SE503962C2

SE503962C2 - Regenerative heat exchanger and a way to operate a regenerative heat exchanger

Info

Publication number: SE503962C2
Application number: SE9500476A
Authority: SE
Inventors: Rolf Hasselstroem; Dag Westerlund
Original assignee: Ljungstroem Technology Ab
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1996-10-07
Also published as: DE69611519T2; WO1996024812A1; DK0807237T3; SE9500476L; EP0807237B1; SE9500476D0; EP0807237A1; PL321712A1; DE69611519D1

Abstract

In a regenerative heat exchanger of the kind having a rotor (2) mounted in a casing (1), supports (10) are provided for maintaining a certain clearance between the rotor (2) and movable plates (6, 8) connected to the casing (1) and located closed to the rotor ends. Each support co-operates through a guided surface (62) on a sliding shoe (25) with a guiding surface (61) on a flange (12) on the rotor (2). According to the invention the support (10) is provided with water conduit means (63, 65, 66) ending in the guided surface (62) and being connected to a water source of a pressure sufficient to establish a gap between the guided (62) and the guiding (61) surface so that a cushion of vaporized water is established between the surfaces (61, 62) as the water vaporizes by contact with the guiding surface (61), which is hot, and escapes from the conduit means (63, 65, 66) through the gap.

Description

20 25 30 ses 962 2 parallella kontaktytor, så att kontakten sker utmed glidskons hela yta. Kol och graﬁt har även god motståndskraft mot den höga temperaturen och den sura omgivningen som råder. Genom glidskomas slitage kommer de gradvis att konsumeras och måste ersättas. Slitagehastigheten varierar emellertid starkt, så att en eller ﬂera glidskor kan bli så nedslitna att spelrummet blir noll medan andra glidskor fortfarande är nästan opåverkade. Varje glidsko är därför justerbar i riktning vinkelrätt mot kontaktytan. En sådan lösning visas i WO95/O0809, visande en mätstav belägen intill glidskon, vilken mätstav är riktad parallellt med justeringsriktningen. 20 25 30 962 2 parallel contact surfaces are seen, so that the contact takes place along the entire surface of the sliding shoe. Coal and grit also have good resistance to the high temperature and the acidic environment that prevails. Due to the wear of the sliding shoes, they will gradually be consumed and must be replaced. However, the wear speed varies greatly, so that one or more of your sliding shoes can become so worn that the clearance becomes zero while other sliding shoes are still almost unaffected. Each sliding shoe is therefore adjustable in the direction perpendicular to the contact surface. Such a solution is shown in WO95 / O0809, showing a measuring rod located next to the sliding shoe, which measuring rod is directed parallel to the adjustment direction.

Mätstaven kan från ett viloläge momentant bringas i kontakt med tillhörande ﬂäns och indikerar när spelrummets storlek erfordrar frammatning av glidskon ett stycke, så att det ursprungliga spelrummet återställs.From a rest position, the measuring rod can be momentarily brought into contact with the associated ﬂ äns and indicates when the size of the clearance requires the advancement of the sliding shoe one piece, so that the original clearance is restored.

En ytterligare lösning visas i SE 93 02301-8 där slitageproblemen har eliminerats genom att glidskon glider på en gaskudde åstadkommen genom tillförsel av tryckgas mellan glidskon och en ﬂäns hos rotorn. Slitage undvikes därvid genom att ingen kontakt uppstår mellan glid- skon och ﬂänsen.A further solution is shown in SE 93 02301-8 where the wear problems have been eliminated by the sliding shoe sliding on a gas cushion achieved by supplying pressurized gas between the sliding shoe and one end of the rotor. Wear is thereby avoided by no contact between the sliding shoe and the. End.

Detta kräver emellertid tillgång till en tryckgaskälla eller gör det nödvändigt att anordna en kompressor för framställning av tryckgas. Detta medför en avsevärd kostnadsökning både för framställningen av värmeväxlaren och för framtagningen av tryckgas. Ändamålet med föreliggande uppﬁnning är att åstadkomma en regenerativ värmeväxlare av det inledningsvis angivna slaget som har kontaktfria bärorgan utan att vid tidigare kända kon- struktioner uppstående olägenheter föreligger.However, this requires access to a pressurized gas source or makes it necessary to provide a compressor for producing pressurized gas. This entails a considerable cost increase both for the production of the heat exchanger and for the production of compressed gas. The object of the present invention is to provide a regenerative heat exchanger of the type indicated in the introduction which has contact-free support members without any inconveniences arising in previously known constructions.

Detta har enligt uppﬁnningen åstadkommits därigenom att en roterande värmeväxlare av det i ingressen till kravet 1 angivna slaget har erhållit de i kärmetecknande delen angivna känne- tecknen och att det i ingressen till kravet 8 angivna sättet erhållit de i den kännetecknande delen av kravet angivna kännetecknen.According to the invention, this has been achieved in that a rotary heat exchanger of the type specified in the preamble of claim 1 has obtained the characteristics specified in the core drawing part and that the method specified in the preamble of claim 8 has obtained the characteristics stated in the characterizing part of claim 1.

Genom åstadkommande av en kontaktfri samverkan mellan den styrda ytan och den cirkulära, kontinuerliga styrytan, exempelvis en ﬂäns, genom tillförseln av vatten under tryck föreligger inte längre något behov av tryckgasframställning, som är betydligt mera omständligt och dyrbart än tillförsel av vatten. 10 15 20 25 30 3 503 962 Uppﬁnningen är särskilt men inte uteslutande lämplig för sådana värmeväxlare, som har sektorplåtar belägna tätt intill ändytoma hos rotom, så att bärorganen är riktade axiellt.By providing a contact-free interaction between the controlled surface and the circular, continuous guide surface, for example one another, through the supply of water under pressure, there is no longer a need for pressurized gas production, which is considerably more cumbersome and expensive than the supply of water. The invention is particularly but not exclusively suitable for such heat exchangers which have sector plates located close to the end surfaces of the rotor, so that the support members are directed axially.

Tillförseln av vatten sker företrädesvis genom ett flertal kanaler genom nämnda distans- element.The supply of water preferably takes place through a plurality of channels through said spacer elements.

Dessa och andra fördelaktiga utföringsfonner av uppﬁnningen anges i beroendekraven.These and other advantageous embodiments of the invention are set forth in the dependent claims.

Uppﬁnningen kommer att beskrivas närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritningar, som visar fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen och på vilka ﬁg. 1 är en axiell delsektion genom en första, föredragen utföringsform av en v ärmeväxlare enligt uppﬁnningen, ﬁg. 2 ﬁg. 3 är en axiell sektion genom bärorganen längs linjen II-II i ﬁg. 1, är en sektion svarande mot den i ﬁg. l men visande en andra utföringsform av upp- ﬁnningen, ﬁg. 4 är en axiell delsektion genom bärorganet enligt ett tredje utföringsexempel av upp- ﬁnningen, och ﬁg. 5 är en sektion motsvarande den i ﬁg. 4 men visande ett fjärde utföringsexempel på uppﬁnningen, Den i ﬁg. 1 visade värmeväxlaren är av konventionell typ och har ett stationärt hus 1 och en cylindrisk rotor 2 innehållande regeneratorrnassa 3. Rotom har ett nav 4 och en övre fast sektorformad mittplåt 5 med en rörlig sektorplåt 6 svängbart förbunden därmed och en mot- svarande undre, fast mittplåt 7 med en rörlig sektorplåt 8. De två grupperna av plåtar 5, 6 och 7, 8 har till uppgiﬁ att täta mot rotoms 2 övre och undre ändar så tätt intill som möjligt och därigenom åtskilja värmeväxlarmedierna som strömmar till och från rotom genom axiella öppningar anslutna till mediakanaler (ej visade).The invention will be described in more detail in the following with reference to the accompanying drawings, which show advantageous embodiments of the invention and in which ﬁ g. 1 is an axial sub-section through a first, preferred embodiment of a heat exchanger according to the invention, ﬁ g. 2 ﬁ g. 3 is an axial section through the support members along the line II-II in ﬁ g. 1, is a section corresponding to that in ﬁ g. l but showing a second embodiment of the invention, ﬁ g. 4 is an axial sub-section through the support member according to a third embodiment of the invention, and ﬁ g. 5 is a section corresponding to that in ﬁ g. 4 but showing a fourth embodiment of the invention, Den i ﬁ g. 1 is of conventional type and has a stationary housing 1 and a cylindrical rotor 2 containing regenerator mass 3. The rotor has a hub 4 and an upper fixed sector-shaped center plate 5 with a movable sector plate 6 pivotally connected thereto and a corresponding lower, fixed center plate 7 with a movable sector plate 8. The two groups of plates 5, 6 and 7, 8 have the task of sealing the upper and lower ends of the rotor 2 as close as possible and thereby separating the heat exchanger media flowing to and from the rotor through axial openings. connected to media channels (not shown).

För detta ändamål är de radiellt yttre ändama av de rörliga sektorplåtama 6, 8 försedda med vardera två anordningar 10, som bildar bärorgan för upprätthållande av ett visst spelrum mellan sektorplåtamas 6, 8 ändar och en övre och undre ringforrnig kantfläns 12 anbragt på 10 15 20 25 30 563 962 4 rotom längs dess övre och undre omkretsar varvid varje ﬂäns har en yttre, ringformig, kon- tinuerlig styryta 61 för samverkan med en styrd yta hörande till var och en av anordningama 10, Fig. 2 visar en del av huset och den övre kantﬂänsen 12 hos rotom och den övre, rörliga sektorplåten 6. I ett hål i sektorplåten 6 är en av anordningama 10 fastsatt medelst skruvar.For this purpose, the radially outer ends of the movable sector plates 6, 8 are provided with two devices 10 each, which form support means for maintaining a certain clearance between the ends of the sector plates 6, 8 and an upper and lower annular edge flange 12 arranged on the surface. 563 563 962 4 rotor along its upper and lower perimeters, each end having an outer, annular, continuous guide surface 61 for co-operation with a guided surface belonging to each of the devices 10, Fig. 2 shows a part of the housing and the upper edge ﬂ end 12 of the rotor and the upper, movable sector plate 6. In a hole in the sector plate 6, one of the devices 10 is fixed by means of screws.

Anordningen har en yttre hylsa 15 med en monteringsﬂäns 16, som med en mellanliggande tätningsring 15 är anbragt på sektorplåten 6 medelst skruvar 18.The device has an outer sleeve 15 with a mounting shaft 16, which with an intermediate sealing ring 15 is arranged on the sector plate 6 by means of screws 18.

Den yttre hylsan 15 har vid dess övre ände en invändig gänga 19, och inuti den yttre hylsan 15 är en inre hylsa 20 anordnad med en övre del försedd med en utvändig gänga delvis skruvad in i gängan 19. Den inre hylsans undre ände är försedd med en packning 22, som tätande anligger mot insidan av den yttre hylsan 15. Den inre hylsans 20 övre ände är försedd med en fastsvetsad mutter 23, och dess undre ände är försedd med en bottenplatta 24, som är fastsvetsad På undersidan av bottenplattan 24 är en cirkulär glidsko 25 av graﬁt eller kol ut- bytbart fastsatt medelst en försänkt skruv 26 skruvad in i bottenplattan 24. Glidskon 25 har en framsida 62 vänd mot och parallell med ﬂänsens 12 kontinuerliga styryta 61. Övre änden av den yttre hylsan 15 är försedd med en utvändig, ringformad ﬂäns 27, till vilken övre änden av en tätningsbälg 28 av metall är fastskruvad med hjälp av en monte- ringsring 29, en ringformad packning 30 och skruvar 31.The outer sleeve 15 has at its upper end an internal thread 19, and inside the outer sleeve 15 an inner sleeve 20 is provided with an upper part provided with an outer thread partially screwed into the thread 19. The lower end of the inner sleeve is provided with a gasket 22 sealingly abutting the inside of the outer sleeve 15. The upper end of the inner sleeve 20 is provided with a welded nut 23, and its lower end is provided with a bottom plate 24, which is welded On the underside of the bottom plate 24 is a circular sliding shoe 25 of burr or carbon interchangeably fastened by means of a countersunk screw 26 screwed into the base plate 24. The sliding shoe 25 has a front side 62 facing and parallel to the continuous guide surface 61 of the shaft 121. The upper end of the outer sleeve 15 is provided with a external, annular 27 end 27, to which the upper end of a sealing bellows 28 of metal is screwed by means of a mounting ring 29, an annular gasket 30 and screws 31.

Den undre änden av bälgen 28 är försedd med en monteringsring 32, som medelst skruvar 33 och en mellanliggande packning 34 är fastsatt i ett cirkulärt hål i huset 1, så att en förut- bestämt axialkraft kommer att utövas nedåt på plåten 6 genom bälgens 28 fjäderkraﬁ.The lower end of the bellows 28 is provided with a mounting ring 32, which by means of screws 33 and an intermediate gasket 34 is fixed in a circular hole in the housing 1, so that a predetermined axial force will be exerted downwards on the plate 6 by the spring collar 28 of the bellows 28. .

Parallellt med anordningen 10 och tätt intill dess sida är en mätanordning 13 anordnad för mätning av spelrummet mellan plåten 6 och ﬂänsen 12. Den omfattar ett rör 40 anbragt med undre änden i ett hål 41 i sektorplåten 6 och med övre änden i ett hål 42 i ﬂänsen 27, varvid den delvis sträcker sig inuti bälgen 28. Inuti röret är en mätstav 43 belägen, vars övre ände är ﬁxerad i det visade läget i en hylsa 44 medelst en icke visad fjäder och en utvändig ﬂäns på staven, vilken hylsa 44 är fastskruvad på röret 40. I detta läge sträcker sig en med mätstreck 10 15 20 25 30 5 503 962 försedd del 45 av stavens 43 övre ände ut genom hylsan 44 och stavens 43 undre ände är i plan med sektorplåtens 6 undersida.In parallel with the device 10 and close to its side, a measuring device 13 is arranged for measuring the clearance between the plate 6 and the end 12. It comprises a tube 40 arranged with the lower end in a hole 41 in the sector plate 6 and with the upper end in a hole 42 in ﬂ end 27, partially extending inside the bellows 28. Inside the tube is a measuring rod 43 located, the upper end of which is axed in the position shown in a sleeve 44 by means of a spring (not shown) and an outer end of the rod, which sleeve 44 is screwed on the tube 40. In this position a part 45 of the rod 43 provided with measuring lines 10 extends out through the sleeve 44 and the lower end of the rod 43 is flush with the underside of the sector plate 6.

Slutligen kan såsom visas en mätklocka 50 med en mätsond 51 vara anordnad i kontakt med övre änden av den med mätstreck försedda delen 45.Finally, as shown, a measuring clock 50 with a measuring probe 51 can be arranged in contact with the upper end of the part 45 provided with measuring lines.

Uppbärandet av den rörliga sektorplåten 6 för upprätthållande av ett spelrum mellan plåten 6 och ﬂänsen 12 har åstadkommits genom en kontaktfri samverkan mellan en styrande yta 61 bestående av den yttre ändytan av den roterande ﬂänsen 12 och en stationär, styrd yta 62, som består av frontytan hos glidskon 25. För emående av den kontaktﬁia samverkan är åtgärder vidtagna för åstadkommande av en kudde av vattenånga mellan dessa ytor 61, 62. Dessa åtgärder innefattar anordnandet av en källa 64 för vatten under tryck, ansluten genom en rör- ledning 63 till det inre 65 av hylsan 20 i vilken glidskon 25 är monterad. Genom kanaler 66 i glidskon 25 kommunicerar det inre 65 av hylsan 20 med ändytan 62 hos glidskon 25. Vatten tillförs därigenom från källan 64 for vatten till ﬂänsens 12 styryta 61. Flänsens temperatur är omkring 350°C, vilket kommer att resultera i en ﬁillständig eller delvis förångning av vattnet som kommer i kontakt med ﬂänsen. Vattnets tryck är tillräckligt for att tvinga vattnet att kontinuerligt strömma från kanalerna 66 och ut mellan den styrda ytan 62 och den styrande ytan 61 , vilka ytor därigenom pressas isär. På detta sätt bildas en kudde av förångat vatten mellan ytorna 61, 62 med en axiell tjocklek uppgående till en bråkdel av 1 mm. Emedan ingen kontakt råder mellan ytorna 61 , 62 kommer inget slitage att uppstå på glidskon. Till- räckligt vattentryck kan vid vissa applikationer erhållas från det ordinarie vattenledningsnätet, medan vid andra applikationer en pump kan erfordras för ökning av vattentrycket.The support of the movable sector plate 6 for maintaining a clearance between the plate 6 and the end 12 has been achieved by a contact-free interaction between a guide surface 61 consisting of the outer end surface of the rotating end 12 and a stationary, guided surface 62, which consists of the front surface. of sliding shoe 25. In order to contact it in cooperation, measures are taken to provide a cushion of water vapor between these surfaces 61, 62. These measures include the provision of a source 64 for pressurized water, connected by a pipeline 63 to the interior. 65 of the sleeve 20 in which the sliding shoe 25 is mounted. Through channels 66 in the sliding shoe 25, the interior 65 of the sleeve 20 communicates with the end surface 62 of the sliding shoe 25. Water is thereby supplied from the source 64 for water to the guide surface 61. The flange temperature is about 350 ° C, which will result in an independent or partial evaporation of the water which comes into contact with the ﬂ änsen. The pressure of the water is sufficient to force the water to flow continuously from the channels 66 and out between the guided surface 62 and the guiding surface 61, which surfaces are thereby pressed apart. In this way, a cushion of evaporated water is formed between the surfaces 61, 62 with an axial thickness amounting to a fraction of 1 mm. Since there is no contact between the surfaces 61, 62, no wear will occur on the sliding shoe. Sufficient water pressure can in some applications be obtained from the ordinary water supply network, while in other applications a pump may be required to increase the water pressure.

Pig. 3 visar en altemativ utforingsform av uppﬁnningen enligt vilken det är anordnade tätningsplåt ar 70 tätt intill rotoms 2 cylindriska yta. Dessa plåtar 70 är välvda till mot- svarande cylindriska form som rotom och är väsentligen rektangulära. Plåtama är radiellt rörliga genom icke visade organ och samverkar med axiellt riktade kantﬂänsar 71 vid övre och undre andarna av rotom 2.Pig. 3 shows an alternative embodiment of the invention according to which sealing plates 70 are arranged close to the cylindrical surface of the rotor 2. These plates 70 are curved to a corresponding cylindrical shape as a rotor and are substantially rectangular. The plates are radially movable by means not shown and co-operate with axially directed edge ridges 71 at the upper and lower ends of the rotor 2.

Mellan varje rörlig plåt 70 och ﬂänsama 71 är ett visst spelrum upprätthållet medelst anord- ningar 10° av samma slag som bärorganen 10 anordnade att vidmakthålla spelrummet mellan sektorplåtama 6, 8 och ändama hos rotom 2. När både sektorplåtar 6, 8 och välvda plåtar 70 10 SIHJS 962 6 används är det möjligt att förse båda med bärorganen enligt uppﬁnningen eller att förse antingen sektorplåtama eller de välvda plåtama med sådana och använda enklare montering av de andra plåtama.Between each movable plate 70 and the inserts 71 a certain clearance is maintained by means of devices 10 ° of the same kind as the support means 10 arranged to maintain the clearance between the sector plates 6, 8 and the ends of the rotor 2. When both sector plates 6, 8 and arched plates 70 SIHJS 962 6 is used, it is possible to provide both with the support members according to the invention or to provide either the sector plates or the curved plates with such and use simpler mounting of the other plates.

Hur kanalema genom glidskon är anordnade påverkar bildandet av ångkudden. Fig. 4 och 5 visar två föredragna altemativ, varvid dessa kanaler 66 är anordnade att bidraga till bildandet av ångkudden. I ﬁgt 4 mynnar kanalema 66 på undersidan i en kavitet 67 vänd mot den styrande ytan 61 hos ﬂänsen 12 och kavitetens 67 väggar 68 är företrädesvis koniska. I ﬁg. 5 är kanalema 66 anordnade lutande i förhållande till axialriktningen och möts nära varandra vid mitten av den styrda ytan 62 hos glidskon 25.How the channels are arranged through the sliding shoe affects the formation of the steam cushion. Figs. 4 and 5 show two preferred alternatives, these channels 66 being arranged to contribute to the formation of the steam cushion. In Fig. 4, the channels 66 open on the underside of a cavity 67 facing the guiding surface 61 of the shaft 12 and the walls 68 of the cavity 67 are preferably conical. I ﬁ g. 5, the channels 66 are arranged inclined with respect to the axial direction and meet close to each other at the center of the guided surface 62 of the sliding shoe 25.

Claims

10 15 20 25 30 1 503 962 PATENT REQUIREMENTS

Regenerative heat exchanger with a substantially cylindrical rotor (2) mounted in a housing (1), provided with at least one movable plate (6, 8) arranged near the rotor (2), and actuated by a resulting force against the rotor (2) ), the heat exchanger being provided with support means (10, 61, 62) for maintaining a certain clearance between the rotor (2) and the movable plate (6, 8), which support means (10, 61, 62) comprise a continuous, guiding surface (61) around the circumference of the rotor (2) and at least one guided surface (62) connected to the movable plate (6, 8) which guided surface (62) is parallel to and facing the guiding surface (61), characterized in that the movable plate (6, 8) is provided with conduits for water (63, 65, 66; 67) murmuring in the guided surface (62) and connected to a source of water (64) with a pressure of sufficient to provide a gap between the guided surface (62) and the guiding surface (61) against the action of the resulting force, thereby providing a cushion of at least partially evaporated water between the surfaces (61, 62) since the water at least partially evaporates on contact with the guiding surface (61) and departs from the conduits (63, 65, 66; 67) for water through the gap between the surfaces (61, 62). IN

Heat exchanger according to claim 1, wherein the movable plate (6, 8) is located near one end of the rotor (2) oriented substantially perpendicular to the axis of the rotor (2) and separating axially directed openings communicating with channels for heat transfer media, wherein it the guide surface (61) is located on an edge ﬂ end (12) at the circumference of the end of the rotor and perpendicular to the axis of the rotor (2).

Heat exchanger according to claim 2, wherein the movable plate (6, 8) is sector-shaped and has a radially outer end adjacent the edge end (12) and a radially inner end pivotally connected to a center plate (5, 7), which is fixedly mounted in the housing (1), the movable plate (6, 8) being provided with two of the guided surfaces (62), each of which is circumferentially distributed and individually axially adjustable relative to the movable plate (6, 8). 10 20 25 563 962 8

A heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the controlled surfaces (62) is a surface of a sliding shoe (25) and the conduits for water comprise a plurality of channels (66) extending through the sliding shoe (25). ) and opening into a number of openings in the guided surface (62).

A heat exchanger according to any one of claims 1-3, wherein the guided surface (62) is a surface of a sliding shoe (25) and the conduits for water comprise at least one channel (66) extending through the sliding shoe and a cavity (67) in the guided surface (62), and the channel (66) myrrh in the cavity (67), which has a larger cross-sectional area than the channel (66).

The heat exchanger of claim 5, wherein the cavity (67) has a conical wall (68) that widens toward the guided surface (62).

Heat exchanger according to claim 4, wherein at least some of the channels (66) are inclined in the dry relation to the axis of the rotor (2).

A method of operating a regenerative heat exchanger to maintain a certain clearance between a substantially cylindrical rotor (2) of the heat exchanger and a movable plate (6, 8) arranged near the rotor and connected to a housing (1) of the heat exchanger, wherein the rotor ( 2) has a continuous, guiding surface (61) around the rotor cooperating with a guided surface (62), which is connected to the movable plate (6, 8) and is parallel to and facing the guiding surface (61), k ä characterized in that water is supplied through conduits (63, 65, 66; 67) for water which opens into the controlled surface (62), which water is supplied with a pressure sufficient to create a gap between the controlled surface (62 ) and the guide surface (61) against the action of a resultant force acting on the movable plate, so that a cushion of at least partially steamed water is formed between the surfaces (61, 62) when the water is at least partially steamed on contact with the guide surface (61 ) and departs from the lines (63, 65, 66; 67) through the gap m between the surfaces (61.62)