用于水平空气预加热器的筐结构及连接装置 【技术领域】
本发明一般涉及旋转再生热交换器。更特别地，本发明涉及热交换筐，它包含用于旋转再生热交换器的吸热材料。
背景技术
旋转热交换器用于将热量从一个热气流，如烟道气流，传递到另一个冷气流，如燃料空气。转子包含大量吸热材料，吸热材料首先定位在热气流通道中，在此处由吸热材料吸收热量。当转子旋转时，被加热的吸收材料进入冷气流通道，在此处热量从吸收材料传递到冷气流。
在普通旋转热交换器中，如旋转再生空气预加热器中，圆柱形转子设置在一垂直中心转子柱上，并由多个从转子柱延伸到转子的外周边壳体的径向隔壁或隔膜板分割成多个扇形腔室。这些扇形腔室上装有热交换筐，热交换筐中装有一般由堆叠的板状元件制成的大量吸热材料。
在许多具有满的扇形热交换筐的常规水平旋转热交换器中，筐通过一成形凸缘连接到转子上。成形凸缘弯曲到小于90°的坡口角度，一端部安装在筐的侧部，另一螺栓连接到壳体杆上。凸缘受到很高的弯曲应力，当转子旋转时受到疲劳载荷，因而在寿命后期会失效。成形凸缘结构的本质不允许对热传递表面的前面区域进行优化。安装壳体杆用于安装整扇形热交换筐，以及安装相关角撑板和填料片用于降低旁通流量，不论在新转子地制造过程中，还是在现有转子的更改过程中，都是非常耗时的。
【发明内容】
简而言之，本发明在一个优选形式中是一个用于旋转再生热交换器的传热元件筐组件，该热交换器具有将转子分割成多个扇形腔室的多个隔膜板。该筐组件包括设置在一筐框架中的吸热材料。筐框架包括相对设置的第一和第二侧部壳体，和以间隔开关系保持侧部壳体的装置。第一和第二基本为平面状的凸缘板的内端部分别安装到第一和第二侧部壳体的外端部上。第一和第二凸缘板的外端部安装到一相邻的隔膜板上，以将筐组件安装在转子中。
隔膜板彼此成一选定的角度，以形成多个基本上相同的腔室。筐组件的第一和第二侧部壳体之间限定了一个角度。由第一和第二侧部壳体限定的角度基本上等于隔膜板的角度。
第一和第二凸缘板的内端部分别焊接到第一和第二侧部壳体的外端部上。第一和第二凸缘板的外端部通过三种方式安装到一隔膜板上。每个凸缘板的外端部和每个隔膜板的外端部可分别具有至少一个开口，从而用至少一个螺栓和螺母将每个凸缘板安装到相邻的隔膜板上。每个凸缘板的外端部可通过焊接安装到相邻的隔膜板上。每个筐组件中的一个凸缘板可通过一螺母和螺栓安装到一隔膜板上，而另一凸缘板通过焊接安装到一隔膜板上。
本发明的一个目的是提供一种新的和改进的用于旋转再生热交换器的传热元件筐组件。
本发明的另一个目的是提供将本发明的传热元件筐组件安装到旋转再生热交换器的转子中的方法，该方法提供了安装和拆除的灵活性。
本发明的其它目的和优点从附图和说明书中将变得明显。
【附图说明】
通过参照附图，本发明将得到更好的理解，其多个目的和优点也将对于本领域技术人员变得更清楚，其中：
图1是一水平旋转再生空气预加热器的总体透视图；
图2是一现有技术中整扇形热交换筐的透视图，去掉了热交换板；
图3是一转子的外部的顶视图，该转子具有一对安装在相邻的腔室中的图2中所示的现有技术整扇形热交换筐；
图4是根据本发明的一整扇形热交换筐的透视图，去掉了热交换板；
图5是图4中所示侧部壳体和凸缘板的放大顶视图，表示其间的焊接连接；
图6a、6b、6c和6d是图1中所示转子的外部剖面的顶视图，表示通过螺栓连接安装本发明的热交换筐；
图7a和7b是图1中所示转子的外部剖面的顶视图，表示通过焊接安装本发明的热交换筐；以及
图8a和8b是图1中所示转子的外部剖面的顶视图，表示通过螺栓连接和焊接安装本发明的热交换筐。
【具体实施方式】
附图中的图1是一普通两扇形空气预加热器10的部分切去的透视图，示出一外壳12，其中转子14安装在一驱动轴或柱16上。外壳由不透流体扇形板18和20分割成一个烟道气体扇形段22和一个空气扇形段24。对应的扇形板同样位于该单元的底部。热烟道气体如箭头26所指示的进入空气预加热器10中，流过烟道气体扇形段22，在此处将热传递到转子14中的热传递表面。由于该热传递表面随后旋转穿过空气扇形段24，热量如箭头28所指示的传递给从底部流过转子的空气。
转子14具有一壳体30，并由隔膜板34分割成多个饼状腔室32，每个腔室32包括至少一个热交换筐36。如图1所示，每个腔室的隔膜板34形成了一个钝角38。
图2表示现有技术中一单独的成形有凸缘的整扇形热传递元件筐40，其中去除了热传递板。开发这些整扇形筐40是为了减少每个腔室中所需的筐的数量。在某些情况下，用一单个筐代替多达十个或更多的筐。这极大地节省了用于更换筐的繁重劳动。
常规的成形有凸缘的筐40一般包括相对设置的侧部壳体42，在它们的内端通过一筐前端44连结，在它们的外端通过一筐盖46结合。压力板48横过筐40横向延伸，筐杆50横过筐40纵向延伸，以向筐40提供附加的机械整体性。一成形凸缘52从每个侧部壳体42的外端纵向伸出。热交换材料53设置在筐40中。
参照图3，筐40装入处于12点钟的位置的一个空的转子腔室32中。将筐40下降到位，直到成形凸缘52置放在焊接到隔膜板34上的壳体杆组件54上。每个成形凸缘52通过一螺栓56安装到壳体杆组件54上，该螺栓56延伸穿过成形凸缘52和壳体杆组件54以及一球面垫圈58上的开口，以接合一装在作为壳体杆组件的一部分的螺母罩62中的螺母60。一角撑板64和一填料片66在隔膜板34的每一侧焊接到壳体杆组件54上，以减小环绕筐40的空气/气体流旁通区域。
成形凸缘52的纵向延伸部70与成形凸缘52的横向延伸支腿72之间的角度68可在75°到86.25°之间变化。支腿72的长度74可超过四(4)英寸。该结构由于在支腿72上加载而在螺栓连接处导致某些非常高的应力。
支腿72的长度74以及角度68确定必须由填料片阻挡的旁通区域的量。例如，如果角度68是86.25°而长度74是四英寸，则每个腔室中的总旁通区域大致是244平方英寸。由于该旁通区域不包括任何热交换材料，旁通区域的尺寸可代表热性能显著的降低和压降显著的提高。
参照图4和5，根据本发明的热交换筐36包括相对设置的侧部壳体76，在它们的内端通过一筐前端78结合，而在它们的外端通过一筐盖80结合。压力板82横过筐36横向延伸，而筐杆83横过筐36纵向延伸，以向筐36提供附加的机械整体性。一平的凸缘板84从每个侧部壳体76的外端纵向伸出。
筐36构造成使筐36的两个侧部壳体76之间限定的角度86基本上等于在形成腔室32的隔膜板34之间限定的角度38，而只有很小的公称间隙。凸缘板84的内端部分88用一焊透焊缝90焊接到侧部壳体76上。凸缘板84的外端部分92具有孔94，这些孔94可用于将筐36连接到转子14上。
有三种不同的方法用于将热交换筐36安装到转子14上。在第一种方法中，凸缘板84利用凸缘板84中的孔94螺栓连接到转子14上。在第二种方法中，凸缘板84被焊接到转子14上。在第三种方法中，其中一个凸缘板84螺栓连接到转子14上，而另一个凸缘板84被焊接到转子14上。在这三种方法中，第一种方法需要的安装时间最长。但假如需要拆除热交换筐36，则第一种方法需要的拆除时间最短。如可以预料的，第三种方法的安装时间短于第一种方法而长于第二种方法的时间，而第三种方法的拆除时间长于第一种方法而短于第二种方法。
为了用第一种方法(螺栓连接)安装热交换筐36，将一空的腔室32定位在12点钟的位置，并将第一筐36下降到位(图6a)。然后将两个凸缘板84中的第一个96用螺栓98、垫圈100和螺母102螺栓连接到不足12点钟的位置的相邻的隔膜板34上。希望在第一凸缘板96与隔膜板34之间不必使用垫片。如果需要，在第二凸缘板104上加垫片106，并螺栓连接到相邻的隔膜板34上。
转子14然后旋转180°，且将第二筐36′下降到空腔室32′中(图6b)。与第一筐36相似，两个凸缘板84中的第一个96不用垫片而螺栓连接到相邻的隔膜板34上。转子14然后移动，使相邻的空腔室32″处于12点钟的位置。将一第三筐36″下降到位，第二筐36′的未螺栓连接的第二凸缘板104必要时加上垫片106，而第二筐36′的第二凸缘板104和第三筐36″的第一凸缘板96螺栓连接到设置于其间的隔膜板34上。与第一和第二筐相似，将安装到转子14上的第三筐36″的第一凸缘板96不使用垫片安装。
转子14再次旋转约180°，以安装与第一筐36相邻的两个另外的筐(未图示)。以这种方式安装筐36有助于保持转子14平衡。该过程继续，直到全部筐36都已安装。应当理解，在该过程中，当安装相邻的筐时一些螺栓连接需要重做，并可能脱离上述顺序。
例如，根据腔室的数量，在安装结束时会有一个或两个空腔室。一单个剩余的空腔室32(图6c)定位在12点钟的位置，拆除将每个相邻的满的腔室32′、32″中的筐36′、36″安装到与空腔室32共用隔膜板34上的螺栓98、102。将一筐组件36下降到单个剩余的腔室32中的筐组件36的第一凸缘板96和相邻的满的腔室32′中的筐组件36′的第二凸缘板104螺栓连接到共用的隔膜板34上。如果需要，将一个或多个垫片106插在单个剩余的腔室32中的筐组件36的第二凸缘板104和共用隔膜板34之间，且单个剩余的腔室32中的筐组件36的第二凸缘板104和相邻的满的腔室32″中的筐组件36″的第一凸缘板96螺栓连接到共用的隔膜板34上。
如果余留两个空腔室(图6d)，将两个相邻的空腔室32、32′的第一个32定位在12点钟的位置，并拆除将每个相邻的满的腔室32″、32中的筐36″、36安装到与其中一个空腔室32、32′共用的隔膜板34上的螺栓98、102。将一筐组件36下降到第一腔室32中。如果相邻的腔室32是空的，则将第一凸缘板96螺栓连接到第一腔室32′的隔膜板34上。如果相邻的腔室32″是满的，则将第一腔室32中的筐组件36的第一凸缘板96和相邻的满的腔室32″中的筐组件36″的第二凸缘板104螺栓连接到共用的隔膜板34上。转子14旋转，以将第二腔室32′定位在12点钟的位置，且将一筐组件36′下降到第二腔室32′中。如果需要，将一个或多个垫片106插在第一腔室32中的筐组件36的第二凸缘板104和共用隔膜板34之间，而第一腔室32中的筐组件36的第二凸缘板104和第二腔室32′中的筐组件36′的第一凸缘板96螺栓连接到共用的隔膜板34上。如果需要，将一个或多个垫片106插在第二腔室32′中的筐组件36′的第二凸缘板104和隔膜板34之间。如果相邻的腔室32′是空的，则将第二凸缘板104螺栓连接到第二腔室32的共用隔膜板34上。如果相邻的腔室32是满的，则将第二腔室32′中的筐组件36′的第二凸缘板104和相邻的满的腔室32中的筐组件36的第一凸缘板96螺栓连接到共用隔膜板34上。
为了使用第二种方法(焊接)安装热交换筐36，将一空腔室32定位在12点钟的位置，并将第一筐36下降到位(图7a)。然后将两个凸缘板84中的第一个96以焊接108连接到不足12点钟的位置的相邻的隔膜板34上。希望在第一凸缘板96与隔膜板34之间不必使用垫片。然后如果需要，在第二凸缘板104上加装垫片106，并以焊接110连接到相邻的隔膜板34上。
转子14然后旋转180°，且将一第二筐36′下降到空腔室32′中(图7b)。与第一筐36相似，两个凸缘板84中的第一个96不使用垫片而以焊接112连接到相邻的隔膜板34上，而如果需要，在两个凸缘板84中的第二个104上加装垫片106，并以焊接114连接到相邻的隔膜板34上。转子14然后移动，使相邻的空腔室32″处于12点钟的位置。将一第三筐36″下降到位，两个凸缘板84中的第一个96不使用垫片而以焊接116连接到相邻的隔膜板34上，如果需要，在两个凸缘板84中的第二个104上加装垫片106，并以焊接118连接到相邻的隔膜板34上。
转子14再次旋转约180°，以安装与第一筐36相邻的两个另外的筐(未图示)。以这种方式安装筐有助于保持转子平衡。该过程继续，直到全部筐都已安装。基于转子尺寸、筐尺寸和转子重的筐构形，可以脱离上述的顺序。
为了使用第三种方法(一个凸缘焊接，而一个凸缘螺栓连接)安装热交换筐36，将一空腔室32定位在12点钟的位置，并将第一筐36下降到位。然后将两个凸缘板84中的第一个120以焊接122连接到不足12点钟的位置的相邻的隔膜板34上。希望在第一凸缘板120与隔膜板34之间不必使用垫片。转子14然后旋转到相邻的腔室32′，将第一筐36朝11点钟的位置移动。将一第二筐36′下降到位，第一凸缘板124焊接到朝向1点钟的位置的相邻的隔膜板34上。这留下第一筐36的第二凸缘板126和第二筐36′的第二凸缘板128不固定。将这些凸缘板126、128用螺栓130、螺母132、垫圈134和垫片136紧固到隔膜板34上。
转子14旋转180°，而第三和第四筐36″、36以与第一和第二筐36、36′相同的方式安装到转子14上。重复该过程，直到全部筐都已安装。在转子的转子尺寸、筐尺寸和筐构形的基础上，可以脱离上述的顺序。
虽然图示和描述了优选实施例，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行多种修改和替换。因此可以理解，本发明是作为示意而不是限定来描述的。