MXPA01001598A - Sello derivacion flotante para termo-intercambiadores regenerativos rotatorios - Google Patents

Abstract

La derivación de flujo de gas alrededor de los elementos de calentamiento (40) en un precalentador de aire regenerativo, se reduce por el uso de sellos de derivación flotantes (46,50,56), que se colocan en los compartimientos del rotor (28) entre los elementos de calentamiento apilados (40). Los sellos (46,50,56) comprenden un bastidor (58) con un centro abierto con la porción de bastidor períferica que puentea los espacios entre los elementos de calentamiento (40) y los lados de los compartimientos (28). Los sellos (46,50,56) pueden ser ajustables y pueden incluir un sello de borde deformable (60) para contactar de hecho y sellar contra los lados.

Description

SELLO DE DERIVACIÓN FLOTANTE PARA TERMO-INTERCAMBIADORES REGENERATIVOS ROTATORIOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a medios para reducir o eliminar la derivación interna de corrientes de gas alrededor de los elementos de calentamiento en termointercambiadores regenerativos rotatorios y se relaciona particularmente a la derivación interna de corrientes de aire y gas de combustión, alrededor de los elementos de calentamiento en un precalentador de aire. En un precalentador de aire regenerativo rotatorio, el rotor se divide en sectores en forma de rebanadas de pastel, que a su vez se sub-dividen en compartimientos de rotor. Cada compartimiento de rotor se diseña para aceptar una o más estructuras de elementos de calentamiento que comprenden recipientes de tipo canasta y superficie de termo-transferencia. Debido a las tolerancias de fabricación y/o la distorsión de estructura de rotor asociadas con la operación prolongada bajo variantes condiciones térmicas, usualmente es necesario diseñar los elementos de calentamiento para permitir un espaciamiento alrededor de cada canasta, a fin evitar interferencia en la instalación.

Cuando las tolerancias de fabricación, la distorsión del rotor y/o los espaciamientos de diseño resultan en espacios excesivos ("espacios de derivación") entre los lados de la canasta y la pared lateral correspondiente del compartimiento de rotor o canasta adyacente, una porción de las corrientes de aire y gas circulará a través de los espacios, de esta manera derivando las superficies de transferencia térmica y de esta manera resultando en una pérdida de eficiencia en la transferencia térmica. Espacios de derivación se han atendido en el pasado por una práctica conocida como "compensado", que involucra la soldadura de tiras de derivación sobre espacios que se consideran suficientemente grandes para cerrar, o con dispositivo de sello resilientes, instalados en áreas de espacio suficientemente grandes para aceptarlos. Ambos de estos enfoques son costosos en gasto de mano de obra en el campo y/o material. En general, cada capa de elementos de calentamiento requiere ser compensada o sellada individualmente. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un medio único para reducir o eliminar derivación de flujo de aire y gas alrededor de las superficies de transferencia térmica en termo-intercambiadores regenerativos rotatorios. La invención involucra el uso de sellos flotantes colocados en los compartimientos de rotor adyacentes a los extremos de los elementos de calentamiento y alrededor de la periferia de los extremos de los elementos de calentamiento. Los sellos flotantes se dimensionan para ajustar a cada compartimiento con mínimo espaciamiento, con lo que los sellos puentean los espacios entre los elementos de calentamiento y los lados de los compartimientos. Los sellos pueden ser ajustables para acomodarse a compartimientos de diversos tamaños. Una modificación incluye sellos de bordes deformables conectados a dos o más lados de los sellos flotantes, con lo que los sellos de borde se deforman para adaptarse a las paredes cuando los sellos flotantes se presionan en posición. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en perspectiva generalizada de un precalentador de aire regenerativo rotatorio típico, que muestra los sectores y compartimientos del rotor. La Figura 2 es una elevación en sección transversal a través de un sector de una porción de un rotor que ilustra elementos de calentamiento convencionales apilados verticalmente en .uno de los compartimientos y que muestran el espacio de derivación.

La Figura 3 es una vista en planta de un compartimiento rotor de la técnica previa que contiene un elemento de calentamiento y que ilustra los espacios de derivación. La Figura 4 es una vista en perspectiva de uno de los de sellos flotantes de la presente invención. La Figura 5 es una sección transversal en elevación parcial de un rotor, similar a la Figura 2, pero que ilustra un compartimiento con el sello flotante de la presente invención en posición entre los elementos de calentamiento . La Figura 6 es una vista en planta parcial de un rotor que ilustra un compartimiento que tiene un elemento de calentamiento y un sello flotante. La Figura 7 muestra una modificación ajustable del sello flotante. La Figura 8 es una vista lateral de un sello flotante modificado con sellos de borde deformables. La Figura 9 es una vista lateral que ilustra el sello flotante modificado de la Figura 8 en un compartimiento con los sellos de borde deformados. Las Figuras 10, 11 y 12 muestran tres tipos de elementos de calentamiento. DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS En la descripción de la presente invención, precalentadores de aire regenerativos rotatorios, que se utilizan para transferir calor desde el gas de combustión al aire de combustión, se utilizarán como el ejemplo. Sin embargo, habrá de entenderse que la invención es aplicable a cualesquiera termo-intercambiadores regenerativos rotatorios o estacionarios. La Figura 1 del dibujo ilustra una vista en perspectiva en corte parcial de ese precalentador de aire convencional, que muestra un alojamiento 12, en donde un rotor 14 se monta en la flecha de impulso o poste 16 para rotación como se indican por la flecha 18. Él rotor tiene una cubierta exterior 20 y una pluralidad de diafragmas que se extiende radialmente 22 que dividen el rotor en sectores en forma de rebanadas de pastel 24. Las placas tangenciales 26 dividen cada sector 24 en los compartimientos de forma generalmente trapezoidal 28. Los compartimientos más externos usualmente tienen un extremo exterior curvado, definido por la cubierta de rotor 20. Aunque no se ilustra en esta Figura 1, cada compartimiento contiene una pluralidad de elementos de calentamiento apilados. El alojamiento del precalentador de aire se divide por la placa 30 en un lado de gas de combustión y un lado de aire. Una sección central correspondiente se localiza en el fondo de la unidad. Los gases de combustión calientes entran al precalentador de aire a través del ducto de entrada 32, fluyen axialmente a través del rotor en donde el calor se transfiere a la superficie de transferencia térmica y luego salen a través del ducto de salida de gas 34. El aire que fluye a contra-corriente entra a través del ducto de entrada de aire 36, circula a través del rotor 14 y recoge calor y luego sale a través del ducto de salida de aire 38. La Figura 2 es una sección transversal en elevación de una porción de rotor de la Figura 1, que muestra básicamente un sector con el diafragma radial 22 que se extiende entre el poste de rotor 16 y la cubierta de rotor 20. Las placas que se extienden transversalmente 26 junto con los diafragmas 22 forman los compartimientos 28. Esta figura ilustra dos elementos de calentamiento 40 apilados en uno de los compartimientos 28. Sin embargo, se entenderá que habrá elementos de calentamiento en cada uno de los compartimientos y que puede haber más o menos que dos elementos de calentamiento apilados en cada compartimiento. Esta Figura 2 ilustra los espacios tangenciales 42 entre los elementos y las placas tangenciales 26. A fin de ilustrar adicionalmente el problema con diseños previos, la Figura 3 es una vista en planta que muestra un elemento de calentamiento 40 en un compartimiento 28 limitado por los diafragmas 22 y las placas tangenciales 26. Como puede verse, hay espacios radiales 44 entre los lados del elemento de calentamiento 40 y los diafragmas 22 y los espacios tangenciales 42 entre los extremos interiores y exteriores del elemento de calentamiento 40 y las placas tangenciales 26, como también se ilustra en la Figura 2. Básicamente hay dos tipos de elementos de calentamiento convencionales 40. Un tipo se refiere comúnmente como una canasta de tipo marco de cuadro 140, que solo tiene un bastidor 142 alrededor de cada uno sus cuatro caras verticales como se ilustra en la Figura 10. La superficie de transferencia térmica que consiste de una gran cantidad de placas individuales 144 paralelas a los extremos interiores y exteriores, se instala en la canasta. Con este tipo de canasta, el aire y el gas pueden escapar a través de los lados del elemento de calentamiento en el espacio de derivación, ya sea sobre o por debajo de cualquier compensador que puede ser instalado. El otro tipo general del elemento de calentamiento típicamente se refiere como una canasta envolvente íntegra 240, con cada una de las cuatro caras verticales cerradas por una placa continua 242 envueltas alrededor de la canasta como se ilustra en la Figura 11. Ya que los lados y extremos todos están cerrados, no puede haber escape de aire o gas del interior al exterior de cada elemento de calentamiento individual. Otro tipo de elemento de calentamiento cerrado 340 es un híbrido del tipo de marco de imagen y tipo de envolvente íntegro. Tiene una canasta de marco de cuadro 342, pero las cuatro caras verticales tienen placas 344 conectadas al bastidor, para cerrar los lados como se ilustra en la Figura 12. Con cualquiera de estos tipos de elementos de calentamiento, el espacio de derivación es un problema. Con respecto a la presente invención, funcionarán canastas de cualquier estilo, sin embargo el uso de la presente invención con canastas del tipo cerrado, tal como la canasta envolvente íntegra de la Figura 11 o del tipo de marco de cuadro con placas laterales de la Figura 12, producirán resultados preferenciales . La Figura 4 muestra un sello de derivación flotante 46 de acuerdo con la presente invención. Este sello 46 generalmente es un bastidor de forma trapezoidal, dimensionado para ajustar a un compartimiento de rotor determinado 28 con espaciamiento mínimo. Hay sellos de diversos tamaños, para ajustar los compartimientos de diversos tamaños. También, los sellos para los compartimientos más externos pueden tener un extremo exterior curvado para adaptarse a la cubierta de rotor curvada 20. Los tamaños de los sellos de derivación flotantes se eligen para los compartimientos de diversos tamaños tal que sean capaces de insertarse en los compartimientos con cualquier espaciamiento minimizado, tomando en consideración las tolerancias en los tamaños de compartimientos y cualquier disposición esperada. El ancho de los lados 48 de los sellos 46, se elige de manera tal que hay un acoplamiento continuo con el perímetro superior o inferior de cualquier elemento de calentamiento determinado 40. El espesor de los sellos 46 se elige para que sea suficientemente substancial para manejo, para instalación de los compartimientos y para soportar cualquier carga inducida por los elementos de calentamiento adyacentes . La Figura 5 es una sección transversal en elevación de una porción de un rotor que ilustra el sello de derivación flotante 46 de la presente invención, localizado en posición en un compartimiento entre los elementos de calentamiento 40. Como puede verse, el sello de derivación flotante, esencialmente se extiende hacia afuera a las placas tangenciales 26, para cerrar el espacio 42. La Figura 6 es otra ilustración del sello de derivación flotante 46 en posición, que superpone un elemento de calentamiento 40. La periferia del elemento de calentamiento 40 se ilustra con líneas punteadas por debajo del sello 40. Puede verse que el sello se extiende afuera hacia los lados del compartimiento con mínimo espaciamiento y que el sello superpone el elemento de calentamiento 40 para formar una restricción de flujo y esencialmente cerrar el espacio. Como puede verse en la Figura 5, el sello de derivación flotante 46 se empareda entre los dos elementos de calentamiento 40. Por lo tanto, el sello que típicamente es de flotación libre, no puede ser desprendido por soplado de posición, tal como cuando se aplican presiones de soplado de hollín. Durante instalación del sello, puede ser ventajoso al menos sujetar temporalmente el sello en posición en el compartimiento. Esto puede realizarse por soldadura, tal como soldadura de compensación sobre al menos un lado. Esto puede facilitar el ensamblado aún cuando las soldaduras de compensación posteriormente pueden romperse debido a las fuerzas creadas tales como expansión térmica. Ya que algunos de los precalentadores de aire pueden tener compartimientos correspondientes 28 en diversos sectores 24 que varían en tamaño, ya sea debido a tolerancia de fabricación o deformaciones térmicas, la Figura 7 muestra un sello de derivación flotante modificado 50 que es ajustable. Este sello de derivación flotante se sub-divide en segmentos identificados como 52, que se conectan entre sí por los medios de acoplamiento deslizante 54. Los medios de acoplamiento 54 que se ilustran son simplemente metal laminar pesado que se dobla alrededor de las juntas entre los segmentos, para sostener los segmentos unidos mientras que permiten que los segmentos se deslicen dentro de los medios de acoplamiento. Sin embargo, también pueden utilizarse otras formas de medios de acoplamiento en la presente invención. Por ejemplo, los extremos de los segmentos pueden tener aberturas en las cuales una barra de acoplamiento se inserta deslizablemente de esta manera puenteado las juntas. Después de ensamblado de los cuatro segmentos 52 con los medios de acoplamiento 54, el sello de derivación flotante 50 se instala en un compartimiento 28 y luego se ajusta hacia afuera, de manera tal que los segmentos acoplan las placas radiales y tangenciales o, en el caso del compartimiento más externo, acoplan la cubierta del rotor. Esto asegura que los espaciamientos entre los sellos de derivación flotantes y las paredes de los compartimientos sean siempre mínimos. Otra modalidad de la invención se ilustra en las Figuras 8 y 9. En esta modalidad, el sello de derivación flotante, ahora identificado como 56 consiste de un bastidor base 58 que se dimensiona para ajustar un compartimiento rotor con un espaciamiento ligeramente incrementado pero aún pequeño. Conectado al bastidor base 58 está un sello de borde deformable 60 que puede estar en todos los cuatro lados como se ilustra en la Figura 8, o solo puede estar en menos que los cuatro lados . Este sello de borde deformable puede conectarse por cualesquiera medios convenientes tales como soldadura y puede formarse de cualquier tira de metal de calibre ligero que sea capaz de deformarse, para adaptarse a la estructura de las paredes del compartimiento. Para instalación, este sello de derivación flotante modificado 56, se coloca en el compartimiento pretendido, usualmente a un ángulo, y luego se presiona hacia abajo en posición, en acoplamiento con la parte superior de un elemento de calentamiento. En el protíesó de prensar el sello en posición, el borde de sello 60 se deformar para esencialmente constituir un acoplamiento continuo entre el sello y la pared de compartimiento como se ilustra en la Figura 9.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES 1. Un rotor para un termo-intercambiador regenerativo rotatorio, caracterizado porque comprende: a) un poste de rotor; b) una cubierta exterior; c) placas de diafragma que dividen el rotor en una pluralidad de sectores en forma de rebanadas de pastel; d) una pluralidad de placas tangenciales en cada uno de los sectores que dividen los sectores en una pluralidad de compartimientos; e) una pluralidad de elementos de calentamiento apilados en cada uno de los compartimientos, en donde pueden existir espacios alrededor de elementos de calentamiento entre los elementos de calentamiento y las placas de diafragma y las placas tangenciales; y f) medios de sello de derivación flotantes adyacentes cuando menos a uno de los elementos de calentamiento para evitar que los gases deriven alrededor del elemento de calentamiento a través de los espacios, los medios de sello de derivación flotantes comprenden una banda periférica que tiene un perímetro exterior y un centro abierto, el perímetro exterior está configurado para ajustar en el compartimiento cercanamente adyacente a y formando un sello con las placas de diafragma y las placas tangenciales y la banda periférica tiene un ancho seleccionado para puentear el espacio entre los elementos de calentamiento y las placas de diafragma y las placas tangenciales y al menos superponer parcialmente los elementos de calentamiento, de esta manera evitando que gases deriven los elementos de calentamiento a través de los espacios .
2. 2. Un rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de elementos de calentamiento tienen lados cerrados.
3. 3. Un rotor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la pluralidad de elementos de calentamiento son del tipo envolvente íntegra.
4. 4. Un rotor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la pluralidad de elementos de calentamiento son del tipo marco de cuadro con placas laterales .
5. 5. Un rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de sello de derivación flotanted se sub-dividen en segmentos y en donde los segmentos se conectan entre sí por medios de acoplamiento ajustables, con lo que el tamaño del sello de derivación flotante es ajustable.
6. 6. Un rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de sello de derivación flotantes comprenden un bastidor base y un sello de borde deformable alrededor de su periferia para acoplamiento con las placas de diafragma y las placas tangenciales .
7. 7. Un rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de sello de derivación flotante, se emparedan entre dos de los elementos de calentamiento apilados.
8. 8. Un rotor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque los medios de sello de derivación flotante, se emparedan entre dos de los elementos de calentamiento apilados.
9. 9. Un rotor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque los medios de sello de derivación flotante, se emparedan entre dos de los elementos de calentamiento apilados.
10. 10. Un rotor de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque los medios de sello de derivación flotante, se emparedan entre dos de los elementos de calentamiento apilados.
11. 11. Un rotor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque los medios de sello de derivación flotante, se emparedan entre dos de los elementos de calentamiento apilados.
12. 12. Un rotor de conformidad con la reivindicación 6 , caracterizado porque los medios de sello de derivación flotante, se emparedan entre dos de los elementos de calentamiento apilados.
13. 13. Un rotor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque los medios de sello de derivación flotantes se unen por soldadura en el compartimiento durante instalación.