DE2601276A1

DE2601276A1 - Dichtung fuer eine rekuperatorroehre und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE2601276A1
Application number: DE19762601276
Authority: DE
Inventors: James Alan Costick; Brian Hall
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1975-09-08
Filing date: 1976-01-15
Publication date: 1977-03-24
Also published as: BE845913A; FR2322701A1; ZA765184B; BR7605896A; SE7609863L; NL7609980A; GB1531491A; IT1071443B; JPS5256415A; DE2601276C3; FR2322701B1; AU1738276A; ES451305A1; MX145269A; DE2601276B2; AU500962B2; CA1060189A

Description

Patentanwälte Dipl-Ing. RWeickmann, 2601276

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipt—Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, I

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

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BRITISH STEEL CORPORATION 33 Grosvenor Place
London, S.W. 1

Dichtung für eine Rekuperatorröhre und Verfahren zur Herstellung derselben

Die Erfindung betrifft Rekuperatoren und insbesondere Rekuperatoren einer solchen Art, die keramische, hitzebeständige Röhren enthält.

Die Vorteile von Rekuperatoren mit keramischen, hitzebeständigen Röhren liegen darin, daß sie bei höheren Arbeitstemperaturen verwendet werden können und allgemein eine längere Lebensdauer als metallische Rekuperatoren ähnlichen Aufbaus besitzen. Ihr Hauptnachteil ist, daß sie zu hohen Leckraten neigen, die vom Durchbrechen der Röhrendichtungen aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskräfte herrühren. Als Versuch zur Vermeidung dieses

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Problems wurde ein Rekuperator entwickelt, der flexible Dichtungen verwendet. Dieser Versuch ist in der GB-PS 1 244 911 und in der britischen Patentanmeldung 2o998/74 beschrieben. Eine Anordnung besteht im Grundsatz aus einer Anzahl paralleler Keramikröhren, die entweder horizontal oder vertikal über Abgasabzügen eines Ofens angeordnet sind. Die Röhren liegen an jedem Ende in Löchern in gegenüberliegenden monolithischen, hitzebeständigen Wänden des Rekuperators, wobei sich zwischen der äußeren Umfangsflache am Ende jeder Röhre und der Wand ringförmige Dichtungen erstrecken. Die Enden der Röhren öffnen sich in eine Reihe von Heizboxen, die an der Außenseite der monolithischen Wände aufgepaßt sind. Die Röhren können aus Siliziumkarbid bestehen, welches ein wärmeleitendes Material ist. Im Rekuperator zu erhitzende Luft wird durch die Röhren geleitet, so daß Wärme oder Hitze vom Abgas im Abzug zur Luft übertragen werden kann. Die beschriebenen Dichtungen enthalten eine Vielzahl von Ringen unterschiedlichen Gesamtdurchmessers aus komprimiertem, hitzebeständigem Fasermaterial, das mittels eines Sperrings im komprimierten Zustand gehalten wird, welcher über eine Bajonettpassung oder einen Bajonettverschluß innerhalb des Wandblocklochs mit der Rekuperatorwand zusammenwirkt. Eine Druckscheibe kann zwischen den komprimierten Ringen und der Einrichtung angeordnet werden, die die Ringe im komprimierten Zustand hält, um jeglichen Abrieb an den Ringen selbst minimal, zu halten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Verbesserung der Dichtung der Röhren in den Rekuperatorwänden zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Dichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. -12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Rekuperator geschaffen, der Rekuperatorröhren besitzt, die sich zwischen gegenüberliegenden Wänden des Rekuperators erstrecken, und Dichtungen aufweist,

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die zwischen die zylindrischen Oberflächen der Rekuperatorenden und entsprechende Öffnungen in den Wänden des Rekuperators passen, wobei jede der Dichtungen eine ringförmige Spule einer keramischen Faserdecke umfaßt, die radial komprimiert wurde, so daß der Außendurchmesser der Spule geringer als der Durchmesser der entsprechenden zylindrischen Öffnung in der Rekuperatorwand ist, und die mit einer bei Hitzeeinwirkung flüchtigen Substanz behandelt wurde, um die Decke in ihrem komprimierten Zustand zu halten; bei Erhitzen der Dichtung dehnt sich die Decke daher aus, um den Spalt zwischen der äußeren zylindrischen Röhrenoberfläche und ihrer entsprechenden Wandöffnung abzudichten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur" Herstellung einer Dichtung geschaffen, die geeignet ist, zwischen die äußere zylindrische Oberfläche eines Rekuperatorröhrenendes und eine Öffnung in der Wand eines Rekuperators eingesetzt zu werden, wobei das Verfahren umfaßt: Wickeln einer keramischen Faserdecke um einen Dorn, Komprimieren der Decke in radialer Richtung und Aufbringen einer bei Hitzeeinwirkung flüchtigen Substanz auf die Decke, um sie in ihrem komprimierten Zustand zu halten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Dichtung geschaffen, die sich dazu eignet, zwischen die äußere zylindrische Oberfläche eines Rekuperatorröhrenendes und eine Öffnung in der Wand eines Rekuperators eingepaßt zu werden, wobei die Dichtung eine ringförmige Spule aus einer keramischen Faserdecke enthält, und die Decke radial komprimiert wurde, so daß die Spule einen äußeren Durchmesser besitzt, der kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Öffnung in der Rekuperatorwand ist, und mit einer bei Hitzeeinwirkung flüchtigen Substand behandelt wurde, um die Decke in ihrem komprimierten Zustand zu halten, so daß sich die Decke nach Erhitzen der Dichtung ausdehnt, um den Spalt zwischen der äußeren zylindrischen Röhrenoberfläche und der Wandöffnung abzudichten.

Die ringförmige Spule, aus der die Dichtung besteht, kann dadurch gebildet werden, daß die Keramikdecke auf einen zylindrischen Former.

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der auf dem Dorn montiert ist, spiralig aufgewunden wird. Der Former kann aus der inneren Windung der Spule bestehen, die mit dem bei Hitzeeinwirkung flüchtigen Harz imprägniert wurde. Alternativ kann die Spule als einzige um einen zylindrischen Former gewundene Windung gebildet werden. Im Fall einer Spiralspule kann jede Windung der Spirale beim Aufwickeln auf den Former komprimiert werden. Alternativ kann die Spirale aus keramischer Faserdecke radial komprimiert werden, nachdem sie vollständig um den Former gewickelt« wurde.

Die Faserdecke kann vor, während oder nach dem Ausbilden der Spule mit einem bei Hitze flüchtigen Harz getränkt werden. Das bei Hitze flüchtige Harz verfestigt sich dann, um die Decke in ihrem korn-' primierten Zustand zu halten. Alternativ kann die Faserdecke mit Hilfe eines Films aus einem bei Hitze flüchtigen Material, der um eine Spule oder Decke gewickelt ist, in ihrem komprimierten Zustand gehalten werden. Bei einer weiteren Alternative kann die Decke mittels eines Films aus einem bei Hitze flüchtigen Material in ihrem komprimierten Zustand gehalten werden, welcher zwischenjede Windung der Decke gebracht wird.

Der Former, um den die keramische Faserdecke gewickelt wird, kann selbst verbrennbar sein. Der Former kann während der Herstellung der Dichtung von einem zusammenlegbaren Dorn gehalten werden.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich als Beispiel unter Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Seitenaufriß einer Rekuperatorwand im Querschnitt mit einem in einer öffnung in der Wand angeordneten Rekuperatorröhrenende ,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Dichtungsart zum Einsetzen zwischen das Röhrenende und die Wandöffnung von Fig. 1, und

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Fig. 3 bis 9 schematische Verfahren zur Herstellung von Dichtungen zum Einsetzen zwischen das Rekuperatorröhrenende und die Wandöffnung von Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 erstreckt sich durch eine Seitenwand 1o eines Rekuperators eine zylindrische öffnung 11. Die öffnung 11 ist innen in Richtung zur am weitesten innen liegenden Seite der Wand 1o gestuft. Eine Keramikröhre 12 ist so in der Öffnung 11 angeordnet, daß sich das Röhrenende etwa 2/3 durch die öffnung 11 erstreckt. Bei einer typischen Rekuperatoranlage erstreckt sich eine Anzahl von Röhren 12 parallel zueinander und steht mit Heizboxen (nicht gezeigt) an den jeweiligen Außenseiten der gegenüberliegenden Rekuperatorwände 1o in Verbindung.

Eine Keramikfaserdichtung 13 paßt zwischen die äußere zylindrische Oberfläche der Röhre 12 und die zylindrische öffnung 11, so daß die Dichtung 13 gegen den gestuften Teil der öffnung 11 anstößt. Die Dichtung 13 enthält eine ringförmige Spule aus einer keramischen Faserdecke; die Decke wurde radial komprimiert, so daß die Spule einen Außendurchmesser besitzt, der geringer als der Durchmesser der zylindrischen Wandöffnung 11 ist, und wurde mit einem bei Hitze flüchtigen Harz imprägniert, um die Decke in ihrem komprimierten Zustand zu halten. Die Dichtung kann eine Anzahl von Windungen der Decke aufweisen, wie in Fig. 2 gezeigt, oder sie kann alternativ eine einzige Windung einer relativ dicken Decke umfassen. Die Dichtung 13 wird mittels eines ringförmigen Keramikeinsatzes an ihrer Stelle festgehalten. Der ringförmige Keramikeinsatz 14 besitzt eine Bajonettpassung oder -verbindung 15, die mit einer Ausnehmung 16 in der Öffnung 11 zusammenwirkt. Zwischen dem Keramikeinsatz 14 und dem Ende der Röhre 12 ist ein Pufferring 17 vorgesehen, während eine Druckscheibe 18 zwischen dem äußeren Ende der Dichtung 13 und dem Keramikeinsatz 14 eingepaßt ist, um jeglichen Abrieb durch den Einsatz 14 an der Dichtung 13 minimal zu machen.

Wenn der Rekuperator eingesetzt wird, heizen sich die Rekuperatorwände 1o rasch auf. Die Hitze wird zu jeder Dichtung 13 übertragen,

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so daß der bei Hitze flüchtige Binder entartet oder verdampft und sich die komprimierte Dichtung ausdehnt, um den ringförmigen Raum zwischen dem Ende der Röhre 12 und der zylindrischen öffnung 11 auszufüllen; dadurch wird eine für die vorkommenden Drücke im wesentlichen gasdichte Dichtung geschaffen.

Die Dichtung 13 kann nach einer Anzahl alternativer Verfahren hergestellt werden. In Fig. 3 wird die Dichtung 13 dadurch hergestellt, daß eine Faserdecke 2o in einer Spirale um einen Former 21 gewickelt wird; dabei wird jede Windung der Spirale beim Aufwickeln mittels einer unter Spannung stehenden Schicht eines klebrigen Kunststoffilms 22 radial komprimiert. Der Film 22 wird von einer Rolle 23 zugeführt und zwischen die Windungen der Spirale geschichtet. Die Faserdecke 2o kann vorher mit Wasser getränkt worden sein, um sie flexibler zu machen, oder sie kann alternativ trocken sein. Der Former 21, der aus brennbarem Material besteht, ist während der Herstellung der Spirale auf einem zusammenlegbaren Dorn 24 montiert. Der Former 21 trägt die Dichtung 13 während der Lagerung und verhindert dadurch eine Zerstörung oder ein Zusammenfallen der Dichtung.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Verfahren ist die Decke als zu einer Spirale gewickelte Dichtung 13 gezeigt, die als Ganzes· mittels eines gespannten Kunststoffilms 22, der klebend oder nicht klebend sein kann, radial komprimiert wird. Bei diesem Verfahren wird weniger Film 22 als bei dem Verfahren von Fig. 3 verwendet. Es kann jedoch eine (nicht gezeigte) Einrichtung erforderlich sein, die das radiale Komprimieren der gesamten Dichtung 13 vor oder während des Aufbringens des Films 22 unterstützt.

Fig. 5 zeigt eine Faserdecke 2o, die mit einem bei Hitze flüchtigen Harz (das als Hemmstoff für die Spannkraft oder Nachgiebigkeit der Faser wirkt) imprägniert wurde und zwischen einem Paar von Quetschrollen 25 durchläuft, die die Decke 2o komprimieren. Das Harz ist typischerweise brennbar, oder es verdampft bei Aufbringen der Hitze auf die Dichtung. Die Decke 2o wird dann unter mäßiger

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Spannung auf einem Former 21 zu einer Spirale gewickelt. Der Former 21 ist auf einem zusammenlegbaren Dorn 24 montiert, und die fertige Spirale wird eine Zeitlang auf dem Dorn 24 gehalten, damit sich das Harz verfestigen bzw. aushärten kann. Die Dichtung 13 oder ihr Former wird dann vorm Dorn entfernt.

Eine Spule mit einer einzigen Windung ist in Fig..6 gezeigt. Sie ist auf einen Former 21 gewickelt. Die Decke 2o wurde vorher in die richtige Länge für eine einzige Windung geschnitten und wird nach Imprägnierung mit einem bei Hitze flüchtigen Harz in der Vorrichtung von Fig. 7 behandelt. Eine Quetschrolle 26 läuft auf Rollenführungen 27, die auf einer nicht gezeigten Werkbank montiert sind; die Decke 2o ist in ihrer Länge zwischen die Führungen 27' gesetzt. Nach dem Quetschen wird die Decke 2o um den Former 21 gewickelt und dort gehalten, bis sich das Harz verfestigt hat. Sie wird dann von Dorn 24 entfernt und ist fertig für den Gebrauch.

Die- Fig. 8 und 9 zeigen ein anderes Verfahren zur Herstellung einer Dichtung aus einer Faserdecke 2o, die zuvor in die erforderliche Breite und in eine Länge geschnitten wurde, die ausreicht, um die richtige Materialmenge abzugeben. Die Dichtung 13 wird dadurch hergestellt, daß die Faserdecke 2o lose um einen zusammenlegbaren Dorn 24 gewickelt wird, wobei die innerste Windung 28 mit einem bei Hitze flüchtigen Harz imprägniert ist. Drei bei Hitze flüchtige Wickler 29 sind an Haltestangen 3o angebracht und in solcher Weise um den Umfang der aufgespulten Decke gewickelt, daß jeder den vorhergehenden überlappt. Die Wickler 29 werden in einer nicht gezeigten Einrichtung gedreht und befestigt, so daß die Dichtung 13 als Ganzes radial komprimiert wird. Nach der Komprimierung, wie sie aus Fig. 9 erkennbar ist, wird auf jede der Überlappungen zwischen den drei Wicklern 29 ein bei Hitze flüchtiges Harz 31 aufgebracht. Die Dichtung 13 wird eine Zeit lang auf dem Dorn 24 gehalten, damit sich das Harz in der innersten Windung 28 und an den Überlappungen zwischen den Wicklern 29 verfestigen kann. Die Überstücke der Wickler werden dann abgeschnitten, die Haltestangen 3o parallel zur Längsachse der Dichtung herausgeschoben und die Dichtung dann vom Dorn entfernt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Dichtung, die sich dazu eignet, zwischen die äußere zylindrische Oberfläche eines Rekuperatorröhrenendes und eine Öffnung in der Wand eines Rekuperators eingesetzt zu werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Wickeln einer keramischen Faserdecke (13) um einen Dorn (24), radiales Komprimieren der Decke und

Aufbringen einer bei Hitze flüchtigen Substanz auf die Decke, um sie in ihrem komprimierten Zustand zu halten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Dichtung dadurch gebildet wird, daß die Keramikdecke · (13) auf einem auf dem Dorn (24) montierten zylindrischen Former (21) zu einer Spirale gewickelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Former (21) die innere Windung (28) der Spule, die mit bei Hitze flüchtigem Harz imprägniert wurde, umfaßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Windung der Spirale beim Wickeln um den Former (21) komprimiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Spirale aus der Keramikfaserdecke (13) radial komprimiert wird, nachdem sie ganz um den Former (21) gewickelt wurde.

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- St-

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Spule als eine einzige Windung, die um einen zylindrischen Former (21) gewickelt ist, ausgebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Faserdecke (13) mit einem bei Hitze flüchtigen Harz vor, während oder nach dem Ausbilden der Spule imprägniert wird, so daß das bei Hitze flüchtige Harz sich verfestigt, um die Decke in ihrem komprimierten Zustand zu halten.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Faserdecke (13) mit Hilfe eines Films (22) aus bei Hitze flüchtigem Material, der um die Spule oder Decke gewickelt ist, in ihrem komprimierten Zustand gehalten wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Decke (13) mittels eines Films (22) aus bei Hitze flüchtigem Material, der zwischen jede Windung der Decke gebracht ist, in ihrem komprimierten Zustand gehalten wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Former (21) um den die Keramikfaserdecke (13) gewickelt ist, aus brennbarem Material besteht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 1o, dadurch gekennzeichnet , daß der Former (21) während der Herstellung der Dichtung von einem zusammenlegbaren Dorn (24) getragen wird.

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12. Dichtung, die geeignet ist, zwischen die äußere zylindrische Oberfläche eines Rekuperatorröhrenendes und eine öffnung in der Wand eines Rekuperators eingesetzt zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine ringförmige Spule aus einer Keramikfaserdecke (13) umfaßt, welche radial komprimiert wurde, so daß die Spule einen Außendurchmesser besitzt," der kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Öffnung (11) in der Rekuperatorwand (1o) ist, und die mit einer bei Hitze flüchtigen Substanz behandelt wurde, um die Decke in ihrem komprimierten Zustand zu halten, so daß sich die Decke nach Erhitzen der Dichtung ausdehnt, um den Spalt zwischen der äußeren zylindrischen Oberfläche der Röhre (12) und der Wandöffnung abzudichten.

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