Вращающийся регенератор
Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться при подогреве воздуха, направляемого в топки на сжигание. Задачей изобретения является создание регенератора, обеспечивающего при работе достаточную герметичность ротора, небольшие габариты и возможность использования температуры отходящих газов свыше 1400°С. Для решения поставленной задачи предложен вращающийся регенератор, отличающийся от известных тем, что горячее и холодное уплотнения представляют собой массивное уплотнительное кольцо, соответствующее трубчатой наружной стенке корпуса ротора и имеющее прилегающий к соответствующей перегородке внутренний уплотнительный отрезок для радиальной герметизации ротора. К тому же горячее уплотнение снабжено охлаждением, и в корпусе ротора предусмотрены керамические капиллярные и металлические плоские нагревательные элементы, из которых металлические плоские нагревательные элементы расположены преимущественно на обращенной к холодному колпаку стороне ротора. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к вращающемуся регенератору согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, эксплуатируемому в сочетании с горелкой.
Подобные устройства используются для экономии природных ресурсов за счет минимизации расхода топлива и для снижения выбросов CO2, в том числе, в области высокотемпературных технологических топок в черной и цветной металлургии, сталелитейной и керамической промышленности. При этом посредством теплообменника у отходящего газа высокотемпературной технологической топки отбирают содержащееся в нем количество тепла и используют для подогрева воздуха, подаваемого к топке. Этот подаваемый к топке воздух называют также воздухом для горения. Возросшее в результате этого тепло воздуха для горения заменяет часть содержащейся в топливе энергии, благодаря чему уменьшается требуемое для сжигания количество топлива. Это значительно повышает кпд топки, поскольку обычные потери отходящего газа в используемых в черной металлургии и сталелитейной промышленности печах составляют около 70%. На фоне заметно возросших энергетических затрат постоянно существует все большая потребность в оптимизированных, с точки зрения теплотехники, процессах сжигания и подходящих для этого устройствах.
Для регенерации тепла в распоряжении имеются, в принципе, рекуперативные или регенеративные теплообменные системы. У рекуперативных теплообменных систем поток горячего отходящего газа совмещают с потоком холодного приточного воздуха и теплоту передают непосредственно через перегородку. У регенераторов теплоту передают с помощью теплоаккумулирующей промежуточной среды.
Особенно предпочтительными для промышленных топок оказались вращающиеся регенераторы, у которых на одной стороне в медленно вращающийся ротор нагнетают горячий отходящий газ, а на другой стороне - холодный воздух для горения. Горячий отходящий газ протекает через ротор и нагревает расположенные в нем нагревательные элементы, которые аккумулируют это тепло. За счет вращения ротора нагретые нагревательные элементы попадают в поток холодного воздуха для горения и нагревают протекающий там вдоль холодный воздух для горения.
Поскольку отходящий газ и воздух для горения не должны перемешиваться, особенно важным у вращающихся регенераторов является надежное отделение потока отходящего газа от потока воздуха для горения. Обычно это происходит за счет того, что ротор или его корпус разделяют газонепроницаемыми секционными стенками, проходящими радиально от оси вращения ротора наружу, на несколько проточных камер. Через различные камеры могут протекать тогда одновременно отделенные друг от друга отходящий газ и воздух для горения.
Обычно поток отходящего газа и поток воздуха для горения направляют через ротор навстречу друг другу. Так на стороне, где в ротор вводят отходящий газ, выводят из ротора также нагретый воздух для горения. В таком случае говорят о горячей стороне ротора. На противоположной стороне выдувают охлажденный отходящий газ и нагнетают еще холодный воздух для горения. Это так называемая холодная сторона ротора.
Зазоры между корпусом ротора и примыкающими воздухо- или газопроводами герметизируют обычно посредством охватывающей ротор уплотнительной системы. У этой охватывающей уплотнительной системы помещают в неподвижный и газонепроницаемо охватывающий его корпус регенератора. Корпус регенератора имеет на горячей стороне газовпускной и воздуховыпускной патрубки. На холодной стороне корпуса регенератора расположены соответственно газовыпускной и воздуховпускной патрубки. Отходящий газ протекает, следовательно, через зону отходящего газа, проходящую от горячей стороны регенератора к его холодной стороне, тогда как воздух для горения протекает через зону воздуха для горения, проходящую от холодной стороны к горячей.
Разделение зон корпуса регенератора для отходящего газа и воздуха для горения происходит посредством двух, проходящих соответственно до ротора перегородок. Перегородки проходят соответственно вдоль ротора так, что закрывают примыкающие секционные стенки ротора. Напротив секционных стенок ротора зоны корпуса регенератора для отходящего газа и воздуха для горения герметизируют посредством охватывающей уплотнительной системы, проходящей в плоскости перегородок.
Охватывающая уплотнительная система включает в себя замкнутую уплотнительную ленту, которая расположена в плоскости, проходящей параллельно оси вращения ротора, и размещена на корпусе регенератора. Уплотнительная лента состоит поэтому, по меньшей мере, из двух осевых и двух радиальных уплотнительных отрезков, прижимаемых снаружи к ротору. При этом осевые уплотнительные отрезки проходят параллельно корпусу ротора, а радиальные - вдоль обеих торцевых сторон ротора. У ротора, вращающегося вокруг вертикальной оси вращения, радиальные уплотнительные отрезки расположены поэтому приблизительно горизонтально и друг над другом, а осевые уплотнения - в вертикальном направлении и параллельно друг другу, причем осевые уплотнения соединяют между собой радиальные уплотнения. На виде сбоку такая уплотнительная система выглядит как прямоугольник, который вместе с секционными стенками ротора отделяет друг от друга обе газовые секции. Для уплотнений, известных из уровня техники, используют узкие прямолинейные уплотнительные ленты из керамики или металла.
Проблема состоит в том, что ротор из-за разных температур внутри него расширяется по-разному и его горячая сторона выгибается наружу. Поскольку окружающий ротор корпус регенератора, как правило, даже приблизительно не испытывает таких сильных температурных деформаций, осевые и радиальные уплотнительные отрезки охватывающей уплотнительной системы должны быть согласованы с деформирующимся ротором. В известных из уровня техники установках это осуществляют посредством гидравлического прижатия осевых и радиальных уплотнений к ротору, что, однако, очень сложно и подвержено сбоям. Нередко не достигаются удовлетворительные результаты герметизации, и кпд этих вращающихся регенераторов низок из-за несовершенной герметизации.
В качестве альтернативы уже предлагались вращающиеся регенераторы, у которых ротор выполнен чашеобразным с перфорированными дном и крышкой, а боковой кожух ротора отпадает. Вместо цельного корпуса регенератора предусмотрены два неподвижных колпака, между которыми вращается ротор. Для простоты здесь колпак на горячей стороне ротора называется горячим колпаком, а на холодной стороне - холодным колпаком. Соответственно горячий колпак имеет газовпускной и воздуховыпускной патрубки, разделенные первой перегородкой, а холодный колпак - газовыпускной и воздуховпускной патрубки, разделенные второй перегородкой.
Функцию герметизации у этих роторов выполняют дно и крышка чашеобразного ротора, прижимаемые соответственно непосредственно к холодному и горячему колпакам с помощью промежуточных радиальных уплотнительных отрезков, причем между сответствующим колпаком и ротором расположено уплотнение. Эта уплотнительная система не охватывает больше, следовательно, ротор снаружи. Напротив, уплотнение разделено на две части и состоит из чашеобразного ротора с крышкой и двумя отстоящими друг от друга уплотнительными плоскостями на торцевых сторонах ротора. Недостаток этого решения заключается, однако, в имеющей большую площадь конструкции крышки этих роторов, нередко мешающей течению соответственно воздуха и газа.
Другая проблема известных вращающихся регенераторов заключается в нагревательных элементах, помещаемых в роторы. Обычно речь при этом идет о плоских металлических пластинах волнообразного профиля сечения, которые, будучи уложены друг на друга, образуют между собой воздушные каналы. Эти пластины помещают обычно в несколько слоев в каркасы и в каркасах устанавливают попакетно в секционных стенках роторов. Для защиты от потоков агрессивных отходящих газов или загрязнений содержащимися в нем частицами сажи металлические пластины эмалируют. Эти эмалированные металлические пластины могут быть подвержены, однако, лишь ограниченным температурам отходящего газа. В частности, для повышения кпд высокотемпературной технологической топки желательно, однако, использовать регенератор также при особенно высоких температурах 1400°С и выше.
В последнее время были представлены также роторы, у которых в качестве замены металлических нагревательных элементов в разделенные секции свободно засыпаны керамические шарики или губчатые тела. Керамические шарики имеют то преимущество, что они являются существенно более жаростойкими и невосприимчивыми к воздействию дымовых газов, чем эмалированные металлические нагревательные элементы. В то же время эти роторы имеют повышенное гидравлическое сопротивление и большую конструктивную высоту.
Недостатками всех вышеназванных регенераторов являются сложная и недостаточная герметизация ротора и относительно большая конструктивная высота при ограниченной, в целом, температурной стойкости.
В основе изобретения лежит задача создания такого вращающегося регенератора, у которого обеспечивалась бы лучшая герметизация ротора, который имел бы значительно меньшие габариты, мог бы использоваться при значительно более высоких температурах отходящего газа выше 1400°С и был бы, в целом, более экономичным в изготовлении.
Эта задача решается посредством вращающегося регенератора по пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные модификации приведены в зависимых пунктах.
Вращающийся регенератор, согласно изобретению, содержит в качестве ротора установленный с возможностью вращения между неподвижными горячим и холодным колпаками теплообменник с корпусом ротора, в котором расположены теплоаккумулирующие нагревательные элементы. Ротор не размещают, следовательно, в корпусе регенератора и, следовательно, не герметизируют охватывающей уплотнительной системой.
Как уже сказано, здесь под горячим колпаком следует понимать находящиеся на горячей стороне теплообменника неподвижные впускные и выпускные устройства для пропускаемого потока отходящего газа, а под холодным - подаваемый к топке или горелке поток приточного воздуха. В соответствии с этим горячий колпак имеет газовпускной и воздуховыпускной патрубки, отделенные друг от друга первой перегородкой. Иначе говоря, в горячий колпак вводят и направляют на ротор поток горячего отходящего газа.
Холодный колпак, в принципе, соответствует горячему колпаку с тем лишь отличием, что расположен на холодной стороне вращающегося регенератора и имеет соответственно газовыпускной и воздуховпускной патрубки, отделенные друг от друга второй перегородкой. Через холодный колпак, следовательно, из ротора отводят охлажденные отходящие газы и одновременно подают к ротору для нагрева еще холодный свежий воздух или воздух для горения.
Далее у вращающегося регенератора, согласно изобретению, между горячим колпаком и ротором расположено горячее уплотнение, а между холодным колпаком и ротором - холодное уплотнение на обращенной к ротору стороной соответственно горячего или холодного колпака. Герметизируют, следовательно, лишь торцевые стороны ротора, причем термины «горячее уплотнение» и «холодное уплотнение» поясняют, где находится соответствующее уплотнение, т.е. на горячей или холодной стороне ротора.
Вращающийся регенератор, согласно изобретению, отличается от известных вращающихся регенераторов тем, что горячее и холодное уплотнения представляют собой соответствующее трубчатой наружной стенке корпуса ротора массивное уплотнительное кольцо для периферийной герметизации ротора с прилегающим к соответствующей перегородке внутренним уплотнительным отрезком для радиальной герметизации ротора. При этом внутренний уплотнительный отрезок уплотнительного кольца имеет преимущественно ширину соответствующей перегородки, а горячее уплотнение снабжено охлаждением. К тому же в корпусе ротора предусмотрены керамические капиллярные и металлические плоские нагревательные элементы, при этом последние расположены преимущественно на обращенной к холодному колпаку стороне ротора.
Согласно изобретению, следовательно, используется не чашеобразный ротор, а трубчатый, причем за счет трубчатого выполнения наружной стенки вращающегося корпуса ротора возникает очень благоприятная, с точки зрения течения, характеристика набегания ротора. Это уменьшает потребность в энергии для транспортировки потоков воздуха или отходящих газов. Вместе с проходящими, в основном, перпендикулярно оси вращения ротора уплотнительными плоскостями на холодной и горячей сторонах ротора возникает особенно хорошо герметизируемый корпус ротора, поскольку кольцевые поверхности корпуса ротора меньше деформируются, чем расположенные, например, на холодной и горячей торцевых сторонах ротора сплошные уплотнительные крышки. За счет кольцеобразных торцевых поверхностей уменьшается сопротивление трения между уплотнениями и ротором. К тому же можно отказаться от комплексного кожуха ротора с осевой герметизацией параллельно наружной стенке корпуса.
Радиальная герметизация ротора, т.е. отделение отходящего газа от воздуха для горения, происходит за счет проходящих по всему диаметру ротора, расположенных на перегородках внутренних уплотнительных отрезков. Они взаимодействуют с капиллярными нагревательными элементами и/или, при необходимости, с разделяющими ротор на проточные секции секционными стенками за счет того, что они граничат непосредственно со стенками нагревательных элементов или с секционными стенками ротора.
С помощью охлаждения горячее уплотнение, сильно нагруженное, в частности, из-за высоких температур, согласуется по своей тепловой характеристике с тепловой характеристикой ротора. Так уменьшаются тепловые напряжения в массивном уплотнении, и с помощью охлаждения могут быть точно созданы температуры или расширения уплотнения, которые имеют место также в роторе. Таким образом, можно просто и без больших механических затрат эффективно уменьшить уплотнительный зазор между горячим колпаком и одновременно улучшить уплотняющее действие уплотнения.
Наконец за счет комбинации керамических и металлических нагревательных поверхностей по сравнению с нагревательными элементами, состоящими из чисто керамических аккумулирующих элементов, достигается уменьшение на 20% конструктивной высоты с равной производительностью теплообменника. Это расширяет особенно область применения вращающегося регенератора.
При этом под металлическими плоскими нагревательными элементами следует понимать описанные выше, общеизвестные пакеты пластин, состоящие из плоских и гофрированных металлических пластин. Керамические капиллярные нагревательные элементы отличаются тем, что они представляют собой керамические тела, пронизанные множеством мелких сплошных параллельных трубочек. Капилляры капиллярных нагревательных элементов образованы стенками, которые, в свою очередь, сами выполнены газонепроницаемыми. За счет использования приложенных друг к другу, указывающих в направлении течения капиллярных нагревательных элементов можно отказаться от множества радиальных стенок для герметизации обоих течений в корпусе ротора, поскольку сами капиллярные нагревательные элементы предотвращают смешивание отходящего газа и воздуха для горения. Так, например, больше не требуется, чтобы, по меньшей мере, две секционные стенки ротора прилегали к перегородке для надежной герметизации, и у вращающегося регенератора, согласно изобретению, ни одной секционной стенке больше не требуется прилегать к перегородкам.
Комбинация, согласно изобретению, металлических и керамических нагревательных поверхностей вызывает, следовательно, экономию затрат, поскольку используется меньшее количество меньших корпусных деталей, а ротор при равном уплотняющем действии, в целом, легче. Это приводит также к экономии мощности привода, что, в свою очередь, дополнительно повышает кпд вращающегося регенератора.
В одном предпочтительном усовершенствовании регенератора соотношение поверхностей металлических и керамических нагревательных элементов составляет от одной трети до одной четверти. Опыты показали, что здесь достигнут оптимальный компромисс между керамическими капиллярными и металлическими плоскими нагревательными элементами, поскольку имеет место такое идеальное соотношение между керамическими нагревательными элементами относительно большой площади и требующими меньше места металлическими нагревательными поверхностями. К тому же это соотношение учитывает ожидаемые для использования в промышленных печах перепады температур между горячей и холодной сторонами ротора.
Особенно эффективно для охлаждения используется охлаждение текучей средой. В качестве текучей среды при этом рассматривается воздух, вода или аналогичные подходящие охлаждающие средства, причем преимущественно нагревательное уплотнение имеет на своей наружной стороне окружающий ее охлаждающий канал для воздушного охлаждения.
Для того чтобы возникающие, при случае, неплотности на горячем уплотнении не повредили его или вращающийся регенератор, целесообразно, если охлаждающий канал имеет распределенные по его периферии и указывающие в направлении ротора выходные отверстия для запирающего воздуха, образующие воздушную завесу, окружающую снаружи горячий уплотнительный зазор. Под горячим уплотнительным зазором в этой связи подразумевается зазор между горячим уплотнением и ротором или зазор в самом уплотнении. Благодаря воздушной завесе выходящие, при случае, через этот зазор горячие газы смешиваются с охлаждающим воздухом и не приводят к дальнейшим повреждениям уплотнения и его окружения. Это увеличивает срок службы и дополнительно повышает герметичность горячего уплотнения. Повреждения могут возникнуть, например, из-за того, что горячий газ или воздух для горения протекает вдоль уплотнения. К тому же благодаря этому охлаждается также корпус ротора и дополнительно снижается тепловая нагрузка на него.
Для снижения тепловых нагрузок и связанных с этим расширений горячего колпака первая перегородка имеет в предпочтительной модификации охлаждение, выполненное преимущественно в виде воздушного охлаждающего канала, расположенного между газовпускным и воздуховыпускным патрубками. Он расположен вплотную к обращенной к горячему уплотнению наружной стороне перегородки, причем предпочтительны также решения с расположенным в перегородке воздушным каналом, поскольку при этом может охлаждаться также примыкающий внутренний уплотнительный отрезок горячего уплотнения. Тогда с помощью охлаждения перегородки и охлаждения горячего уплотнения можно уменьшить тепловые отличия между перегородкой и горячим уплотнением. Независимо от расположения охлаждения в перегородке охлаждение перегородки и охлаждение горячего уплотнения образуют предпочтительно общую и взаимосвязанную охлаждающую систему.
Предпочтительно керамические нагревательные элементы состоят, по меньшей мере, частично из солевой керамики со скрытыми теплоаккумулирующими свойствами. Особенно пригодными являются, однако, полностью состоящие из солевой керамики керамические нагревательные элементы, которые расположены предпочтительно на внешних краях ротора.
В одной модификации наружная стенка корпуса ротора содержит несущую трубу-оболочку и огнеупорную теплоизоляцию, причем теплоизоляция проходит преимущественно только в зоне керамических нагревательных элементов. Это многослойное строение стенки корпуса уменьшает общую деформацию ротора, поскольку воздействие высоких температур на несущую трубу-оболочку уменьшается, и она заметно меньше деформируется. Это улучшает герметизацию ротора и снижает трение между уплотнением и корпусом ротора. К тому же такое строение стенки обеспечивает использование вращающегося регенератора также при высоких температурах отходящего газа, поскольку жар не передается на несущие наружные элементы и не повреждает их. В целом, происходит дальнейшая оптимизация тепловой характеристики вращающегося регенератора.
Согласно изобретению, ротор приводится цепным приводом, содержащим преимущественно закрепленную на роторе звездочку, термоотделенную от ротора. Термоотделение может происходить, например, посредством расположенного между ротором и звездочкой амортизатора или пружинящего закрепления. За счет термоотделения звездочки температурные расширения ротора не передаются на звездочку, в результате чего диаметр звездочки остается постоянным даже при работе с переменными температурами отходящего газа.
Согласно изобретению, ротор приводится цепным приводом. Этот привод может особенно надежно использоваться также при высоких температурах и обеспечивает использование вращающегося регенератора при особенно высоких температурах отходящего газа, что, как сказано, повышает его кпд.
Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью чертежа, на котором схематично изображают:
- фиг.1: сечение первого примера выполнения вращающегося регенератора, согласно изобретению;
- фиг.2: сечение второго примера выполнения ротора, согласно изобретению;
- фиг.3: вид сверху на металлическое холодное уплотнение;
- фиг.4: вид сверху на керамическое горячее уплотнение;
- фиг.5: в увеличенном виде обозначенный на фиг.1 кружком фрагмент горячего уплотнения;
- фиг.6: разрез А-А изображенного на фиг.1-5 горячего уплотнения;
- фиг.7: сечение капиллярного нагревательного элемента прямоугольной в плане формы;
- фиг.8: сечение капиллярного нагревательного элемента кругообразной в плане формы;
- фиг.9: сечение капиллярного нагревательного элемента трапецеобразной в плане формы;
- фиг.10: сечение металлического плоского нагревательного элемента.
Изображенный на фиг.1 вращающийся регенератор 1 является примером выполнения регенератора, предназначенного для регенерации тепла в установке для нагрева сталеразливочного ковша на электросталеплавильном заводе. Этот вращающийся регенератор 1 содержит приводимый с помощью электродвигателя 39 через цепной привод 28, вращающийся вокруг вертикальной оси 29 вращения ротор 2, который расположен между горячим 3 и холодным 4 колпаками. Вращающийся регенератор 1, согласно изобретению, ориентирован, следовательно, вертикально, причем, однако, вполне возможна его эксплуатация и в других угловых положениях.
Горячий колпак 3 имеет газовпускной 7 и воздуховыпускной 8 патрубки, отделенные друг от друга соответственно перегородкой 9. Перегородка 9 горячего колпака снабжена здесь воздушным охлаждением 41. На другой стороне ротора в холодном колпаке 4 расположены газовыпускной 10 и воздуховпускной 11 патрубки, причем газовыпускной 10 и воздуховпускной 11 патрубки газонепроницаемо отделены друг от друга второй перегородкой 12.
Идущий от установки для нагрева ковша и поступающий во вращающийся регенератор 1 поток отходящего газа обозначен здесь стрелкой 100. Горячий отходящий газ 100 поступает, следовательно, через газовпускной патрубок 7 во вращающийся регенератор 1 в горизонтальном направлении. В газовпускном патрубке 7 горизонтально проходящий поток отходящего газа 100 отклоняется в вертикальное направление и попадает на ротор 2. Отходящий газ 100 протекает, охлаждаясь, через медленно вращающийся вокруг вертикальной оси 29 вращения ротор 2 вниз через нагревательные элементы 6. При этом отходящий газ отдает тепло нагревательным элементам 6, которые аккумулируют его, а затем в виде охлажденного потока 101 выходит через газовыпускной патрубок 10 из вращающегося регенератора 1. При этом вертикальное сначала течение отклоняется посредством газовыпускного патрубка 10 в горизонтально направленное течение.
На стороне вращающегося регенератора 1, противоположной стороне отходящего газа, холодный воздух 102 для горения поступает в воздуховпускной патрубок 11, отклоняется там из первоначального горизонтального направления в направленное вверх вертикальное течение и попадает на ротор 2. Холодный воздух 102 для горения протекает тогда через ротор 2 и предварительно нагретые нагревательные элементы 6 вверх, причем воздух для горения нагревается в горячий поток 103. Горячий поток 103 воздуха для горения отклоняется посредством воздуховыпускного патрубка 8 из своего первоначального вертикального воздушного течения в горизонтально ориентированное и выходит из вращающегося регенератора 1.
Нагревательная поверхность 6 ротора 2 состоит из двух разных слоев нагревательных элементов. На нижней холодной стороне расположены металлические плоские нагревательные элементы 22, а на горячей верхней стороне - керамические капиллярные нагревательные элементы 21. Трубчатая наружная стенка 15 корпуса 5 ротора имеет в этом примере выполнения двухслойное строение, состоящее из несущей наружной стенки 26 из стали и внутреннего огнеупорного теплоизолирующего слоя 27, расположенного только в зоне керамических капиллярных нагревательных элементов 21. Теплоизолирующий слой 27 представляет собой огнеупорную утрамбованную массу, которая позволяет без проблем нагружать теплообменник температурами от 1400 до 1600°С и выше, тогда как сварной корпус 5 ротора и, в частности, наружная стенка 26 защищены от перегрева.
На наружной стенке 26 ротора 2 посредством пружинящих в радиальном направлении крепежных элементов с отделением от теплового расширения закреплена звездочка 42 цепного привода 28 ротора. Так вместе с уменьшенным за счет теплоизолирующего слоя 27 расширением наружной стенки 26 возникает, в основном, постоянный диаметр звездочки 42. Другими словами, привод ротора 2 осуществляется без потерь за счет жесткого в направлении вращения закрепления звездочки 42 на роторе 2, тогда как в радиальном направлении ротор может расширяться и сужаться относительно звездочки без негативной передачи этих деформаций на звездочку 42.
Горячий колпак 3 имеет как на газовпускном 7, так и на воздуховыпускном 8 патрубках и на перегородке 9 на своей внутренней стороне, т.е. на соприкасающихся с газовыми и воздушными потоками поверхностях, керамическую волокнистую теплоизоляцию 30. На холодном колпаке 4 теплоизолирующим слоем 31 облицован только газовыпускной патрубок 10, причем у этого примера выполнения используется волокнистая изоляция. Внутри ротора 2 находится теплоизоляция 33, которая газоплотно герметизирует внутреннюю зону вокруг оси 29 вращения ротора и защищает от жара вал 32 ротора, удерживаемый в своей нижней части в жестком держателе 40. Эта внутренняя зона 33 ротора 2 проходит от металлического уплотнения 14 до керамического уплотнения 13.
Герметизация ротора 2 от горячего колпака 3 происходит с помощью воздухоохлаждаемого массивного керамического горячего уплотнения 13, которое на своей внешней периферии имеет охлаждение 20. Отделение потока 100 отходящего газа от потока 103 воздуха для горения происходит при этом посредством перегородки 9, на нижней стороне которой находится внутренний уплотнительный отрезок 18 керамического горячего уплотнения 13. Керамическое уплотнение, как видно из фиг.4, выполнено в форме кругового кольца, которое, в основном, соответствует диаметру стенки 15 ротора в форме кругового цилиндра. Уплотнительное кольцо 16 имеет при этом внутренний уплотнительный отрезок 18, ширина которого, как видно из фиг.1, соответствует ширине перегородки 9. Ширина окружающей ось 29 ротора утрамбованной теплоизоляции 33, также, в основном, соответствует ширине внутреннего уплотнительного отрезка 18, благодаря чему уплотнение плоскостно прилегает к теплоизоляции 33 и внутреннему уплотнительному отрезку 18.
На противоположной холодной стороне ротора 2 находится выполненное заметно более тонким и также массивным металлическое уплотнение 14. Оно имеет внутренний уплотнительный отрезок 19 и уплотнительный отрезок 17 в форме кругового кольца. Дополнительно внутренний уплотнительный отрезок 19 имеет кругообразное сквозное отверстие 40 для вала 32 ротора, проходящего через металлическое холодное уплотнение 14. Расстояние между ротором 2 и горячим 13 и холодным 14 уплотнениями можно при этом соответственно регулировать по высоте.
Изображенный на фиг.2 второй пример выполнения ротора 2, согласно изобретению, имеет ступенчатое сечение. Оно возникает за счет более узкого по сравнению с керамическими капиллярными нагревательными элементами 21 выполнения металлических плоских нагревательных элементов 22. Благодаря этому можно достичь более компактного выполнения вращающегося регенератора 1. Керамические капиллярные нагревательные элементы 21 расположены в корпусе 5 ротора стоящими рядом друг с другом и проходят от верхней стороны ротора до металлических плоских нагревательных элементов 22.
На фиг.5 и 6 изображены другие детали керамического горячего уплотнения 13. Как уже сказано, оно имеет охлаждение 20, которое в изображенном здесь примере выполнения представляет собой воздушное охлаждение с охлаждающим каналом 23. Охлаждающий канал 23 имеет впускной патрубок 34 для охлаждающего воздуха, через который поступает поток 200 охлаждающего воздуха. Поток 200 охлаждающего воздуха направляют по каналу 23 для охлаждающего воздуха с целью охлаждения вокруг горячего уплотнения 13 в направлении периферии. Таким образом, уплотнение по своей тепловой характеристике можно согласовать с тепловой характеристикой стенки 15 корпуса ротора и повысить герметичность уплотнения.
Как показано на фиг.6, вдоль уплотнения 13 равномерно распределены выходные отверстия 24 для запирающего воздуха. Они направляют охлаждающий воздух в горячий воздушный зазор 25, образованный между уплотнением 13 и стенкой 15 корпуса ротора. Выходящий из них охлаждающий воздух течет вниз и препятствует обтеканию уплотнения 13 горячим газом, предпочтительным образом уменьшая тепловую нагрузку керамического уплотнения 13.
На фиг.7, 8, 9 изображены три разные формы сечения керамических капиллярных нагревательных элементов 21. При этом речь идет о продолговатых и расположенных рядом друг с другом в корпусе 5 ротора керамических телах, которые, в свою очередь, пронизаны в своем продольном направлении множеством капиллярных каналов 35. При этом капиллярные каналы 35 могут иметь, в принципе, многоугольную или округлую форму сечения, например круглую, треугольную или четырехугольную форму. Важно лишь, чтобы стенки 36 капилляров состояли из керамического материала и были газонепроницаемыми. Как видно из фиг.8 и 9, при этом может быть выбрана круглая или на отдельных участках круглая в плане форма нагревательного элемента 21. В частности, изображенная на фиг.9 трапецеобразная форма в плане пригодна для расположения нагревательных элементов 21 круговыми секторами.
На фиг.10 изображено сечение металлического плоского нагревательного элемента 22, расположенного под керамическим капиллярным нагревательным элементом 21. При этом речь идет об известном сам по себе нагревательном элементе высокой мощности, состоящем из соединенных профилированных листов. У изображенного здесь примера между двумя гофрированными нагревательными листами 37 расположены прямые, образующие каналы нагревательные листы 38.
1. Вращающийся регенератор (1), содержащий в качестве ротора (2) установленный с возможностью вращения между неподвижными горячим (3) и холодным (4) колпаками теплообменник с корпусом (5) ротора, в котором расположены теплоаккумулирующие нагревательные элементы (6), причем горячий колпак (3) содержит газовпускной (7) и воздуховыпускной (8) патрубки, отделенные друг от друга первой перегородкой (9), а холодный колпак (4) содержит газовыпускной (10) и воздуховпускной (11) патрубки, отделенные друг от друга второй перегородкой (12), у которого между горячим колпаком и ротором (2) расположено горячее уплотнение (13), а между холодным колпаком (4) и ротором (2) - холодное уплотнение (14) на обращенной к ротору (2) стороне соответственно горячего (3) или холодного (4) колпака, отличающийся тем, что горячее (13) и холодное (14) уплотнения представляют собой соответствующее трубчатой наружной стенке (15) корпуса (5) ротора массивное уплотнительное кольцо (16, 17) для периферийной герметизации ротора (2) с прилегающим к соответствующей перегородке (9, 12) внутренним уплотнительным отрезком (18, 19) для радиальной герметизации ротора (2), внутренний уплотнительный отрезок (18, 19) которого имеет преимущественно ширину соответствующей перегородки (9, 12), горячее уплотнение (13) снабжено охлаждением (20), при этом в корпусе (5) ротора предусмотрены керамические капиллярные (21) и металлические плоские (22) нагревательные элементы, из которых металлические плоские нагревательные элементы (22) расположены преимущественно на обращенной к холодному колпаку (4) стороне ротора (2).
2. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что соотношение поверхностей металлических (22) и керамических (21) нагревательных элементов составляет от 1/3 до 1/4.
3. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что охлаждение (20) горячего уплотнения (13) представляет собой охлаждение текучей средой, которое выполнено преимущественно в виде охлаждающего канала (23) для воздушного охлаждения, окружающего наружную сторону горячего уплотнения (13).
4. Регенератор по п.3, отличающийся тем, что охлаждающий канал (23) имеет распределенные по его периферии и указывающие в направлении ротора (2) выходные отверстия (24) для запирающего воздуха, образующие воздушную завесу, окружающую горячий уплотнительный зазор (25).
5. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что первая перегородка (9) имеет охлаждение (41), выполненное преимущественно в виде воздушного охлаждающего канала, расположенного между газовпускным (7) и воздуховыпускным (8) патрубками.
6. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что керамические нагревательные элементы (21) состоят, по меньшей мере, частично из солевой керамики.
7. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что наружная стенка (15) корпуса (5) ротора содержит несущую трубу-оболочку (26) и огнеупорную теплоизоляцию (27), проходящую преимущественно только в зоне керамических нагревательных элементов (21).
8. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что вступающие в соприкосновение с горячим отходящим газом детали регенератора (1) выполнены жаростойкими с возможностью нагружения преимущественно температурами от 1200 до 1600°С.
9. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что ротор (2) приводится цепным приводом (28), содержащим преимущественно закрепленную на роторе (2) звездочку, термоотделенную от ротора (2).
