PL89543B1 - - Google Patents

Description

OPIS PATENTOWY Patent dodatkowy do patentu Zgloszono: 12.11.73 (P. 166488) Pierwszenstwo: 22.11.72 Francja Zgloszenie ogloszono: 02.12.74 Opij patentowy opublikowano: 30.08.1977 89 543 MKP F23I 15/02 F28d 19/04 Int. Cl2. F23L 15/02 F28D 19/042 89 543 w ceramicznej Tarczy wymiennika zmiennych i niesymetrycznych naprezen cieplnych. Na skutek tego, czolowe powierzchnie tarczy, które przechodza kolejno w zespól kanalów goracych gazów spalinowych i w zespól kanalów chlodnego powietrza dolotowego, podlegaja wykrzywieniom tak, ze przyleganie segmentów na tych powierzchniach nie jest szczelne. Powoduje to pojawienie sie nieszczelnosci wewnetrznych, które obnizaja sprawnosc turbiny.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wad znanych wymienników ciepla. Cel ten zostal osiagniety przez skonstruowanie obrotowego wymiennika ciepla, w którym dla ceramicznego materialu tarczy istnieja polepszone warunki pracy oraz polepszenie jakosci uszczelnienia na powierzchniach czolowych ceramicznej tarczy.Ceramika jest materialem kruchym, który jest malo odporny na naprezenia styczne, a zwlaszcza rozciagajace, natomiast moze wytrzymac dosc wysokie naprezenia sciskajace. Zjawisko to zostalo wykorzystane przy konstruowaniu obrotowego wymiennika ciepla wedlug wynalazku.Obrotowy wymiennik ciepla wedlug wynalazku zawiera tarcze z ceramicznego materialu komórkowego, umieszczona wewnatrz stalowego wienca, w którym polaczone sa elementy napedzajace, przy czym pomiedzy stalowym wiencem a ceramiczna tarcza na jej obwodzie umieszczone sa elementy wywierajace staly nacisk na tarcze i powodujace powstanie wstepnych promieniowych naprezen sciskajacych tak, ze we wszystkich punktach tarczy material ceramiczny jest stale sciskany, bez wzgledu na predkosc obrotowa i obciazenie robocze turbiny.Elementy sciskajace stanowia sprezyny umieszczone z napieciem wstepnym pomiedzy wewnetrzna powierzchnia wienca a zewnetrzna powierzchnia ceramicznej tarczy.Elementem sciskajacym moze byc równiez pierscien sprezonego powietrza, zamkniety w komorze utworzonej pomiedzy wewnetrzna powierzchnia stalowego wienca a zewnetrza powierzchnia ceramicznej tarczy.Miedzy powierzchniami wienca i tarczy umieszczone sa elementy uszczelniajace, przy czym zasilanie sprezonym powietrzem pierscieniowej komory odbywa sie za pomoca zespolu kanalów powietrza dolotowego, w który poprzecznie wstawiona jest tarcza wymiennika. Elementy uszczelniajace w postaci segmentów tarczowych umieszczone sa pomiedzy plaskimi powierzchniami tarczy a przeciwleglymi koncami zespolu kanalów powietrza dolotowego i sa rozmieszczone na czolowej powierzchni tarczy, w przyblizeniu wedlug obrysu wycinka, którego czesc otacza srodek tarczy z osiowym otworem polaczonym z obwodowa komora powietrza sprezonego za posrednictwem promieniowych kanalów mieszczonych na grubosci ceramicznej tarczy.W wymienniku ciepla wedlug wynalazku uszczelnienie na czolowych powierzchniach tarczy umieszczone jest wokól zespolu kanalów doplywu powietrza, a nie wokól zespolu kanalów gazów spalinowych, jak w znanych wymiennikach ciepla. W wyniku tego konieczne jest zapewnienie szczelnosci tylko na wycinku kolowym rzedu 120°, a wiec nie okolo 240° jak to ma miejsce w znanych wymiennikach ciepla. Uszczelnienie w wymienniku ciepla wedlug wynalazku umieszczone jest w wycinku o mniejszej powierzchni niz w znanych wymiennikach ciepla i o nizszej temperaturze, poniewaz jest to temperatura chlodnego powietrza dolotowego.W tej strefie znieksztalcenie czolowych powierzchni tarczy na skutek dzialania ciepla jest minimalne.Uklad zapewniajacy szczelnosc komory ze sprezonym powietrzem moga stworzyc dwie uszczelki pierscieniowe ciagliwego materialu takiego, jak skóra, mosiadz lub amiant, umieszczone pomiedzy stalowym wiencem a ceramiczna tarcza przez docisniecie sprezynami usytuowanymi promieniowo pomiedzy zewnetrzna powierzchnia ceramicznej tarczy a wewnetrzna powierzchnia stalowego wienca i/lub docisniete osiowo do powierzchni wewnetrznej bocznego obrzeza stalowego wienca przez sprezyny skierowane osiowo i oparte na drugim obrzezu wewnetrznym stalowego wienca.Pierscieniowa uszczelke umieszczona pomiedzy stalowym wiencem a ceramiczna tarcza moze stanowic spiralna sprezyna o ksztalcie ogólnie toidalnym, dokola której jest owiniety metalowy arkusz elastyczny, którego przeciwlegle brzegi tworza szczeline od strony drugiej uszczelki, to znaczy do wnetrza pierscieniowej komory sprezonego powietrza.Mozna równiez , wedlug wynalazku, umiescic we wnetrzu osiowego otworu tarczy metalowy sciagacz, który laczy zewnetrzna pokrywe zespolu turbiny ze stalym korpusem wewnetrznym, polozonym na drugiej powierzchni czolowej tarczy, przy czym ceramiczna tarcza obraca sie swobodnie z duzym luzem promieniowym dokola tego stalego sciagacza metalowego. Ten duzy luz promieniowy jest wykorzystany do stworzenia czynnego obiegu powietrza w celu zasilania obwodowej komory pierscieniowej dla pneumatycznego sciskania ceramicznej tarczy oraz w celu chlodzenia metalowego sciagacza. Dla polepszenia chlodzenia sciagacza stosuje sie korzystnie kanaly przewiercone w koncu sciagacza wkreconego w korpus turbiny, dla utworzenia malego przeplywu powietrza przez osiowa szczeline tarczy w celu chlodzenia mocujacego konca sciagacza przed polaczeniem ze strumieniem gazów spalinowych skierowanych na jedno z kól turbiny. W ten sposób chlodzi sie metalowy sciagacz za pomoca wyplywu powietrza, które nie jest stracone na skutek nieszczelnosci wewnetrznej, poniewaz odzyskuje sie je kierujac do pracy na kolo turbiny.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig.. 189 543 3 przedstawia obrotowy wymiennik ciepla w widoku perspektywicznym z czesciowym przekrojem, fig. 2 — obrotowy wymiennik ciepla w widoku z przodu, fig. 3 —,obrotowy wymiennik ciepla w przekroju wedlug linii III—III z fig. 2* fig. 4 — obrotowy wymiennik ciepla o dzialaniu pneumatycznym w przekroju osiowym, fig. 5 — obrotowy wymiennik ciepla z fig. 4 w widoku z przodu, fig. 6 — uszczelke w widoku schematycznym, fig. 7 — uszczelke dla wymiennika ciepla z fig. 4 i 5, w przekroju osiowym.Obrotowy wymiennik ciepla (fig. 1, 3) zawiera: tarcze 1 z ceramicznego materialu komórkowego i porowatego, wieniec 2 wykonany ze stali, z umieszczonym na obwodzie uzebieniem zewnetrznym 3 dla wprowadzenia go w ruch obrotowy, uklad znanych segmentów uszczelniajacych 4, 5, 6, w ksztalcie zamknietego konturu, który wedlug wynalazku okreslono w przyblizeniu wycinek kolowy o kacie srodkowym rzedu 120°.Na jednej z powierzchni czolowych 7 ceramicznej tarczy 1 (fig. 3) umieszczone sa segmenty uszczelniajace 4, 5, 6, w ksztalcie zamknietego konturu. Na przeciwleglej powierzchni czolowej 8 tarczy 1, umieszczone sa analogiczne, segmenty 4, 5, 6 w ksztalcie takiego samego zamknietego konturu. Tarcza 1 jest usytuowana pomiedzy dwoma polozonymi obok siebie odcinkami ukladu kanalów, w których powietrze dolotowe przeplywa w kierunku strzalek 11. Pozostala czesc powierzchni ceramicznej tarczy 1 (w przyblizeniu wycinek, którego kat srodkowy 12 wynosi okolo 240°) jest usytuowana pomiedzy dwoma wspól liniowymi odcinkami zespolu kanalów, w których gazy spalinowe przeplywowe w kierunku przeciwnym do powietrza okreslonym strzalkami 13.Przeplywy gazów moga odpowiadac nastepujacym charakterystykom: A) powietrze przeplywajace w kierunku strzalek 11 — w górze tarczy 1: cisnienie bezwzgledne 4 bary temperatura 195°C, — na dole tarczy 1: cisnienie bezwzgledne 3,9 bara temperatura 598°C, B) gazy spalinowe przeplywajace w kierunku strzalek 13 —w górze tarczy 1: cisnienie bezwzgledne 1,05 barów temperatura 655°C — na dole tarczy 1: cisnienie bezwzgledne 1 bar temperatura 252°C.W swej czesci srodkowej tarcza 1 ma rdzen 14 z materialu ceramicznego nie porowatego. W rdzeniu 14 usytuowany jest osiowy otwór 15 do wnetrza konturu uszczelniajacego okreslonego slizgaczami 4, 5, 6. Obieg powietrza moze dokonywac sie przez otwór 1 5.Boczna powierzchnia 16 ceramicznej tarczy 1 gladka i cylindryczna jest pokryta powloka 17 z ogniotrwalego materialu odksztalcalnego takiego jak amiant. Powloka 17 jest otoczona jednym lub kilkoma metalowymi pierscieniami 40. Pomiedzy powloKa 17 a stalowym wiencem 2 umieszczona jest duza ilosc malych sprezyn 18 pracujacych wstanie scisnietym. Na przyklad mozna umiescic obok siebie po trzy sprezyny 18 wzdluz tworzacych cylindrycznych powierzchni 16, przy czym serie trzech sprezyn 18 sa podzielone regularnie wedlug trzydziestu dziewieciu twor^cych wokól calej tarczy 1. Wówczas, trzysta piecdziesiat jeden sprezyn 18 jest umieszczonych pomiedzy wiencem 2 a tarcza 1, której material ceramiczny jest stale poddany naprezeniom sciskajacym skierowanym promieniowo, to znaczy w kierunku srodka tarczy 1.Gdy wieniec 2 jest wprawiony w ruch obrotowy w kierunku strzalki 19, chwilowe przyspieszenia katowe powoduja wieksze lub mniejsze spadki tego naprezenia wstepnego, jednakze nigdy go nie anulujac, co powoduje, ze ceramiczny material komórkowy tarczy 1 jest poddany stale naprezeniom sciskajacym, których wartosc jest zmienna. .W obrotowym wymienniku ciepla o dzialaniu pneumatycznym (fig. 4 i 5) promieniowe sciskanie ceramicznej tarczy 1 jest uzyskane przez umieszczenie pomiedzy stalowym wiencem 2 a tarcza 1 szczelnej pierscieniowej komory 20, w której znajduje sie stale sprezone powietrze, doprowadzane pod cisnieniem za pomoca górnego odcinka 9 zespolu kanalów powietrza dolotowego. Odcinek 9 zawiera powietrze o cisnieniu 4 barów, które przechodzi przez osiowy otwór 15 ceramicznej tarczy 1 i doprowadzane jest do pierscieniowej komory 20 promieniowymi kanalami 21, umieszczonymi w tarczy 1. Promieniowych kanalów 21 moze byc trzy, jak pokazano na fig. 5.Szczelnosc komory 20 zapewniaja dwie toidalne uszczelki (fig. 6), z których kazda utworzona jest przez spiralna sprezyne 22, dokola której jest owiniety metalowy arkusz elastyczny 23, na przyklad chromoniklowy.Przeciwlegle brzegi 24 i 25 metalowego arkusza 23 tworza szczeline 26 zwrócona ku wnetrzu komory 20.Szczeliny 26 dwóch bocznych uszczelek sa skierowane na przeciw siebie, tak ze cisnienie powietrza ustala sie we wnetrzu uszczelek i uzupelnia uszczelnienie opierajac sprezyste arkusze 23 na powierzchniach stalowego wienca 2 i ceramicznej tarczy 1 lub jej kolnierza 17 z amiantu.W pierscieniowej komorze 20 panuje cisnienie powietrza, które zmienia sie korzystnie w zaleznosci od dzialania i obciazenia turbiny. Zatem, wartosc wstepnego naprezenia sciskajacego promieniowego wywieranego na ceramiczna tarcze 1 zmienia sie z obciazeniem turbiny i przystosowuje sie do niego. .Uszczelnienie boczne, pokazane na fig. 7 utworzone jest przez pierscieniowa uszczelke 27 o przekroju kwadratowym lub prostokatnym. Sprezyny 28 ustawione promieniowo i sprezyny 29 ustawione osiowo sa wsparte na kolnierzach wienca 2 tak aby uszczelke 27 docisnac do powierzchni ceramicznej tarczy 1 lub kolnierza 17 z amiantu oraz do bocznego kolnierza 30 wienca 2.4 89 543 Korzystne jest umieszczenie w osiowym otworze 15 ceramicznej tarczy 1 metalowego sciagacza 31, który laczy zewnetrzna pokrywe 32 z kadlubem wewnetrznym lub stalym korpusem 33 turbiny. Przez zastosowanie sciagacza 31 unika sie pecznienia pokrywy 32 na skutek dzialania wewnetrznego cisnienia gazów.Duzy luz promieniowy 34 dokola sciagu 31 okreslony jest tak, aby pozostawic szczeline promieniowa, uniemozliwiajaca obieg powietrza w otworze 15. Na mocujacym koncu 35 sciagacza 31 wykonane sa wewnetrzne kanaly 36 i 37, powodujace niewielki przeplyw powietrza, zapewniajacy wewnetrzne chlodzenie sciagacza 31.Powietrze to nastepnie zmieszane ze strumieniem gazów spalinowych, jak zaznaczono strzalkami 38. PL PL

Claims (11)

1. Zastrzezenia patentowe 1. • Obrotowy wymiennik ciepla, zwlaszcza dla turbiny gazowej, zawierajacy tarcze z ceramicznego materialu komórkowego umieszczona wewnatrz wienca polaczonego z elementami napedzajacymi, znamienny tym, ze zawiera umieszczone pomiedzy stalowym wiencem (2) a obwodem ceramicznej tarczy (1) elementy wywierajace stale na tarcze (1) wstepne promieniowe naprezenie sciskajace tak, ze we wszystkich punktach tarczy (1) ceramiczny material jest stale sciskany, bez wzgledu na predkosc obrotowa i obciazenie robocze turbiny.

2. Obrotowy wymiennik, wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elementy sciskajace ceramiczna tarcze (1) stanowia sprezyny (18) umieszczone z napieciem wstepnym pomiedzy wewnetrzna powierzchnia wienca (2) a zewnetrzna powierzchnia cylindryczna ceramicznej tarczy (1).

3. Obrotowy wymiennik, wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze sprezyny (18) sa rozmieszczone wokól tarczy (17) w wielu rzedach, z których kazdy jest równolegly do kierunku osi obrotu tarczy (1).

4. Obrotowy wymiennik, wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze sprezyny (18) w ilosci trzystu piecdziesieciu jednej sa podzielone na trzydziesci dziewiec rzedów po dziewiec sprezyn w kazdym rzedzie.

5. Obrotowy wymiennik, wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze element sciskajacy ceramiczna tarcze (1) stanowi pierscien sprezonego powietrza zawarty w komorze (20) utworzonej pomiedzy wewnetrzna powierzchnia stalowego wienca (2) a zewnetrzna powierzchnia cylindryczna ceramicznej tarczy (1), przy czym pomiedzy powierzchniami wienca (2) i tarczy (1) umieszczone sa boczne srodki uszczelniajace, a zasilanie sprezonym powietrzem komory (20) jest zapewnione za pomoca zespolu kanalów powietrza dolotowego, w którym ustawiona jest tarcza (1) wymiennika tak, ze wartosc wstepnego promieniowego naprezenia sciskajacego w materiale ceramicznej tarczy (1) zmienia sie i przystosowuje w funkcji warunków pracy turbiny.

6. Obrotowy wymiennik, wedlug zastrz. 5, z n a m i e n n y tym, ze zawiera elementy uszczelniajace pomiedzy plaskimi czolowymi powierzchniami (7, 8) tarczy (1) a przeciwleglymi koncami zespolu kanalów powietrza dolotowego, przy czym segmenty tarczowe, stanowiace elementy uszczelniajace, sa rozmieszczone na obu powierzchniach czolowych (7, 8) tarczy (1) w przyblizeniu wedlug konturu wycinka, którego czesc otacza srodek tarczy (1) z osiowym otworem (15) polaczonym z obwodowa komora (20) sprezonego powietrza za pomoca promieniowych kanalów (21) rozlozonych na grubosci ceramicznej tarczy (1) tak, ze uszczelnienie na czolowych plaszczyznach (7, 8) tarczy (1) dokonuje sie dokola zespolu kanalów dolotu powietrza.

7. Obrotowy wymiennik, wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze uszczelnienie przeciwleglych odcinków zespolu kanalów dolotu powietrza stanowia segmenty (4, 5, 6) w ksztalcie konturu zblizonego do wycinka kolowego o kacie srodkowym okolo 120°.

8. Obrotowy wymiennik, wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze elementami zapewniajacymi szczelnosc komory (20) sprezonego powietrza pomiedzy stalowym wiencem (2) a ceramiczna tarcza (1) sa uszczelki pierscieniowe (27) z materialu ciagliwego takiego, jak skóra, mosiadz lub amiant, umieszczone promieniowo na zewnetrznej powierzchni cylindrycznej ceramicznej tarczy (1) przez docisniecie za pomoca promieniowych sprezyn (28) opartych na wewnetrznej powierzchni stalowego wienca (2) i/lub docisniete osiowo do wewnetrznej powierzchni bocznego obrzeza stalowego wienca (2) za pomoca sprezyn (29) usytuowanych osiowo i opartych na drugim obrzezu wewnetrznym stalowego wienca (2) tworzacym kolnierz (30) znajdujacym sie po drugiej stronie pierscieniowej uszczelki (27).

9. Obrotowy wymiennik, wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze kazda uszczelke pierscieniowa umieszczona pomiedzy stalowym wiencem (2) a ceramiczna tarcza (1) stanowi spiralna sprezyna (22) o ksztalcie toroidalnym, dokola której owiniety jest elastyczny metalowy arkusz (23), którego przeciwlegle brzegi tworza szczeline (26) w kierunku drugiej uszczelki, do wnetrza pierscieniowej komory (20) sprezonego powietrza.

10. Obrotowy wymiennik, wedlug zastrz'. 1,znamienny tym, ze wewnatrz osiowego otworu (15) tarczy (1) umieszczony jest na stale metalowy sciagacz (31) laczacy pokrywe (32) zewnetrzna zespolu turbiny89 543 5 ze stalym wewnetrznym korpusem (33) umieszczonym po drugiej stronie tarczy (1), przy czym ceramiczna tarcza (1) obraca sie swobodnie z duzym luzem promieniowym (34) dokola stalego metalowego sciagacza (31), a luz promieniowy (34) tworzy obieg powietrza do zasilania obwodowej pierscieniowej komory (20) dla pneumatycznego sciskania ceramicznej tarczy (1) oraz w celu chlodzenia metalowego sciagacza (31).

11. Obrotowy wymiennik, wedlug zastrz. 10, znamienny tym, ze na koncu (35) metalowego sciagacza (31) wkreconym w korpus turbiny, sa wywiercone kanaly (36, 37) dla malego przeplywu powietrza przez osiowa szczeline tarczy (1) w celu chlodzenia mocujacego konca (35) sciagacza (31) przed polaczeniem sie ze strumieniem gazów spalinowych skierowanych na jedno z kól turbiny tak, ze chlodzenie metalowego sciagacza (31) jest zapewnione za pomoca wyplywu powietrza, które odzyskuje sie kierujac go do pracy na kolo turbiny.89 543 EigJ L* J3 Eia^ Fig^ A Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120 + 18 Cena 10 zl PL PL