DE2238140C2 - Rotor of a rotary storage heat exchanger - Google Patents
Rotor of a rotary storage heat exchangerInfo
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Description
6060
Die Erfindung betrifft einen Rotor eines Drehspeicherwärmetauschers, mit einer Nabe und mit stirnseitig offenen und mit wärmespeicherndem Material gefüllten, sektorförmigen Einzelkammem, wobei jede der Einzelkammern an ihrer der Nabe zugewandten Wand mittels Befestigungseinrichtungen mit derThe invention relates to a rotor of a rotary storage heat exchanger, with a hub and with Sector-shaped individual chambers which are open at the ends and filled with heat-storing material, with each of the individual chambers on its wall facing the hub by means of fastening devices with the Nabe an ihren radial verlaufenden Seitenwänden mittels Verbindungseinrichtungen mit den benachbarten Einzelkammem verbunden ist.Hub is connected to its radially extending side walls by means of connecting devices with the adjacent individual chambers.
Derartige Rotoren werden bekanntlich von einem feststehenden Gehäuse mit im Abstand zueinander angeordneten Endplatten umschlossen, die mit Öffnungen zur gleichzeitigen Hindurchleitung eines wärmeabgebenden und eines wärmeaufnehmenden Fluids durch die sektorförmigen Kammern des Rotors in verschiedenen Umfangsbereichen versehen sind.It is known that such rotors are spaced apart from one another by a stationary housing arranged end plates enclosed with openings for the simultaneous passage of a heat-emitting and a heat-absorbing fluid the sector-shaped chambers of the rotor are provided in different circumferential areas.
Drehspeicherwärmetauscher haben einen guten Wirkungsgrad und sind weit verbreitet; der besondere Nutzen Hegt jedoch vornehmlich bei Anwendungsfällen mit verhältnismäßig kleinen Gesamtabmessungen sowie einem Betrieb bei mäßigen Temperaturdifferenzen, wo thermische Deformationen eine untergeordnete Rolle spielen.Rotary storage heat exchangers are highly efficient and widely used; the special one However, it primarily has benefits in applications with relatively small overall dimensions as well an operation at moderate temperature differences, where thermal deformations play a minor role to play.
Bei großen Wärmetauschern und hohen Temperaturen treten demgegenüber beträchtliche thermische Deformationen auf, die es zunehmend schwieriger machen, einen einwandfreien baulichen Zustand des Wärmetauschers aufrecht zu erhalten. Dies ist hauptsächlich dadurch begründet, daß die übermäßigen thermischen Verwerfungen der einzelnen Bauteile zum Reißen oder Brechen der dazwischen befindlichen Schweißverbindungen und damit ggf. dem Ausfall der gesamten Anlagt* führen.In the case of large heat exchangers and high temperatures, on the other hand, there are considerable thermal Deformations that make it increasingly difficult to maintain the structural condition of the To maintain the heat exchanger. This is mainly due to the fact that the excessive thermal distortion of the individual components to tear or break those in between Welded connections and thus possibly the failure of the entire system *.
Zur Oberwindung dieser Schwierigkeiten ist bereits ein Wärmetauscher mit einem aufrechtstehenden Rotor der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem die Einzelkammem, eine jede für sich, am oberen oder kalten Rotorende mit der Nabe verschraubt sind, während sich die unteren Enden der Einzelkammem auf einem Ringflansch am unteren Ende der Rotorsäule abstützen. Im übrigen sind die Einzelkammem mit ihren radialen Seitenwänden durch Verbindungsschrauben miteinander verbunden, so daß sie einen zusammenhängenden ringförmigen Körper bilden, der von dem Ringflansch am unteren Ende d?r Rotorsäule getragen wird.To overcome these difficulties is already a heat exchanger with an upright rotor of the type mentioned is known, in which the Individual chambers, each of which is screwed to the hub at the upper or cold rotor end, while the lower ends of the individual chambers are located on an annular flange at the lower end of the rotor column prop up. In addition, the individual chambers with their radial side walls are secured by connecting screws connected together so that they form a continuous annular body of the Ring flange is carried at the lower end of the rotor column.
Durch diese bekannte Konstruktion soll erreicht werden, daß sich der Rotor am unteren oder heißen Ende in Umfangsrichtung und damit auch radial ausdehnen kann. Die starre Verschraubung der Einzelkammem miteinander sowie mit der Rotorsäule am oberen Ende führt jedoch bei hohen Temperaturen nach wie vor zu erheblichen Beanspruchungskräften, so daß auch hier die Gefahr von Zerstörungen und damit des betrieblichei/ Ausfalls des Wärmetauschers bestehtThis known construction is intended to ensure that the rotor is at the bottom or hot End can expand in the circumferential direction and thus also radially. The rigid screw connection of the However, individual chambers with one another and with the rotor column at the upper end result in high temperatures still to considerable stress forces, so that here too the risk of destruction and thus the operational / failure of the heat exchanger
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und einen Rotor eines Drehspeicherwärmetauschers der eingangs genannten Art zu schaffen, der ohne die Gefahr von Zerstörungen durch thermische Verwerfungen auch in großen Abmessungen und für große Temperaturunterschiede hergestellt werden kann.The object of the invention is to eliminate these difficulties and a rotor a To create rotary storage heat exchanger of the type mentioned without the risk of destruction due to thermal distortions also in large dimensions and for large temperature differences can be produced.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Befestigungseinrichtungen für jede der Einzelkammern als Schwenkgelenke ausgebildet sind und daß die Verbindungseinrichtungen im radial äußeren Bereich der Seitenwände angeordnet sind.According to the invention this object is achieved in that the fastening devices for each of the individual chambers are designed as swivel joints and that the connecting devices are arranged in the radially outer region of the side walls.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Rotors wird verhindert, daß die von einer thermischen Ausdehnung oder Zusammenziehung herrührende Bewegung der Einzelkammern auch auf die benachbarten Einzelkamrnern übertragen wird, so daß unterschiedliche Ausdehnungen oder Zusammenziehen kein Reißen oder Brechen von Schweiß- oder SchraubverbindunEenThe inventive design of the rotor prevents from a thermal Movement of the individual chambers resulting from expansion or contraction also to the neighboring ones Single chambers is transmitted so that different expansions or contractions do not tear or breaking of welded or screwed connections
und damit letztlich ewmu Ausfall des Rotors zur Folge haben können.and thus ultimately ewmu can result in failure of the rotor.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist jedes Schwenkgelenk ein in Umfangsrichtung der Nabe und in Richtung der Längsachse der Nabe ein drehbares Gelenk auf.In an advantageous embodiment of the invention, each swivel joint has one in the circumferential direction of the hub and a rotatable joint in the direction of the longitudinal axis of the hub.
Nach einem anderen Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung sind die Schwenkgelenke mittig zwischen den benachbarten Einzelkammern angeordnet In diesem Fall empfiehlt es sich ferner, die Einzelkammern an ihren radial äußeren Längskanten mit Axialdichtungen zur Anlage an die Mantelwand des umgebenden Gehäuf es zu versehen.According to another feature of the invention, the pivot joints are centered between the adjacent individual chambers. In this case, it is also advisable to attach the individual chambers their radially outer longitudinal edges with axial seals to rest against the jacket wall of the surrounding Heap to stock it.
Um auch gegen die Stirnplatten des Gehäuses eine gute Abdichtung zu erreichen, ohne daß die Freiheit, sich individuell ausdehnen zu können, für die einzelnen Behälter oder Körbe beeinträchtigt wird, sind nach einem anderen Ausbildungsmerkmal der Erfindung an den radial verlaufenden Stirnkanten der Einzelkammern Radialdichtungen angeordnet, denen gegenüber die radialen Stirnkanten der benachbarten Einzelkammern unter dem Einfluß unterschiedlicher Wärmeausdehnungen frei beweglich sind.In order to achieve a good seal against the front plates of the housing without the freedom To be able to expand individually, for which individual containers or baskets are impaired, are after Another feature of the invention on the radially extending front edges of the individual chambers Radial seals arranged, opposite which the radial end edges of the adjacent individual chambers are free to move under the influence of different thermal expansions.
Schließlich besteht ein besonderes Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung darin, daß der Rotor aus mehreren axial aufeinanderfolgenden Ringlagen von Einzelkammern besteht, die alle für sich mittels Schwenkgelenken mit der Nabe verbunden sind. Durch eine solche Ausbildung ist es möglich, auch verhältnismäßig große axiale Baulängen ohne die Gefahr unzulässiger Beanspruchungen durch thermische Verwerfungen zu erreichen. Zweckmäßig sind dabei die Ringlagen am äußeren Umfang durch elastische Dichtungsmittel miteinander verbunden, weiche unterschiedliche Ausdehnungen der einzelnen Ringlagen gestatten. Um hierbei auch die axial aufeinanderfolgenden Einzelkammern von den in Umfangsrichtung benachbarten Einzelkammern an den Übergängen zwischen Ringlagen wirksam abzutrennen, ist es weiterhin vorteilhaft, zwischen die aufeinanderfolgenden Ringtagen radial verlaufende Dichtungsleisten einzusetzen, die mit beidseitig angeordneten Federgliedern zwischen die in Umfangsrichtung benachbarten Behälter oder Körbe der einen bzw. anderen Ringlage eingreifen.Finally, a special feature of the advantageous embodiment of the invention is that the rotor consists of several axially successive ring layers of individual chambers, all of them for themselves are connected to the hub by means of swivel joints. Through such training, it is possible, too relatively large axial lengths without the risk of impermissible thermal stresses To achieve faults. The ring layers are expediently through on the outer circumference elastic sealant interconnected, soft different expansions of each Allow ring positions. In order to also use the axially successive individual chambers of the in Effective separation of adjacent individual chambers in the circumferential direction at the transitions between ring layers, it is furthermore advantageous to have sealing strips running radially between the successive ring days to use the spring members arranged on both sides between the neighboring ones in the circumferential direction Engage containers or baskets of one or the other ring layer.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is explained in more detail below in connection with the drawing. It shows
F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen Wärmetauscher mit einem Rotor gemäß der Erfindung,F i g. 1 shows an axial section through a heat exchanger with a rotor according to the invention,
Fig.2 in größerem Maßstab eine Einzelheit aus F i g. 1 im Schnitt gemäß der dortigen Schnittlinie 2-2 mit der schwenkbaren Anlenkung einiger der sektorförmigen Einzelkammern an der Rotornabe,Fig. 2 shows a detail on a larger scale F i g. 1 in section according to the section line 2-2 there with the pivotable articulation of some of the sector-shaped Individual chambers on the rotor hub,
F i g. 3 in noch größerem Maßstab eine Einzelheit aus F i g. 1 mit einem typischen Universalschwenklager,F i g. 3 shows a detail from FIG. 3 on an even larger scale. 1 with a typical universal swivel bearing,
Fig.4 in perspektivischer Ansicht eine Einzelkammer, 4 shows a perspective view of an individual chamber,
F i g. 5 in perspektivischer Ansicht die Verbindung zweier in Umfangsrichtung benachbarter Einzelkammern untereinander und mit den entsprechenden Einzelkammern einer weiteren Ringlage mit den erforderlichen Abdichtungen,F i g. 5 shows a perspective view of the connection between two individual chambers which are adjacent in the circumferential direction with each other and with the corresponding individual chambers of a further ring layer with the required seals,
Fig. 6 in perspektivischer Ansicht die Anordnung einer axial gerichteten Dichtung an dem Spalt zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Einzelkammern, undFig. 6 is a perspective view of the arrangement of an axially directed seal at the gap between two individual chambers following one another in the circumferential direction, and
F i g. 7 die Anordnung einer radialen Zwischendichtung zwischen zwei Ringlagen,F i g. 7 the arrangement of a radial intermediate seal between two ring layers,
Der in F i g. 1 dargestellte Drehspeicherwärmetauscher hat eine Rotornabe 12, die in Lagern 14 drehbar abgestützt und von einem Getriebemotor 16 antreibbai ist Eine Masse aus wärmespeicherndem Material 18 ist in voneinander unabhängigen, an den Enden offenen sektorförmigen behälter- oder korbartigen Einzelkammern 22 enthalten, die an der Rotornabe 12 mit Hilfe von Universalgelenken 24 befestigt sind und einen zusammengesetzten Rotor 26 bilden, der bei seiner Drehung innerhalb eines umgebenden Gehäuses 28 abwechselnd mit fluchtenden Öffnungen 32,37 bzw. 34, 35 an den entgegengesetzten Enden des Rotorgehäuses in Deckung gelangt, wodurch die das Gehäuse durchströmenden Fluide durch das wärmespeichernde Material des Rotors geleitet werden.The in F i g. 1 has a rotor hub 12 which is rotatable in bearings 14 supported and drivable by a gear motor 16 A mass of heat retentive material 18 is independent of one another and is open at the ends Contain sector-shaped container or basket-like individual chambers 22, which on the rotor hub 12 with the help are attached by universal joints 24 and form a composite rotor 26, which at his Rotation within a surrounding housing 28 alternating with aligned openings 32, 37 and 34, 35 comes into register at the opposite ends of the rotor housing, whereby the the housing fluids flowing through are passed through the heat-storing material of the rotor.
Während der gesamte Rotor 26 sich ändernden Extremwerten der Temperatur unterworfen wird, ist festgestellt worden, daß die inneren Enden der Einzelkammer, die den inneren Rotorteil rings um die Nabe ausmachen, größeren Temperaturschwankungen unterworfen werden als die radial äiiHeren Enden, so daß die maximale thermische Ausdehnung in der Nähe der Nabe auftritt. Darüber hinaus arbeitet die benachbarte Rotornabe ständig in einer verhältnismäßig kalten Umgebung, so daß eine beträchtliche Ausdehi.angsdifferenz zwischen dem Rotor und der Rotornabe besteht Auf diese Weise würde eine gewöhnliche Schweißverbindung oder eine andere starre Verbindung zwischen dem Rotor und der Rotornabe einer Ausdehnungsdifferenz und ungleichen Belastungen unterworfen werden, die das Reißen oder Brechen der Schweißverbindung und damit die Zerstörung der Konstruktion zur Folge haben wurden. Um dem zu begegnen, sind die radial inneren Enden der Einzelkammern mit Hilfe von Universalgelenken schwenkbar an der Rotornabe befestigt, um eine begrenzte Relativbewegung zwischen diesen Teilen zu gestatten, während die ladiai äußeren Enden der benachbarten Einzelkammern, die nur verhältnismäßigWhile the entire rotor 26 is subjected to changing extreme values of temperature, is been found that the inner ends of the single chamber, which surrounds the inner rotor part around the Make up the hub, are subjected to greater temperature fluctuations than the radially outer ends, so that the maximum thermal expansion occurs near the hub. In addition, the adjacent rotor hub constantly in a relatively cold environment, so that a considerable Expansion difference between the rotor and the This way, the rotor hub would be an ordinary welded joint or some other rigid connection between the rotor and the rotor hub of an expansion difference and unequal Stresses are subjected to the tearing or breaking of the welded joint and thus destruction of the construction. To counter this, the radially inner ends are the Individual chambers are attached to the rotor hub so that they can be swiveled by means of universal joints to allow limited relative movement between these parts, while the ladiai outer ends of the neighboring individual chambers that are only proportionately
kleinen thermischen Verwerfungen unterliegen, durch Schrauben 42 zu einer ringförmigen Schale, welche den Rotor umgibt, miteinander verbunden sein können.subject to small thermal distortions, by screws 42 to an annular shell, which the Surrounding rotor, can be connected to each other.
An den äußeren Endkanten des Rotors angeordnete Umfangsdichtungen 38 sowie axial verlaufende Dichtungen 44 in Form von Dichtungsblättern sind an Flanschen 43 an den gekrümmten Enden der benachbarten Einzelkammern 22 gehalten, so daß sie sich radial nach auswärts erstrecken und an der MantelwandungCircumferential seals 38 arranged on the outer end edges of the rotor and seals extending axially 44 in the form of sealing sheets are attached to flanges 43 at the curved ends of the adjacent ones Individual chambers 22 held so that they extend radially outward and on the jacket wall
so des umgebenden Rotorgehäuses 29 entlangstreichen, um den Durchfluß von Luft durch den dazwischen gelegenen Spalt während ihres Weges zwischen dem Einlaß und dem Auslaß auszuschließen. Die Schrauber 42, welche die benachbarten Einzelkammern 22 mi^eir-inder verbinden, halten auch die axial verlaufenden Dichtungen 44 an der Peripherie des Rotors in Stellung. Sich radia. zwischen den Einzelkammern 22 von innen nach außen am Rotor erstreckende Dichtungen 40 stehen axial vor, um den Spalt zwischen den axialen Enden des Rotors und den Stirnplatten im Rotorgehäuse zu überbrücken. Die Radialdichtungen 40 sind mit Schrauben 45 an jeweils einer Einzelkammer befestigt, während der andere an dieser Stelle in der bei 49 in F i g. 6 gezeigten Stelle ausgespart ist, um eine freie Beweglichkeit zwischen den benachbarten Einzelkammern und :1er an einem davon befestigten Dichtung sicherzustellen. Somit ist also eine jede Einzelkammer an den benachbarten Behältern oder Körben nur an denso along the surrounding rotor housing 29 to allow the flow of air through the between to exclude located gap during their way between the inlet and the outlet. The screwdrivers 42, which connect the adjacent individual chambers 22 with each other, also hold the axially extending ones Seals 44 in place on the periphery of the rotor. Yourself radia. between the individual chambers 22 Seals 40 extending from the inside to the outside of the rotor project axially around the gap between to bridge the axial ends of the rotor and the end plates in the rotor housing. The radial seals 40 are fastened with screws 45 each to a single chamber, while the other at this point in the at 49 in FIG. 6 is cut out to allow free movement between the adjacent individual chambers and: to ensure a seal attached to one of them. So every single chamber is on the neighboring bins or baskets only on the
Enden der gebogenen Außenwand befestigt, um eine in sich geschlossene Schale zu schaffen, die sich ringsum den Rotor erstreckt.Ends of the curved outer wall attached to create a self-contained shell that extends all around extends the rotor.
Zur gleichen Zeit sind die radial verlaufenden Seiten einer jeden Einzelkammer 22 vollständig unabhängig von der benachbarten Einzelkammer und können sich somit seitlich ohne gegenseitige Beeinträchtigung frei ausdehnen oder zusammenziehen, während eine jede sektorförmige Einzelkammer durch ein Universalgelenk 24 an der Rotornabe 12 festgelegt ist, um die erforderliche Abstützung darauf zu schaffen, gleichzeitig aber auch eine begrenzte Relativbewegung dazwischen zu ermöglichen.At the same time, the radially extending sides of each individual chamber 22 are completely independent from the neighboring individual chamber and can thus free themselves to the side without affecting each other expand or contract, while each sector-shaped individual chamber by a universal joint 24 is fixed on the rotor hub 12 in order to create the necessary support on it, at the same time but also a limited relative movement in between to enable.
Wenn die Differenz in der thermischen Ausdehnung zwischen der Rotornabe und dem umgebenden Rotor beträchtlich wird oder andere Bedingungen eine übermäßige bauliche Deformation des Rotors fördern sollten, kann eine Vielzahl von Ringlagen aus Einzelkammcrn, die alle voneinander unabhängig an der Rotornabe angelenkt sind, vorgesehen werden, um die Verwerfung des Rotors möglichst klein zu halten. In diesem Falle können die axial aufeinanderfolgendenWhen the difference in thermal expansion between the rotor hub and the surrounding rotor will be substantial or other conditions promote excessive structural deformation of the rotor a multitude of ring layers can be made up of single which are all independently hinged to the rotor hub, are provided to the To keep the rotor warping as small as possible. In this case, the axially consecutive
■> Ringlagen durch flexible Dichtungsmittel 54 miteinander verbunden werden, die durch Schrauben 56 an Flanschen 58 befestigt sind, welche sich ringsum die äußere Rotorkante erstrecken. Weiterhin können Dichtungsmittel 62, die aus langgestreckten Leisten mit■> Ring layers with one another by flexible sealing means 54 which are fastened by screws 56 to flanges 58 which extend around the extend outer rotor edge. Furthermore, sealing means 62, which consist of elongated strips with
ίο Federelementen 64 auf beiden Seiten zum Eingreifen in nebeneinander befindliche Einzelkammern der einen oder anderen Ringlage versehen sind, zwischen den axial aufeinandt folgenden Ringlagcn angeordnet werden, um den Fluidstrom in das Innere der benachbartenίο spring elements 64 on both sides to engage in adjacent individual chambers of one or the other ring layer are provided between the axially successive ring layers are arranged, around the fluid flow into the interior of the neighboring
π Einzelkammer zu begrenzen, so daß dieser nur durch das darin enthaltene wärmespeichernde Material strömt und mit diesem in Berührung gelangt.π limit single chamber so that this only through the heat-storing material contained therein flows and comes into contact with it.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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