，４４０）。
  14. 前記少なくとも１つの耐摩耗性部材（４８８）には、耐摩耗性材料（４９１）が施されている、請求項１３に記載のシールアセンブリ（１４０，４４０）。
  15. ロータポスト（１６）上に回転可能に取り付けられ、且つハウジング（１４）内に配置されたロータアセンブリ（１２）を備え、前記ロータアセンブリ（１２）は、前記ロータポスト（１６）から前記ロータアセンブリ（１２）の外周に向かって半径方向に延在するダイヤフラム（１８）を画定しており、前記ダイヤフラム（１８）の隣接する対は、熱伝達アセンブリを収容するためのそれぞれの区画を画定しており、前記熱伝達アセンブリの各々は、相互に積み重ねられた複数の熱伝達シートを備え、前記ハウジング（１４）は、前記予熱器（１０）を通る加熱された煙道ガスの流れを導くための煙道ガス入口ダクト（２２）と煙道ガス出口ダクト（２４）とを備え、前記ハウジング（１４）はまた、前記予熱器（１０）を通る燃焼空気の流れを導くための空気入口ダクト（２６）と空気出口ダクト（２８）とを備え、前記予熱器（１０）は、前記ロータアセンブリ（１２）の上面に隣接して前記ハウジング（１６）を横切って延在する上部セクタプレート（３０Ａ）と、前記ロータアセンブリ（１２）の下面に隣接して前記ハウジング（１６）を横切って延在する下部セクタプレート（３０Ｂ）とを備え、前記上部セクタプレートは（３０Ａ）は、前記煙道ガス入口ダクト（２２）と前記空気出口ダクト（２８）との間に延在し、且つこれらに接合されており、前記下部セクタプレート（５０Ｂ）は、前記煙道ガス出口ダクト（２４）と前記空気入口ダクト（２６）との間に延在し、且つこれらに接合されており、前記上部セクタプレート（３０Ａ）及び前記下部セクタプレート（３０Ｂ）はそれぞれ、円周板（３０Ｃ）によって相互に接合されており、
    前記上部セクタプレート（３０Ａ）及び前記下部セクタプレート（３０Ｂ）のうちの少なくとも一方は、前縁部（３１Ｌ）及び後縁部（３１Ｔ）を画定しており、
    前記前縁部（３１Ｌ）及び前記後縁部（３１Ｔ）のうちの少なくとも一方は、傾斜構成を画定しており、
    請求項１に記載の前記シールアセンブリ（１４０）が、各ダイヤフラム（１８）の軸方向縁部に配置されており、
    前記シールアセンブリ（１４０）の一部は前記前縁部（３０Ｌ）と係合し、且つ前記後縁部（３１Ｌ）と係合解除する、
    予熱器アセンブリ（１０）。
  16. 前記第２の遠位端部（５４Ｄ）は、前記第１の遠位端部（５２Ｄ）と前記第１の基部セクション（５２Ｂ）との間で終端している、請求項１５に記載の予熱器（１０）。
  17. 前記補助リーフアセンブリ（６０）は、前記第１のリーフ（５２）に固定されたスペーサ（６２）と、前記スペーサ（６２）に固定された第３のリーフ（６４）とを備え、前記第３のリーフ（６４）は前記第２のリーフ（５４）と摺動係合している、請求項１５に記載の予熱器（１０）。
  18. 少なくとも１つのリーフ（５４２）を予熱器（１０）のダイヤフラムに固定するための締結領域を画定している基部セクション（５４２Ｂ）を有する少なくとも１つのリーフ（５４２）であって、前記基部セクション（５４２Ｂ）から遠ざかるように延在し、且つ前記少なくとも１つのリーフ（５４２）の遠位端部（５４２Ｄ）で終端している細長いセクションを有する、前記少なくとも１つのリーフ（５４２）と、
    前記少なくとも１つのリーフ（４５２）の遠位端部（５４２Ｘ）に近接して前記少なくとも１つのリーフ（４５２）に固定されている少なくとも１つの耐摩耗性部材（４８８）と、を備える、
    回転式予熱器（１０）のためのシールアセンブリ（５４０）。
  19. 前記少なくとも１つの耐摩耗性部材（４８８）には、耐摩耗性材料（４９１）が施されている、請求項１８に記載のシールアセンブリ。
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