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Umlaufender Regenerativ-Vorwärmer mit beweglichen Sektorplatten und
Wälzkörpern Die Erfindung bezieht sich auf umlaufende Regenerativ-Vorwärmer, bei
denen die Trennung der beiden wärmetauschenden Gasströme durch bewegliche Abdeckplatten
erfolgt, die den Rotor gegenüber dem feststehendenGehäuse abdichten. Stirnseitig
werden hierzu sektorförmige Platten benutzt. In entsprechender Weise erfolgt die
Abdichtung am Rotorumfange durch Mantelplatten.
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Bei den gebräuchlichen Ausführungsformen stützen sich die stirnseitigen
sektorförmigen Platten in der Regel unmittelbar auf der Rotorstirnfläche ab, wobei
ihr Eigengewicht weitgehend durch Gewichtsausgleich aufgehoben wird, um ein zu starkes
Anpressen zu vermeiden. Es ist auch bekannt, je zwei einander gegenüberliegende
Sektorplatten, deren Abstand voneinander also etwas größer ist als die Rotorhöhe,
durch Verbindungsgestänge miteinander zu verbinden, so daß sie den Rotorverwerfungen
gleichlaufend folgen. Auch bei dieser Ausführungsform hat man das Eigengewicht durch
ein Gegengewicht ausgeglichen. Andererseits ist es auch bekannt, die Verbindungsstange
mittels einer auf dem Rotormantel befestigten, ringsherum laufenden Schiene zu haltern
und zu führen. Die beiden einander gegenüberliegenden, miteinander durch die Verbindungsstange
gekuppelten beweglichen Sektorplatten stützen sich hierbei also auf dem Rotor ab,
und zwar erfolgt dieses bei der bekannten Ausführungsform mittels Wälzkörpern unter
rollender Reibung.
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Allen diesen bekannten Ausführungsformen haftet der Nachteil an, daß
die schleifende Berührung zwischen den Sektorplatten und dem zwischen ihnen durchlaufenden
Rotor einen erheblichen Reibungsverschleiß mit sich bringt. Auch ist das auf den
Rotor ausgeübte Bremsmoment äußerst nachteilig. Diese Nachteile treten in besonders
starkem Maße bei der erwähnten Ausführungsform mit Kupplungsgestänge auf. Beim Anfahren
nämlich dehnt sich der Rotor schneller als dieses Kupplungsgestänge, weil letzteres
der Temperatursteigerung nur mit wesentlicher Verzögerung folgt. Infolgedessen kann
zwischen den miteinander gekuppelten Sektorplatten sogar ein Festklemmen des Rotors
erfolgen, wenn man das freie Spiel nicht vorsorglich von vornherein ausreichend
groß eingestellt hat, was sich wiederum für den Dauerbetrieb in einer schlechteren
Abdichtung auswirkt.
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Bei dem umlaufenden Regenerativ-Vorwärmer gemäß der Erfindung, der
alle diese Nachteile vermeidet, sind in der üblichen Weise die toten Sektoren ebenfalls
durch bewegliche Sektorplatten abgedeckt. Er stimmt mit dem einen vorstehend erwähnten
Vorwärmer weiterhin auch in der Hinsicht überein, da.ß diese beweglichen Sektorplatten
sich auf dem Rotor mittels Wälzkörpern unter rollender Reibung abstützen. Das wesentliche
Merkmal, durch das der Vorwärmer gemäß der Erfindung sich gegenüber dieser bekannten
Ausführungsform unterscheidet, besteht darin, daß die Platten einzeln, je unabhängig
von den übrigen Sektorplatten, unter der Wirkung einer sie gegen den Rotor drückenden
Kraft stehen. Als andrückende Kraft kann hierbei die Schwerkraft eines Belastungsgewichtes
benutzt werden. Gegebenenfalls genügt auch das Eigengewicht der betreffenden Abdeckplatte
selbst. Auch mit Federkraft kann gearbeitet werden.
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Gegenüber derjenigen bekannten Ausführungsform, bei der die Sektorplattenpaare
sich auf dem Rotor über ihre Kupplungsstange mittels Wälzkörpern abstützen und die
man als Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung betrachten kann, bestehen somit
zwei wichtige Unterschiede. Der eine Unterschied besteht darin, daß die einander
gegenüberliegenden Platten eines Paares nicht miteinander gekuppelt sind, daß vielmehr
jede dieser beiden Platten für sich allein beweglich ist. Das zweite unterschiedliche
Merkmal ist darin zu sehen, daß jede Platte unter der Wirkung einer sie gegen den
Rotor drückenden Kraft steht, und zwar unabhängig von den übrigen Platten. Bei einem
Luftvorwärtner mit stehender Achse wird also die obere Platte eines Plattenpaares
nach unten und die untere Platte nach oben gedrückt.
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Ein solches beidseitiges Andrücken der beweglichen Abdichtplatten
eines Paares je in Richtung zum Rotor, also gegeneinander, ist bei der bekannten
Ausführungsform nicht möglich. Beide Platten schwingen vielmehr stets in gleicher
Richtung. Nähert sich also die eine Platte dem Rotor, so entfernt sich die angekuppelte
andere Platte und umgekehrt.
Der entscheidende Nachteil dieser .
bekannten Ausführungsform besteht darin, daß der Abstand der beiden Platten voneinander
den ungünstigsten Verhältnissen Rechnung tragen muß. Es muß also das Verbindungs-
und Kupplungsgestänge vorsorglich so lang bemessen werden, daß unter allen Umständen
der freie Durchgang des Rotors gewährleistet ist und niemals behindert werden kann.
Dieses bedeutet, daß man die Luftspalte zwischen den Rotorstirnflächen und den gegenüberliegenden
Sektorplatten stets etwas größer bemessen muß, als es für den Normalfall -nämlich
den Dauerbetrieb - an sich erforderlich wäre.
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Demgegenüber kann man bei dem Luftvorwärmer gemäß der Erfindung den
Luftspalt so eng bemessen, als es irgend denkbar ist. Da jede der Platten sich einzeln,
für sich allein unmittelbar auf dem Rotor mit Hilfe von Wälzkörpern abstützt, kann
der Luftspalt fast so eng gewählt werden, als wenn man die Sektorplatten auf dem
Rotor unmittelbar schleifen ließe.
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Zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens können konstruktive Mittel
benutzt werden, die zum Teil bereits anderweitig bekannt sind. So ist es beispielsweise
schon bekannt, die Lagerung der Rotoren mit Hilfe von Wälzlagern vorzunehmen (deutsche
Patentschrift 471199). Bekannt ist auch schon, Rollen als Sicherheitsabständhalter
für die Sektorplatten vorzusehen (deutsche Patentschrift 737 908). Auch sonst gibt
der Stand der Technik verschiedene Hinweise für die praktische Verwirklichung des
Erfindungsgedankens. So kommen als Wälzkörper verschiedene Ausführungsformen in
Betracht, z. B. staubdicht gekapselte Kugellager, ferner Kugeln oder Rollen, die
in einem Käfig geführt sind, sowie auch Scheibenräder, die auf Bolzen laufen, wobei
diese Bolzen ihrerseits an der Sektorplatte befestigt sind. Die Wälzkörper werden
vorzugsweise so angeordnet, claß sie auf der stirnseitigen Fläche des Rotorflanschringes
rollen. Eine besonders zweckmäßige Lösung ist die Abstützung der stirnseitigen Sektorplatten
mit Hilfe von Kugeln, deren Wälzbahnen durch je zwei auf dem betreffenden Flanschring
angebrachte harte Stahldrähte gebildet sind. Auch sonst ergeben sich aus dem Grundgedanken
der Erfindung noch weitere konstruktive Lösungsmöglichkeiten.
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Die Zeichnung stellt einige Ausführungsbeispiele des Gegenstandes
der Erfindung dar.
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Fig. 1 zeigt in Teilansicht einen Axialschnitt durch einen Luftvorwärmer
mit senkrechter Achse; Fig.2 zeigt die Lagerung eines abgewandelten Ausführungsbeispieles;
Fig.3 veranschaulicht ebenfalls in einem Axialschnitt eine weitere Abwandlung; Fig.4
und 5 stellen Sektorplattenführungen mit Führungsschienen dar.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Rotor 1 stirnseitig
durch die beiden Sektorplatten 2 und 3 abgedeckt. Diese beiden Platten sind an ihren
der Achse zugewandten Enden in bekannter und daher nicht besonders dargestellter
Weise so gehaltert, daß sie den Verwerfungen des Rotors auf und nieder schwingend
folgen können. Am äußeren Ende der Sektorplatte 2 ist eine Laufrolle 4 angebracht,
die auf dem Flanschring 5 des Rotors ruht, beim Drehen des Rotors also auf diesem
Flanschring5 entlang rollt. Um ein sicheres Abstützen der Sektorplatte 2 zu gewährleisten,
ist hier ein zusätzliches Belastungsgewicht 6 vorgesehen. In vielen Fällen genügt
jedoch das Eigengewicht der Platte 2, so da$ 'ein solches zusätzliches Belastungsgewicht
6 nicht erforderlich ist. In entsprechender Weise stützt sich die untere Sektorplatte
3 mit einem Laufrad 7 auf dem unteren Rotorflanschring 8 ab. Ein Belastungsgewicht
9 sorgt für die erforderliche Anpressung. Da es zusätzlich auch das Eigengewicht
der Platte 3 ausgleichen muß, ist dieses Belastungsgewicht 9 größer als das Gewicht
6.
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Es ist ersichtlich, daß durch die rollende Abstützung unter Aufwendung
eines ausreichenden Anpressungsdruckes stets die richtige Lagerung der Sektorplatten
2 und 3 gewährleistet ist. Diese nehmen gegenüber den Stirnflächen des Rotors 1,
unabhängig von den Verwerfungen des Rotors, den durch die Al>-stützungsvorrichtung
bestimmten geringen Abstand ein. Ein Verklemmen, wie es bei bekannter Kupplung der
Platten 2 und 3 miteinander mittels eines Verbindungsgestänges vorkommen kann, ist
hier grundsätzlich ausgeschlossen.
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Fig.2 veranschaulicht eine andere Form der Lagerung, die an sich -
beispielsweise zur Lagerung schwenkbarer Geschütztürme - bekannt ist und für den
vorliegenden Fall als besonders geeignet angesprochen werden muß. Es handelt sich
bei dieser Ausführungsform um eine Lagerung mit Hilfe von Kugeln 10, die
in einem Käfig 11 geführt sind. Als Wälzbahnen dienen je zwei gehärtete Stahldrähte
12, beispielsweise Klaviersaitendrähte, die in etwa U-förmig ausgedrehte Flacheisenringe
13 und 14 eingelegt sind. Diese Ausführungsform, die bekanntlich für große Wälzkreisdurchmesser
sehr geeignet ist, läßt sich verhältnismäßig billig herstellen und weist außerdem
den Vorteil auf, daß eine besondere Schmierung nicht erforderlich ist. Die eine
der beiden Wälzbahnen wäre also am Rotorflansch zu befestigen, so daß sie mit der
Rotorachse koaxial läuft, während die andere Wälzbahn mit dem äußeren Ende der Sektorplatten
fest verbunden wird. Ein solches Lager läßt sich sehr gut bei einer bekannten Luftvorwärmerausbildung
anwenden, bei der der Luft- bzw. Gaskanal ringsherum durch eine Abdichtung umschlossen
ist (deutsche Patentschrift 920 978), und zwar läßt sich das ringförmige Lager mit
dieser Abdichtung kombinieren. Zu diesem Zweck verbindet man den Umfangssteg der
Abdichtung längs seiner Kante mit der gleichen Wälzbahn, mit der auch die Sektorplatte
verbunden ist.
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Bei Verwendung dieser Kugellagerung auf der Unterseite eines stehenden
Rotors kann ein solcher Abdichtungssteg gemeinsam mit der unteren Wälzbahn des Kugellagers
die Funktion der Rotorlagerung übernehmen, so daß ein solches Element zugleich als
Dichtungs- und als Lagerungselement dient. Hierbei besteht weiterhin die an sich
ebenfalls bekannte Möglichkeit, die Laufbahn der Wälzkörper durch Blechmanschetten
15 oder ähnliche Organe nach außen abzudichten und diesen geschlossenen Ringraum
unter leichten Überdruck zu setzen, wodurch ein Eindringen von Staub vermieden wird.
Diese Möglichkeit ist in Fig.2 durch gestrichelte Linien angedeutet und in Fig.
3 an Hand eines umfassenden Teilschnittes veranschaulicht. Die untere Laufbahn 14
ist gemäß Fig.3 fest auf den Gehäuseboden 16 aufgesetzt, trägt also den Rotor und
hält zugleich die untere Sektorplatte 17. Die obere Laufbahn 13, an der die obere
Sektorplatte 18 befestigt und dadurch in konstantem Abstand von der Stirnfläche
des Rotors 1 gehalten ist, ist gegenüber der oberen Gehäusewand 19 durch einen Wellblechstreifen
20 abgedichtet.
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Die Fig.4 und 5 veranschaulichen Ausführungsformen, bei denen die
Sektorplatten 30 zwangläufig
geführt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig.4 ist am Rotormante131, und zwar an dessen stirnseitiger Kante, eine rundherum
laufende Schiene 32 von U-förmigem Querschnitt befestigt. Ein am I#'.nde der Sektorplatte
30 angebrachtes Laufrad 33 greift in den Zwischenraum zwischen den beiden U-Schenkeln
mit geringem Spiel hinein, so daß die Sektorplatte 30 durch diese Führung 32 in
dem richtigen Abstand von der Rotorstirnfläche gehalten wird. Auf dem gleichen Grundgedanken
beruht die Führung gemäß Fig. 5. mit dem einzigen Unterschied, daß hier eine einfache
Führungsschiene 34 benutzt ist, die beidseitig mit geringem Spiel von Laufrädern
35 und 36 erfaßt wird. In beiden Fällen ist eine kinematische Umkehr in der `'eise
möglich, daß die Wälzkörper am Rotorurnfang und die Führungsprofile an den Enden
der Sektorplatten angebracht werden.
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Allen Ausführungsbeispielen ist, wie die Erläutei-ung der Figuren
zeigt, die vorteilhafte Eigenschaft gemeinsam, daß die Sektorplatten in sehr geringem
Abstand von den Rotorstirnflächen liegen, trotzdem aber nicht in Gefahr kommen,
auf diesen zu schleifen oder gar den Rotor festzuklemmen. Es tritt vielmehr ausschließlich
rollende Reibung auf.
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An sich entsteht für den einwandfreien Betrieb der Wälzkörper eine
gewisse Schwierigkeit durch den hohen Staubgehalt der gasförmigen Medien. Es müssen
daher entweder die Wälzlager gut gegen diesen Staub abgedichtet werden, oder aber
man muß die Wälzkörper so ausbilden, daß sie gegen Staub unempfindlich sind. Das
letztere kann unter anderem ii, der Weise geschehen, daß man bei Verwendung von
Scheibenrädern den Durchmesser des feststehenden Achsbolzens gegenüber dem Raddurchmesser
möglichst klein bemißt, damit die Reibung zwischen der Lauffläche des Rades und
dem Rotorflalisch in jedem Falle ausreicht, um ein einwandfreies Drehen des Rades
auch dann zu erzwingen, wenn das Spiel zwischen Achsbolzen und Scheibenradbohrung
mit Staub gefüllt ist. Auch bei der Auswahl des Werkstoffes ist auf den Staubgehalt
und die erhöhte Teinperatur Rücksicht zu nehmen, und zwar in dem Sinne, claß auf
eine besondere Schmierung verzichtet werden kann. So kann man beispielsweise als
Werkstoff für das Scheibenrad Mangan-Hartstahl verwenden und für den Achsbolzen
Gußeisen mit Notlaufeigenschaften. Auch die umgekehrte Kombination ist möglich,
nämlich die Verwendung von Mangail-Hartstahl für den Achsbolzen und von Gußeisen
für das Scheibenrad. Möglich ist es auch, in ein Scheibenrad aus Mangan-Hartstahl
eine besondere Lagerbuchse aus einer Speziallegierung einzuziehen, die die erforderlichen
Notlaufeigenschaften besitzt. Für den Achsbolzen kommt hierbei ein Stahl hoher Oberflächenhärte
in Betracht.
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In ähnlicher Weise, wie es vorstehend für die stirnseitigen sektorförmigen
Abdichtungsplatten genauer erläutert wurde, können auch die Mantelabdichtungsplatten
mit Wälzkörpern beliebiger Art ausgerüstet werden. Wird die Mantelplatte durch eine
Kraft, beispielsweise einer Feder oder eines Gewichtes, gegen den Rotormantel gedrückt,
so stützt sie sich in gleicher Weise ab, unter Einhaltung des erforderlichen geringen
Abstandes, ohne daß gleitende Reibung auftreten kann. Auch bei den Mantelabdichtungsplatten
ist es somit möglich, nach dem Grundgedanken der Erfindung eine einwandfreie Abdichtung
zu erzielen, ohne die Gefahr eines Reibungsverschleißes oder gar des Auftretens
von Bremskräften in Kauf nehmen zu müssen.