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Verfahren zur Herstellung von hochwärmefesten Drehspeichern für Drehspeicherwärmetauscher
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochwärmefesten Drehspeichern
für Drehspeicherwärmetauscher, bei denen eine Anzahl mit Umfangsabstand um die Drehachse
angeordneter, sektorförmig ausgebildeter Einheiten aus einem in axialer Richtung
durchlässigen wärmespeichernden keramischen Material in einem von einem zylindrischen
Mantel und sich radial nach einwärts zu einer Nabe erstreckenden Trennwänden gebildeten
Tragkörper aus keramischem Material eingeschlossen sind.
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Für Betriebstemperaturen, die oberhalb des Arbeitsbereichs von Stahl
oder Stahllegierungen liegen, wie sie beispielsweise in Verbindung mit Siemens-Martin-Öfen
und Koksöfen auftreten, ist es erforderlich, keramische Materialien für die wärmespeichernde
Füllmasse der Drehspeicher wie in gewissem Umfang auch für das tragende Speichergerüst
zu verwenden. Der größte Teil der hierfür in Betracht kommenden Materialien ist
verhältnismäßig spröde und bruchempfindlich, wenn er wechselnden Beanspruchungen
unterworfen wird, wie sie durch die unterschiedlichen Temperaturen während der Drehung
des Speichers zwangläufig auftreten.
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Es sind bereits zahlreiche Anstrengungen gemacht worden, um eine hierdurch
bedingte Zerstörung der Drehspeicher ganz zu verhindern oder aber ihren Umfang wenigstens
zu vermindern, ohne den Speicheraufbau und seine Wirkungsweise nachteilig zu beeinflussen.
Die dazu getroffenen Maßnahmen haben sich jedoch als unwirtschaftlich erwiesen oder
nicht den erwünschten Erfolg gebracht.
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So ist bei einem Drehspeicherwärmetauscher für extrem hohe Temperaturen
vorgeschlagen worden, den Drehspeicher wie auch das Gehäuse axial zu unterteilen,
wobei der dem Einlaß des heißen Gases und dem Auslaß des erwärmten Gases zugekehrte
Teil aus feuerfestem keramischem Material besteht, während der dem Auslaß des abgekühlten
wärmeaufnehmenden Gases und dem Einlaß des kalten wärmeabgebenden Gases zugekehrte
Teil aus metallischem Material gebildet ist. Wird ein solcher Drehspeicherwärmetauscher
mit vertikaler Achse gebaut, so besteht der untere axiale Teil aus einem drehbar
gelagerten Plattenrahmenwerk aus Metall mit Nabe, Felge, Speichen und Querwänden
mit nach oben ragenden Verlängerungen, die als Führungen für dazwischen eingesetzte
Wände aus feuerfestem keramischem Material dienen. Zwischen diese Wände sind im
oberen Teil Speicherelemente in Form von feuerfesten keramischen Rohren eingesetzt.
Der Aufbau eines solchen Drehspeichers ist außerordentlich 2 aufwendig, und bei
dichter Packung der Rohre bleibt die Gefahr von Brüchen bei ihrer Ausdehnung unter
hohen Temperaturen bestehen, während bei loser Packung unerwünschte Nebenwege für
die durchtretenden - Gase mit verhältnismäßig geringem Strömungswiderstand entstehen,
durch welche der Wirkungsgrad für die Wärmeübertragung erheblich herabgesetzt wird.
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Es ist auch bereits bekannt, in sektorförmige Abschnitte eines Drehspeichergestells
kompakte Füllmaterialblöcke aus Metall oder Keramik mit axialen Durchströmkanälen
einzubetten. Solche Blöcke werden dann durch besondere Verriegelungselemente in
ihrer Lage gehalten. Auch dieser Aufbau ist aufwendig, und die Berücksichtigung
der Wärmeausdehnung führt zu Spalten zwischen den Blöcken und den Kammerwänden,
durch welche unerwünschte Leckströmungen hindurchtreten können.
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Bei Regeneratoren für Heißgasmaschinen ist es auch bekannt, zwischen
einer umgebenden Stützwand und der aus Drahtgazeschichten gebildeten Füllung eine
Schicht aus organischem oder keramischem Material anzuordnen, das nach Einbettung
der Drahtgazeschichten in eine Lehre in flüssigem oder plastischem Zustand eingefüllt
wird und dann aushärtet, wonach die Lehre durch die endgültige Stützwand ersetzt
wird. Eine solche Ausfüllung des Spaltes zwischen Stützwand und Füllung ist dort
möglich, da einmal die Temperaturen und Abmessungen solcher Regeneratoren verhältnismäßig
niedrig liegen und zum anderen die aus Drahtgaze gebildete Füllung die thermischen
Ausdehnungen des Drahtes in sich aufnimmt, ohne Sprengkräfte zu erzeugen.
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Bei Drehspeichern aus fortlaufend aufgewickelten länglichen Streifen
von Sieben- oder gelochten Blechen
ist es auch bekannt, die Trennung
der einzelnen Sektorabschnitte in Umfangsrichtung durch auf die Schichten in Achsrichtung
aufgetragene Streifen aus einer plastischen oder elastischen Masse vorzunehmen.
Die dadurch gebildeten Zwischenwände setzen sich somit aus einer Anzahl sich radial
überdeckender Trennstreifen zusammen. Eine derartige Maßnahme ist natürlich nur
dann anwendbar, wenn die Drehspeicher aus aufwickelbarem oder aufschichtbarem Material
hergestellt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten
Art zu schaffen, durch welche die Nachteile der zuerst genannten Drehspeicher mit
Füllmassen aus keramischem Material vermieden werden und Drehspeicher geschaffen
werden, die bei einfachem Aufbau hohen wechselnden Temperaturen ohne ernsthafte
Bruchgefahr standzuhalten vermögen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch
gelöst, daß die in an sich bekannter Weise aus einem Stück bestehenden Einheiten
an den undurchlässigen Seiten mit einer Packung aus nachgiebigem keramischem Material
beschichtet und in ihrer endgültigen Lage innerhalb einer Ringform mit Abstand zu
dieser und gegenseitigem Abstand angeordnet werden, woraufhin sie in dieser durch
Eingießen eines schmelzbaren und beim Trocknen erstarrenden keramischen Materials
miteinander nachgiebig verbunden werden und schließlich die Ringform entfernt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch einen
Drehspeicherwärmetauscher, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt
ist, F i g. 2 einen Schnitt durch den Drehspeicher nach Linie 2-2 in F i g.1 und
F i g. 3 einen Radialschnitt durch den Drehspeicher nach Linie 3-3 in F i g. 2.
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In der Zeichnung führt der zylindrische Mantel 8 eines Drehspeichers
10 eine Masse aus axial durchlässigem wärmespeicherndem Material abwechselnd durch
eine axial gerichtete Strömung eines Heizmediums und eine entgegengesetzt gerichtete
axiale Strömung eines zu beheizenden Mediums. Der Drehspeicher 10 liegt auf
dem ringförmigen Umfang eines metallischen Läuferkörpers 12 auf, der am kalten unteren
Ende des Drehspeichers angeordnet ist, wo die zerstörenden Wirkungen der Korrosion
und der hohen Temperatur am kleinsten sind. Der Läuferkörper 12 wird seinerseits
von einem Drehzapfen 14
getragen, der von einem Lager 16 abgestützt und von
einer geeigneten Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) um seine Achse gedreht
wird.
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Der Drehspeicher 10 ist am Umfang von einem feststehenden Gehäuse
umgeben, das ein keramisches Futter 22 innerhalb eines Stahlgehäuses
24 aufweist. Der ringförmige Raum dazwischen ist mit einer Isolierschicht
26 aus nachgiebigem keramischem Fasermaterial ausgefüllt.
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Das feststehende Gehäuse weist an den entgegengesetzten Stirnseiten
keramische End- oder Sektorplatten 32 und 34 mit Öffnungen 33 und 35 auf, die den
Durchfluß des Heizmediums und des zu beheizenden Mediums in den Drehspeicher und
durch das darin enthaltene wärmespeichernde Material ermöglichen. Eine keramische
Abdichtplatte 37 mit einem ringförmigen Rand, der mit einem Nabenteil durch radiale
Speichen verbunden ist, die mit den Teilungen zwischen den Blöcken des Drehspeichers
übereinstimmen, wird drehbar am oberen Ende der Nabe 19 gehalten. Die Abdichtplatte
ergibt eine schwimmende Abdichtfläche, die sich selbst auf die Ebene der benachbarten
Sektorplatte einstellt, tun eine axiale Deformierung oder Fehlausrichtung des Drehspeichers
auszugleichen. Eine nachgiebige Packung aus faserigem keramischem Material wird
zwischen die nichtdurchbrochene Fläche der Abdichtplatte 37 und die benachbarte
Kante des Drehspeichers eingesetzt, so daß eine Abdichtschicht entsteht, die sich
ausdehnt oder zusammenzieht, um in entsprechender Weise den sich ändernden Raum
zwischen relativ zueinander beweglichen Elementen auszufüllen und dadurch den Durchfluß
des Mediums zu sperren.
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Die Grundelemente des Drehspeichers bestehen aus Blöcken 42 aus keramischem
wärmespeicherndem Material mit einer Vielzahl von Durchflußwegen, die die beiden
Medien hindurchtreten lassen. Jeder derartige Block 42 ist im wesentlichen
sektorförmig ausgebildet, so daß eine Anzahl solcher Blöcke um eine Achse mit Radialabstand
angeordnet werden kann, wodurch sich auch Umfangsabstände zwischen benachbarten
Blöcken ergeben. Jeder Sektorblock 42 ist an den radialen Seiten und an der gewölbten
Umfangfläche mit einer Packung 48 aus nachgiebigem keramischem Material bedeckt.
Die Packung muß eine Dicke aufweisen, die größer ist als die maximale Ausdehnung
eines Segmentblocks, wenn dieser innerhalb des Betriebstemperaturbereichs erhitzt
wird.
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Nachdem die Sektorblöcke 42 in der vorgeschriebenen Weise angeordnet
und mit nachgiebigen Packungen umhüllt sind, werden sie von einer (nicht dargestellten)
Ringform derart umgeben, daß ein ringförmiger Zwischenraum zwischen der bogenförmigen
Außenfläche der Sektorblöcke und der Ringform entsteht, der mit den radialen Zwischenräumen
zwischen den einander benachbarten Sektorblöcken in Verbindung steht. Im Anschluß
daran wird gießbares keramisches Material, das beim Trocknen erhärtet, in die Zwischenräume
zwischen den Blöcken, der Nabe 19 und der Ringform eingegossen, wodurch der ringförmige
Mantel 8 und die mit diesem und untereinander fest verbundenen radialen Trennwände
46 entstehen. Wegen des anfangs flüssigen Zustandes beim Eingießen dringt das gießbare
keramische Material in die Vertiefungen in der äußeren Fläche der keramischen Packung
4$ ein, umgibt die Sektorblöcke und erfaßt dann beint Trocknen die benachbarten
Fasern der Packungen und hält sie und die eingeschlossenen Sektorblöcke 42 fest.
Der Druck des flüssigen gießbaren Materials preßt beim Gießen die nachgiebige Packung
in die Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche der eingeschlossenen Sektorblöcke und
hält diese um so sicherer, so daß insgesamt eine wirksame Verbindung aller Teile
entsteht, die verhindert, daß eines der beiden Medien zwischen den Sektorblöcken
und der diese umgebende keramische Umhüllung strömen kann.
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Wenn das Gießmaterial infolge der Trocknung erstarrt und ausgehärtet
ist, kann der Drehspeicher aus der Ringform als ein Stück herausgenommen werden,
das aus einer Anzahl von unabhängigen sektorförmigen Blöcken 42 besteht, welche
fest, aber doch so
nachgiebig in ihrer Lage gehalten werden, daß
die einzelnen Blöcke sich frei in jeder Richtung ausdehnen oder zusammenziehen können,
ohne daß die umgebende keramische Umhüllung nachteilig beeinflußt wird.
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Die Stirnkanten der radialen Trennwände 46 und des ringförmigen Mantels
8 können plan bearbeitet werden, so daß sie eine glatte Abdichtfläche ergeben, die
gegen die ebene Fläche eines benachbarten feststehenden Gehäuseteils dichtet und
damit jeden Durchfluß von Medium auf einen Kleinstwert herabsetzt.
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Ein in dieser Weise hergestellter Drehspeicher ergibt Nachgiebigkeit
im Betrieb gegenüber den wechselnden thermischen Beanspruchungen, ist einfach und
wirtschaftlich herstellbar und bildet damit eine wesentliche Verbesserung.