DE2329634A1

DE2329634A1 - Waermetauscher fuer gase stark unterschiedlicher temperaturen

Info

Publication number: DE2329634A1
Application number: DE19732329634
Authority: DE
Inventors: Manfred Stute; Eggert Dipl Ing Tank
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1973-06-09
Filing date: 1973-06-09
Publication date: 1975-01-02
Also published as: GB1466149A

Description

ßctx . : Patent- und G>-?brauchsmu:jterhilfsanmeldung

Verriet aus eher für Gase stark unterschiedlicher

Penpornturon

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für Gase stark unterschiedlicher Temperaturen, insbesondere zur Verwendung in Gasturbinen, bestehend aus einem z.B. rohrförmigen Sammelraum für das kältere Gas mit einem II' tallrekuperator, der durch eine Anzahl, vorzugsweise U-förmig, gekrümmter Rohre gebildet wird, welche in den Sammelraum eingeschweißt oder -gelötet sind, und wobei das heißere Gas zv/ischen den Rohren des Rekuperators hindurchströmt.

Wärmetauscher der vorbeaeichneten Art kommen üblicherweise in Gasturbinen zum Einsatz. D r Sammelbehälter ist hier als Führungsrohr der für den Vcrbrennuncsvorcanc benötigten vergleichsweise kalten Luft ausgebildet. Die kalte Luft tritt an dem einen Lnde des F'ihrungsrohres in den Wärmetauscher ein, heizt sich in den von den heißen Abgasen der Turbine umströmten U-Rohren des R ;-kuperators auf und wird anschließend zur Brennkammer geleitet. Diese bekannte Ausführung eines Wärmetauschers ist jedoch gegen die bei Gasturbinen auftretenden Tomperaturwechsel hochgradig verschleißanfällig. Die 2inlötstellen der Rekuperator-Rohre an dem Führungsrohr sind dabei besonders gefährdet. Sie stellen das standzeitbestimmende Kriterium des Wärmetauschers dar.

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Aufgabe der vorliegenden Lrfindung ist es, die Standzeit von Wärmetauschern der eingangs bezeichneten Art wesentlich zu erhöhen. Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung v;ird das Problem dadurch in überraschend einfacher und vorteilhafter V/oise gelöst, dcß die Außenwand des Sammelraumes im Bereich der Verbindungsstellen derselben ait den Rohren des Rekuperators konzentrisch von einen Schutzblech umgeben ist, das Durchtrittsbohrungen für die RoIiTG des R kuperators aufweist. Das erfindungsgemäße Schutsblech verhindert vorteilhaft den raschen und unmittelbaren Zutritt der heißen Abgase zu den Lötstellen der Rekuperator-Rohre. Somit können die bei Wechsel- bzv/. Schockbedingungen (Start, T illast, Stop) auftretenden großen TemperaturSchwankungen nur mit einer relativ großen Zeitverzögerung die Lötstellen erreichen. Die Temperaturgradient cn werden bei einer Wärmatauscherausführung mit Schutzblech so stark reduziert, daß keine Schaden an den Uinlötstellcn mehr auftreten.

Selbstverständlich kann es in keinem ^aIIe etwas schaden, wenn das erfindungsgenäßc Schutzblech die gesamte Anzahl der Rohrverbindungsstellen (Lötstellen) abdeckt. i^?ür die Zwecke der Erfindung hat es sich jedoch als völlig ausreichend erwiesen, wenn das Schutzblech nur die dem heißen Gasstrom zugewandte Hälfte der Anzahl der Rohrverbindungsstellen abdeckt. Auch ist es zwar möglich, aber nicht unbedingt erforderlich, daß die Rohre des R kuperators von den Durchtrittsbohrungen im Schutzblech spielfrei umschlossen v/erden. Vielmehr genügt es, wenn die Durchtrittsbohrungen im Schutzblech gegenüber den diese durchsetzenden Rekuperator-Rohren ein radiales Spiel von etwa 0,i mn aufweisen.

Um das Schutzblech gegenüber den Rekuperator-Rohren in der optimalen Lage zu halten, empfiehlt es sich nach einem weiteren licrknal der Erfindung, zumindest an den über die 3reite des Rekuperators hinausragenden seitlichen Kanten des Schutzbleches mehrere Spanneleinente vorzusehen. Als Soannelemente können abge-

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winkelte Blechstreifen dienen, die nit einen Lnde das Schutzblech übergreifen und mit den anderen Jinde an der Außenwand des Sannelbehälters befestigt, vorzugsweise angepunktet sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können einem in der Zeichnung dargestellten und nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel entnommen werden. Ds zeigt:

Fig. 1 einen Wärmetauscher nach der Erfindung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der Einzelheit "H" aus Fig. 1,

Fig. 3 den Warnetauscher nach Fig. 1 und 2 im Querschnitt,

Fig. 4 eine Ansicht des Wärmetauschers in Richtung eines Pfeiles B in Fig. 3

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig..4.

In der Zeichnung beziffert 10 den oannelraun und 11 den Rekuperator des Wärnetauschers. Der Saanelraun 1C ist als Führungsrohr ausgebildet, in dessen eines Ende (Pfeil 12) die für den Verbrennungsvorgang der Jas turbine benötigte Luft eintritt· ITach Lrwärnung verläßt die Verbrennungsluft das Führungsrohr 10 in Pfeilrichtung 13 und wird der nicht gezeigten Brennkammer der Czacturbine zugeleitet.

Li r Ro'.cupcrator 11 besteht aus einer Vielzahl von U-föraig gebogenen RoIiTen 14, die in mehreren Lagan nebeneinander angeordnet ozM. ineinander geschachtelt sind und mit iliren beiden Enden jeweils in dan Innonreum deu Führungerohrου 10 ragen (vgl. Fig. 3)· Die Rohre 14 sind dabei in entsprechende 3olirungcn in der Wandung

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des Führungsrohrs 10 eingelötet.

Die heißen Abgase der Turbine werden in der in Fig. 1 durch einen Pfeil 15 angedeuteten .Richtung dem Rekuperator 11 sugeleitet und strömen anschließend zwischen den einzelnen Rohren 14 hindurch, wobei sie einen Teil ihrer Wärme an diese abceben· Innerhalb des Führuncsrohrs 10 sind in bekannter und daher nicht n" r gezeigter Weise Leitbleche angeordnet, welche die Verdichterluft zwingen, zuerst die Rohre 14 zu durchströmen ehe σie das Führungsrohr 10 in Pfeilrichtung 13 verlassen kann. Die auf ihren Woge durch das Führungsrohr 10 somit die Rohre 14 durchströmende kalte Verdichterluft wird dabei entsprechend aufgeheizt.

Um die durch die heißen Abgase besonders gefährdeten Einlötstellen - in Fig. 3 mit 16 bezeichnet - zu schützen, sind diese, d.h. insgesamt die Hälfte aller Linlötstellen durch ein Schutzblech 17 abgedeckt. Das Schutablech 17 ist - wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich - an seinen Kanten mit Hilfe von Winlcelblechen 18 an dem Führungsrohr 10 angepunktet. Bei der Ausfüluungsform nach Fig. 3 bis 5 sind seitlich des Schutzbleches 17 abgewinkelte Spannelemente 19 angepunktet, um das Schutzblech 17 in der richtigen Position zu halten. Ferner ist bei dieser Ausführungsform zu dem vorgenannten Zweck ein jeweils tangential am Schutzblech 17 und am Führungsrohr 10 befestigtes Spannblech 20 vorgesehen (vgl. insbesondere Fig. 3)·

Durch die 31eche 17, 20 werden die EinlöteteIlen 16 der Rohre 14 derart vor den heißen Gacströaen vrirkcan geschützt, daß die bei V/echscl- bzu. Schockbcdingungen (otart, .Teillast, otop) auftretenden großen Tonperaturschwankungen nur mit einer relativ großen Zeitverzögerung die Linlötstellen erreichen. Dieser wirksame Schut: der Einlötstellen 16 c^C^cn Thernoschoc!:n gewährleistest vorteilhnft eine hohe Standzeit den gesamten \,?irnrtauschers.

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Claims

- 5 - Daim 9804/4 Patent- und Schutiiansprüche

1.! Wärmetauscher fur Gase unterschiedlicher Temperatüren,insbesondere« zur Verwendung in Gasturbinen, bestehend aus einem z.B. rohrföriaiccn Saminelrauri für das kältere Gas mit einem Hetallrekuperator, der durch eine Anzahl, vorzugsweise U-förmig gekrümmter, Rohre gebildet wird, welche in den Sammelraun eingeschweißt oder -gelötet sind, und wobei das heißere Gas zwischen den Rohren des Rekuperators hindurchströint, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Sammelraumes (10) im Bereich der Verbindungsstellen (16) derselben mit den Rohren (14·) des Rekuperators (11) konzentrisch von einen Schutzblech (17) umgeben ist, das Durchtrittsbohrungen für die Rohre (14) des Rekuperators (11) aufweist.

P. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzblech (17) nur die dem heißen Gasstrom (15) zugewandte Hälfte der Anzahl der Rohrverbindungsstellen (16) abdeckt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsbohrungen im Schutzblech (17) gegenüber den diese durchsetzenden Rekuperator-Rohren (14) ein radiales Spiel von etwa 0,3 mm aufweisen.

4. WUrmetaueeher nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an den über die Breite des Rekuperators (11) hinausragenden seitlichen Kanten des Schutzbleches mehrere Spannelemente (19) vorgesehen sind.

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5· Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannelement (19) angewinkelte Blechstreifen dienen, die mit einem Ende das Schutzblech (17) übercreifen und mit dem anderen Ende an der Außenwand des Sannelbeliälters (1o) befestigt, vorzugsweise angepunktet sind,

6. Warnetaueeher nach Anspruch 4 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzblech (17) an seiner dem anströmenden heißen Gas (15) zugewandten Kante zusätzlich von einem das Schutzblech teilweise überdeckenden tangential an der Außenwand des Sammelraumes (10) befestigten, vorzugsweise angepunkteton, Spannblech (20) gehalten ist.

7. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand zwischen Schutzblech (17) und Außenwand des Sammelrauaes (10) etwa 5 bis 6 mm beträgt, wobei er etwa dem doppelten Betrag der axialen Ausdehnung der einzelnen Verbindungsstellen (16) zwischen Rekuperator (11) und oamnelraun (10) entspricht.

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