具有新型環向密封件的再生熱交換器的製作方法

2023-05-13 00:52:36 2

專利名稱：具有新型環向密封件的再生熱交換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種再生熱交換器，其特別適用於發電廠。
背景技術：
以上提及的這種再生熱交換器(下文中僅稱為熱交換器)用於從至少一個氣體體 積流動到至少另一個氣體體積流動的熱傳遞。在該過程中，轉動(或旋轉)存儲介質(mass) (例如，蓄熱器)，即所謂的轉子，以交替的方式被至少一個氣體體積流動加熱並再被至少 另一個氣體體積流動冷卻，由此熱能從一個氣體體積流動傳遞到另一個氣體體積流動。這 樣，氣體體積流動中的一個能夠被加熱，而另一個氣體體積流動能夠被冷卻。轉子包括兩個
工作面表面(face surface)(或者工作面側)、環向護罩(或外側護罩)、以及通常所謂的 區段。轉子被可旋轉地保持為圍繞中心旋轉軸線，所述旋轉軸線優選以豎直方式被對準。
所謂的徑向或軸向密封件和環向密封件被提供在轉子上，以密封被引導通過熱交 換器的氣體體積流動。徑向密封件被布置在轉子的工作面表面上，軸向密封件在轉子的護 罩上，並致力於防止氣體體積流動之間的體積流動短路。環向密封件被布置在轉子的周向 並被提供用於防止體積流動洩漏到殼體或洩漏到周圍環境中。這些密封件以固定方式相對 於轉子布置。由於轉子與其密封件之間的不變的相對運動以及轉子的連續變化的熱膨脹， 無法實現熱交換器的絕對密封。在這種熱交換器中的密封件和密封系統一直是發明進一步 改進的目標，以增大這種熱交換器的效率。 為了增大這種熱交換器的效率，從現有技術已知一種複雜的密封系統，其抽取短 路體積流動和/或洩漏體積流動，並將這些體積流動引導回到氣體體積流動中的一個中。
而且，所謂的密封氣體系統也是已知的，其致力於通過過壓來防止短路體積流動 和/或洩漏體積流動。後者還已知為壓力測試。 根據EP 0 588 185 Al已知一種轉子，其在其頂部和底部的環向邊緣上具有環向 密封件。這些環向密封件是彈性的，即，它們被施加力以彈性屈服，或者從頂部或底部被擠 壓抵靠轉子。而且，具有用於環向密封件的傳感器控制的機電調節裝置的系統同時也是已 知的，例如描述在DE 40 13 484 Al(參照圖9和圖10)中的一個系統。這些系統極為昂貴 並易於發生故障。

發明內容
本發明的目的在於改善以上提及的這種熱交換器的密封。 該目的通過根據權利要求1的特徵部分的熱交換器而實現。有利和優選的進一步 的改進方案為其從屬權利要求的主題。 根據本發明提供一種熱交換器，其環向密封件以密封的方式從外側安置在環向護 罩上，所述環向密封件被布置為在區段中是彈性的。為此，不需要轉子護罩上的軸向密封 件。 嚴格地講，該在區段中為彈性的環向密封件至少沿其環向長度的一個環向部分安
3置在轉子的環向護罩的一個徑向外側。 優點在於，可以以更好的方式改變轉子在周界上的密封。進一步提供的是，環向密 封件在區段上是彈性的(或每個區段是彈性的)。由此可以理解的是，環向密封件被布置 為至少沿一個徑向方向在其環向長度上不是實質上硬性或剛性的。這可例如以下述方式實 現，即，環向密封件被布置為沿其環向長度的至少一個環向部分是柔性的。相似地，可以使 環向密封件至少沿一個環向部分由若干單獨的環向區段(或曲形區段)組成，其以基本無 間隙的方式(從而將它們布置為成排的一個接一個)為實質上硬性或剛性的，個別環向區 段或所有環向區段能以鉸接方式彼此相連。這些實施例的各種組合均是可以的。類似地， 還可以採用鎖鏈或帶形方式布置環向密封件。這種在區段中為彈性的環向密封件的設置的 結果是，例如通過作用在材料上的彈性力，環向密封件可從徑向外側被更好地施加或擠壓 至少區段或部分而抵靠轉子的環向護罩，和/或能夠更好地壓靠其自身。這種在區段中為 彈性的環向密封件的設置的結果是，還可以使環向密封件補償因例如變化的熱膨脹而導致 的轉子的不平衡，使得其跟隨(follow)該不平衡運動。轉子周界上的密封間隙從而可被最 小化。因此，熱交換器的密封得到相當的改善。而且，先前所述的用於環向密封件的自動調 節裝置可被省略。 優選地，環向密封件被布置在轉子的工作面表面的區域中，這意味著從側視圖看 其被近似設置在工作面表面的高度處。特別是，提供兩個環向密封件，其被設置在轉子的上 工作面表面和下工作面表面的區域中。 進一步優選提供的是，就周界而言，環向密封件完全地圍住轉子。可替換地，環向 密封件也可以以單獨的環向區段的形式而局部圍住轉子。在後者的情況下，特別提供的是， 這種環向區段延伸在轉子的圍住或限制該轉子的單個氣體體積流動通過的區域的環向部 分上。各個區段可彼此相連，如上所述的那樣。 根據進一步優選的改進方案提供的是，環向密封件通過若干切向作用杆是可調節 的，這些杆的每一個均向環向密封件的限定的，B卩，預定的，環向部分上施加限定的張緊力 和/或壓力，其獨立地出現在杆與環向密封件之間的力聯接點的區域中，這意味著獨立於 其它杆。該在區段中彈性設置的環向密封件特別提供特殊的優點。通過施加限定的張緊力 和/或壓力，所述環向密封件可沿限定的環向部分被更好地施加或擠壓而抵靠轉子的環向 護罩。環向密封件因而可實質上被重新定位在各個環向部分中。在轉子周界或環向密封件 的環向長度上的密封因而可在各部分或各區域中調節。這種環向部分因而可對應於例如環 向密封件的各個、單獨設置的環向區段。由於張緊力和/或壓力的切向施加，施加的力不會 以點形方式作用在環向密封件上，特別是在柔性環向密封件的情況下，而是作用在環向密 封件的環向部分(或縱向部分)上。張緊力因而沿轉子的旋轉方向的反向切向地作用，壓 力沿轉子的旋轉方向切向地施加。切向張緊力和/或壓力的施加進一步提供的優點是，環 向密封件的杆不會沿徑向突出到外側。還給出進一步的優點，即，補償件可被省略。
優選地提供的是，這些杆被均勻地布置在環向密封件的周界上，從而確保在該周 界上對環向密封件均勻地施加力。杆的力的施加可通過例如液壓、氣動和/或機電致動器 產生。力的施加可被控制或調整。力的施加可針對每個杆或針對所有接連在一起的杆單獨 地產生。 根據進一步優選的改進方案提供的是，為了杆與環向密封件之間的動力聯接，固定裝置被設置在環向密封件的限定點或部分上。固定裝置可特別為夾緊裝置或類似物，其 被機械地固定到環向密封件。特別提供的是，至少一個杆在其面向環向密封件的端部以鉤 形方式布置，以接合在所述固定裝置上的相應眼部中。這允許例如用於維護和修理的簡單 聯接。而且，具有多個自由度的手動連接部分的相對運動被允許。可以理解的是更換鉤部 和眼部是可以的。 進一步優選的是，至少一個杆固定不變地受到彈簧力，以向環向密封件的環向部 分上施加固定不變的切向張緊力。在相應環向部分中的固定不變的良好密封因而可被實 現，使得環向密封件在力聯接點的區域中和沿限定的環向部分被更好地壓靠或作用於轉 子。由於切向作用在力聯接點的至少一側上的張緊力(該張緊力在壓力的情況下被相應地 施加)，環向密封件的曲形環向部分被更強烈地壓靠轉子。特別優選的是，以分布方式設置 在環向密封件的周界上的所有杆同時向環向密封件上施加張緊力。因此，在轉子的整個周 界上密封可被決定性地改善。因例如變化的熱膨脹而導致的轉子的任何徑向不平衡可被環 向密封件補償。 為了產生該張緊力，特別提供一種機械彈簧裝置，通過該機械彈簧裝置杆以強制 方式被連接在其遠離環向密封件的端部。這種機械彈簧裝置是特別有利的，因為其如上所 述的那樣積極地支持密封件的功能。彈簧裝置的彈簧將固定不變的張緊力分別施加在杆 上，以及環向密封件的有關環向部分上，並同時允許杆或者環向密封件的環向部分的徑向 和/或切向運動，以補償轉子的徑向不平衡或者跟隨該徑向不平衡。特別提供的是，彈簧裝 置的張緊力例如通過改變彈簧張力預負載而是各個可調節的。如果環向密封件由各個單獨 的環向區段組成，至少一個特別是僅一個杆和一個有關的彈簧裝置優選提供用於每個環向 區段。類似地，還可以通過彈簧裝置在環向密封件上施加壓力。 進一步優選的是，杆和/或彈簧裝置被布置為基本完全地在熱交換器的殼體內。 基本意味著可以從殼體的外側接觸到杆和/或彈簧裝置，以允許例如調節、檢測或維護該 杆和/或彈簧裝置。 進一步的改進方案提供的是，至少一個杆被布置為沿其軸向是曲形和/或曲柄形 並優選是雙曲柄的。這樣，這種杆可被引導圍繞結構障礙物，或者能夠被調節為具有轉子的 環向曲率，以最小化空間需求。 另一進一步的改進方案提供的是，沿徑向突出到外側的至少一個環向邊緣被布置 在轉子的環向護罩的外表面或外側，環向密封件或環向密封件的至少一個環向部分安置或 壓靠在其上。優選提供的是，該環向邊緣完全圍住轉子。環向密封件因而被布置在更為有 利的熱區域。 根據優選的進一步的改進方案提供的是，環向邊緣的徑向向外設置的表面被布置 為單獨的磨損保護部。這允許該摩擦表面的簡單更換，使該環向邊緣進一步改進了可維護 性。這種磨損保護部可優選地為環形環向金屬表面，特別由特種鋼製成，其被特別地螺紋旋 至環向邊緣上。磨損保護部也可優選地由陶瓷材料製成。 進一步優選的是，根據本發明的熱交換器與上述提及的吸入系統或密封氣體系統 組合在一起。如果密封氣體系統用於組合，則環向密封件上的密封氣體量在根據本發明的 熱交換器中相對於現有技術中所需的密封氣體量減小到約20%。這導致較小的密封氣體風 扇和/或較小的密封氣體線路。


以下結合附圖闡釋本發明的多個優選實施例。各個實施例及其可替換實施例的特 徵為本發明的通用特徵，因此可轉移到其它實施例。附圖如下
圖1示出根據本發明的熱交換器的實施例的俯視圖；
圖2示出根據本發明圖1的熱交換器的放大剖視圖； 圖3示出根據本發明圖2運行(progression)的熱交換器的兩個局的剖視圖；
圖4示出根據圖1熱交換器的俯視圖的略微修改的實施例的放大剖視圖；以及
圖5示出根據圖4截面運行的上環向密封件的暴露的局部側視圖。
具體實施例方式
圖1示出根據本發明的熱交換器實施例的俯視圖。該熱交換器包括轉子l，該轉子 1的上工作面側(8a ;參照圖3)被示出。所述轉子1包括環向或外側護罩2和區段3。轉 子1以可旋轉的方式被保持為圍繞位於殼體5中的由箭頭所示的中心軸線4，殼體5在此僅 被示出一部分。橋6延伸越過轉子1的上工作面側8a，該橋將通過轉子1右側區域的氣體 體積流動與轉子1左側的氣體體積流動分隔，其中徑向密封件被布置在其面向轉子1的底 側上，這可防止這些氣體體積流動之間的短路體積流動。區段彈性的環向密封件7從外側 沿徑向安置在轉子l的環向護罩2上，該密封件完全圍住轉子1。在所示實施例中，環向密 封件7易受由8個杆9通過各自的一個彈簧裝置10施加的切向張緊力的影響。杆9的力 聯接點或力施加點以相同的環向距離被布置在轉子1的圓周或環向密封件7上。杆9和彈 簧裝置IO被同樣布置。施加到環向密封件7的張緊力的作用與轉子1的旋轉方向相反。
圖2示出根據圖1中由Z標記的區域的熱交換器的環向護罩2的放大剖視圖。該 放大圖清晰地示出在轉子1的環向護罩2與環向密封件7之間僅提供有最小間隙，通過該 環向密封件可基本防止洩漏體積流動。由彈簧裝置10提供的張緊力通過杆9作用在環向 密封件7上的力聯接點11上，使得環向密封件7在力聯接點11處沿轉子1的旋轉方向的 反向受拉。(如上已經闡釋的那樣，壓力也可在力聯接點11處被引入到環向密封件7，該壓 力於是沿轉子的旋轉方向作用。)該張緊力確保，環向密封件7的位於力聯接點11沿轉子 旋轉方向的下遊的部分被更大的力擠壓或作用而抵靠轉子l的環向護罩2。對該現象的反 應是，環向密封件7的該部分被旋轉中的轉子1沿徑向向外側擠壓，導致的結果是環向密封 件的位於聯接點11沿轉子1旋轉方向的上遊的部分被更大的力擠壓而抵靠轉子1的環向 護罩2。該效果被環向密封件7的區段彈性構造增強。 圖2的放大圖還非常清晰地示出杆9和彈簧裝置10均基本布置在殼體5內。
還需要再次明確確定的是各個杆可既受張力又受壓力，使得力聯接點11處的環 向密封件7可沿相對於轉子1的兩個方向(轉子1的旋轉方向和轉子1的旋轉方向的反 向)準重新定位。該重新定位可選擇性地出現在一個單獨的力聯接點11處或者以相同或 不同的力同時出現在所有力聯接點11處。 圖3示出根據圖2的截面A-A運行的熱交換器的兩個局部剖視圖。該附圖對應於 熱交換器或轉子1的截面側視圖。圖3的上部視圖示出轉子1的上工作面側8a的區域，圖 3的下部視圖示出轉子1的下工作面側8b的區域。轉子1的這兩個區域之間的中部截面被省略。沿徑向突出到外側的迴轉環向邊緣14a被布置在環向護罩2上處於近似轉子1的上 工作面側8a的高度處。所述環向邊緣14a向上近似終止於上工作面側8a。沿徑向設置在 外側的磨損保護部15a被螺紋旋到環向邊緣14a上，其可例如由環向或區段式專用鋼板環 或陶瓷區段形成。根據上述的這種上環向密封件7a以密封的方式從外側徑向安置在旋轉 中的環向護罩2上。環向密封件7a通過支撐部或保持部16a保持或固定在殼體5上，該支 撐部或保持部從構造的角度看相對簡單。以上敘述的內容應該以類似的方式應用於圖3的 下部視圖的下工作面側8b的區域，相同的部件由加有後綴"b"的附圖標記表示。
圖4示出根據圖1的轉子1的俯視圖的略微修改實施例的俯視圖。該視圖近似對 應於圖2的視圖。轉子1也包括具有環向邊緣14和磨損保護部15的環向護罩2。環向密 封件7以密封的方式從外側沿徑向安置在轉子1的環向護罩2上，更具體而言是安置在磨 損保護部15上。如上所述，環向密封件7通過彈簧裝置10和杆9在所示力聯接點11處受 切向張緊力的影響，通過彈簧裝置10和杆9，環向密封件7在聯接點11的區域中被更強烈 地擠壓抵靠轉子1的環向護罩2，如上所述的那樣。固定裝置17提供在力聯接點11上，該 固定裝置被機械地夾持在環向密封件7上(其清晰地示於圖5的視圖中)。彈簧裝置10的 巻簧的彈簧預緊力通過壓力板和螺紋柄與螺母可改變或可調節，如所示的那樣。也可替換 地使用其它彈簧，特別是液壓和/或氣動彈簧。而且，壓力也可通過彈簧的另一機構施加在 杆9上。如所示，杆9被布置為沿其縱向在彈簧裝置10與夾持裝置17之間有雙曲柄，使得 杆9能夠被引導圍繞其延伸區域中的其它部件。可替換地，還可以提供具有曲部或至少一 個曲形部分的杆9。 杆9的軸向長度在尺寸上使得其能夠被引導到殼體5的內部區域之外，這與以上 的敘述不同。彈簧裝置10被基本布置在殼體5的外側，從而有利於其可調節性和可維護性。 殼體的密封在該情況下更為複雜。 圖5示出固定裝置和夾持裝置17的側視圖，為此，根據圖4的截面B-B運行的殼 體5以暴露方式被示出。示出杆9的面向環向密封件7的端部91的鉤形構造，以形成與夾 持裝置17的簡單的可拆卸連接。所示連接特別適用於將切向張緊力從杆9傳遞到夾持裝 置17。
權利要求
一種熱交換器，特別是再生熱交換器，包括被布置作為轉子(1)的蓄熱器，所述轉子(1)圍繞中心旋轉軸線(4)能旋轉地被保持，並將通過所述轉子(1)的至少一個氣體體積流動的熱能傳遞到通過所述轉子(1)的至少另一個氣體體積流動；至少一個環向密封件(7)，其密封所述轉子(1)的周界，所述環向密封件(7)從外側以密封的方式安置在所述轉子(1)的環向護罩(2)上，優選位於所述轉子(1)的一個工作面側(8a，8b)的區域中，其中所述環向密封件(7)被布置為在區段中是彈性的，其特徵在於，所述區段彈性的環向密封件(7)通過若干切向作用杆(9)能夠被調節，所述杆(9)的每一個單獨地向所述環向密封件(7)的限定的環向部分上施加限定的張緊力和/或壓力。
2. 如權利要求l所述的熱交換器，其特徵在於，固定裝置，特別是夾持裝置(17)，被布 置在所述環向密封件(7)的限定點處，以聯接杆(9)與所述環向密封件(7)之間的力。
3. 如權利要求2所述的熱交換器，其特徵在於，所述杆(9)中的至少一個以鉤形方式布 置其面向所述環向密封件(7)的端部，以能夠接合至所述固定裝置上的對應眼部。
4. 如前述權利要求任一項所述的熱交換器，其特徵在於，所述杆(9)中的至少一個被 彈簧力固定不變地加載，以向所述環向密封件(7)的環向部分施加固定不變的切向張緊 力。
5. 如權利要求4所述的熱交換器，其特徵在於，為了產生所述張緊力，提供機械彈簧裝 置(IO)，所述杆(9)的遠離所述環向密封件(7)的端部被連接到所述機械彈簧裝置。
6. 如權利要求l和/或5所述的熱交換器，其特徵在於，所述杆(9)和/或所述彈簧裝 置(10)被布置為基本完全位於所述熱交換器的殼體(5)內。
7. 如前述權利要求任一項所述的熱交換器，其特徵在於，所述杆(9)中的至少一個被 布置為沿軸向為曲形或曲柄方式，並優選地布置為雙曲柄方式。
8. 如前述權利要求任一項所述的熱交換器，其特徵在於，至少一個沿徑向向外突出的 環向邊緣(14)被布置在所述轉子(1)的所述環向護罩(2)的外側，所述環向密封件(7)或 所述環向密封件(7)的至少一個環向部分安置在所述環向邊緣(14)。
9. 如權利要求8所述的熱交換器，其特徵在於，沿徑向設置在所述外側的所述環向邊 緣(14)的表面被布置為單獨的磨損保護部(15)。
全文摘要
本發明涉及一種熱交換器，特別是再生熱交換器，包括被布置作為轉子的蓄熱器，所述轉子圍繞中心旋轉軸線能旋轉地被保持，並將通過所述轉子的至少一個氣體體積流動的熱能傳遞到通過所述轉子的至少另一個氣體體積流動。該熱交換器還包括至少一個環向密封件，其密封所述轉子的周界。為了改善熱交換器的密封，所述環向密封件從外側以密封的方式安置在所述轉子的環向護罩上，優選位於所述轉子的一個工作面側的區域中，其中所述環向密封件被布置為在區段中是彈性的。
文檔編號F28D20/00GK101726206SQ200910179600
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月14日 優先權日2008年10月14日
發明者埃裡克·波恩, 海因茨-甘特爾·拉茨 申請人:巴爾克有限公司