专利名称：半模块化的转轮模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及通常用作空气预热器的旋转再生式热交换器，尤其涉及一种具有半模块化的转轮结构的旋转再生式热交换器。
背景技术：
旋转再生式热交换器用于将热量从一个热的气流例如热的烟气流传递给另一冷的气流例如燃烧用空气。转轮包含大量的吸热剂材料，其首先旋转经过用于热的气流的通道，在其中热量由吸热剂材料吸收。当转轮继续旋转时，被加热的吸热剂材料进入用于冷的气流的通道，在其中热量从吸热剂材料传递给冷的气流。
在常规的旋转式热交换器中，柱形转轮设置在垂直的中心转轮柱上并且由多个径向分隔件分成多个扇形隔室，分隔件称为隔板，其从转轮柱延伸到转轮的外周壳体。这些扇形隔室装载有模块化的热交换蓝架，其包括由叠置的板状元件形成的大量的吸热剂材料。
这种热交换器的转轮可形成为非模块化的转轮或者形成为模块化的转轮。非模块化的转轮包括一系列的隔板，每一隔板装接到转轮柱上并且向外延伸到转轮壳体，由此将转轮分成多个扇区。另外，每一扇区由在隔板之间间隔地延伸的支承板分成许多隔室。模块化的热交换蓝架随后轴向地从顶端装载到这些隔室中。非模块化的转轮需要在现场进行大量的工作，这是由于所有的传热表面需要在现场安装。另外，需要更多的结构焊接以便在现场组装非模块化的转轮。其结果为现场安装该热交换器转轮结构所需的总时间更长。
模块化的转轮包括一系列的车间安装的扇形模块，其随后在现场组装成完整的转轮。每一扇形模块在其每一侧上具有隔板，这两个隔板由支承板相连。扇形模块的传热表面也是车间安装的。当这些模块在现场组装成转轮时，相邻模块的隔板连接在一起以便形成双板式隔板。尽管模块化转轮比非模块化的转轮在现场安装时需要较少的时间，但是其比单独的隔板占用多两倍的气流面积并对于相同尺寸的转轮和转轮柱直径而言使得传热区域更小。另外，模块化转轮需要大量的部件，这是因为所有部件需要在隔板位置将相邻的模块固定彼此在一起。
绝大多数的模块化和非模块化转轮结构包含上述的支承板。支承板加强了转轮结构并且支承该蓝架。由于蓝架轴向地插入并且必须装配在支承板部件中，因此蓝架必须缩小尺寸以便安装和拆卸。缩小尺寸涉及围绕每一蓝架的周边留有间隙。这减小了蓝架的用于传热流动的自由面积并且形成了围绕该蓝架的旁通流动间隙。其结果为，降低了空气预热器的效率，并且需选择较大的空气预热器以便满足任何特定的性能要求。
在美国专利5615732中描述了一种具有半模块化结构的转轮。该转轮的制造是车间组装的扇形模块和现场组装的部件的组合，以便消除正常模块化转轮的双板式隔板，并由此使得该预热器的用于传热表面的内容积最大化。该车间组装的模块包括一个或多个扇形部分，这主要取决于转轮的大小，其中现场组装的部件装配在间隔开的车间组装的模块之间。这种半模块化的转轮可进一步省去支承板，用支承栅架来代替，其在隔板之间延伸并且形成蓝架支承在其上的开放支承件。蓝架径向地装载在扇形部分中，而不是轴向地装载。这省去了对于蓝架周围的间隙和缩小蓝架尺寸的需要。这些支承栅架是车间组装的模块的一部分并且也是现场组装的部件的一部分，这在实际中有助于现场组装。
尽管该半模块化的结构使得可用于传热表面的空间最大化，这种结构需要大量的专门用于组装转轮结构的半部所需的现场装配时间。由于现场使用的劳力比车间劳力昂贵，因此现场使用的劳力增加了空气预热器的成本。此外，由于缺少车间固定装置，因此现场使用的劳力组装部件的精度低于车间劳力。因此，存在着与安装相关的错误而需要后期返工的风险。
发明内容
简单地说，本发明的优先实施形式是一种用于具有圆形转轮的空气预热器的半模块化的转轮模块。该转轮模块包括突耳组件，其包括突耳前部和与该突耳前部径向向外间隔开的突耳后部，该突耳前部和该突耳后部均从第一端纵向延伸到第二端，该突耳组件还包括安装到突耳前部和突耳后部的第一端上的冷端突耳部件和安装到突耳前部和突耳后部的第二端上的热端突耳部件，突耳前部、突耳后部、冷端突耳部件、热端突耳部件限定沿周向间隔开的突耳组件的第一侧和第二侧；与该突耳后部径向向外间隔开的转轮壳体；从内端部分径向延伸到外端部分的单个主隔板，该内端部分在突耳组件的第一侧上安装到突耳前部上，该外端部分安装到转轮壳体上，其与突耳后部径向向外间隔开；和至少一个中间隔板，每一中间隔板从内端部分径向延伸到外端部分，该内端部分在突耳组件的第一侧和第二侧之间的一位置处安装到突耳后部上，该外端部分安装到转轮壳体上。
优选的是，该转轮模块包括以沿周向间隔开的关系安装到突耳后部上的多个中间隔板。中间隔板沿周向最远地与主隔板间隔开的内端部分在突耳组件的第一侧和第二侧之间的一位置处安装到突耳后部上。
突耳前部和突耳后部均是具有弧形形状的矩形板，突耳前部和突耳后部是大致同轴的。相似地，冷端和热端突耳部件均具有弧形形状的外侧边缘。
该突耳组件还包括多个沿周向间隔开的加强板，每一加强板在冷端突耳部件和热端突耳部件之间纵向延伸并且在突耳前部和突耳后部之间径向延伸。每一加强板的纵向面对边缘安装到冷端和热端突耳部件上，加强板的径向面对的边缘安装到突耳前部和突耳后部上。该突耳组件还包括多个纵向间隔开的加强部件，每一加强部件在相邻加强板之间周向延伸，并且在突耳前部和突耳后部之间径向延伸。加强板的周向面对的边缘安装到加强板上，加强板的径向面对的边缘安装到突耳前部和突耳后部上。
转轮模块还包括从冷端突耳部件纵向延伸的冷端密封延伸部和从热端突耳部件纵向延伸的热端密封延伸部。转轮模块还包括多个径向间隔开的支承板组件，其在隔板之间周向延伸。
本发明的目的在于提供一种空气预热器，其可容易地由多个转轮模块组装成。
本发明的目的还在于提供一种低成本的转轮结构，其需要较少的现场安装时间。
本发明的另一目的在于提供一种空气预热器转轮，其具有互换性改进的蓝架式热交换元件。
本发明的其它目的和优点通过阅读说明书并参照附图可更清晰地呈现出来。
参照对优选实施例的下列描述并结合附图，本领域的普通技术人员可以更好地理解本发明及其各个目的和优点，在附图中图1是常规的旋转再生式空气预热器的总体立体图；图2是常规的半模块化转轮的一部分的分解图，其中示出了准备移动就位且彼此相连且装接到转轮柱上的车间组装的模块和现场组装的部件；图3是依据本发明的转轮模块组件的部分截取的顶视图，其中相邻转轮模块的一部分由虚线表示；图4是沿图3所示的线4-4截取的截面图；图5是图3所示的突耳组件的放大的侧视图；图6是沿图3所示的线6-6截取的放大截面图；图7是图6所示的突耳组件的冷端的放大顶视图，部分由虚线表示；和图8是图6所示的突耳组件的热端的放大顶视图。
具体实施例方式
图1是常规的空气预热器10的部分截取的立体图，其中示出了外壳12，在该外壳中转轮14安装在驱动轴或柱16上以便沿箭头18所示的方向旋转。转轮包括多个扇形部分20，每一扇形部分包含多个蓝架模块22，并且每一扇形部分由隔板24限定。蓝架模块22包括热交换表面。外壳12借助流动密封的扇形板26分成烟气侧和空气侧。对应的扇形板还位于该单元的底部。热的烟气经气体入口管道28进入空气加热器，流经转轮14，其中热量传递给蓝架模块22并随后经气体出口管道30离开。同时流动的空气经空气入口管道32进入，流经蓝架模块22，其中空气获得热量并且随后经空气出口管道34离开。气体入口管道28和空气出口管道34限定转轮14的热端36，气体出口管道30和空气入口管道32限定限定转轮14的冷端38。
现参照图2，其示出了常规的半模块化转轮40的一部分的平面图，该转轮由一系列的车间组装的模块42和一系列的现场组装的部件组装成，现场组装的部件位于车间组装的模块42之间并且在不需要任何双隔板的情况下可形成整个转轮结构。车间组装的模块42在间隔开的位置处装接到转轮轴或柱16上，在其间留出开放空间。转轮40的随后在现场组装的其余部件位于这些空间中。现场组装的部件包括模块突耳和隔板组件44，并且可包括栅架组件46。模块突耳和隔板组件44包括隔板48，其与车间组装的模块42的每一中间隔板58大致相同；以及突耳50，其大致与车间组装的模块42的突耳52大致相同。栅架组件46与形成车间组装的模块42的一部分的栅架54大致相同。这些栅架通过优选为焊接从而装接到车间组装的模块42和隔板48上并位于其间，以便形成转轮结构。栅架46位于每一蓝架水平面处在转轮40内，与在车间组装的模块42中的栅架54相同。车间组装的模块42的结构和现场组装的部件围绕轮毂一直安装以便形成完整的转轮结构。
与完全的车间组装的转轮相比，依赖于现场劳力来组装转轮将增加成本以及组装相关的出错几率。此外，常规的半模块化转轮设计具有多个固有的缺点/限制。在优选实施例中，这种设计对于每一转轮40而言需要18个模块突耳50、52，而可构造成仅具有9个模块突耳的非半模块化转轮。额外的模块突耳50、52导致另外的不必要的车间组装费用。与弧形转轮外周的组合的模块突耳50、52的平外侧56需要中间隔板58，其具有不同径向长度，这增加了成本和组装的复杂性。此外，如果其余的层具有对称的形状，则转轮模块突耳的几何形状需要在径向内侧层中使用不对称形状的蓝架。当所希望的是将蓝架的热端面和冷端面颠倒时(在延长蓝架寿命时通常这样操作)，不对称的蓝架必须从其初始扇形部分拆卸、翻转、放置到相邻的扇形部分中，这导致了额外的劳力费用。
参照图3和4，依据本发明的转轮模块60包括突耳组件62、单个主隔板64、转轮壳体66、热和冷端密封延伸部68、70、多个支承板组件72、多个蓝架支承杆74、多个吊耳76、以及优选为多个中间隔板78。转轮模块60还可包括(未示出的)栅架组件。如图2所示，常规的车间组装的模块42在该模块42的每一侧上包括主隔板42，但是现场组装的部件不包括任何主隔板。在由转轮模块60组装成的转轮中，每一转轮模块60的主隔板64从突耳前部80径向延伸到在每一转轮模块60的相同侧上的转轮壳体66上，(主隔板64的径向内和外端部81、83分别焊接到突耳前部80和转轮壳体66上)。如图3所示，每一转轮模块60紧靠相邻的转轮模块60’地安装，每一转轮模块60的“缺少的”主隔板的空间由相邻的转轮模块60’的主隔板64’。因此，所有的转轮模块60大致相同且车间组装的单元。现场组装的部件仅仅是转轮壳体66’、支承板72’、和栅架组件(如果需要的话)，其在每一转轮模块60的“暴露的”中间隔板78’与每一相邻的转轮模块60’的主隔板64’之间延伸。因此，转轮模块60和现场组装的部件组装成转轮的时间明显小于常规的半模块化转轮40。
为了便于描述，图5和6所示的用于垂直的空气预热器的突耳组件62按照从下部的冷端突耳部件82垂直延伸到上部的热端突耳部件84进行描述。
径向内突耳前部80和径向外突耳后部86均具有焊接到冷端突耳部件82的内表面92上的下端88、90以及焊接到热端突耳部件84的内表面98上的上端94、96。突耳前部80和突耳后部86是矩形板，成型为弧形形状以便组装成的转轮的突耳前部80和突耳后部86形成围绕转轮柱16的同心圆。为了在机械上加强突耳组件62，三个矩形加强板100在冷和热端突耳部件82、84之间垂直延伸以及在突耳前部80和突耳后部86之间径向延伸，加强板100的边缘102、104、106、108焊接到冷端突耳部件82的内表面92、98、110、112，热端突耳部件84、突耳后部86、和突耳前部80上。为了提供额外的刚性，加强部件114在相邻的加强板100之间水平延伸并且在突耳前部80和突耳后部86之间径向延伸，加强部件114的边缘116、118、120、122焊接到加强板100的表面124、110、112、突耳后部86、和突耳前部80上。与常规的半模块化转轮40的平形状的类似部件相比，突耳前部80和突耳后部86的弧形形状在相当的径向位置提供了更刚性的结构。因此，与常规半模块化模块42相比，需要较少的装置来加强突耳组件62。此外，突耳前部80和突耳后部86的弧形形状使得可使用具有恒定径向尺寸的加强板100和加强部件114。这提供了降低的制造成本和更简单的组装过程。
参照图7和8，冷和热端突耳部件82、84的外侧边缘126、128具有弧形形状。与突耳前部80和突耳后部86相似，外侧边缘126、128在组装成的转轮中形成围绕转轮柱16的圆。如图3和4所示，每一转轮模块60限定组装成的转轮的弧形部分，其中突耳前部80、突耳后部86、冷和热端突耳部件82、84的外侧边缘126、128、以及转轮壳体66均具有相应的弧形形状。对于从转轮柱轴线延伸到转轮壳体66的线130而言，在突耳后部86和转轮壳体66之间的线段132与任何其它的这种线130的在突耳后部86和转轮壳体66之间的线段132具有相同的长度134。由于中间隔板78从突耳后部86延伸转轮壳体66(中间隔板78的径向内和外端部136、138分别焊接到突耳后部86和转轮壳体66上)，所有的中间隔板78具有相同的径向长度134，这省去了制造不同长度的中间隔板78的成本并降低了组装的复杂性。
能将额外的扇形部分20加入到转轮模块60中，这提供减少构造成转轮所需的模块突耳的数量的可能。即，由转轮模块60限定的弧形部分的尺寸可增大以便容纳增加的扇形部分20，由此减少组装成的转轮的转轮模块60的数量。由于每一转轮模块60只具有单个冷端突耳部件82和单个热端突耳部件84，因此减少了突耳的数量。因此，在现场安装转轮所需的时间也降低了。
突耳前部80、突耳后部86、冷和热端突耳部件82、84的外侧边缘126、128的弧形形状允许在径向内侧层中使用对称形状的蓝架。当运行操作需要热和冷端面旋转时，这种对称形状的蓝架容易在车间组装并且容易在现场反转。对称形状的蓝架不必从一个扇形部分移动另一扇形部分以转换蓝架的热和冷端面。
尽管本发明参照附图描述了优选实施例，但是应当理解在不脱离由权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可进行等效的变型和替换。
权利要求
1.一种用于具有圆形转轮的空气预热器的半模块化的转轮模块，该转轮模块包括突耳组件，其包括突耳前部和与该突耳前部径向向外间隔开的突耳后部，该突耳前部和该突耳后部均从第一端纵向延伸到第二端，该突耳组件还包括安装到突耳前部和突耳后部的第一端上的冷端突耳部件和安装到突耳前部和突耳后部的第二端上的热端突耳部件，突耳前部、突耳后部、冷端突耳部件、热端突耳部件限定沿周向间隔开的突耳组件的第一侧和第二侧；与该突耳后部径向向外间隔开的转轮壳体；从内端部分径向延伸到外端部分的单个主隔板，该内端部分在突耳组件的第一侧上安装到突耳前部上，该外端部分安装到转轮壳体上；和至少一个中间隔板，每一中间隔板从内端部分径向延伸到外端部分，该内端部分在突耳组件的第一侧和第二侧之间的一位置处安装到突耳后部上，该外端部分安装到转轮壳体上。
2.如权利要求1所述的转轮模块，其特征在于，包括以沿周向间隔开的关系安装到突耳后部上的多个中间隔板，中间隔板沿周向最远地与主隔板间隔开的内端部分在突耳组件的第一侧和第二侧之间的一位置处安装到突耳后部上。
3.如权利要求1所述的转轮模块，其特征在于，突耳前部和突耳后部均是具有弧形形状的矩形板，突耳前部和突耳后部是大致同轴的。
4.如权利要求3所述的转轮模块，其特征在于，冷端和热端突耳部件均具有弧形形状的外侧边缘。
5.如权利要求1所述的转轮模块，其特征在于，该突耳组件还包括多个沿周向间隔开的加强板，每一加强板在冷端突耳部件和热端突耳部件之间纵向延伸并且在突耳前部和突耳后部之间径向延伸。
6.如权利要求5所述的转轮模块，其特征在于，每一加强板均具有纵向面对的第一边缘和第二边缘以及径向面对的第三边缘和第四边缘，第一边缘和第二边缘分别安装到冷端和热端突耳部件上，第三边缘和第四边缘分别安装到突耳前部和突耳后部上。
7.如权利要求5所述的转轮模块，其特征在于，该突耳组件还包括多个纵向间隔开的加强部件，每一加强部件在加强板中的一个与加强板中的相邻一个之间周向延伸，并且在突耳前部和突耳后部之间径向延伸。
8.如权利要求7所述的转轮模块，其特征在于，每一加强板均具有周向面对的第一边缘和第二边缘以及径向面对的第三边缘和第四边缘，第一边缘和第二边缘分别安装到加强板上，第三边缘和第四边缘分别安装到突耳前部和突耳后部上。
9.如权利要求1所述的转轮模块，其特征在于，还包括从冷端突耳部件纵向延伸的冷端密封延伸部和从热端突耳部件纵向延伸的热端密封延伸部。
10.如权利要求1所述的转轮模块，其特征在于，还包括多个径向间隔开的支承板组件，其在主隔板和中间隔板之间周向延伸。
11.如权利要求1所述的转轮模块，其特征在于，还包括多个径向间隔开的支承板组件，其在主隔板和中间隔板之间周向延伸，还包括多个径向间隔开的支承板组件，其在每一中间隔板与相邻中间隔板之间周向延伸。
12.一种用于具有圆形转轮的空气预热器的半模块化的转轮模块，该转轮模块包括突耳组件，其包括突耳前部和与该突耳前部径向向外间隔开的突耳后部，该突耳前部和该突耳后部均从第一端纵向延伸到第二端，该突耳组件还包括安装到突耳前部和突耳后部的第一端上的冷端突耳部件和安装到突耳前部和突耳后部的第二端上的热端突耳部件，突耳前部、突耳后部、冷端突耳部件、热端突耳部件限定沿周向间隔开的突耳组件的第一侧和第二侧；与该突耳后部径向向外间隔开的转轮壳体；从内端部分径向延伸到外端部分的单个主隔板，该内端部分在突耳组件的第一侧上安装到突耳前部上，该外端部分安装到转轮壳体上；和多个中间隔板，每一中间隔板从内端部分径向延伸到外端部分，该内端部分以沿周向间隔开的关系安装到突耳后部上，中间隔板沿周向最远地与主隔板间隔开的内端部分在突耳组件的第一侧和第二侧之间的一位置处安装到突耳后部上，该外端部分安装到转轮壳体上。
13.一种用于空气预热器的圆形转轮，其包括多个大致相同的、相邻定位的、车间组装的转轮模块，每一转轮模块包括突耳组件，其包括突耳前部和与该突耳前部径向向外间隔开的突耳后部，该突耳前部和该突耳后部均从第一端纵向延伸到第二端，该突耳组件还包括安装到突耳前部和突耳后部的第一端上的冷端突耳部件和安装到突耳前部和突耳后部的第二端上的热端突耳部件，突耳前部、突耳后部、冷端突耳部件、热端突耳部件限定沿周向间隔开的突耳组件的第一侧和第二侧；与该突耳后部径向向外间隔开的车间安装的转轮壳体；从内端部分径向延伸到外端部分的单个主隔板，该内端部分在突耳组件的第一侧上安装到突耳前部上，该外端部分安装到车间安装的转轮壳体上；多个中间隔板，每一中间隔板从内端部分径向延伸到外端部分，该外端部分安装到车间安装的转轮壳体上，该内端部分以沿周向间隔开的关系安装到突耳后部上，暴露的中间隔板沿周向最远地与主隔板间隔开的内端部分在突耳组件的第一侧和第二侧之间的一位置处安装到突耳后部上；和多个径向间隔开的车间安装的支承板组件，至少一个车间安装的支承板组件在主隔板和相邻的中间隔板之间周向延伸，并且至少一个车间安装的支承板组件在每一中间隔板与相邻中间隔板之间周向延伸；多个现场安装的转轮壳体；以及多个现场安装的支承板组件；其中，现场安装的转轮壳体和至少一个现场安装的支承板组件在每一转轮模块的主隔板与每一相邻转轮模块的暴露的中间隔板之间周向延伸。
全文摘要
一种用于具有圆形转轮的空气预热器(10)的半模块化的转轮模块(60)，该转轮模块包括突耳组件(62)，其包括突耳前部(80)和与该突耳前部径向向外间隔开的突耳后部(86)。单个主隔板(64)从内端部分径向延伸到外端部分，该内端部分在突耳组件(62)的第一侧上安装到突耳前部(80)上。该外端部分安装到转轮壳体(66)上，其与突耳后部(86)径向向外间隔开。至少一个中间隔板(78)从内端部分径向延伸到外端部分，该内端部分在突耳组件的第一侧和第二侧之间的一位置处安装到突耳后部上，该外端部分安装到转轮壳体(66)上。
文档编号F28D19/00GK1756935SQ200480005545
公开日2006年4月5日 申请日期2004年2月12日 优先权日2003年2月27日
发明者M·E·布罗菲, J·R·考博恩, R·B·罗德斯, M·扎克尔 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司