JP4300614B2

JP4300614B2 - Sealing device for rotary regenerative heat exchanger

Info

Publication number: JP4300614B2
Application number: JP02508899A
Authority: JP
Inventors: 輝文室井
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: JP2000227292A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転再生式熱交換機のシール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ボイラプラントでは、ボイラ排ガスの熱を回収して空気を予熱し熱エネルギの節減を図るための回転再生式熱交換機が使用されている。
【０００３】
斯かる回転再生式熱交換機としては、従来、図２に示されるようなものが存在し、１は架台２上に支持された、筒状で且つ内部に多数の仕切壁を有するステータ、３はステータ１内に配置された、多数の上下方向の貫通孔を有するエレメント、５はステータ１中心部に形成された主軸室１ａを貫通して上下方向へ延びるよう回転自在に支持された主軸、６はエレメント３の下方に配置されて主軸５に取り付けられた、平面形状が蝶形の空気入口側フード、７はエレメント３の上方に配置されて主軸５に取り付けられ平面形状が蝶形の空気出口側フード、８は空気入口側フード６と、該空気入口側フード６に主軸５を介して連結された空気出口側フード７とを回転駆動する駆動装置、９は空気１０を空気入口側フード６へ送る空気入口ダクト、１１は空気出口側フード７からの予熱された空気１２をボイラへ送る空気出口ダクト、１３はボイラから排出された高温のガス１４をエレメント３へ供給するガス入口ダクト、１５はエレメント３を通過して熱交換した低温のガス１６を排出するガス出口ダクトである。
【０００４】
前記空気出口側フード７は、図３に示される如く、平面形状が蝶形のフードであって、空気出口側フード７の下縁部に形成されたフードフレーム１９の下面には、図３及び図４に示されるように、エキスパンションジョイント２０を介してシーリングフレーム２１が取り付けられ、該シーリングフレーム２１は、円周方向１７へ延びる断面Ｉ形状の円弧状部材２１ａと、径方向１８へ放射状に延びる断面Ｉ形状の縁部材２１ｂとを備え、その下面には、円弧状部材２１ａに一体化される円弧状シール部２２ａと縁部材２１ｂに一体化される径シール部２２ｂとからなるシーリングシュー２２が取り付けられており、該シーリングシュー２２の下面がステータ１上面及びステータフランジ部２３上面に対しごく僅かなギャップを有するか、或いは微妙にかする程度となるようにし、ステータ１上面と空気出口側フード７下面との間のギャップから空気１２がガス入口ダクト１３側へ漏洩しないようにしてある。尚、図示していないが、空気入口側フード６についても、前記空気出口側フード７と略同様の構造としてあり、空気入口側フード６上面とステータ１下面との間のギャップから空気１０がガス出口ダクト１５側へ漏洩しないようにしてある。
【０００５】
又、前記主軸５は、図２に示される如く、サポートディスク５ａを介してスラスト軸受２４に回転自在に支持されると共に、軸受２５，２６に回転自在に支持されている。
【０００６】
前述の如き回転再生式熱交換機において、空気を予熱する場合には、駆動装置８によって空気入口側フード６と、該空気入口側フード６に主軸５を介して連結された空気出口側フード７とが水平方向へ回転させられ、ボイラから排出された高温のガス１４は、ガス入口ダクト１３から空気出口側フード７の外側を通ってエレメント３に導入され、該エレメント３を加熱した後、空気入口側フード６の外側を通ってガス出口ダクト１５へ排出され、低温のガス１６としてガス出口ダクト１５から下流側へ送られる一方、空気１０は空気入口ダクト９から空気入口側フード６内を通ってエレメント３へ導入され、該エレメント３の熱により加熱されて空気出口側フード７内へ送出され、空気出口側フード７、空気出口ダクト１１を通り、予熱された空気１２としてボイラへ送給されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の如き回転再生式熱交換機の場合、熱負荷条件下でエレメント３の上下温度差(図２の例では上側が高温端で下側が低温端となる)により、エレメント３を収納するステータ１は、その軸心部が上方へ凸となる形で湾曲変形する(直径φ１５［ｍ］クラスの回転再生式熱交換機でおよそ５０［ｍｍ］程度)。
【０００８】
このため、前記ステータ１の熱変形に対して、シーリングフレーム２１のフードフレーム１９に対する高さ位置を追従させるように変化させることにより、ステータフランジ部２３とシーリングシュー２２の円弧状シール部２２ａとのギャップを一定値に保持し、ギャップ流路抵抗によって空気入口側フード６や空気出口側フード７の内部からのガス出口ダクト１５やガス入口ダクト１３の内部への空気のリーク量を制限する装置(図示せず)も設けられているが、改善の余地が残されていた。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑み、空気フード内部からのガスダクト内部への空気のリーク量を低減し得、性能の向上を図り得る回転再生式熱交換機のシール装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、筒状で且つ内部にエレメントが配置されたステータと、該ステータの開口部に接続されるよう回転可能に配設された平面形状が蝶形の空気フードと、前記ステータの開口部に対する空気フードの縁部に取り付けられ且つステータの円周方向へ延びる円弧状シール部とステータの径方向へ放射状に延びる径シール部とからなるシーリングシューと、前記ステータの開口部に接続され且つ空気フードを覆うように配設されたガスダクトとを備えた回転再生式熱交換機のシール装置であって、
ガスダクトの内周面に、シーリングシューの円弧状シール部における外周面が接触・摺動し且つ空気フード内部からガスダクト内部への空気のリークを防ぐための弾性シールプレートを取り付け、
前記シーリングシューとして鋳鉄材料を用い、シーリングシューの円弧状シール部における外周面を真円加工する一方、前記弾性シールプレートとしてステンレス材料を使用し、該弾性シールプレート周縁部をその弾性力を利用して、前記ステータのフランジ部に密着させ且つシーリングシューの円弧状シール部の外周面に密着させるよう構成したことを特徴とする回転再生式熱交換機のシール装置にかかるものである。
【００１１】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１２】
回転再生式熱交換機の運転時に、空気フードが回転する際には、シーリングシューの円弧状シール部における外周面が常に弾性シールプレートに対して接触・摺動する形となる。
【００１３】
この結果、熱負荷条件下でエレメントの上下温度差により、エレメントを収納するステータが熱変形したとしても、空気フードの円弧状部分からの空気のリークは、弾性シールプレートに対するシーリングシューの円弧状シール部の接触により、確実に抑制される形となり、空気を送給するためのファン等の動力削減にもつながることとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１５】
図１は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図４に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１に示す如く、ガス入口ダクト１３の内周面に、シーリングシュー２２の円弧状シール部２２ａにおける外周面が接触・摺動し且つ空気出口側フード７内部からガス入口ダクト１３内部への空気のリークを防ぐための弾性シールプレート２７を取り付けた点にある。
【００１６】
本図示例の場合、前記シーリングシュー２２としては、ＦＣ材(鋳鉄)等の比較的軟らかい材料を用い、シーリングシュー２２の円弧状シール部における外周面を真円加工する一方、弾性シールプレート２７としては、ＳＵＳ材(ステンレス)等の材料を使用し、該弾性シールプレート２７の下端周縁部をその弾性力を利用して、ステータフランジ部２３の上面に密着させ且つシーリングシュー２２の円弧状シール部２２ａの外周面に密着させるようにしてある。
【００１７】
尚、図示していないが、空気入口側フード６及びガス出口ダクト１５の側についても、前記空気出口側フード７及びガス入口ダクト１３の側と上下対称となるように、前述と同様の弾性シールプレート２７を設けてある。
【００１８】
次に、上記図示例の作動を説明する。
【００１９】
回転再生式熱交換機の運転時に、空気入口側フード６と空気出口側フード７とが回転する際には、シーリングシュー２２の円弧状シール部２２ａにおける外周面が常に弾性シールプレート２７に対して接触・摺動する形となる。
【００２０】
この結果、熱負荷条件下でエレメント３の上下温度差により、エレメント３を収納するステータ１が熱変形したとしても、空気入口側フード６や空気出口側フード７の円弧状部分からの空気のリークは、弾性シールプレート２７に対するシーリングシュー２２の円弧状シール部２２ａの接触により、確実に抑制される形となり、空気を送給するためのファン等の動力削減にもつながることとなる。
【００２１】
尚、本図示例の場合、円弧状シール部２２ａと径シール部２２ｂとからなるシーリングシュー２２の全周長さは、円弧状シール部２２ａでの直径をφＤ(図３参照)とした場合、およそ
【数１】
２Ｄ＋πＤ／２＝（４＋π）Ｄ／２
で表わされ、前記シーリングシュー２２の全周長さに対する二つの円弧状シール部２２ａの長さの比率は、
【数２】
（πＤ／２）／｛（４＋π）Ｄ／２｝≒０．４４
となるため、ステータシールのギャップリーク量の約４割を低減することが可能となる。
【００２２】
こうして、空気入口側フード６や空気出口側フード７の内部からのガス出口ダクト１５やガス入口ダクト１３の内部への空気のリーク量を低減し得、性能の向上を図り得る。
【００２３】
尚、本発明の回転再生式熱交換機のシール装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の回転再生式熱交換機のシール装置によれば、空気フード内部からのガスダクト内部への空気のリーク量を低減し得、性能の向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例の断面図であって、図２のＩＶ部相当図である。
【図２】一般的な回転再生式熱交換機の全体概要構成図である。
【図３】回転再生式熱交換機の空気出口側フードからステータの部分の各部品の斜視図である。
【図４】従来の回転再生式熱交換機のシール装置の一例を表わす断面図であって、図２のＩＶ部相当図である。
【符号の説明】
１ステータ
３エレメント
６空気入口側フード(空気フード)
７空気出口側フード(空気フード)
１３ガス入口ダクト(ガスダクト)
１５ガス出口ダクト(ガスダクト)
２２シーリングシュー
２２ａ円弧状シール部
２２ｂ径シール部
２７弾性シールプレート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sealing device for a rotary regenerative heat exchanger.
[0002]
[Prior art]
In general, a boiler plant uses a rotary regenerative heat exchanger for recovering heat of boiler exhaust gas to preheat air to reduce heat energy.
[0003]
As such a rotary regenerative heat exchanger, there is a conventional one as shown in FIG. 2. 1 is a stator that is supported on a gantry 2 and has a large number of partition walls inside. Elements 5 having a large number of vertical through holes disposed in the stator 1 are rotatably supported so as to extend vertically through a main shaft chamber 1a formed at the center of the stator 1; Is a butterfly-shaped air inlet side hood that is disposed below the element 3 and attached to the main shaft 5, and 7 is an air outlet that is disposed above the element 3 and attached to the main shaft 5 and has a butterfly shape. A side hood, 8 is a drive device that rotationally drives an air inlet side hood 6 and an air outlet side hood 7 connected to the air inlet side hood 6 via a main shaft 5, and 9 is an air inlet side hood 6 Send air inlet duct, 1 is an air outlet duct for sending preheated air 12 from the air outlet side hood 7 to the boiler, 13 is a gas inlet duct for supplying hot gas 14 discharged from the boiler to the element 3, and 15 is passed through the element 3. This is a gas outlet duct that discharges the low-temperature gas 16 subjected to heat exchange.
[0004]
As shown in FIG. 3, the air outlet side hood 7 is a butterfly shaped hood, and the bottom surface of the hood frame 19 formed at the lower edge of the air outlet side hood 7 As shown in FIG. 4, a sealing frame 21 is attached via an expansion joint 20, and the sealing frame 21 extends radially in the radial direction 18 and an arcuate member 21 a having an I-shaped cross section extending in the circumferential direction 17. A sealing shoe 22 comprising an arcuate seal portion 22a integrated with the arcuate member 21a and a diameter seal portion 22b integrated with the edge member 21b. Attached, and the lower surface of the sealing shoe 22 has a very slight gap with respect to the upper surface of the stator 1 and the upper surface of the stator flange portion 23, or As the extent to impose slightly, air 12 from the gap between the stator 1 top and the air outlet hood 7 lower surface are to prevent leakage to the gas inlet duct 13 side. Although not shown, the air inlet side hood 6 also has substantially the same structure as the air outlet side hood 7, and the air 10 is gas from the gap between the upper surface of the air inlet side hood 6 and the lower surface of the stator 1. It does not leak to the outlet duct 15 side.
[0005]
Further, as shown in FIG. 2, the main shaft 5 is rotatably supported by a thrust bearing 24 via a support disk 5a and is also rotatably supported by bearings 25 and 26.
[0006]
In the rotary regenerative heat exchanger as described above, when air is preheated, an air inlet side hood 6 and an air outlet side hood 7 connected to the air inlet side hood 6 via the main shaft 5 by a driving device 8 Is rotated in the horizontal direction and the hot gas 14 discharged from the boiler is introduced from the gas inlet duct 13 through the outside of the air outlet side hood 7 into the element 3, and after heating the element 3, The air 10 passes through the outside of the side hood 6 and is discharged to the gas outlet duct 15 as a low-temperature gas 16 from the gas outlet duct 15 to the downstream side, while the air 10 passes from the air inlet duct 9 through the air inlet side hood 6. It is introduced into the element 3, heated by the heat of the element 3, sent into the air outlet side hood 7, passed through the air outlet side hood 7 and the air outlet duct 11, and preheated. It is adapted to be fed to the boiler as an air 12.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case of the rotary regenerative heat exchanger as described above, the stator that houses the element 3 due to the temperature difference between the elements 3 under the heat load condition (in the example of FIG. 2, the upper side is the high temperature end and the lower side is the low temperature end). 1 is curved and deformed so that its axial center is convex upward (about 50 [mm] with a rotary regenerative heat exchanger having a diameter of φ15 [m] class).
[0008]
For this reason, by changing the height position of the sealing frame 21 relative to the hood frame 19 to the thermal deformation of the stator 1, the stator flange portion 23 and the arcuate seal portion 22 a of the sealing shoe 22 are changed. A device that holds the gap at a constant value and limits the amount of air leakage from the inside of the air inlet side hood 6 and the air outlet side hood 7 to the inside of the gas outlet duct 15 and the gas inlet duct 13 by the gap flow path resistance ( (Not shown) is also provided, but there is still room for improvement.
[0009]
In view of such circumstances, the present invention intends to provide a seal device for a rotary regenerative heat exchanger that can reduce the amount of air leakage from the inside of the air hood to the inside of the gas duct and can improve the performance. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a cylindrical stator having elements disposed therein, an air hood having a butterfly-shaped planar shape rotatably disposed so as to be connected to the opening of the stator, and the opening of the stator A sealing shoe comprising an arc-shaped seal portion attached to the edge of the air hood and extending in the circumferential direction of the stator and a radial seal portion extending radially in the radial direction of the stator, and connected to the opening of the stator and air A rotary regenerative heat exchanger sealing device provided with a gas duct arranged to cover the hood,
An elastic seal plate is attached to the inner peripheral surface of the gas duct so that the outer peripheral surface of the arc-shaped seal portion of the sealing shoe contacts and slides and prevents air leakage from the inside of the air hood to the inside of the gas duct .
A cast iron material is used as the sealing shoe, and the outer peripheral surface of the arc-shaped seal portion of the sealing shoe is processed into a perfect circle, while a stainless steel material is used as the elastic seal plate, and the elastic seal plate peripheral portion uses its elastic force. In addition, the present invention is directed to a sealing device for a rotary regenerative heat exchanger, which is configured to be in close contact with the flange portion of the stator and in close contact with the outer peripheral surface of the arc-shaped seal portion of the sealing shoe .
[0011]
According to the above means, the following operation can be obtained.
[0012]
When the air hood rotates during operation of the rotary regenerative heat exchanger, the outer peripheral surface of the arcuate seal portion of the sealing shoe always comes into contact with and slides against the elastic seal plate.
[0013]
As a result, even if the stator that houses the element is thermally deformed due to the temperature difference between the elements under thermal load conditions, air leakage from the arc-shaped portion of the air hood will cause the arc-shaped seal of the sealing shoe to the elastic seal plate. By the contact of the parts, the shape is surely suppressed, leading to power reduction of a fan or the like for feeding air.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same components, and the basic configuration is the same as the conventional one shown in FIG. However, as shown in FIG. 1, the feature of the illustrated example is that the outer peripheral surface of the arc-shaped seal portion 22a of the sealing shoe 22 contacts and slides on the inner peripheral surface of the gas inlet duct 13 and air. An elastic seal plate 27 is attached to prevent air leakage from the outlet hood 7 to the gas inlet duct 13.
[0016]
In the case of this illustrated example, the sealing shoe 22 is made of a relatively soft material such as FC material (cast iron), and the outer peripheral surface of the arc-shaped seal portion of the sealing shoe 22 is processed into a perfect circle, while the elastic seal plate 27 is used. Is made of a material such as SUS (stainless steel), and the lower peripheral edge of the elastic seal plate 27 is brought into close contact with the upper surface of the stator flange 23 using the elastic force, and the arc-shaped seal of the sealing shoe 22 It is made to contact | adhere to the outer peripheral surface of 22a.
[0017]
Although not shown, the elastic seal similar to the above is also provided on the air inlet side hood 6 and the gas outlet duct 15 side so as to be vertically symmetrical with the air outlet side hood 7 and the gas inlet duct 13 side. A plate 27 is provided.
[0018]
Next, the operation of the illustrated example will be described.
[0019]
When the air inlet side hood 6 and the air outlet side hood 7 rotate during operation of the rotary regenerative heat exchanger, the outer peripheral surface of the arcuate seal portion 22a of the sealing shoe 22 always contacts the elastic seal plate 27.・ Sliding shape.
[0020]
As a result, even if the stator 1 housing the element 3 is thermally deformed due to the difference in temperature between the elements 3 under the heat load condition, air leaks from the arc-shaped portions of the air inlet side hood 6 and the air outlet side hood 7. This is surely restrained by the contact of the arc-shaped seal portion 22a of the sealing shoe 22 with the elastic seal plate 27, leading to reduction of power of a fan or the like for supplying air.
[0021]
In the case of the illustrated example, the entire circumferential length of the sealing shoe 22 composed of the arc-shaped seal portion 22a and the diameter seal portion 22b is as follows. When the diameter at the arc-shaped seal portion 22a is φD (see FIG. 3), About [Equation 1]
2D + πD / 2 = (4 + π) D / 2
The ratio of the length of the two arc-shaped seal portions 22a to the entire circumference of the sealing shoe 22 is
[Expression 2]
(ΠD / 2) / {(4 + π) D / 2} ≈0.44
Therefore, about 40% of the gap leak amount of the stator seal can be reduced.
[0022]
Thus, the amount of air leakage from the inside of the air inlet side hood 6 and the air outlet side hood 7 to the inside of the gas outlet duct 15 and the gas inlet duct 13 can be reduced, and the performance can be improved.
[0023]
The sealing device of the rotary regenerative heat exchanger according to the present invention is not limited to the above illustrated example, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the sealing device of the rotary regenerative heat exchanger of the present invention, it is possible to reduce the amount of air leakage from the inside of the air hood to the inside of the gas duct and to improve the performance. Can play.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of an embodiment for carrying out the present invention, and is a view corresponding to a part IV in FIG.
FIG. 2 is an overall schematic configuration diagram of a general rotary regenerative heat exchanger.
FIG. 3 is a perspective view of each part of the stator portion from the air outlet side hood of the rotary regenerative heat exchanger.
4 is a cross-sectional view showing an example of a sealing device of a conventional rotary regenerative heat exchanger, and is a view corresponding to a part IV in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Stator 3 Element 6 Air inlet side hood (air hood)
7 Air outlet side hood (air hood)
13 Gas inlet duct (gas duct)
15 Gas outlet duct (gas duct)
22 sealing shoe 22a arc-shaped seal portion 22b diameter seal portion 27 elastic seal plate

Claims

筒状で且つ内部にエレメントが配置されたステータと、該ステータの開口部に接続されるよう回転可能に配設された平面形状が蝶形の空気フードと、前記ステータの開口部に対する空気フードの縁部に取り付けられ且つステータの円周方向へ延びる円弧状シール部とステータの径方向へ放射状に延びる径シール部とからなるシーリングシューと、前記ステータの開口部に接続され且つ空気フードを覆うように配設されたガスダクトとを備えた回転再生式熱交換機のシール装置であって、
ガスダクトの内周面に、シーリングシューの円弧状シール部における外周面が接触・摺動し且つ空気フード内部からガスダクト内部への空気のリークを防ぐための弾性シールプレートを取り付け、
前記シーリングシューとして鋳鉄材料を用い、シーリングシューの円弧状シール部における外周面を真円加工する一方、前記弾性シールプレートとしてステンレス材料を使用し、該弾性シールプレート周縁部をその弾性力を利用して、前記ステータのフランジ部に密着させ且つシーリングシューの円弧状シール部の外周面に密着させるよう構成したことを特徴とする回転再生式熱交換機のシール装置。A cylindrical stator with elements arranged therein, an air hood having a butterfly-shaped planar shape rotatably arranged to be connected to the opening of the stator, and an air hood for the opening of the stator. A sealing shoe comprising an arc-shaped seal portion attached to the edge and extending in the circumferential direction of the stator and a radial seal portion extending radially in the radial direction of the stator, and connected to the opening of the stator and covering the air hood A regenerative heat exchanger sealing device comprising a gas duct disposed in
An elastic seal plate is attached to the inner peripheral surface of the gas duct so that the outer peripheral surface of the arc-shaped seal portion of the sealing shoe contacts and slides and prevents air leakage from the air hood to the gas duct .
A cast iron material is used as the sealing shoe, and the outer peripheral surface of the arc-shaped seal portion of the sealing shoe is processed into a perfect circle, while a stainless steel material is used as the elastic seal plate, and the elastic seal plate peripheral portion uses its elastic force. The rotary regenerative heat exchanger sealing device is configured to be in close contact with the flange portion of the stator and in close contact with the outer peripheral surface of the arcuate seal portion of the sealing shoe .