PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69701144T2 21.09.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0904520
Titel ROTORLAGERUNG MIT SCHWIMMENDEM ZUGRING
Anmelder ABB Air Preheater, Inc., Wellsville, N.Y., US
Erfinder FINNEMORE, Eugene, Harlan, Pocatello, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69701144
Vertragsstaaten DE, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 09.05.1997
EP-Aktenzeichen 979255221
WO-Anmeldetag 09.05.1997
PCT-Aktenzeichen US9707995
WO-Veröffentlichungsnummer 9747938
WO-Veröffentlichungsdatum 18.12.1997
EP-Offenlegungsdatum 31.03.1999
EP date of grant 12.01.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.09.2000
IPC-Hauptklasse F28D 19/04

Beschreibung[de]
Allgemeiner Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft rotierende rückgewinnende Luftvorwärmer, bei dem zum Drehen des Rotors ein Rotorständer verwendet wird, und insbesondere neuartige Rotorständerkopfstücke zum Befestigen der Rotorzwischenwände.

Ein rotierender rückgewinnender Luftvorwärmer überträgt durch eine Oberfläche zur rückgewinnenden Wärmeübertragung in einem Rotor, der sich ständig durch den Gas- und Luftstrom dreht, Eigenwärme von dem einen Kessel verlassenden Abgas zu der eintretenden Verbrennungsluft. Der Rotor, der die Wärmeübertragungsoberfläche enthält, weist einen Rotorständer auf, der bei den meisten Luftvorwärmern mit vertikaler Strömung durch ein unteres Lager am unteren Ende des Luftvorwärmers gestützt wird und durch eine am oberen Ende gelegene Lagerbaugruppe geführt wird. Einige Luftvorwärmer mit vertikaler Strömung verwenden ein oberes Stützlager und ein unteres Führungslager. Der Rotor ist durch eine Reihe von radial verlaufenden Platten, die als Zwischenwände bezeichnet werden, in Kammern unterteilt. Im allgemeinen sind die unteren nach innen gerichteten Kanten der Zwischenwände auf eine Leiste am unteren Rotorständerkopfstück gesetzt, und eine obere Zwischenwandzunge ist innerhalb eines Rings in dem oberen Rotorständerkopfstück befestigt.

Bei einem typischen rotierenden rückgewinnenden Wärmetauscher treten das heiße Abgas und die Verbrennungsluft von entgegengesetzten Enden aus in den Rotormantel ein und überstreichen das innerhalb des Rotors untergebrachte Material in entgegengesetzten Richtungen. Infolgedessen befinden sich der Kaltlufteinlaß und der Auslaß für das gekühlte Gas an einem als das kalte Ende bezeichneten Ende des Wärmetauschers, und der Heißgaseinlaß und der Auslaß für die erwärmte Luft befinden sich an dem als das heiße Ende bezeichneten entgegengesetzten Ende des Wärmetauschers. Von dem heißen Ende des Rotors zu dem kalten Ende des Rotors liegt infolgedessen ein axialer Temperaturgradient vor. Der Rotor neigt als Reaktion auf diesen Temperaturgradienten dazu, sich zu verformen und eine Form anzunehmen, die der einer umgekehrten Schale ähnelt und üblicherweise als "Rotorumschlag" (rotor turndown) bezeichnet wird. Diese Verformung führt dazu, daß sich die Zwischenwandzungen an ihren Befestigungsstiften nach oben bewegen, wobei auf die Zwischenwandzunge, den Stift und die Flansche am oberen Rotorständerkopfstück, die den Ring definieren, eine Zugbeanspruchung ausgeübt wird. Das obere Rotorständerkopfstück besteht infolgedessen aus einer massiven Struktur, um einen Ring mit einer Höhe zu bilden, die ausreicht, um eine Bewegung der Zwischenwandzunge zu gestatten, und wobei die Flansche eine ausreichende Dicke aufweisen, um der durch die Rotorverformung auferlegten Zugbeanspruchung zu widerstehen. Die Herstellung einer derartigen Struktur ist teuer, und sie bedeutet für das Rotorlager eine große Gewichtslast.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt eine Anordnung von Mitteln in einem Luftvorwärmer zum Befestigen von Rotorzwischenwänden an dem Rotorständer bereit, wobei das Befestigungsmittel sich an dem Rotorständer axial frei bewegen kann. Dadurch wird die Zugbeanspruchung des Befestigungsmittels reduziert, was eine Reduzierung der Masse des Befestigungsmittels gestattet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine allgemeine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen rotierenden rückgewinnenden Luftvorwärmers.

Fig. 2 ist eine teilweise weggebrochene Querschnittsansicht eines Rotorständers und einer Rotorzwischenwand des Luftvorwärmers von Fig. 1 nach dem Stand der Technik.

Fig. 3 ist eine teilweise weggebrochene, vergrößerte Querschnittsansicht des Rotorständers, des oberen und unteren Rotorständerkopfstücks und einer Rotorzwischenwand gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Teil des oberen Rotorständerkopfstücks von Fig. 3 und Teile von mehreren Rotorzwischenwänden.

Fig. 5 ist eine teilweise weggebrochene Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der Zwischenwand und des unteren Rotorständerkopfstücks von Fig. 3.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 der Zeichnungen stellt eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht eines typischen Doppelsektor-Luftvorwärmers 10 dar und zeigt ein Gehäuse 12, in dem der Rotor 14 an einer Antriebswelle bzw. einem Ständer 16 befestigt ist, um sich wie durch Pfeil 18 gezeigt zu drehen. Das Gehäuse ist durch für die Strömung undurchlässige Sektorplatten 20, 22 in eine Abgasseite 24 und eine Luftseite 26 unterteilt. Entsprechende Sektorplatten befinden sich auch am Boden der Einheit. In einem (nicht gezeigten) Dreisektor- Luftvorwärmer ist das Rotorgehäuse durch die Sektorplatten in drei Sektoren unterteilt und enthält den Abgassektor, den Primärluftsektor und den Zweitluftsektor. Die heißen Abgase treten durch den Gaseinlaßkanal 28 in den Luftvorwärmer 10 ein, strömen durch den Sektor, in dem Wärme zu der Wärmeübertragungsfläche in dem Rotor 14 übertragen wird, und treten dann durch den Gasauslaßkanal 30 aus. Während sich diese heiße Wärmeübertragungsoberfläche dann durch die Luftseite 26 dreht, wird die Wärme auf die Luft übertragen, die von dem Lufteinlaßkanalanschluß 32 aus durch den Rotor strömt. Der erwärmte Luftstrom bildet einen Heißluftstrom und verläßt den Luftvorwärmer 10 durch den Kanalanschlußabschnitt 34. Der Kaltlufteinlaß und der Auslaß 30 für gekühltes Gas definieren folglich ein kaltes Ende des Wärmetauschers und der Heißgaseinlaß 28 und der Auslaß für erwärmte Luft definieren ein heißes Ende des Wärmetauschers.

Der Rotor 14 besteht aus mehreren Sektoren 36, wobei jeder Sektor eine Reihe von Korbmodulen 38 enthält und wobei jeder Sektor durch die Zwischenwände 40 definiert wird. Die Korbmodule 38 enthalten die Wärmeübertragungsoberfläche. Die nach innen gerichteten Enden 42 der Zwischenwände 40 sind auf dem oberen und unteren Rotorständerkopfstück 44, 46 abgestützt. Wenn der Luftvorwärmer 10 in Betrieb genommen wird, entwickelt sich vom heißen Ende des Rotors 14 zu dem kalten Ende des Rotors 14 ein axialer Temperaturgradient, wenn der Vorwärmer aus einem kalten Nichtbetriebszustand in einen heißen Betriebszustand übergeht. Dieser axiale Temperaturgradient führt dazu, daß sich der Rotor 14 verformt. Der obere Teil 48 des nach innen gerichteten Endes 42 der Zwischenwände 40 bewegt sich folglich nach oben.

Wie in Fig. 2 gezeigt, verläuft bei herkömmlichen Luftvorwärmern von dem oberen Teil 48 des nach innen gerichteten Endes 42 der Zwischenwand 40 aus radial eine Zunge 50. Die Zunge 50 ist in einem Ring 52 in dem oberen Rotorständerkopfstück 44 aufgenommen und dort befestigt. Während der Luftvorwärmer 10 beim Anlaufen aus einem kalten Zustand in einen heißen Zustand übergeht, bewirkt die sich ergebende Verformung, daß sich die Zunge 50 an dem Stift 54 axial nach oben bewegt. Dieser Bewegung ist die Reibung zwischen der Zunge 50 und dem Stift 54 entgegengesetzt, die auf die Zwischenwandzunge 50, den Stift 54 und die Flansche 56, 58 an dem oberen Rotorständerkopfstück 44, die den Ring 52 definieren, eine Zugbeanspruchung ausübt. Das obere Rotorständerkopfstück 44 muß infolgedessen eine Struktur enthalten, die ausreicht, um einen Ring 52 mit einer Höhe zu bilden, die eine Bewegung der Zwischenwandzunge 50 gestattet, und wobei die Flansche 56, 58 eine ausreichende Dicke aufweisen, um der durch die Rotorverformung auferlegten Zugbeanspruchung zu widerstehen.

Bei der vorliegenden Erfindung besteht das obere Rotorständerkopfstück 60 aus einem frei beweglichen Zugspannungsring mit einer Innenöffnung 62 zur Aufnahme des Rotorständers 16 (Fig. 3 und 4). In dem Außenumfangsteil 66 des oberen Rotorständerkopfstücks 60 sind mehrere über den Umfang beabstandete radial verlaufende Schlitze 64 angeordnet. Der nach außen gerichtete Teil 68 jedes Schlitzes 64 definiert einen Zwischenraum in der Umfangsfläche 73 des Kopfstücks 60. Der nach innen gerichtete Teil 70 jedes Schlitzes 64 definiert ein Paar Schultern 74, wobei der Schlitz eine T-Form aufweist. Der obere Teil 78 des nach innen gerichteten Endes 80 jeder Zwischenwand 76 besteht aus einer kastenförmigen Fahne 82, die in dem nach innen gerichteten Teil einer der T- förmigen Schlitze 64 aufgenommen wird. Die von der Fahne 82 definierten Schultern 84 nehmen die durch den nach innen gerichteten Teil 70 des Schlitzes 64 definierten Schultern 74 in Eingriff, um eine radiale Bewegung der Zwischenwand 76 zu verhindern. Jede Zwischenwand 76 weist eine unter der Fahne 82 angeordnete Kerbe 86 auf. Die Höhe H der Kerbe 86 ist mindestens so groß wie die Dicke T des oberen Rotorständerkopfstücks 60. Die Zwischenwand 76 wird an dem oberen Rotorständerkopfstück 60 befestigt, indem der Außenumfangsteil 66 des oberen Rotorständerkopfstücks 60 in die Kerbe 86 eingesetzt wird, die Fahne 82 der Zwischenwand 76 über dem nach innen gerichteten Teil 70 des Schlitzes 64 positioniert wird und die Zwischenwand 76 so abgesenkt wird, daß die Fahne 82 in dem nach innen gerichteten Teil 70 des Schlitzes 64 angeordnet ist.

Beim Anlaufen bewirkt die Verformung des Rotors, daß sich das obere Rotorständerkopfstück 60 an dem Rotorständer 16 axial nach oben bewegt. Die von jeder Zwischenwand 76 auf das obere Rotorständerkopfstück 60 ausgeübte radiale Kraft wird durch die von einer oder mehreren, auf der entgegengesetzten Seite des oberen Rotorständerkopfstücks 60 befestigten Zwischenwänden 76 ausgeglichen. Der Rotorständer 16 bleibt deshalb im wesentlichen innerhalb der Innenöffnung 62 zentriert. Beispielsweise beträgt die Dicke T des oberen Rotorständerkopfstücks bei einem Rotor gegebener Größe und gegebenen Gewichts sechs (6) Zoll. Ein derartiges Kopfstück weist eine Masse auf, die etwa fünfzig bis sechzig Prozent (50-60%) geringer ist als die Masse eines vergleichbaren herkömmlichen oberen Kopfstück 44 für den Rotor mit gleicher Größe und gleichem Gewicht, weist eine mechanische Festigkeit auf, die ausreicht, um der durch die Zwischenwände 76 ausgeübten Zugbeanspruchung zu widerstehen, und kann einen kleineren Durchmesser aufweisen als das herkömmliche obere Kopfstück 44.

Das untere Rotorständerkopfstück 88 ist an dem Rotor vorzugsweise durch eine Schweißstelle 90 befestigt. Das untere Segment 92 des Außenumfangsteils 98 des unteren Rotorständerkopfstücks 88 erstreckt sich radial über das obere Segment 94 des Außenumfangsteils 90 hinaus, um ein Fach 96 zu definieren. Der untere Teil 100 des nach innen gerichteten Endes 80 jeder Zwischenwand 76 ruht auf dem Fach 96, wodurch die Zwischenwände 76 von dem unteren Rotorständerkopfstück 88 gestützt werden. Bei einer Ausführungsform (Fig. 5) besteht das obere Segment 94' des Außenumfangsteils 98' des unteren Ständerkopfstücks 88' aus mehreren T- förmigen Schlitzen 102, und der untere Teil 100' des nach innen gerichteten Endes 80' jeder Zwischenwand 76' definiert eine kastenförmige Fahne 104% die in einem Schlitz 102 aufgenommen wird, um die Zwischenwand 76' an dem Rotorständer 16 zu verriegeln. Die Bodenfläche jeder Fahne 104 ruht auf dem Fach 96' des unteren Ständerkopfstücks 88'.

Das relative thermische Wachstum, zu dem es in der Befestigungsverbindung der herkömmlichen Auslegung zwischen den Zwischenwänden 40 und dem oberen Ständerkopfstück 44 kam, wird durch Berücksichtigen dieses Wachstums zwischen der Bohrung des frei beweglichen Zugspannungsrings 60 und dem Ständer 16 eliminiert. Der frei bewegliche Zugspannungsring 60 wird durch Steuern des Durchmessers des Ständers 16 und der Öffnung oder Bohrung 62 des Rings 60 bei gleichzeitigem Gestatten des thermischen Wachstums dazwischen auf dem Ständer 16 zentriert, ohne daß es nötig wäre, das tatsächliche Gesamtgewicht des Rotors 14 oder der einzelnen Sektoren 36 berücksichtigen zu müssen.

Das untere Stützkopfstück 88 der vorliegenden Erfindung kann so gut wie ausschließlich auf der Basis des Eigengewichts des Rotors 14 ausgelegt werden, da die wegen des relativen thermischen Wachstums in der oberen Befestigungsverbindung über das Eigengewicht hinausgehende axiale Überlast reduziert bzw. eliminiert worden ist. Diese axiale Überbelastung auf das untere Kopfstück 88 ist folglich um etwa achtzig bis neunzig Prozent (80-90%) reduziert. Für einen Rotor 14 mit gegebener Größe und gegebenem Gewicht ist die erforderliche Masse des unteren Ständerkopfstücks 88 der vorliegenden Erfindung um über fünfzig Prozent (50%) reduziert. Bei der vorliegenden Erfindung können der Rotorständermantel und die verbindenden Schweißstellen auf der Basis des Überwindens von Rückmomenten, die auf einen Luft- und Gasdruckabfall über die Wärmeübertragungsoberflächen zurückzuführen sind, und des radialen Drucks, der auf Luft-Gas- Druckdifferenzen zurückzuführen ist, ausgelegt werden.


Anspruch[de]

1. Rotorvorrichtung für einen rotierenden rückgewinnenden Luftvorwärmer, die aus folgendem besteht:

einem Rotorständer, der eine im wesentlichen vertikale Rotationsachse definiert, wobei der Rotorständer einen unteren Teil und einen oberen Teil aufweist;

einem ersten Rotorkopfstück, das an dem unteren Teil des Rotorständers befestigt ist und von diesem aus radial verläuft;

einem zweiten Rotorkopfstück, das eine axiale Öffnung zur gleitenden Aufnahme des oberen Teils des Rotorständers definiert und einen nach außen gerichteten Umfangsteil enthält, der mehrere über den Umfang beabstandete radial verlaufende Schlitze definiert; und

mehreren radial verlaufenden Zwischenwänden zum Definieren von Sektoren des Rotors, wobei jede der Zwischenwände aus einem oberen nach innen gerichteten Teil und einem unteren nach innen gerichteten Teil besteht, wobei der untere nach innen gerichtete Teil jeder Zwischenwand das erste Rotorkopfstück in Eingriff nimmt, wodurch das erste Rotorkopfstück die Zwischenwände stützt, wobei der obere nach innen gerichtete Teil jeder Zwischenwand aus einer Fahne besteht, wobei jede der Fahnen in einem der Schlitze aufgenommen wird und Mittel enthält, um die Schlitze in Eingriff zu nehmen, wodurch die radiale Bewegung der Zwischenwände begrenzt wird.

2. Rotorvorrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder der Schlitze aus einem nach innen gerichteten Teil und einem nach außen gerichteten Teil besteht, wobei der nach innen gerichtete Teil jedes Schlitzes ein Paar Schultern zur Ineingriffnahme mit den Fahnen definiert.

3. Rotorvorrichtung nach Anspruch 2, bei der jede der Fahnen ein Paar Schultern definiert, wobei die Schultern der Fahne die Schultern des Schlitzes in Eingriff nehmen.

4. Rotorvorrichtung nach Anspruch 1, bei der jede der Zwischenwände weiterhin aus einem unter der Fahne angeordneten Kerbenmittel besteht, wobei das Kerbenmittel zur Aufnahme des nach außen gerichteten Umfangsteils des zweiten Rotorkopfstücks ausgelegt ist.

5. Rotorvorrichtung nach Anspruch 4, bei der das zweite Rotorkopfstück eine Dicke T und das Kerbenmittel eine Höhe H aufweist, wobei H ≥ T.

6. Rotorvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Rotorkopfstück über eine Schweißstelle an dem Rotor befestigt ist.

7. Rotorvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Rotorkopfstück aus einem oberen nach außen gerichteten Segment und einem unteren nach außen gerichteten Segment besteht, und wobei das untere nach außen gerichtete Segment sich radial über das obere nach außen gerichtete Segment hinaus erstreckt, um ein Fach zu definieren, auf dem die Zwischenwände gestützt werden.

8. Rotorvorrichtung nach Anspruch 7, bei der das obere nach außen gerichtete Segment des ersten Rotorkopfstücks mehrere über den Umfang beabstandete radial verlaufende Schlitze definiert und der untere nach innen gerichtete Teil jeder Zwischenwand aus Fahnenmitteln besteht, wobei jedes der Fahnenmittel eingreifbar in einem der Schlitze aufgenommen wird.

9. Rotorvorrichtung nach Anspruch 8, bei der jeder der Schlitze aus einem nach innen gerichteten Teil und einem nach außen gerichteten Teil besteht, wobei der nach innen gerichtete Teil jedes Schlitzes ein Paar Schultern definiert.

10. Rotorvorrichtung nach Anspruch 9, bei der jedes der Fahnenmittel ein Paar Schultern definiert, wobei die Schultern der Fahnenmittel die Schultern des Schlitzes in Eingriff nehmen.

11. Rotorvorrichtung für einen rotierenden rückgewinnenden Luftvorwärmer mit einem vertikalen Rotorständer, wobei der Rotorständer einen unteren und einen oberen Teil aufweist, wobei die Rotorvorrichtung aus folgendem besteht:

einem ersten Rotorkopfstück, das an dem unteren Teil des Rotorständers befestigt ist und aus einem oberen nach außen gerichteten Segment und einem unteren nach außen gerichteten Segment besteht, wobei das untere nach außen gerichtete Segment sich über das obere nach außen gerichtete Segment hinaus erstreckt, um ein Fach zu definieren;

einem zweiten Rotorkopfstück, das eine axiale Öffnung zur gleitenden Aufnahme des oberen Teils des Rotorständers definiert und einen nach außen gerichteten Umfangsteil enthält, der mehrere über den Umfang beabstandete radial verlaufende T-förmige Schlitze definiert; und

mehreren radial verlaufenden Zwischenwänden zum Definieren von Sektoren des Rotors, wobei jede der Zwischenwände aus einem oberen nach innen gerichteten Teil und einem unteren nach innen gerichteten Teil besteht, wobei der untere nach innen gerichtete Teil jeder Zwischenwand das Fach des ersten Rotorkopfstücks in Eingriff nimmt, wobei der obere nach innen gerichtete Teil jeder Zwischenwand aus einer Fahne besteht, wobei jede der Fahnen eingreifbar in einem der Schlitze aufgenommen wird.

12. Rotorvorrichtung nach Anspruch 11, bei der jede der Fahnen ein Paar Schultern definiert und jeder der Schlitze ein Paar Schultern definiert, wobei die Schultern der Fahne die Schultern des Schlitzes in Eingriff nehmen, um eine nach außen gerichtete radiale Bewegung der Zwischenwand zu verhindern.

13. Rotorvorrichtung nach Anspruch 11, bei der das zweite Rotorkopfstück eine Dicke T aufweist und jede der Zwischenwände weiterhin ein unter der Fahne angeordnetes Kerbenmittel mit einer Höhe H aufweist, wobei H ≥ T.

14. Rotorvorrichtung nach Anspruch 11, bei der das obere nach außen gerichtete Segment des ersten Rotorkopfstücks mehrere über den Umfang beabstandete radial verlaufende Schlitze definiert und der untere nach innen gerichtete Teil jeder Zwischenwand aus Fahnenmitteln besteht, wobei jedes der Fahnenmittel eingreifbar in einem der Schlitze aufgenommen wird.

15. Rotorvorrichtung nach Anspruch 14, bei dem jedes der Fahnenmittel ein Paar Schultern definiert, wobei die Schultern des Fahnenmittel die Schultern des Schlitzes in Eingriff nehmen.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com