用于循環(huán)環(huán)境大氣的循環(huán)裝置及這種循環(huán)裝置的制造方法
【專利說明】用于循環(huán)環(huán)境大氣的循環(huán)裝置及這種循環(huán)裝置的制造方法
[0001]本發(fā)明涉及一種用于循環(huán)環(huán)境大氣的循環(huán)裝置，循環(huán)裝置具有多個(gè)構(gòu)件，多個(gè)構(gòu)件至少包括用于將循環(huán)裝置連接到驅(qū)動(dòng)裝置的軸，與軸連接的葉片載體和設(shè)置在葉片載體上用于對(duì)大氣施加流脈沖的多個(gè)葉片，其中軸和葉片載體之間的連接以及葉片載體和多個(gè)葉片之間的連接均剛性地實(shí)現(xiàn)用于共同旋轉(zhuǎn)，以將驅(qū)動(dòng)力矩從軸傳遞到葉片，并且葉片載體和多個(gè)葉片均實(shí)現(xiàn)為CFC構(gòu)件或部分硅化的CFC構(gòu)件，兩個(gè)連接中的至少一個(gè)以這樣方式實(shí)現(xiàn):待相互連接的兩個(gè)CFC構(gòu)件或至少部分硅化的CFC構(gòu)件通過連接系統(tǒng)以緊配合的方式相互連接，連接系統(tǒng)排他地具有由CFC、至少部分硅化的CFC或石墨構(gòu)成的連接元件，并且連接系統(tǒng)具有由CFC材料或至少部分硅化的CFC材料構(gòu)成的彈簧元件。
[0002]本發(fā)明的主題，除其在循環(huán)裝置上的實(shí)現(xiàn)之外，還包括待相互連接的兩個(gè)CFC構(gòu)件或至少部分硅化的CFC構(gòu)件之間通過連接系統(tǒng)的連接，兩個(gè)CFC構(gòu)件或至少部分硅化的CFC構(gòu)件以緊配合的方式相互連接，連接系統(tǒng)排他地具有由CFC、至少部分硅化的CFC或石墨構(gòu)成的連接元件，還具有由CFC材料或至少部分硅化的CFC材料構(gòu)成的彈簧元件?；旧?，只要在CFC構(gòu)件之間或至少部分硅化的CFC構(gòu)件之間實(shí)現(xiàn)持久的緊配合，本發(fā)明的主題均能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0003]可選地，本發(fā)明涉及一種用于循環(huán)大氣的循環(huán)裝置，循環(huán)裝置具有多個(gè)構(gòu)件，多個(gè)構(gòu)件至少包括用于將循環(huán)裝置連接到驅(qū)動(dòng)裝置的軸，與軸連接的葉片載體和設(shè)置在葉片載體上用于對(duì)大氣施加流脈沖的多個(gè)葉片，其中軸和葉片載體之間的連接以及葉片載體和多個(gè)葉片之間的連接均剛性地實(shí)現(xiàn)用于共同旋轉(zhuǎn)，以將驅(qū)動(dòng)力矩從軸傳遞到葉片，并且葉片載體和多個(gè)葉片均實(shí)現(xiàn)為CFC構(gòu)件或至少部分硅化的CFC構(gòu)件，兩個(gè)連接中的至少一個(gè)以這樣方式實(shí)現(xiàn):待相互連接的兩個(gè)CFC構(gòu)件或至少部分硅化的CFC構(gòu)件通過緊配合連接或型面配合連接進(jìn)行相互連接，通過形成在構(gòu)件之間的連接區(qū)域內(nèi)的材料結(jié)合連接確保緊配合或型面配合連接。
[0004]本發(fā)明的主題，除其在循環(huán)裝置上的實(shí)現(xiàn)之外，還包括待相互連接的兩個(gè)CFC構(gòu)件或至少部分硅化的CFC構(gòu)件之間的連接，其中，構(gòu)件通過緊配合或型面配合連接進(jìn)行相互連接，通過形成在構(gòu)件之間的連接區(qū)域內(nèi)的材料結(jié)合連接確保緊配合或型面配合連接?；旧希灰贑FC構(gòu)件之間或至少部分硅化的CFC構(gòu)件之間實(shí)現(xiàn)持久的緊配合連接，本發(fā)明的主題均能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0005]特別優(yōu)選的是，材料結(jié)合連接具有包含硅的連接材料。
[0006]進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)循環(huán)裝置的方法，其中，為了在待相互連接的兩個(gè)CFC構(gòu)件或至少部分硅化的CFC構(gòu)件之間形成連接，首先，在構(gòu)架之間形成緊配合或型面配合連接，然后，在緊配合或型面配合連接的構(gòu)件之間的連接區(qū)域內(nèi)，形成具有連接材料的材料結(jié)合連接。優(yōu)選地，連接材料包含硅。
[0007]例如，上述類型的循環(huán)裝置用于在工業(yè)爐中循環(huán)或均勻地混合爐內(nèi)氣氛。這種熔爐用于進(jìn)行熱處理，例如，在熔爐中，碳材料經(jīng)受高溫?zé)峤饣蛘咛冀M分被碳化或石墨化。
[0008]不考慮工業(yè)爐內(nèi)發(fā)生的個(gè)別過程，由于爐內(nèi)氣氛不時(shí)達(dá)到2000°C或者更高的溫度，在工業(yè)爐內(nèi)中使用的循環(huán)裝置承受大量的熱應(yīng)力。由于這些高溫?zé)釕?yīng)力，現(xiàn)在通常將具有特別低的熱膨脹系數(shù)的材料用于循環(huán)裝置，以限制所使用的材料中的熱誘導(dǎo)張力。由于其耐高溫性和低重量，碳纖維增強(qiáng)碳(CFC)和硅化碳纖維增強(qiáng)碳(CMC)已被證明是特別適用于循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)材料，其中CFC構(gòu)造構(gòu)件的硅化在本質(zhì)上對(duì)其表面造成了影響。但是，問題是，由于其纖維定向，碳纖維增強(qiáng)碳展示出明顯的各向異性，使CFC在纖維方向的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)低于其在垂直于纖維方向的熱膨脹系數(shù)。因此，在CFC構(gòu)件之間通過螺紋連接裝置形成的連接中，如果CFC構(gòu)件和連接螺栓的纖維定向相互交叉，在螺紋連接裝置的區(qū)域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生顯著的機(jī)械張力，其中，螺紋連接裝置包括由CFC、CMC或石墨構(gòu)成的連接元件，例如由CFC或CMC制成且通過石墨螺母夾在CFC構(gòu)件上的螺栓。由于CFC特別是在纖維之間的區(qū)域內(nèi)具有極多孔形式，這些張力會(huì)引發(fā)螺紋連接裝置區(qū)域內(nèi)的沉降現(xiàn)象，致使CFC構(gòu)件之間起初以緊配合方式作用的螺紋連接在溫度應(yīng)力的過程中變得松動(dòng)，并且發(fā)生構(gòu)件失效。
[0009]防止該構(gòu)件失效的一種可能是根據(jù)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力定義維修周期，以能夠在構(gòu)件失效之前及時(shí)地更換螺紋連接裝置。由于對(duì)循環(huán)裝置進(jìn)行維修或檢查以及特別是可能的必須的修理伴隨大量工作，因此本發(fā)明的目的在于增強(qiáng)循環(huán)裝置并且提出一種用于生產(chǎn)循環(huán)裝置的方法，以使在循環(huán)裝置的CFC構(gòu)件之間或至少部分硅化的CFC構(gòu)件(即通常在表面區(qū)域硅化的CFC構(gòu)件)之間的永久的緊配合連接成為可能。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)裝置具有權(quán)利要求1的特征。
[0011]在第一變化形式中，根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)裝置以以下方式實(shí)現(xiàn):至少兩個(gè)待相互連接的CFC構(gòu)件或至少部分硅化的CFC構(gòu)件通過連接系統(tǒng)以緊配合的方式相互連接，連接系統(tǒng)排他地具有由CFC、至少部分硅化的CFC或石墨構(gòu)成的連接元件，并且連接系統(tǒng)具有由CFC材料或至少部分娃化的CFC材料構(gòu)成的彈簧元件。
[0012]通過使用彈簧元件，發(fā)生在兩個(gè)CFC構(gòu)件或至少部分硅化的CFC構(gòu)件之間的緊配合連接中的沉陷現(xiàn)象能夠在第一時(shí)間通過彈簧元件的作用獲得補(bǔ)償，且無需使用為了這個(gè)目的而必須采用的與構(gòu)件材料不同的材料。
[0013]盡管使用彈簧元件補(bǔ)償螺紋連接裝置上的沉陷現(xiàn)象通常是已知的，但是由于根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)設(shè)備特別是用于高溫環(huán)境，這些由金屬構(gòu)成的已知彈簧元件不能在根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)設(shè)備中使用。例如，所涉及的溫度通常達(dá)到2000°C或者更高，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過金屬的蠕變的極限，使得所需的彈簧補(bǔ)償效果在前面提到的溫度范圍內(nèi)不再適用。通過使用由CFC材料或至少部分硅化的CFC材料構(gòu)成的彈簧元件，使得使用彈簧元件補(bǔ)償螺紋連接裝置中的沉陷現(xiàn)象第一次成為可能，其中即使在高溫環(huán)境下也必須持久地確保通過螺紋連接裝置相互連接的構(gòu)件之間的緊配合連接。
[0014]在大多數(shù)情況下，有利的是，CFC構(gòu)件之間或至少部分硅化的CFC構(gòu)件之間的連接系統(tǒng)為螺紋連接裝置，該螺紋連接裝置具有由CFC材料或至少部分硅化的CFC材料或石墨材料構(gòu)成的螺栓和由CFC材料或至少部分硅化的CFC材料或石墨材料構(gòu)成的至少一個(gè)螺母，其中彈簧元件以壓力作用于螺母與CFC構(gòu)件或至少部分硅化的CFC構(gòu)件之間的方式設(shè)置在螺母與CFC構(gòu)件或至少部分硅化的CFC構(gòu)件之間。
[0015]基本上，使用由CFC材料或至少部分娃化的CFC材料構(gòu)成的彈簧元件當(dāng)然不限于與作為螺紋連接裝置的連接系統(tǒng)相結(jié)合。相反，由CFC材料或至少部分硅化的CFC材料構(gòu)成的螺紋連接裝置也可以用于補(bǔ)償其他緊配合連接系統(tǒng)中的沉陷現(xiàn)象，例如卡接連接或楔入連接，為了達(dá)到與螺紋連接的緊配合效果相同的效果，該卡接連接或楔入連接允許機(jī)械預(yù)張連接。
[0016]特別有利的是，螺栓具有螺栓頭并且螺栓穿過待以緊配合的方式互相連接且設(shè)置在螺栓的螺栓頭和螺母之間的兩個(gè)CFC構(gòu)件或至少部分硅化的CFC構(gòu)件，因此，彈簧元件能夠大體以與傳統(tǒng)的鋼簧相同的方式被使用，其中，由于前述原因，傳統(tǒng)鋼簧在根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)設(shè)備中使用的可能性已經(jīng)被排除。
[0017]如果螺栓頭通過由CFC材料或至少部分硅化的CFC材料或石墨材料構(gòu)成的螺母而形成，包含最小可能數(shù)量的不同構(gòu)件的連接系統(tǒng)的整體簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)能夠被實(shí)現(xiàn)。
[0018]在循環(huán)裝置的一