DE2929046C2 - Dichtungsanordnung für einen regenerativen Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art

Eine solche Dichtungsanordnung ist durch die US-PS 37 73 105 bekannt.

Bei dieser Dichtungsanordnung besteht das Andruckglied aus einem Paar flacher Platten, die parallel und im
des Roter i steht und die beiden Strömungskammern 20 Abstand zueinander angeordnet sind. Die eine der Plat-

voneinaiKicr abdichtet, wobei ein elastisches, im wesentlichen parallel zu der Stirnfläche des Rotors angeordnetes Andruckglied mit seinem einen Endabschnitt an dem Gehäuse befestigt und mit seinem anderen Endabschnitt das Dichtungselement mit Hilfe des in der Hochdruck-Strömungskammer herrschenden Gasdruckes gegen die Stirnfläche des Rotors drückt, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckglied (68; 68'; 68") als eine flache Andruckplatte ausgebildet ist. wobei mindestens ein Teilabsch^fi der dem Ringraum (36) der Hochdruck-Strömungskammer (36) zugewandten Außenfläche der Andrückplatte von dem dort herrschenden Druck beaufschlagt ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch ein federndes Hilfsdichtungselemcnt (64), das am Dichtungselement (60) /wischen Dichtungselement und Andruckglicd (68; 68'; 68") befestigt ist. so daß das Andmckglied (68; 68'; 68") in elastischer Andruckberührung mit der Außenfläche des Hilfsdichtungsdemcnts(64) steht.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsdichtungsclcmcnt (64) an seinem dem Andruckglicd (68; 68') zugewandten Ende einen wulstlörmigen. von der Stirnfläche (24;i) des Rotors (24) weggerichteten Rippenabschnitt (64a,/ aufweist, wobei das Andruckglied (68; 68') in elastischer Andruckberührung mit dem Rippenabschnitt (64aj steht.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprü- ήι ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckglied (68; 68'; 68") aus mehreren Segmenten (68a, 686, 68c: 68</. 68Cj gebildet ist. die jeweils aus elastischem Metallblech bestehen, wobei die Segmente (68a, 68b. 68c; 68c/,68cjdichl übereinandcrgc- v> legt sind und Längskanten aufweisen, die geschichtet und aufeinanderfolgend in Berührung mit dem HiIFsdichtungselement (64) angeordnet sind.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4. dadurch

ten ist fest mit dem Dichtungselement verbunden, die andere Platte ist fest am Flansch des Gehäuseteil angeschweißt und beide Platten sind miteinander über einen starren Haltering verbunden, der jeweils mit den Platten verschweißt ist. Der hohe Druck der Hochdruck-Strömungskammer gelangt in den Zwischenraum zwischen den Platten und bi'^gt diese dadurch auseinander, so daß das Dichtungselement gegen die Stirnfläche des Wärmeaustauschers gedrückt wird. Das Andruckgiied der jo bekannten Dichtungsanordnung hat daher einen relativ komplizierten Aufbau und besteht aus mehreren Teilen, die miteinander durch Schweißen verbunden sind, wodurch sich eine hohe Bruchgefahr ergibt. Außerdem wird der hohe Druck der Hochdruck-Strömungskamj^r> mer für die Dichtungszwecke nicht besonders wirksam ausgenutzt, da das Andruckglied an dem Dichtungselement starr befestigt ist, wodurch die Gesamtstruktur des Andruckglicds nicht besonders elastisch ist. Es ist daher auch schwierig, die Lage dr*. Dichtungselementes in bezug auf die Stirnfläche des Wärmeaustauschers einzustellen bzw. nachzustellen, wenn das Dichtungselement /. B. infolge Verschleiß dünner wird.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Dichtungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß das Andruckglied konstruktiv einfacher ist, eine höhere Lebensdauer hat und die Abdichtung zwischen Dichtungselement und Wärmeaustauscher auch nach langen Betriebszeiten noch optimal sicherstellt.

Bei einer Dichtungsanordnung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung benutzte flache Andruckglied ist zwischen dem Dichtungselement und dem Gehäuse so angeordnet, daß das Andruckglicd unter der Wirkung des hohen Druckes der Hochdruek-Strömungskammer nur leicht gebogen wird, ohne daß sich Kräfte- oder Spannungsspitzen an irgendwelchen Teilen innerhalb des Andruckglieds er-

gekennzeichnet, daß die Segmente (68c/. fßc) aus ei- wi geben, wodurch die Bruchgefahr erheblich vermindert üem inneren (68</;und einem äußeren (68c;Segnient ist. Da das Andruckglicd nur an einem Ende an dem gebildet sind, wobei das mindestens teilweise dem Gehäuse befestigt isl, wahrend sein anderes Ende als Druck der Hochdruck-Strömungskainmer (36) aus- freies linde elastisch gegen das Dichtungselement gegesetzte äußere(68c;der Segmente(68(/.68CjPeIfO- drückt wird, ist auch der hohe Gasdruck der Hochrierungcii (84) aufweist, die über einem Bereich vcr- >,-> drtick-Ströimingskummcr zum optimalen Beibehalten teilt sind, der mit dem inneren Segment (6Sd) in Be- der Abdichtung wirksamer auszunutzen,
rührung steht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den 6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5. dadurch I Inicranspriichcn angegeben.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen xeigt

Fig. 1 einen Schnitt einer Dichtungsanordnung bei einem regenerativen Wärmeaustauscher einer Gasturbine,

Fig.2 die Einzelheit II gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Fig.3 einen Teilschnitt einer abgeänderten Ausfiihrungsform des Andruckgliedes gemäß F i g. 2.

Fig.4 einen Scnnitt eines anderen Ausführungsbcispiels der Dichtungsanordnung mit einem aus drei Segmenten gebildeten Andruckglied.

Der regenerative Wärmeaustauscher umfaßt ein Gehäuse 2Z in dem ein Rotor 24 fest auf einer Antriebswelle angeordnet ist und einer kalten und heißen Seite zugeordnete Stirnflächen 24a und 24b aufweist. Die Antriebswelle für den regenerativen Rotor 24 ist drehbar im Gehäuse 22 gelagert und wird üblicherweise von einer nicht dargestellten Kompressorantriebswelle angetrieben. Der regenerative Rotor 24 weist eine vielzellige Matrixstruktur mit einer Vielzahl von Poren oder feinen Kanälen auf, die sich parallel zur Drehachse erstrecken und an den gegenüberliegenden Stirnflächen offen sind. Das Gehäuse 22 umfaßt eine Kaltluft-Bnlaßkammer 26, die mit einer Auslaßkammer 28 für vorgewärmte Luft verbunden ist und an einer halbkreisförmigen Hälfte der die heiße Seite bildenden Stirnfläche 246 des Rotors 24 angrenzt, sowie eine Einlaßkammer 30 für heißes Abgas, die an mindestens einen Abschnitt der anderen halbkreisförmigen Hälfte der die heiße Seite bildenden Stirnfläche 24b des Rotors 24 angrenzt. Die Einlaßkammer 30 ist mit einer Auslaßkammer 32. die an die andere halbkreisförmige Hälfte der die kalte Seile bildenden Stirnfläche 24a angrenzt, für gekühltes Abgas strömungsmäßig verbunden. Die Kaltluft-Einlaßkammer 26 ist mit einem nicht dargestellten Luftkompressor über einen Druckluft-Leitungskanal 34 verbunden, so daß komprimierte Luft durch die Kanäle im Rotor 24 zur Auslaßkammer 28 für vorgewärmte Luft hindurchgeleitet wird. Pie Einlaßkammer 30 des als Rotor 24 ausgebildeten Wärmeaustauschers für heißes Abgas steht in ständiger Verbindung mit dem Abgasauslaß einer nicht dargestellten Leisuingsturbine. so daß Abgase mit hoher Temperatur und hohem Druck zur Auslaßkarnmer 32 hin durch den Rotor 24 hindurchgeleitei werden. Das Gehäuse 22 weist ferner-i inen Ringraum 36 auf. der die äußere Umfangsfläche des Rotors 24 umgibt und teilweise durch eine an dem Gehäuse 22 angeordnetes Trennungsteil 38 gebildet ist. Der Ringraum 36 ist zur Kaltluft-Einl^Okammer 26 hin offen oder ist mit dem Luftkompressor verbunden, so daß komprimierte Luft durch die damit als Hochdruck-Strömungskammern wirkenden Kammern 26 und 28 hindurchgcleitet wird und teilweise in dem Ringraum 36 wirksam ist.

Die kalte und heiße Seite des Rotors 24 weist zwei Dichtungsanordnungen 40 und 42 auf. Die Dichtungsanordnung 42 ist fest am Gehäuse 22 angebracht und umfaßt einen ringförmigen äußeren Streifcnabschnitl. der einen äußeren Umgangsabschnitt der Stirnfläche 24b des Rotors 24 berührt, und zwei radiale Streifenabschnitte (nicht gezeigt), die sich radial vom ringförmigen Streifenabschnitt aus nach innen erstrecken und miteinander durch einen ringförmigen inneren Streifenabschnitt verbunden sind, der einen Mittehibschniti der Stirnfläche 24£> berührt. Die radialen Streifcnabschnitie sind so angeordnet, daß ix; mit den entsprechenden Schnittflächen der Auslaßkammer 28 b/.w. der Einlaßkammcr 30 im Gehäuse 22 übereinstimmen.

Andererseils ist die Dichtungsanordnung 40 an der kalten Seite des Rotors 24 elastisch an die Stirnfläche 24a angedrückt, so daß eine Abnutzung der Dichtungsanordnungen 40 und 42 automatisch durch eine elastische Verformung oder Verlagerung der an der kalten Seite angeordneten Dichtungsanordnung 40 in axialer Richtung des Rotors 24 ausgeglichen wird. Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist die Dichiungsanordnung 40 halbkreisförmig oder sektorförmig ausgebildet und stimmt mit der halbkreisförmigen oder sektorförmigcn Hälfte des Rotors 24 im wesentlichen überein.

Beim Betrieb der Gasturbine wirkt ein Differenzdruck quer über die Dichtungsanordnung 40 infolge der unter hohem Druck stehenden Luft in dem Ringraum 36 und der Niederdruck-Abgase in der Auslaßkammer32.

Die in F i g. 2 gezeigte Dichtungsanordnung 40 umfaßt ein feststehendes Stützteil 58 mit L-förmigem Querschnitt aus einem flachen Bodenwandabschnitt, der fest an einem Oberflächenabschnitt 22,-> des Gehäuses 22 befestigt ist. sowie aus einem innerer;: teitenwandabschniti. der zur Stirnfläche 24a vorspringt. Ein Dichtungselement 60, das aus Keramik oder einer geeigneten Keramikmasse gebildet ist und einen rechteckigen Querschnitt aufweist, ist teilweise in einer flachen Nut eines Dichiungshalteieils 62 aufgenommen. Ein nachgiebiges bzw. federfähiges Hilfsdichtungselement 64 mit einem vorspringenden Rippenabschnitt 64a, das beispielsweise aus Gummi gebildet ist, ist dicht an der FIaehen äußeren Stirnfläche des Dichtungshalleteils 62 durch mehrere Schrauben 66 befestigt. Die Schrauben 86 sind durch einen flachen Abschnitt des Hilfsdichtungsclements 64 hindurch in das Dichtungshalteteil 62 eingeschraubt, so daß der Rippenabschnitt 64a sich

ij längs des inneren Umfangsenoes oder seitlichen Endes des Hilfsdichtungseloments 64 erstreckt und zum Oberflächenabschnitt 22a des Gehäuses 22 vorspringt. Der . Rippenabschnitt 64a des Hilfsdichtungselements 64 ist mit Abstand vom Seitenwandabschnitt des festen Stütz-

4(i teils 58 angeordnet. Ein im wesentlichen flaches Andruckjr'ied 68, das aus einem elastischen Plattenmaterial wie etwa einem Fcderstahl gebildet ist. ist am Bodenwandabschnitt des .Stützteils 53 befestigt und erstreckt sich von der äußeren Oberfläche des Seitenwandabschnittes des Stüt/.ieils 58 fort und im weseutlichen parallel zur flachen äußeren Fläche des Dichtungshalteteils 62. so daß es den Rippenabschnitt 64a des Hilfsdichtungselcmcnls 64 berührt. Das Andruckglied 68 ist mit mehreren Schrauben 70 am Bodenwandabschnitt des

^r)0 Slülzteils 58 angeschraubt. Ein flaches Klemmteil 72 ist zwischen dem Andruckglied 68 und den Köpfen der Schrauben 70 angeordnet. Das Klemmteil 72 deckt das Andrucknlied 68 dort nicht ab, wo das Andruckglied 68 mit dem Rippenabschnitt 64a des Hilfsdichtungselements 64 in Berührung steht. Die Dichtungsanordnung 40 umfaßt ferner eine Einstelleinrichtung, mit der von Hand die Axiallage des Dichtungseiements60,des Dichtungshaltcteils 62 und des Hilfsdichtungselements 64 in bezug auf das Gehäuse 22 und den Rotor 24 einstellbar

bo ist. Eine derartige Einstelleinrichtung umfaßt mehrere Schraubbolzen 74, die mit Muttern 76 an dem GehAuse 22 und durch Gewindebohrungen hindurchgehend angebracht sind. Die Schraubbolzen 74 erstrecken sich im wesentlichen senkrecht zur äußeren Fläche des Dichte tungshalleteils 62 und stoßen mil ihren jeweiligen vorderen Enden an dc-n flachen Abschniit des Hilfsdichtungselcnicnls 64 an. um die Verlagerung des Dichtungselement 60 und des Hilfsdichtungselements 64 so-

wie des Dichtungshaltetcils 62 von der Stirnfläche 24,7 fort zu begrenzen.

In Fig. 2 ist ferner eine Dichtungsanordnung 42 für die heiße Seite gezeigt, wobei die Anordnung ein Dichtungselement 80, das in seiner Ausbildung ähnlich dem Dichtungselement 60 der Dichtungsanordnung 40 ist und die Stirnfläche 24b berührt, sowie ein Dichtungshalteteil 82 umfaßt. Beim Betrieb der Gasturbine tritt wiederum ein Strömungsmiticl-Differcnzdruck auf, der sowohl auf das Hilfsdichtungsclement 64 als auch auf das Andruckglied 68 wirkt, so daß das Andruckglicd 68 elastisch gegen den Rippcnabschnitt 64.7 des llilfsdiehtungselements 64 angedruckt wird, das dadurch gegen die äußere Fläche des Dichtungshaltetcils 62 angedrückt wird. Das Dichtungselement 60 wird dadurch an die Stirnfläche 24;< gedrückt, wodurch der Rotor gegen das Dichtungselement 80 der Dichtungsanordnung 42 angedrückt wird, solange ein Strömungsmittel-Diffc-

IJtIIiIiUtI riuiiuMnuiiiiiiti

Abgas und dem Ringraum 36 im Gehäuse 22 aufrechterhalten wird. Da ein fortschreitender Abrieb an den Berührungsflächen der Dichtungselemcnte 60 und 80 stattfindet, wird das Andruckglicd 68 sich in Richtung zur Stirnfläche 24a weiterbiegen, wodurch es den Verschließ der Dichtungselement 60 und 80 ausgleicht.

Das Andruckglied 68 ist aus einem flachen Metallblech aufgebaut, das im wesentlichen parallel zur flachen äußeren Flache des Dichtungshalteteils 62 angeordnet ist und keine Schlitze oder Einschnitte aufweist. Durch einen derartigen Aufbau aus einem flachen Metallblech und durch die parallele Anordnung zur äußeren Fläche des Dichtungshalteteils 62 wirkt das Andruckglicd 68 als eine hervorragende Feder, wenn sie an ihrer Außenfläche dem Strömungsmitteldruck ausgesetzt wird. Da keine Schlitze oder Einschnitte vorgesehen sind, hat das Andruckglied 68 keine Leckstellcn und ist frei von örtlichen Spannungen, die /u Rissen führen würden.

Fig.3 zeigt ein Andruckglied 68', das aus drei Segmenten 68a. 686 und 68c besteht. Die Segmente 68a. 68£> und68chaben zueinander unterschiedliche Breiten, welche zum axial innersten der Segmente 68a. 686, 68c zu abnehmen, und haben äußere Umfangskanten oder .Seilenkanten, die eine mehrschichtige Anordnung bilden. Die Segmente 68a. 686 und 68c sind am Stützteil 58 (Fig. 2) befestigt und stehen aufeinanderfolgend mit dem Rippenabschnitt 64;) des Hilfsdichtungselements64 über ihre Seitenkanten in Berührung. Die Segmente 68a. 686 und 68c können miteinander verklebt oder durch eine mechanische Befestigungseinrichtung befestigt sein, oder können einfach übereinandergelegl sein, ohne aneinander befestigt zu sein.

Bei der in Fig.4 gezeigten Dichtungsanordnung ist ein Andruckglied 68" aus einer Anordnung zweier axial innen- und außenliegender Segmente 68c/ und 68c zusammengesetzt. Das innere Segment 68c/ist in der Breite und Dicke kleiner als das äußere Segment 68c. wobei das äußere Segment 68e Perforierungen 84 in seinem äußeren Umfangsendabschnitt oder seitlichen Endabschnitt derart aufweist, daß der Strömungsmitteldruck im Ringraum 36 nicht nur auf die äußere Fläche des äußeren Segments 68e. sondern auch auf die äußere Fläche des inneren Segments 68</durch diese Perforicrungen 84 hindurch wirkt. Das innere und äußere Segment 68c/ und 68e sind längs ihrer inneren Umfangsenden am Stützteil 58 mittels Schraube 70 und Klemmteil 72 wie bei der Dichtungsanordnung 40 gemäß I"ig. 2 befestigt, und stehen mit dem federnden llilfsdichiungselement 64 über den äußeren Seitenkanten des äußeren Segments 68c in Berührung. Das Hilfsdichtungselement 64 hat eine Dicke, die über seine Breite hinweg im wesentlichen gleichmäßig ist. und es ist fest an der flachen ") äußeren Stirnfläche einer Bodenplatte 86 befestigt, die an der äußeren Stirnfläche des Dichtungshalteteils 62 mittels Schrauben 88 befestigt ist. die durch die Bodenplatte 86 hindurch in das Dichtungshalteteil 62 eingeschraubt sind. Die derart aus dem Dichtungselement 60,

ίο dem Dichtungshalteteil 62. dem Hilfsdichtungselement 64 und der Bodenplatte 86 zusammengesetzte Anordnung ist in ihrer Stellung in bezug auf das Gehäuse 22 und den Rotor 24 durch eine Einstelleinrichtung einstellbar, die mehrere Schraubenbolzen 90 umfaßt, die am

r> Gehäuse 22 durch Gewindebohrungen hindurchgehend angebracht und derart angeordnet sind, daß sie senkrecht an ihren jeweiligen vorderen Enden an der äußeren (lache des Segments 68c des Andruckglieds 68' an- • oWI.>.-,»» TV.·· \r\r\nm ^Anmitnl Afl/Yivt Ai'irxnnr ·> 111 .*f»Ki I-

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_>i> del als das äußere Segment 68c. damit das innere Segment 68(/sich rund um die LJmfangskante des Klemmteils 72 herumlcgen kann, wenn das innere Segment 68c/ gezwungen ist, sich zur äußeren Stirnfläche des Dichtungshaltetcils 62 hin anzulegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Dichtungsanordnung für einen regenerativen Wärmeaustauscher, mit einem «um Durchströmen eines Hochdruck- und eines Niederdruckgases im Gegenstrom in eine Hochdruck- und Niederdruck-Strömungskammer aufgeteilten, feststehenden Gehäuse und einem sich quer über die beiden Strömungskammern erstreckenden regenerativen Rotor zum Wärmeaustauschen zwischen den in axialer Richtung durch den Rotor hindurchströnicndcn Gasen, wobei die Hochdruck-Strömungskammer längs des Rotorumfanges einen gegenüber der Niederdruck-Strömungskammer abgeschlossenen Ringraum umfaßt, mit einem im Bereich der Hochdruck-Strömungskammer zwischen dem Rotor und dem Gehäuse angeordneten Dichtungselement, das in Reibberührung mil der zugeordneten Stirnfläche gekennzeichnet, daß das innere Segment (6Sd) dünner ist als das äußere Segment (6Se).

   7. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckgiied (68; 68'; 68") mittels mehrere durch das Andruckglied hindurchgeschraubter Schrauben (70) an dem Gehäuse (22) befestigt ist, wobei ein Klemmteil (72) eng zwischen dem Andruckglied und den Köpfen der Schrauben (70) angeordnet ist.