RU2716638C1

RU2716638C1 - Method of preventing deformation of high-temperature rotary disc heat exchanger

Info

Publication number: RU2716638C1
Application number: RU2019121030A
Authority: RU
Inventors: Андрей Вениаминович Костюков; Гиви Гурамович Надарейшвили
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2020-03-13

Abstract

FIELD: heating equipment.

SUBSTANCE: invention relates to heat engineering and can be used in regenerative rotating disc heat exchangers. In the method of preventing heat deformations of the frame of a rotary disc heat exchanger by making a cellular structure of the heat exchanger frame, where the heat exchange cells are made in the form of separate cups, the cells are made with external hexagonal surfaces and an internal channel, and end disks – from materials having different coefficients of temperature expansion, at that ratio of coefficients of linear expansion of materials of cold and hot end disks is selected inversely proportional to ratio of increments of average operating temperatures of disks. Heat exchange cells are installed between end discs with at least one point of rigid attachment on each disc, and at least every two points of rigid attachment of cups on adjacent discs are located in diametral plane of their bases section, located in radial and / or tangential to it disc section plane, passing through symmetry axis of each sleeve, and the gap between the cups is selected with the possibility of their free mutual radial expansion at the maximum operating temperature.

EFFECT: higher efficiency of high-temperature rotary disc heat exchanger due to prevention of deformation of its shape.

1 cl, 3 dwg

Description

Область применения: теплоэнергетическое машиностроение, преимущественно, для газотурбинных установок, например, микротурбин, преимущественно в составе гибридной силовой установки для генерирования электрического тока. Сущность изобретения: предложен способ предотвращения тепловых деформаций каркаса вращающегося дискового теплообменника путем изготовления ячеистой структуры каркаса теплообменника, где ячейки выполнены в виде отдельных стаканов, а диски щек теплообменника из материалов, имеющих разные коэффициенты температурного расширения.Scope: thermal power engineering, mainly for gas turbine plants, for example, microturbines, mainly as part of a hybrid power plant for generating electric current. The inventive method for preventing thermal deformations of the frame of a rotating disk heat exchanger by manufacturing a cellular structure of the frame of the heat exchanger, where the cells are made in the form of separate glasses, and the disks of the cheeks of the heat exchanger from materials having different coefficients of thermal expansion.

Известен способ компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, включающий ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого газового объемного потока воздуха и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, (см. патент РФ №2005960, заявитель Производственное объединение «ГАЗ» (Горьковский автомобильный завод), Конвенционный приоритет 26.05.1992 RU 92 5055034.A known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger, comprising a rotor containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchanger cells, is installed in the heat exchanger housing with the possibility of rotation and alternating passage through it in countercurrent of at least one first heated gas volumetric air flow and at least one second cooled gas volumetric flow, and the incoming first air volumetric flow into the rotor through the first cold end disk of the rotor carcass, and leaves it through the second hot end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing first heated air volume flow, and the second gas volume flow enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and leaves through the first cold the end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volumetric stream, while the first air and second gas volumetric flows are separated on the rotor from each external side of the hot and cold disks by means of at least one rotor seal located on the housing (see RF patent No. 20055960, applicant GAZ Production Association (Gorky Automobile Plant), Convention priority 26.05.1992 RU 92 5055034.

Основным недостатком известного способа предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника при его работе заключается в использовании каркаса с разной жесткостью и теплоемкостью, при этом авторы утверждают, что это должно привести к сближению температур холодного и горячего торцовых дисков. Это утверждение спорное, так как ступенчатая конструкция корпуса и коническая форма теплопередающих элементов не может гарантировать необходимый для выравнивания температур теплообмен от газа к воздуху через промежуточный твердый теплоноситель каркаса, потому что его теплоемкость и интенсивность передачи не может гарантировать охлаждение газа и подогрев воздуха до одинаковой или близкой по значению температуры, потому что при этом падает разность температур между газом, воздухом и промежуточным твердым теплоносителем и эффективность выравнивания их температур на торцевых дисках во времени быстро динамически снижается и соответственно изменения формы каркаса и придания ему за счет тепловых деформаций грибообразной формы избежать невозможно.The main disadvantage of the known method of preventing deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger during its operation is the use of a frame with different stiffness and heat capacity, while the authors argue that this should lead to a convergence of temperatures of cold and hot end disks. This statement is controversial, since the stepped design of the body and the conical shape of the heat transfer elements cannot guarantee the heat transfer from gas to air through the intermediate solid heat carrier of the frame necessary for temperature equalization, because its heat capacity and transmission intensity cannot guarantee gas cooling and air heating to the same or close in temperature, because in this case the temperature difference between the gas, air and the intermediate solid coolant drops and effectively be equalizing their temperature on the end discs are dynamically over time quickly decreases and accordingly changes shape the carcass and giving it due to thermal deformations mushroom shape can not be avoided.

Известен способ компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого газового объемного потока воздуха и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, (см. авторское свидетельство СССР №1345015, авторы Л.Я. Еременко и В.И. Гришин, опубл. 15.10.87).A known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger, including a system for controlling the temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells, is installed in the heat exchanger body with the possibility of rotation and alternating passage through it in countercurrent at least one first heated gas volumetric flow of air and at least one second cooled gas about the volumetric flow, and the incident first air volumetric flow enters the rotor through the first cold end disk of the rotor carcass, and leaves it through the second hot end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing first heated air volumetric flow, and the second gas volumetric flow enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volume flow, the first air and second gas volume The flows are separated on the rotor from each outer side of the hot and cold disks by means of at least one rotor seal located on the housing (see USSR copyright certificate No. 1345015, authors L.Ya. Eremenko and V.I. Grishin, publ. 10/15/87).

Основным недостатком известного способа компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника при его работе заключается в создании возможности адаптации разделительных рабочих уплотнений к грибообразной форме каркаса вращающегося дискового регенератора радиальных уплотнений разделителя потоков газа и воздуха, что является мало эффективным из-за износа уплотнений и поверхности горячего и холодного дисков.The main disadvantage of the known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger during its operation is the possibility of adapting the separation working seals to the mushroom-shaped frame of the rotating disk regenerator of radial seals of the gas and air flow separator, which is not very effective due to wear of the seals and the surface of hot and cold drives.

Известен способ компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого газового объемного потока воздуха и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, (см. авторское свидетельство СССР №580410, авторы изобретения В.И. Гришин, В.С. Назаренко, Т.С. Добряков, С.Я. Михайлов и Е.И. Носков, опубл. 03.11.77).A known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger, including a system for controlling the temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells, is installed in the heat exchanger body with the possibility of rotation and alternating passage through it in countercurrent at least one first heated gas volumetric flow of air and at least one second cooled gas about the volumetric flow, and the incident first air volumetric flow enters the rotor through the first cold end disk of the rotor carcass, and leaves it through the second hot end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing first heated air volumetric flow, and the second gas volumetric flow enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volume flow, the first air and second gas volume The flows are separated on the rotor from each outer side of the hot and cold disks by means of at least one rotor seal located on the housing (see USSR copyright certificate No. 580410, inventors V.I. Grishin, V.S. Nazarenko, T.S. Dobryakov, S.Ya. Mikhailov and E.I. Socks, publ. 11/3/07).

Основным недостатком известного способа компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника при его работе заключается в создании возможности адаптации разделительных рабочих уплотнений к грибообразной форме каркаса вращающегося дискового регенератора для боковых уплотнений разделителя потоков газа и воздуха, что является мало эффективным из-за износа уплотнений и боковой поверхности каркаса, горячего и холодного дисков.The main disadvantage of the known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger during its operation is the possibility of adapting the separating working seals to the mushroom-shaped frame of the rotating disk regenerator for side seals of the gas and air flow separator, which is not very effective due to wear of the seals and the side surface of the frame hot and cold drives.

Известен способ компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого газового объемного потока воздуха и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, (см. авторское свидетельство СССР №208162, заявитель Подольский машиностроительный завод им. Серго Орджоникидзе, опубл. 29.12.67).A known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger, including a system for controlling the temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells, is installed in the heat exchanger body with the possibility of rotation and alternating passage through it in countercurrent at least one first heated gas volumetric flow of air and at least one second cooled gas about the volumetric flow, and the incident first air volumetric flow enters the rotor through the first cold end disk of the rotor carcass, and leaves it through the second hot end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing first heated air volumetric flow, and the second gas volumetric flow enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volume flow, the first air and second gas volume The flows are separated on the rotor from each outer side of the hot and cold disks by means of at least one rotor seal located on the housing (see USSR author's certificate No. 208162, applicant Podolsky Machine-Building Plant named after Sergo Ordzhonikidze, publ. 12/29/67).

Основным недостатком известного способа компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника при его работе заключается в создании возможности адаптации к грибообразной форме деформированного под воздействием температур каркаса вращающегося дискового регенератора и адаптивного механизма управления разделительными рабочими радиальными уплотнениями разделителя потоков газа и воздуха, что является мало эффективным из-за постоянного износа уплотнений и поверхности горячего и холодного дисков.The main disadvantage of the known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger during its operation is the possibility of adapting to the mushroom shape of the rotary disk regenerator frame and the adaptive control mechanism of the working radial seals of the gas and air flow separator, which is not very effective due to constant wear of seals and surfaces of hot and cold discs.

Известен способ компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого газового объемного потока воздуха и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, (см. патент РФ № RU 2441188, заявитель БАЛКЕ-ДЮРР ГМБХ (DE), опубл. 27.01.2012.).A known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger, including a system for controlling the temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells, is installed in the heat exchanger body with the possibility of rotation and alternating passage through it in countercurrent at least one first heated gas volumetric flow of air and at least one second cooled gas about the volumetric flow, and the incident first air volumetric flow enters the rotor through the first cold end disk of the rotor carcass, and leaves it through the second hot end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing first heated air volumetric flow, and the second gas volumetric flow enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volume flow, the first air and second gas volume The flows are separated on the rotor from each outer side of the hot and cold disks by means of at least one rotor seal located on the housing (see RF patent No. RU 2441188, applicant BALKE-DURR GMBH (DE), publ. 01/27/2012.).

Основным недостатком известного способа компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника при его работе заключается в сложной последовательности действий при попытке создания бесконтактного уплотнения и поддержания оптимального зазора в уплотнении при помощи управляемых по температуре сложных стержневых механизмов, расположенных по всем поверхностям уплотнений.The main disadvantage of the known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger during its operation is the complicated sequence of actions when trying to create a non-contact seal and maintain an optimal clearance in the seal using temperature-controlled complex rod mechanisms located on all surfaces of the seals.

Известен способ компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого газового объемного потока воздуха и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, (см. авторское свидетельство на изобретение СССР № SU 613193 А1, авторы Маркман Яков Абрамович, Геращенко Борис Авксентьевич, Бородянский Моисей Евсеевич, Ушаков Иван Кириллович, Вайнштейн Леонид Петрович, опубл. 27.10.2011.)A known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger, including a system for controlling the temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells, is installed in the heat exchanger body with the possibility of rotation and alternating passage through it in countercurrent at least one first heated gas volumetric flow of air and at least one second cooled gas about the volumetric flow, and the incident first air volumetric flow enters the rotor through the first cold end disk of the rotor carcass, and leaves it through the second hot end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing first heated air volumetric flow, and the second gas volumetric flow enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volume flow, the first air and second gas volume The flows are separated on the rotor from each outer side of the hot and cold disks by means of at least one rotor seal located on the housing (see USSR copyright certificate No. SU 613193 A1, authors Markman Yakov Abramovich, Gerashchenko Boris Avksentievich, Borodyansky Moisei Evseevich, Ushakov Ivan Kirillovich, Vainshtein Leonid Petrovich, publ. 10/27/2011.)

Основным недостатком известного способа компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника и используемого механизма поддержания зазоров в уплотнениях при его работе заключается в сложной последовательности действий при попытке создания почти бесконтактного уплотнения и поддержания оптимального минимального зазора по всей длине уплотнений при помощи управляемых по температуре сложных настраиваемых следящих механизмов, расположенных по всем поверхностям уплотнений, что не позволяет достичь оптимального минимального зазора по всей длине уплотнений из-за постоянного неравномерного износа плит уплотнений, это приведет к не контролируемому контакту уплотнений и нарушению работы уплотнений при тепловой деформации ротора.The main disadvantage of the known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger and the mechanism used to maintain gaps in the seals during its operation is a complicated sequence of actions when trying to create an almost non-contact seal and maintain an optimal minimum clearance along the entire length of the seals using temperature-controlled complex adjustable tracking mechanisms, seals located on all surfaces, which does not allow to achieve optimum minimum minimum clearance along the entire length of the seal due to the constant uneven wear of the seal plates, this will lead to uncontrolled contact of the seal and disruption of the seal during thermal deformation of the rotor.

Известен способ предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого газового объемного потока воздуха и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, (см. патент на изобретение РФ №2432540, заявитель БАЛКЕ-ДЮРР ГМБХ (DE), опубл. 27.10.2011.)A known method of preventing deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger, including a system for controlling temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells, is installed in the heat exchanger body with the possibility of rotation and alternating passage through it in countercurrent at least one first heated gas volumetric air stream and at least one second cooled gas a volumetric flow, wherein the incident first air volumetric flow enters the rotor through the first cold end disk of the rotor carcass, and leaves it through the second hot end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing first heated air volumetric flow, and the second gas volumetric flow enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volume flow, the first air and second gas circulating The lifting flows are separated on the rotor from each external side of the hot and cold disks by means of at least one rotor seal located on the housing (see patent for the invention of the Russian Federation No. 2432540, the applicant BALKE-DURR GMBH (DE), publ. 10/27/2011.)

Основным недостатком известного способа компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника при его работе заключается в сложной последовательности действий при попытке создания бесконтактного уплотнения и поддержания удаляемого расхода перетекающих воздушного и газового потоков через оптимальный зазор в уплотнении при помощи отсасывания воздуха и/или газа составляющих утечки, в зоне расположенных по всем поверхностям уплотнений, преимущественно в радиальном направлении, позволяющего стабилизировать распределение температур по поверхности каркаса.The main disadvantage of the known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger during its operation is the complicated sequence of actions when trying to create a non-contact seal and maintain a removable flow rate of flowing air and gas flows through the optimal clearance in the seal by aspirating the air and / or gas of the leak components in the zone located on all surfaces of the seals, mainly in the radial direction, allowing stabilization amb the temperature distribution on the surface of the frame.

Известен способ предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого газового объемного потока воздуха и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, (см. патент на изобретение РФ № RU 2119127 С1, заявитель Аппаратебау Ротемоле Брандт унд Критцлер ГмбХ (DE), опубл. 20.09.1998.)A known method of preventing deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger, including a system for controlling temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells, is installed in the heat exchanger body with the possibility of rotation and alternating passage through it in countercurrent at least one first heated gas volumetric air stream and at least one second cooled gas a volumetric flow, wherein the incident first air volumetric flow enters the rotor through the first cold end disk of the rotor carcass, and leaves it through the second hot end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing first heated air volumetric flow, and the second gas volumetric flow enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volume flow, the first air and second gas circulating The lifting flows are separated on the rotor from each external side of the hot and cold disks by means of at least one rotor seal located on the housing (see RF patent No. RU 2119127 C1, Applicantbau Rotemole Brandt und Kritzler GmbH (DE), publ. 09/20/1998.)

Основным недостатком известного способа компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника при его работе заключается в сложной последовательности действий при попытке создания бесконтактного уплотнения и поддержания разделения воздушной и газовых полостей через оптимальный зазор в уплотнении при помощи потока разделительного газа, компенсирующего и предотвращающего перетечки воздуха и газа, окружные и радиальные уплотнения образуют поверхности уплотнения, расположенные в общей плоскости и беззазорно переходящие друг в друга в местах стыка и с возможностью автоматического поддержания беззазорного контакта, позволяющего стабилизировать распределение температур по поверхности каркаса.The main disadvantage of the known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger during its operation is a complex sequence of actions when trying to create a non-contact seal and maintain separation of the air and gas cavities through the optimal clearance in the seal using a flow of separation gas that compensates and prevents air and gas overflow and radial seals form seal surfaces located in a common plane and without zorno turning into each other at the junction and with the ability to automatically maintain gap-free contact, which allows to stabilize the temperature distribution on the surface of the frame.

Известен способ предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого газового объемного потока воздуха и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, (см. авторское свидетельство СССР №881517, заявитель Горьковский автомобильный завод (Производственное объединение ТАЗ"), опубл. 15.11.1981).A known method of preventing deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger, including a system for controlling temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells, is installed in the heat exchanger body with the possibility of rotation and alternating passage through it in countercurrent at least one first heated gas volumetric air stream and at least one second cooled gas a volumetric flow, wherein the incident first air volumetric flow enters the rotor through the first cold end disk of the rotor carcass, and leaves it through the second hot end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing first heated air volumetric flow, and the second gas volumetric flow enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volume flow, the first air and second gas circulating The lifting flows are separated on the rotor from each external side of the hot and cold disks by means of at least one rotor seal located on the housing (see USSR copyright certificate No. 881517, applicant Gorky Automobile Plant (TAZ Production Association), publ. 11/15/1981).

Основным недостатком известного способа компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника при его работе заключается в том, что при возникновении термических деформаций (см. Фиг. 1 авторского свидетельства СССР №881517) ротора 6 его коробление устраняется строгой фиксацией ротора 6 относительно корпуса 1 с помощью взаимодействия кольца 14 с кольцевой канавкой 13 через антифрикционные накладки 15. Таким образом устраняется перекос уплотняемых поверхностей ротора 6, что исключает раскрытие зазоров между этими поверхностями и уплотнениями 9 и 10 и тем самым уменьшает перетоки теплообменивающихся сред - воздуха и газа. Механическое выравнивание грибообразной формы теплопередающей поверхности каркаса ротора не может быть полностью компенсировано, например, вследствие наличия технологических зазоров в соединениях.The main disadvantage of the known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger during its operation is that in the event of thermal deformations (see Fig. 1 of the USSR copyright certificate No. 881517) of the rotor 6, its warpage is eliminated by strict fixation of the rotor 6 relative to the housing 1 by means of ring interaction 14 with an annular groove 13 through anti-friction linings 15. This eliminates the bias of the sealing surfaces of the rotor 6, which eliminates the opening of the gaps between these surfaces and seals 9 and 10 and thereby reduces the flow of heat-exchanging media - air and gas. The mechanical alignment of the mushroom shape of the heat transfer surface of the rotor frame cannot be fully compensated, for example, due to the presence of technological gaps in the joints.

Известен способ предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого газового объемного потока воздуха и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, (см. авторское свидетельство СССР №SU 800579 А1, заявитель Горьковский автомобильный завод (Производственное объединение ТАЗ"), опубл. 30.01.1981)A known method of preventing deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger, including a system for controlling temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells, is installed in the heat exchanger body with the possibility of rotation and alternating passage through it in countercurrent at least one first heated gas volumetric air stream and at least one second cooled gas a volumetric flow, wherein the incident first air volumetric flow enters the rotor through the first cold end disk of the rotor carcass, and leaves it through the second hot end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing first heated air volumetric flow, and the second gas volumetric flow enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volume flow, the first air and second gas circulating The lifting flows are separated on the rotor from each external side of the hot and cold disks by means of at least one rotor seal located on the housing (see USSR copyright certificate No. SU 800579 A1, applicant Gorky Automobile Plant (Production Association TAZ "), publ. 01/30/1981)

По утверждению заявителя выполнение на горячей стороне каркаса поперечных каналов, сообщенных входными отверстиями с воздушным подводящим патрубком, а выходными - с воздушным отводящим патрубком позволяет обеспечить охлаждение торца каркаса на горячей стороне, уменьшить коробление каркаса за счет выравнивания температуры поверхности каркаса и повысить надежность работы регенератора. Но при этом заявитель не учитывает возможность грибообразного коробления всего жесткого каркаса, состоящего из монолитных шестигранных ячеек, в которых установлены теплопередающие элементы в виде конических вставок, которые постоянно омываются с одной стороны разогреваемым ими холодным воздухом, а с другой - горячими газами, вследствие чего термические деформации каркаса под их воздействием не смогут компенсироваться меньшими деформациями охлаждаемого горячего диска.According to the applicant, the execution on the hot side of the frame of the transverse channels communicated by the inlet openings with the air inlet pipe and the output holes with the air outlet pipe allows for cooling the end of the frame on the hot side, to reduce warpage of the frame by equalizing the temperature of the surface of the frame and to increase the reliability of the regenerator. But at the same time, the applicant does not take into account the possibility of mushroom warping of the entire rigid frame, consisting of monolithic hexagonal cells, in which heat transfer elements are installed in the form of conical inserts, which are constantly washed on the one hand by cold air heated by them, and on the other, by hot gases, as a result of which thermal the frame deformations under their influence cannot be compensated by smaller deformations of the cooled hot disk.

Известен способ предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков, корпус и установленный в нем ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого газового объемного потока воздуха и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, (см. патент РФ №RU 2623133 С1, заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (RU), опубл. 27.01.2012.)There is a method of preventing deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger, including a temperature and air flow control system for air and gas flows, a housing and a rotor installed therein, comprising a frame consisting of cold and hot end disks and heat-exchange cells, mounted in the heat exchanger housing with rotation and alternating passing through it in countercurrent flow of at least one first heated gas volumetric air stream and at least one about the second cooled gas volume stream, and the incident first air volume stream enters the rotor through the first cold end disk of the rotor frame, and leaves it through the second hot end disk of the rotor frame in the form of an outgoing first heated air volume stream, and the second gas volume stream enters into the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volumetric flow, the first zdushny and a second gas volume flows on the rotor are separated from each outer side of the hot and cold drive via at least one rotor seal disposed on the housing (see. RF patent №RU 2623133 C1, applicant Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Moscow Polytechnic University" (RU), publ. 01/27/2012.)

По утверждению заявителя выполнение на горячей стороне каркаса и вокруг теплообменных ячеек поперечных охлаждающих каналов, сообщенных входными отверстиями с воздушным подводящим патрубком, а выходными - с воздушным отводящим патрубком позволяет обеспечить охлаждение торца каркаса на горячей стороне и каркаса с теплообменными ячейками, уменьшить коробление каркаса за счет выравнивания температуры поверхности диска и ячеек каркаса и повысить надежность работы регенератора. Но при этом заявитель не учитывает возможность грибообразного коробления всего жесткого каркаса, состоящего из монолитных шестигранных ячеек, в которых установлены теплопередающие элементы в виде конических вставок, которые постоянно омываются с одной стороны разогреваемым ими холодным воздухом, а с другой - горячими газами и при этом теплообменные ячейки в виде теплопередающих пакетов жестко связаны со стенками каркаса, вследствие чего термические деформации каркаса под их воздействием не смогут компенсироваться меньшими деформациями охлаждаемого горячего диска и стенок ячеек каркаса, а охлаждение не сможет поддерживать каркас в недеформированном состоянии, так как внешние стенки ячеек каркаса не теплоизолированы от их внутренней части и жестко с ней связаны, по этой причине реальное состояние и деформации каркаса определяются нагревом от тепла теплопередающих пакетов и их механического деформационного воздействия на каркас и деформации каркаса из-за неравномерного радиального распределения температур по несущим конструкциям каркаса.According to the applicant, the execution on the hot side of the frame and around the heat-exchange cells of the transverse cooling channels communicated by the inlet openings with the air inlet pipe and the output holes with the air outlet pipe allows cooling the end of the frame on the hot side and the frame with heat-exchange cells, to reduce warpage of the frame due to leveling the temperature of the surface of the disk and the cells of the frame and increase the reliability of the regenerator. But at the same time, the applicant does not take into account the possibility of mushroom warping of the entire rigid frame, consisting of monolithic hexagonal cells, in which heat transfer elements are installed in the form of conical inserts, which are constantly washed on the one hand by cold air heated by them, and on the other hand, by hot gases and heat exchange cells in the form of heat-transferring packets are rigidly connected with the walls of the frame, as a result of which thermal deformations of the frame under their influence cannot be compensated by smaller deformations holes of the cooled hot disk and the walls of the cells of the frame, and cooling will not be able to maintain the frame in an undeformed state, since the outer walls of the cells of the frame are not thermally insulated from their inner part and are rigidly connected to it, for this reason the real state and frame deformations are determined by heating from heat transfer heat packages and their mechanical deformation effects on the frame and the deformation of the frame due to the uneven radial distribution of temperatures on the supporting structures of the frame.

Наиболее близким техническим решением является устройство вращающегося дискового регенератора, по патенту РФ №RU 2623133 С1, который наиболее близок предлагаемому изобретению по решаемой задаче и имеет наибольшее число действий, совпадающих с действиями по предлагаемому изобретению.The closest technical solution is the device of a rotating disk regenerator, according to the patent of the Russian Federation No.RU 2623133 C1, which is closest to the invention according to the problem being solved and has the greatest number of actions coinciding with the actions according to the invention.

Технической задачей предполагаемого изобретения является повышение работоспособности высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника путем использования последовательности действий и новой совокупности материальных средств, предотвращающих деформации его формы под воздействием постоянно действующего и изменяющегося поля температур, воздействующего на вращающийся дисковый теплообменник, при сохранении цилиндрической формы высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника.The technical task of the proposed invention is to improve the operability of a high-temperature rotating disk heat exchanger by using a sequence of actions and a new set of material means to prevent deformation of its shape under the influence of a constantly acting and changing temperature field acting on a rotating disk heat exchanger, while maintaining the cylindrical shape of a high-temperature rotating disk heat exchanger.

При реализации действий способа решается поставленная техническая задача и достигаются следующие, описанные ниже технические результаты.When implementing the actions of the method, the technical task is solved and the following technical results are described, which are described below.

Техническая задача решается тем, что способ реализуется в следующей последовательности действий над материальными средствами по предотвращению деформации формы высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, включает систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков, корпус и установленный в нем ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого воздушного объемного потока и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе. Эти признаки полностью повторяют совокупность действий, свойства и достигаемые в прототипе известные технические результаты, заключающиеся в выравнивании поля температур по поверхностям горячего и холодного дисков, что может снизить экстремальные значения термических деформаций и повысить равномерность их распределения по указанным поверхностям. Повышение качества работы высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника достигается эффективной работой уплотнений и высоким качеством разделения потоков воздуха и газа. В первую очередь, вне зависимости от вида и конструкции уплотнений, их качество работы характеризуется стабильностью и отсутствием изменения формы уплотнений в этом процессе, который определяется во время эксплуатации постоянством рабочего зазора между корпусом и ротором, основной предпосылкой которого является постоянство формы ротора, которая не должна зависеть от изменения распределения поля температур по поверхности холодного и горячего торцевых дисков и теплового состояния теплообменных ячеек. Обычно на корпусе напротив каждого из торцевых дисков размещают радиальное уплотнение, разделяющее первый воздушный и второй газовый потоки и сокращающее их перетечки, и окружное уплотнение, устраняющее утечки воздуха и газа.The technical problem is solved by the fact that the method is implemented in the following sequence of actions on material means to prevent deformation of the shape of a high-temperature rotating disk heat exchanger, includes a temperature and air flow control system for air and gas flows, a housing and a rotor installed in it containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells installed in the heat exchanger housing with the possibility of rotation and alternate passage through it in countercurrent flow of at least one first heated air volumetric stream and at least one second cooled gas volumetric stream, the incident first air volumetric stream entering the rotor through the first cold end disk of the rotor carcass, and out of it through the second hot the end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing first heated air volumetric flow, and the second gas volumetric flow enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold Ortsevo disc rotor frame to form a second outgoing cooled gas volume flow, wherein the first air and the second gas volume flows on the rotor are separated from each outer side of the hot and cold drive via at least one rotor seal disposed on the housing. These signs completely repeat the set of actions, properties and well-known technical results achieved in the prototype, which consist in leveling the temperature field on the surfaces of hot and cold disks, which can reduce the extreme values of thermal deformations and increase the uniformity of their distribution over these surfaces. Improving the quality of work of a high-temperature rotating disk heat exchanger is achieved by the efficient operation of seals and high quality separation of air and gas flows. First of all, regardless of the type and design of the seals, their quality of work is characterized by stability and the absence of changes in the shape of the seals in this process, which is determined during operation by the constancy of the working gap between the casing and the rotor, the main premise of which is the constancy of the shape of the rotor, which should not depend on changes in the distribution of the temperature field over the surface of the cold and hot end disks and the thermal state of the heat exchange cells. Typically, a radial seal is placed on the housing opposite each of the end disks, separating the first air and second gas flows and reducing their leakage, and a circumferential seal that eliminates air and gas leaks.

Для уменьшения деформирующего воздействия перепадов температур на каркас и снижения величин его термических деформаций формы без необходимости создания сложных условий и конструкций для выравнивания и стабилизации поля температур по несущим элементам конструкции каркаса необходимо изменить конструкцию каркаса и последовательность действий, приводящих к снижению деформаций каркаса. Это достигается за счет использования следующих отличительных признаков предложенного способа.To reduce the deforming effect of temperature extremes on the frame and to reduce the values of its thermal deformations of the mold without the need to create difficult conditions and structures for leveling and stabilizing the temperature field along the load-bearing elements of the frame structure, it is necessary to change the frame design and the sequence of actions leading to a decrease in frame deformations. This is achieved through the use of the following distinctive features of the proposed method.

Приэтом путем регулирования расходов и температур потоков, системой регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков поддерживают близкие или с минимальным возможным перепадом температур потоки на горячей части ротора соответственно у выхода из горячего торцевого диска каркаса ротора уходящего первого нагретого воздушного объемного потока и входящего в ротор горячего второго газового объемного потока через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в зоне радиальных уплотнений ротора на корпусе, выполненных лабиринтными, а на холодной части ротора через первый холодный торцевой диск каркаса ротора набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор, при этом через первый холодный торцевой диск каркаса ротора выходит уходящий второй охлажденный газовый объемный поток в зоне радиальных уплотнений ротора на корпусе, выполненных лабиринтными. Что позволяет создать более равномерное поле температур по поверхностям горячего и холодного дисков и является очевидным, так эти действия аналогичны известным действиям в прототипе и являются развитием указанных известных действий, потому что при близких температурах и теплофизических свойствах теплообменных ячеек поглощенное и отданное обратно ими тепло должно создать условия для создания поля близких температур на поверхности горячего и холодного дисков. Абсолютно одинаковых температур на указанных поверхностях дисков быть не может из-за того, что теплопередача с необходимой интенсивностью идет только при достаточном перепаде температур между воздухом или газом и теплопередающим материалом каждой ячейки. Это постоянство поля температур возможно вследствие возможности работы газотурбинной гибридной установки в одном оптимальном выбранном режиме работы турбины и работы системы регулирования расходов и температур потоков и регулирования ею температур и расходов воздушного и газового потоков. При этом следует отметить, что равномерность распределения температур по горячему и холодному дискам может быть правильно организована путем выбора теплофизических характеристик теплообменных ячеек и времени теплообмена (контакта), чем выше их эффективность, тем ближе будут начальные и конечные температуры поверхностей горячего и холодного дисков соответственно для первого нагреваемого объемного потока воздуха и соответственно второго охлаждаемого газового объемного потока, так как набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, чем больше тепла эти потоки отдают и получают от теплопередающих ячеек, тем ближе будут температуры воздуха и газа в частях потоков, проходящих через горячий и холодный торцевые диски каркаса.Moreover, by regulating the flow rates and temperature of the flows, the temperature and air and gas flow rate control system maintains flows close to or with the smallest possible temperature difference at the hot part of the rotor, respectively, at the exit of the hot end disk of the rotor cage of the outgoing first heated air volumetric flow and entering the hot rotor second gas volumetric flow through the second hot end disk of the rotor frame in the area of the radial seals of the rotor on the housing, made lab rint, and on the cold part of the rotor, through the first cold end disk of the rotor cage, the incoming first air volume flow enters the rotor, and through the first cold end disk of the rotor cage leaves the outgoing second cooled gas volume flow in the labyrinth zone of the rotor radial seals on the housing. This allows you to create a more uniform temperature field on the surfaces of the hot and cold disks and is obvious, so these actions are similar to the known actions in the prototype and are the development of these known actions, because at close temperatures and thermophysical properties of the heat exchange cells, the heat absorbed and returned back by them should create conditions for creating a field of close temperatures on the surface of hot and cold disks. Absolutely identical temperatures on the indicated surfaces of the disks cannot be due to the fact that heat transfer with the necessary intensity occurs only with a sufficient temperature difference between air or gas and the heat transfer material of each cell. This constancy of the temperature field is possible due to the possibility of the gas turbine hybrid unit operating in one optimal selected mode of operation of the turbine and the operation of the flow rate and temperature control system and its regulation of temperature and air and gas flow rates. It should be noted that the uniformity of the temperature distribution over the hot and cold disks can be correctly organized by choosing the thermophysical characteristics of the heat exchange cells and the heat transfer (contact) time, the higher their efficiency, the closer the initial and final temperatures of the surfaces of the hot and cold disks, respectively, for the first heated volumetric air flow and, accordingly, the second cooled gas volumetric flow, since the incoming first air volumetric flow tons into the rotor through the first cold end disk of the rotor carcass, and leaves it through the second hot end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing first heated air volume flow, and the second gas volume stream enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold end disk of the rotor cage in the form of an outgoing second cooled gas volumetric flow, the more heat these flows give and receive from heat transfer cells, the closer the air and gas temperatures in parts n currents flowing through the hot and cold end frame wheels.

Соотношение коэффициентов линейного расширения материалов холодного и горячего торцевых дисков выбирают обратно пропорциональным отношению приростов средних рабочих температур дисков, причем теплообменные ячейки выполняют в виде стаканов с внешними шестигранными поверхностями и внутренним каналом и устанавливают между торцевыми дисками, по меньшей мере, с одной точкой жесткого крепления на каждом диске, каждые две точки жесткого крепления стаканов на соседних дисках располагают в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в радиальной и/или тангенциальной к ней плоскости сечения дисков, проходящей через ось симметрии каждого стакана, а зазор между стаканами выбирают с возможностью их свободного взаимного радиального расширения при максимальной рабочей температуре. Эти признаки позволяют при одинаковых распределениях (как в аналогах и прототипе) температур на поверхностях горячего или холодного дисков получить новое свойство - одинаковое линейное расширение горячего диска при высокой рабочей температуре за счет малого коэффициента линейного расширения его материала и относительно большое линейное расширение холодного диска с более высоким коэффициентом линейного расширения материала при меньшей температуре. При правильном выборе коэффициентов линейного расширения материалов холодного и горячего торцевых дисков, соответствующим обратно пропорциональному отношению приростов средних рабочих температур дисков, их абсолютные линейные увеличения размеров при расчетных или выбранных рабочих температурах будут практически одинаковыми, а общие грибообразные деформации каркаса будут минимальными, то есть первоначальная цилиндрическая форма каркаса не изменится. Приростом средних рабочих температур дисков выбирают разности соответствующих абсолютных рабочих температур за вычетом абсолютной начальной температуры нерабочего исходного состояния каркаса.The ratio of the linear expansion coefficients of the materials of the cold and hot end disks is chosen inversely proportional to the growth rate of the average working temperatures of the disks, the heat exchange cells being made in the form of cups with external hexagonal surfaces and an internal channel and installed between the end disks with at least one fixed point each disk, every two points of hard mounting of glasses on adjacent disks are located in the diametrical plane of the cross section of their bases, the plane of the disk cross section lying in the radial and / or tangential plane to it passing through the axis of symmetry of each glass, and the gap between the glasses is selected with the possibility of their mutual mutual radial expansion at maximum operating temperature. These features allow for the same temperature distributions (as in analogues and prototype) of temperatures on the surfaces of hot or cold disks to obtain a new property - the same linear expansion of the hot disk at high operating temperature due to the small coefficient of linear expansion of its material and relatively large linear expansion of the cold disk with more high coefficient of linear expansion of the material at a lower temperature. With the right choice of the linear expansion coefficients of the materials of the cold and hot end disks, corresponding to an inversely proportional ratio of the growth of the average working temperature of the disks, their absolute linear increase in size at the calculated or selected working temperatures will be almost the same, and the overall mushroom-like deformations of the frame will be minimal, i.e. the initial cylindrical the shape of the frame will not change. By increasing the average operating temperature of the disks, the differences of the corresponding absolute operating temperatures are selected minus the absolute initial temperature of the inoperative initial state of the frame.

Если теплообменные ячейки выполняют в виде стаканов с внешними шестигранными поверхностями и внутренним каналом и устанавливают между торцевыми дисками, по меньшей мере, с одной точкой жесткого крепления на каждом диске, а, по меньшей мере, каждые две точки жесткого крепления стаканов на соседних дисках располагают в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в радиальной и/или тангенциальной к ней плоскости сечения соответствующего из дисков, проходящей через ось симметрии каждого стакана, то этим достигается устранение воздействие тепловых деформаций ячеек на торцевые диски при весьма значительном перепаде температур по длине каждой ячейки, так как торцевые поверхности, соприкасающиеся с соответствующим диском имеют возможность свободного линейного расширения и это не вызывает деформацию дисков. Расположение точек жесткого крепления стаканов теплообменных ячеек на соседних дисках в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в радиальной плоскости сечения дисков, то есть в плоскости, проходящей через ось их вращения в радиальном направлении, позволяет достичь минимального перепада температур между указанными точками, так как эти точки одновременно начинают подвергаться воздействию соответствующего потока воздуха или газа и будут находиться в близких температурных условиях в течение всего процесса теплообмена даже если они будут находиться на одном диске. Расположение точек жесткого крепления стаканов теплообменных ячеек на соседних дисках в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в тангенциальной к радиальной плоскости сечения дисков, позволяет достичь заданного перепада температур между указанными точками, так как эти точки расположены в близких или одинаковы условиях воздействия соответствующего потока воздуха или газа для выбранной внутренней поверхности канала в стакане каждой теплообменной ячейки и будут находиться в близких по перепаду температурных условиях в течение всего процесса теплообмена, потому что часть потока воздуха или газ, находящаяся в указанном канале теплообменной ячейки будет иметь практически одинаковое распределение температур по длине канала и линейное удлинение вдоль оси канала, вследствие чего деформации формы каждой ячейки в отдельности и всех ячеек вместе не смогут привести к изменению формы каркаса, а вызовут лишь его удлинение и/или соответствующий поворот в тангенциальном направлении точек жесткого крепления одного торцевого диска относительно другого. Деформации положения дисков из-за изменения длины теплообменных ячеек будут не значительны, так как градиент распределения температур по длине стаканов не будет менять знак, а средняя температура внешней шестигранной поверхности стаканов теплопередающих ячеек каркаса из-за массивности теплообменной части стаканов и ограниченного времени цикла теплообмена будет меняться незначительно, а перепады температуры на рабочей поверхности внутренних каналов стаканов будут приводить к прямой () или обратной ) ( бочкообразной форме изменения их стенок, что при достаточной массе стакана будет незначительно влиять на его рабочую длину.If the heat-exchange cells are made in the form of cups with external hexagonal surfaces and an internal channel and are installed between end disks with at least one hard-mount point on each disc, and at least every two hard-mount points of the cups on adjacent disks are located the diametrical plane of the cross section of their bases, located in the radial and / or tangential to it plane of the cross section of the corresponding disk, passing through the axis of symmetry of each glass, this eliminates the influence of thermal deformations of cells on the end disks at a very significant temperature difference along the length of each cell, since end surfaces in contact with the corresponding disk have the possibility of free linear expansion and this does not cause deformation of the disks. The location of the points of rigid attachment of the glasses of the heat-exchange cells on adjacent disks in the diametrical plane of the section of their bases located in the radial plane of the section of the disks, that is, in the plane passing through the axis of their rotation in the radial direction, allows to achieve a minimum temperature difference between these points, since these points at the same time begin to be exposed to the corresponding flow of air or gas and will be at close temperature conditions throughout the entire heat exchange process on even if they reside on the same disk. The location of the points of rigid attachment of the glasses of heat-exchange cells on adjacent disks in the diametrical plane of the cross section of their bases, located tangential to the radial plane of the cross section of the disks, allows you to achieve a given temperature difference between these points, since these points are located in close or identical conditions of exposure to the corresponding air flow or gas for the selected inner surface of the channel in the glass of each heat-exchange cell and will be in close temperature differential conditions during the entire heat transfer process, because part of the air flow or gas located in the specified channel of the heat exchange cell will have almost the same temperature distribution along the channel length and linear elongation along the channel axis, as a result of which the deformation of the shape of each cell individually and of all cells together does not will be able to lead to a change in the shape of the frame, and will only cause its extension and / or corresponding rotation in the tangential direction of the points of rigid attachment of one end disk relative to another. Deformations of the position of the disks due to changes in the length of the heat-exchange cells will not be significant, since the gradient of the temperature distribution along the length of the glasses will not change sign, and the average temperature of the outer hexagonal surface of the glasses of the heat transfer cells of the frame will be vary slightly, and temperature differences on the working surface of the inner channels of the glasses will lead to a direct () or reverse) (barrel-shaped form of their change walls, which with sufficient mass of the glass will slightly affect its working length.

При этом движение потоков воздуха и газов с близкими температурами в зоне радиальных уплотнений ротора вращающегося дискового теплообменника на корпусе и выполнение этих уплотнений лабиринтными, при указанных выше условиях позволяет достичь минимального зазора и высокой эффективного бесконтактного уплотнения.In this case, the movement of air and gas flows with similar temperatures in the area of the radial seals of the rotor of the rotary disk heat exchanger on the housing and the performance of these seals are labyrinth, under the above conditions, allows to achieve a minimum clearance and a high effective non-contact seal.

Выполнение зазоров между внешними шестигранными стенками стаканов каркаса вращающегося дискового теплообменника, которые выбирают из условия возможности обеспечения свободного взаимного радиального расширения относительно оси симметрии каждого стакана относительно других при его максимальной рабочей температуре без их взаимного контакта и появления возможности деформации, такое выполнение исключит деформации от неравномерного нагрева поверхностей дисков и массивной части стаканов.The gaps between the external hexagonal walls of the glasses of the frame of the rotating disk heat exchanger, which are selected from the condition of providing free mutual radial expansion relative to the axis of symmetry of each glass relative to the others at its maximum working temperature without mutual contact and the possibility of deformation, this design eliminates deformation from uneven heating surfaces of disks and massive parts of glasses.

Предложение поясняется чертежами, на которых показаны:The proposal is illustrated by drawings, which show:

На Фиг. 1 показан частичный разрез каркаса теплообменника по одной теплообменной ячейке; На Фиг. 2 показан в изометрии схематический вид каркаса теплообменника с комплексом уплотнений и частичным разрезом. На Фиг. 3 показана схема гибридной силовой установки для генерирования электрического тока и приблизительное распределение температур воздушного и газового потоков в ней.In FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of a heat exchanger frame along one heat exchanger cell; In FIG. 2 is a perspective view of a schematic view of a heat exchanger frame with a set of seals and a partial section. In FIG. 3 shows a diagram of a hybrid power plant for generating electric current and an approximate temperature distribution of air and gas flows in it.

Устройство высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника, реализующего способ, включает (см. Фиг. 1 и 2) каркас 5, состоящий из горячего 2 и холодного 3 дисков и теплообменных ячеек в виде стаканов 4 с внешними шестигранными поверхностями и внутренним каналом, точек 1 жесткого крепления к дискам стаканов 4 теплообменных ячеек, показанного условно радиального и окружного бесконтактного лабиринтного уплотнения 6. На Фиг. 2 условно показаны зачерненной стрелкой поток газа, а белой стрелкой поток воздуха со стороны горячего диска 2. Стаканы 4 жестко закреплены на дисках 2 и 3 в точках крепления 1 с возможностью образования между ними зазоров 9, которые выбираются из условия свободного взаимного радиального от их оси возможно симметричного расширения стаканов, так как величина смещения стакана относительно оси зависит от мест жесткого крепления стакана. Так, например, при радиальном попарном жестком креплении стакана к каждому диску из-за разницы коэффициентов линейного расширения стаканов и дисков будет происходить овализация формы стакана и местная деформация изменения формы отверстий, а диски свою общую форму не изменят, потому что при достаточной длине стакана он под действием формоизменения дисков может слегка изогнуться, не значительно влияя на цилиндрическую форму всего каркаса. Расположение, по меньшей мере, двух точек жесткого крепления стаканов теплообменных ячеек на соседних дисках в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в тангенциальной к ней плоскости сечения дисков, т.е. в плоскости перпендикулярной радиальной плоскости сечения, позволяет достичь минимального перепада температур между указанными точками, так как эти точки расположены в близких или одинаковы условиях воздействия воздуха или газа для выбранной внутренней поверхности канала стакана 4 каждой теплообменной ячейки и будут находиться в относительно близких температурных условиях в течение всего процесса теплообмена, потому что часть потока воздуха или газ, находящаяся в указанном внутреннем канале стакана 4 теплообменной ячейки будет иметь практически одинаковое распределение температур по длине канала, вследствие чего термические деформации линейных размеров и формы каждой отдельной ячейки в отдельности и всех ячеек вместе не приведут к изменению формы каркаса, а вызовут лишь линейное удлинение или соответствующий поворот одного торцевого диска относительно другого. Очевидно, что взаимное реальное смещение стаканов зависит от точек их жесткого крепления, изменения распределения поля температур и величины термических деформаций, определяемых коэффициентом температурного линейного расширения материала стакана.The device of a high-temperature rotating disk heat exchanger that implements the method includes (see Fig. 1 and 2) a frame 5 consisting of hot 2 and cold 3 disks and heat-exchange cells in the form of glasses 4 with external hexagonal surfaces and an internal channel, points 1 of rigid attachment to the disks of the glasses 4 heat exchange cells, shown conditionally radial and circumferential non-contact labyrinth seal 6. In Fig. 2, the gas flow is shown blackened by the arrow, and the air flow from the hot disk 2 by the white arrow. The glasses 4 are rigidly fixed to the disks 2 and 3 at the attachment points 1 with the possibility of formation of gaps between them 9, which are selected from the condition of free mutual radial from their axis possible symmetrical expansion of the glasses, since the magnitude of the displacement of the glass relative to the axis depends on the places of rigid fastening of the glass. So, for example, with a radially pairwise rigid attachment of the cup to each disk, due to the difference in the coefficients of linear expansion of the cups and disks, the shape of the cup will be ovalized and local deformation will change the shape of the holes, and the discs will not change their overall shape, because with a sufficient length of the cup under the influence of the shape of the disks may slightly bend, not significantly affecting the cylindrical shape of the entire frame. The location of at least two points of rigid attachment of the glasses of the heat-exchange cells on adjacent disks in the diametrical plane of the cross section of their bases, located in the tangential plane of the cross section of the disks, i.e. in the plane perpendicular to the radial plane of the section, it is possible to achieve a minimum temperature difference between these points, since these points are located in close or identical conditions of exposure to air or gas for the selected inner surface of the channel of the glass 4 of each heat transfer cell and will be in relatively close temperature conditions for of the entire heat transfer process, because part of the air flow or gas located in the specified inner channel of the cup 4 of the heat exchange cell will have almost the same temperature distribution along the channel length, as a result of which thermal deformations of the linear dimensions and shape of each individual cell separately and of all cells together will not lead to a change in the shape of the frame, but will only cause linear extension or corresponding rotation of one end disk relative to another. Obviously, the mutual real displacement of the glasses depends on the points of their rigid attachment, changes in the distribution of the temperature field and the magnitude of thermal deformations, determined by the coefficient of temperature linear expansion of the material of the glass.

Способ предотвращения деформации формы высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника для гибридной силовой установки реализуется при помощи указанного устройства высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника в следующей последовательности действий и достигает указанных технических результатов и решения поставленной технической задачи.A method for preventing the deformation of the shape of a high-temperature rotating disk heat exchanger for a hybrid power plant is implemented using the specified device of a high-temperature rotating disk heat exchanger in the following sequence of actions and reaches the indicated technical results and solving the technical problem.

На фиг. 3 показана гибридная микротурбинная установка и примерное распределение температур в ней. Высокотемпературный вращающийся дисковый теплообменник предназначен для гибридной силовой установки, предназначенной для использования преимущественно в составе микротурбинной гибридной силовой установки для генерирования электрического тока, обычно включающей систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков, работает следующим образом: после пуска и выхода на рабочий режим через воздушный фильтр воздух поступает в компрессор, где предварительно сжимается и поступает в рекуператор или обычно для микротурбинной установки регенератора в виде набегающего первого воздушного объемного потока, который входит в ротор регенеративного теплообменника с его холодной стороны 7 через первый холодный торцевой диск каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск каркаса ротора на его горячую сторону 8 в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, который поступает в микротурбинный двигатель, температура газов на его выходе регулируется системой управления по показаниям датчика температуры, например, путем изменения подачи необходимого количества топлива в камеру сгорания. После этого второй газовый объемный поток входит с горячей стороны 8 в ротор регенеративного теплообменника через второй горячий торцевой диск каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск каркаса ротора на холодной стороне 7 в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока.In FIG. 3 shows a hybrid microturbine installation and an approximate temperature distribution therein. A high-temperature rotating disk heat exchanger is designed for a hybrid power plant, designed primarily for use in a microturbine hybrid power plant for generating electric current, usually including a temperature and air flow rate control system, works as follows: after starting and operating mode through air air filter enters the compressor, where it is pre-compressed and enters the recuperator or usually for microtu The regenerator’s installation in the form of an incident first air volume flow that enters the regenerative heat exchanger rotor from its cold side 7 through the first cold end disk of the rotor carcass and leaves it through the second hot end disk of the rotor carcass to its hot side 8 in the form of an outgoing first heated air volumetric flow that enters the microturbine engine, the temperature of the gases at its outlet is controlled by the control system according to the temperature sensor, for example, by eneniya supply the required amount of fuel into the combustion chamber. After this, the second gas volume stream enters from the hot side 8 into the rotor of the regenerative heat exchanger through the second hot end disk of the rotor frame and exits through the first cold end disk of the rotor frame on the cold side 7 in the form of an outgoing second cooled gas volume stream.

При этом реализуется способ предотвращения деформации формы высокотемпературного вращающегося дискового теплообменника для гибридной силовой установки, предназначенный для использования преимущественно в составе гибридной силовых установки для генерирования электрического тока, обычно включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков, корпус и установленный в нем ротор, содержащий каркас 5, состоящий из холодного 3 и горячего 2 торцевых дисков, теплообменных ячеек в виде стаканов 4 с внешними шестигранными поверхностями и внутренним каналом и их точек 1 жесткого крепления к дискам, установленный в корпусе теплообменника с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного первого нагреваемого воздушного объемного потока и, по меньшей мере, одного второго охлаждаемого газового объемного потока, причем набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск 3 каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск 2 каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск 2 каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск 3 каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, при этом первый воздушный и второй газовый объемные потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного радиального и окружного уплотнения 6 ротора, размещенного на корпусе (который на фиг. 1 и 2 не показан). Эти признаки полностью повторяют совокупность, свойства и достигаемые в прототипе известные технические результаты, заключающиеся в выравнивании поля температур для поддержания плоской формы по контактным поверхностям горячего и холодного дисков, что может снизить экстремальные значения термических деформаций и повысить равномерность их распределения по указанным поверхностям.This implements a method for preventing the deformation of the shape of a high-temperature rotating disk heat exchanger for a hybrid power plant, intended for use mainly as a part of a hybrid power plant for generating electric current, usually including a temperature and air and gas flow rate control system, a housing and a rotor installed therein, containing frame 5, consisting of cold 3 and hot 2 end disks, heat exchange cells in the form of glasses 4 with external poles faceted surfaces and the inner channel and their hard mount points 1 to the disks, mounted in the heat exchanger body with the possibility of rotation and alternating passage through it in countercurrent flow of at least one first heated air volumetric flow and at least one second cooled gas volumetric flow, and the oncoming first air volumetric flow enters the rotor through the first cold end disk 3 of the rotor frame, and leaves it through the second hot end disk 2 of the rotor frame in ide of the outgoing first heated air volumetric flow, and the second gas volumetric flow enters the rotor through the second hot end disk 2 of the rotor frame and exits through the first cold end disk 3 of the rotor frame in the form of an outgoing second cooled gas volume flow, the first air and second gas volumetric flows are separated on the rotor from each external side of the hot and cold disks by means of at least one radial and circumferential seal 6 of the rotor located on the housing (which in FIG. 1 and 2 not shown). These features completely repeat the totality, properties and well-known technical results achieved in the prototype, which consist in leveling the temperature field to maintain a flat shape on the contact surfaces of hot and cold disks, which can reduce the extreme values of thermal deformations and increase the uniformity of their distribution over these surfaces.

Для уменьшения деформирующего воздействия перепадов температур на каркас и снижения величин его термических деформаций без необходимости создания сложной структуры охлаждения и условий для выравнивания и стабилизации поля температур по несущим элементам конструкции каркаса необходимо изменить конструкцию каркаса и последовательности действий с ним, приводящих к снижению деформаций каркаса. Это достигается за счет использования следующих отличительных признаков предложенного способа.To reduce the deforming effect of temperature extremes on the frame and to reduce the values of its thermal deformations without the need to create a complex cooling structure and conditions for aligning and stabilizing the temperature field along the load-bearing elements of the frame structure, it is necessary to change the frame structure and the sequence of actions with it, leading to a decrease in the frame deformations. This is achieved through the use of the following distinctive features of the proposed method.

При этом путем регулирования расходов и температур потоков, системой регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков (на фиг. 3 не показана) поддерживают близкие или с минимальным перепадом температур потоки на горячей части ротора у выхода с горячей стороны 8 уходящего первого нагретого воздушного объемного потока и входящего в ротор второго газового объемного потока через второй горячий торцевой диск каркаса ротора в зоне радиальных уплотнений ротора на корпусе, выполненных лабиринтными, и с холодной стороны 7 входящего набегающего первого холодного воздушного объемного потока и уходящего из ротора охлажденного второго газового объемного потока через второй холодный торцевой диск каркаса ротора в зоне радиальных уплотнений ротора на корпусе, выполненных лабиринтными. Системы регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков разнообразны и состоят из общеизвестных устройств регулирования, что не может быть предметом предложенного изобретения. Это позволяет общеизвестными методами и помощью общеизвестных технических средств создать более равномерное поле температур по поверхностям горячего и холодного диска, что является очевидным, так эти действия аналогичны известным действиям в прототипе и являются развитием указанных известных действий. Это возможно вследствие штатной работы газотурбинной гибридной установки в одном оптимальном выбранном режиме работы микротурбинного двигателя. При этом следует отметить, что равномерность распределения температур по горячему и холодному дискам может быть правильно организована путем выбора теплофизических характеристик теплообменных ячеек и времени теплообмена (контакта), чем выше их эффективность, тем ближе будут начальные и конечные температуры поверхностей горячего 2 и холодного 3 дисков соответственно для первого нагреваемого воздушного объемного потока и соответственно второго охлаждаемого газового объемного потока, так как набегающий первый воздушный объемный поток входит в ротор через первый холодный торцевой диск 3 каркаса ротора, а выходит из него через второй горячий торцевой диск 2 каркаса ротора в виде уходящего первого нагретого воздушного объемного потока, а второй газовый объемный поток входит в ротор через второй горячий торцевой диск 2 каркаса ротора и выходит через первый холодный торцевой диск 3 каркаса ротора в виде уходящего второго охлажденного газового объемного потока, в результате чего эти потоки, чем больше отдают и получают тепла от теплопередающих ячеек, и соответственно тем ближе будут температуры воздуха и газа в частях потоков, проходящих соответственно через горячий 2 и холодный 3 торцевые диски каркаса.At the same time, by controlling the flow rates and flow temperatures, the temperature and flow control system of air and gas flows (not shown in Fig. 3), flows near or with a minimum temperature difference are maintained on the hot part of the rotor at the exit from the hot side 8 of the outgoing first heated air volume flow and the second gas volume stream entering the rotor through the second hot end disk of the rotor cage in the area of the radial seals of the rotor on the casing, made of labyrinths, and from the cold side 7 its oncoming first cold air volumetric flow and the cooled second gas volumetric flow leaving the rotor through the second cold end disk of the rotor cage in the area of the rotor radial seals on the casing, made labyrinth. Systems for controlling the temperatures and flow rates of air and gas flows are diverse and consist of well-known control devices, which cannot be the subject of the proposed invention. This allows the well-known methods and using well-known technical means to create a more uniform temperature field on the surfaces of the hot and cold disk, which is obvious, because these actions are similar to the known actions in the prototype and are the development of these known actions. This is possible due to the standard operation of the gas turbine hybrid installation in one optimal selected operating mode of the microturbine engine. It should be noted that the uniformity of the temperature distribution across the hot and cold disks can be properly organized by choosing the thermophysical characteristics of the heat exchange cells and the heat transfer (contact) time, the higher their efficiency, the closer the initial and final temperatures of the surfaces of hot 2 and cold 3 disks respectively, for the first heated air volumetric flow and, accordingly, the second cooled gas volumetric flow, since the incident first air volumetric flow enters the rotor through the first cold end disk 3 of the rotor frame, and leaves it through the second hot end disk 2 of the rotor frame in the form of an outgoing first heated air volumetric flow, and the second gas volume stream enters the rotor through the second hot end disk 2 of the rotor frame and leaves through the first cold end disk 3 of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volumetric flow, as a result of which these flows, the more they give off and receive heat from the heat transfer cells, and accordingly e are the temperature and gas in parts fluxes passing respectively through the hot 2 and cold 3 end frame wheels.

При правильном выборе соотношения коэффициентов линейного расширения материалов холодного 3 и горячего 2 торцевых дисков, которое выбирают обратно пропорциональным отношению приростов средних рабочих температур дисков, приэтом теплообменные ячейки выполняют в виде стаканов 4, каждый из которых имеет внешнюю шестигранную поверхность и внутренний канал и устанавливают между торцевыми дисками, по меньшей мере с одной точкой жесткого крепления 1 на каждом диске, а, по меньшей мере, каждые две точки жесткого крепления 1 стаканов 4 на соседних дисках располагают в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в радиальной и/или тангенциальной к ней плоскости сечения дисков, проходящей через ось симметрии каждого стакана, а зазор между стаканами выбирают с возможностью их свободного взаимного расширения при максимальной рабочей температуре. Эти признаки позволяют при одинаковых (как в аналогах и прототипе) температурах на поверхностях горячего и холодного дисков получить одинаковые линейные расширения, соответственно малое для большей рабочей температуры горячего диска, то есть при высокой рабочей температуре за счет малого коэффициента линейного расширения его материала с получением относительно малого линейного расширения (изменения линейного размера) и при меньшей рабочей температуре получить относительно большое линейное расширение холодного диска с более высоким коэффициентом линейного расширения материала, которые в результате воздействия разного значения температур приведут почти к одинаковому линейному расширению горячего и холодного дисков соответственно для их выбранных или рассчитанных рабочих температур. При правильном выборе коэффициентов линейного расширения материалов холодного и горячего торцевых дисков обратно пропорциональным отношению приростов средних рабочих температур дисков их абсолютные линейные увеличения размеров при температурах расчетных, полученных по результатам теплофизического расчета, или рабочих, подобранных опытным путем, будут практически одинаковыми, а общие грибообразные деформации формы каркаса будут минимальными, так что первоначальная цилиндрическая форма каркаса не изменится.With the right choice of the ratio of linear expansion coefficients of materials of cold 3 and hot 2 end disks, which is chosen inversely proportional to the ratio of the growth of average working temperatures of the disks, moreover, the heat transfer cells are made in the form of cups 4, each of which has an external hexagonal surface and an internal channel and is installed between the end drives with at least one hard mount point 1 on each drive, and at least every two hard mount points 1 cups 4 on adjacent the disks are placed in the diametrical plane of the cross section of their bases located in the radial and / or tangential plane plane of the cross section of the disks passing through the axis of symmetry of each glass, and the gap between the glasses is chosen with the possibility of their mutual expansion at maximum operating temperature. These features make it possible to obtain the same linear expansions at the same (as in analogues and prototype) temperatures on the surfaces of the hot and cold disks, correspondingly small for a higher working temperature of the hot disk, that is, at high working temperature due to the small coefficient of linear expansion of its material with obtaining relatively small linear expansion (change in linear size) and at a lower working temperature to obtain a relatively large linear expansion of the cold disk with a higher coefficient of linear expansion of the material, which as a result of exposure to different temperatures will lead to almost the same linear expansion of hot and cold disks, respectively, for their selected or calculated operating temperatures. With the right choice of the linear expansion coefficients of the materials of the cold and hot end disks, they are inversely proportional to the ratio of the growths of the average working temperatures of the disks, their absolute linear increase in sizes at the design temperatures obtained by the results of thermophysical calculations, or experimentally selected workers will be almost the same, and the general mushroom-like deformations the shape of the frame will be minimal, so that the original cylindrical shape of the frame does not change.

Хотя очевидно, что при этом из-за рабочего нагрева и термического расширения общие габаритные размеры каркаса 5 ротора изменятся.Although it is obvious that in this case, due to working heating and thermal expansion, the overall overall dimensions of the frame 5 of the rotor will change.

Если теплообменные ячейки выполняют в виде стаканов 4 с внешними шестигранными поверхностями и внутренним каналом и устанавливают между торцевыми дисками 2 и 3, по меньшей мере с одной точкой жесткого крепления на каждом диске, а, по меньшей мере, каждые две точки 1 жесткого крепления стаканов 4 на соседних дисках располагают в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в радиальной и/или тангенциальной к ней плоскости сечения дисков, и проходящей через ось симметрии каждого стакана, то этим достигается устранение воздействие тепловых деформаций теплообменных ячеек, выполненных в виде стаканов 4, на торцевые диски при весьма значительном перепаде температур по длине каждого стакана 4 теплообменной ячейки, так как торцевые поверхности стаканов 4, соприкасающиеся с соответствующим диском имеют возможность свободного линейного расширения и это не вызывает деформацию дисков. Расположение точек жесткого крепления стаканов теплообменных ячеек на соседних дисках в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в радиальной плоскости сечения дисков, т.е. в плоскости проходящей через ось вращения диска в радиальном направлении, позволяет достичь минимального перепада температур между указанными точками, так как эти точки одновременно начинают подвергаться воздействию воздуха или газа и будут находиться в близких температурных условиях в течение всего процесса теплообмена даже если они будут находиться на одном диске. Расположение точек жесткого крепления стаканов теплообменных ячеек на соседних дисках в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в тангенциальной к ней плоскости сечения дисков, т.е. в плоскости перпендикулярной радиальной плоскости его сечения в одном направлении, позволяет достичь минимального линейного удлинения вследствие наличия перепада температур между указанными точками, так как эти точки расположены в близких или одинаковых условиях воздействия воздуха или газа для выбранной внутренней поверхности каждой теплообменной ячейки и будут находиться в относительно близких температурных условиях в течение всего процесса теплообмена, потому что часть потока воздуха или газ, находящаяся в указанном канале теплообменной ячейки будет иметь практически одинаковое распределение температур по длине канала, вследствие чего термические деформации линейных размеров и формы каждой ячейки в отдельности и всех ячеек вместе не приведут к изменению формы каркаса с получением грибообразной деформации, а вызовут лишь соответствующий поворот одного торцевого диска относительно другого.If the heat-exchange cells are made in the form of cups 4 with external hexagonal surfaces and an internal channel and are installed between end disks 2 and 3, with at least one hard-mount point on each disc, and at least every two points 1 of hard-mount cups 4 on adjacent disks are placed in the diametrical plane of the cross section of their bases, located in the radial and / or tangential plane plane of the cross section of the disks and passing through the axis of symmetry of each glass, this eliminates the effect of the thermal deformation of heat-exchange cells made in the form of cups 4 onto the end disks at a very significant temperature difference along the length of each cup 4 of the heat-exchange cell, since the end surfaces of the cups 4 in contact with the corresponding disc have the possibility of free linear expansion and this does not cause deformation of the disks . The location of the points of rigid attachment of the glasses of heat-exchange cells on adjacent disks in the diametrical plane of the cross section of their bases, located in the radial plane of the cross section of the disks, i.e. in the plane passing through the axis of rotation of the disk in the radial direction, it allows to achieve a minimum temperature difference between these points, since these points simultaneously begin to be exposed to air or gas and will be at close temperature conditions during the entire heat transfer process, even if they are on the same drive. The location of the points of rigid attachment of glasses of heat-exchange cells on adjacent disks in the diametrical plane of the cross section of their bases, located in the tangential plane of the cross section of the disks, i.e. in the plane perpendicular to the radial plane of its cross section in one direction, it allows to achieve minimal linear elongation due to the temperature difference between these points, since these points are located in close or identical conditions of exposure to air or gas for the selected inner surface of each heat exchange cell and will be in relatively close temperature conditions during the entire heat transfer process, because part of the air flow or gas in the specified channel is heat oobmennoy cell will have almost the same temperature distribution along the channel, whereby thermal deformation of the linear dimensions and shape of each cell individually, and all the cells together does not lead to a change in the frame shape to obtain mushroom deformation, and cause a corresponding rotation of one of the end disc relative to the other.

Шестигранная форма внешней поверхности стаканов выбрана для упрощения выбора и контроля зазоров между ними и их «плотной упаковки» (распределения по сечению торцевых дисков каркаса).The hexagonal shape of the outer surface of the glasses is chosen to simplify the selection and control of the gaps between them and their "tight packing" (distribution over the cross section of the end disks of the frame).

При этом движение потоков воздуха и газов с близкими температурами в зоне радиальных уплотнений ротора вращающегося дискового теплообменника на корпусе и выполнение их уплотнений лабиринтными, при указанных выше условиях позволяет достичь минимального зазора и эффективного бесконтактного уплотнения.In this case, the movement of air and gas flows with similar temperatures in the area of the radial seals of the rotor of the rotating disk heat exchanger on the casing and the performance of their seals are labyrinth, under the above conditions, it is possible to achieve a minimum clearance and effective non-contact sealing.

Выполнение всех зазоров 9 между внешними шестигранными поверхностями стаканов 4 каркаса вращающегося дискового теплообменника по каждой из шести внешних граней каждого стакана может быть одинаковым или расчетным по точке жесткого крепления стакана 4. Зазоры в любом случае выбирают из условия возможности обеспечения свободного взаимного радиального расширения каждого стакана в направлении выбранной грани и еще возможного поворота вокруг оси стакана или точки его жесткого крепления, относительно деформированных таким же образом других стаканов каркаса при его максимальной рабочей температуре без появления возможности их взаимного контакта и/или возможности деформации формы каркаса.The fulfillment of all the gaps 9 between the outer hexagonal surfaces of the cups 4 of the frame of the rotating disk heat exchanger along each of the six outer faces of each cup can be the same or calculated by the point of rigid fastening of the cup 4. The gaps in any case are selected from the condition that the free mutual radial expansion of each cup in the direction of the selected face and still possible rotation around the axis of the glass or the point of its rigid attachment, relative to the other deformed in the same way x glasses of the frame at its maximum operating temperature without the possibility of their mutual contact and / or the possibility of deformation of the shape of the frame.

Для снижения возможных перетечек воздуха и газа через технологические установочные зазоры между стаканами 4 и дисками 2 и 3 в зазор 9 могут быть уплотнены любым известным способом при помощи известных средств и известных термостойких герметизирующих составов, позволяющих осуществить взаимные линейные нормальные и тангенциальные смещения указанных деталей в пределах, выбранных или рассчитанных зазоров.To reduce the possible leakage of air and gas through the technological installation gaps between the cups 4 and the disks 2 and 3, the gap 9 can be sealed by any known method using known means and known heat-resistant sealing compounds, allowing mutual linear normal and tangential displacements of these parts within selected or calculated clearances.

На основании изложенного можно утверждать следующее.Based on the foregoing, we can state the following.

Поставленная техническая задача решается техническими средствами и может быть использована в предложенном виде в народном хозяйстве, следовательно, предложение соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».The stated technical problem is solved by technical means and can be used in the proposed form in the national economy, therefore, the proposal meets the criteria of the invention of "industrial applicability".

Предложение имеет отличия от известного способа работы, следовательно, соответствует критерию изобретения «новизна».The proposal has differences from the known method of work, therefore, meets the criteria of the invention of "novelty."

Предложение при выполнении всех известных и новых действий способа позволяет достичь новых, ранее неизвестных технических результатов, следовательно, соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».The proposal, when performing all known and new steps of the method, allows to achieve new, previously unknown technical results, therefore, meets the criteria of the invention "inventive step".

Claims

A method for preventing deformation of a high-temperature rotating disk heat exchanger, including a temperature and air flow control system for air and gas flows, a housing and a rotor installed therein, comprising a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells, mounted in the heat exchanger housing with rotation and alternating passage through it in countercurrent of at least one first heated air volumetric flow and at least one second cooling gas volumetric flow, and the incident first air volumetric stream enters the rotor through the first cold end disk of the rotor frame, and leaves it through the second hot end disk of the rotor frame in the form of an outgoing first heated air volume stream, and the second gas volume stream enters the rotor through the second hot end disk of the rotor carcass and exits through the first cold end disk of the rotor carcass in the form of an outgoing second cooled gas volumetric flow, the first air and second gas volume flows are separated on the rotor on each external side of the hot and cold disks by means of at least one rotor seal located on the housing, characterized in that by controlling the flow and temperature of the flows, the temperature and air flow control system maintains close or minimal flow possible temperature difference flows on the hot part of the rotor at the exit of the hot end disk of the rotor frame of the outgoing first heated air volumetric flow and flowing into the rotor of the second gas volume flow through the second hot end disk of the rotor cage in the area of the radial seals of the rotor on the housing, made of labyrinths, and the ratio of the linear expansion coefficients of the materials of the cold and hot end disks is chosen inversely proportional to the growth rate of the average working temperature of the disks, and the heat exchange cells perform in the form of glasses with external hexagonal surfaces and an internal channel and is installed between the end disks with at least one point of the hard mount on each disk, and at least every two hard mount points of the glasses on adjacent disks are located in the diametrical plane of the section of their bases located in the radial and / or tangential plane of the section of the disks passing through the axis of symmetry of each glass, and the gap between the glasses is chosen with the possibility of their mutual mutual radial expansion at maximum operating temperature.