DE970032C

DE970032C - Waermeaustauscher fuer Gasturbinen

Info

Publication number: DE970032C
Application number: DEH21439A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Alfred Schuette
Original assignee: Henschel and Sohn GmbH
Current assignee: Henschel and Sohn GmbH
Priority date: 1954-09-11
Filing date: 1954-09-11
Publication date: 1958-08-14

Description

Wärmeaustauscher für Gasturbinen Der Wärmeaustauscher ist derjenige Bauteil einer Gasturbinenanlage, der das größte Gewicht und den größten Raumbedarf hat. Es bereitet daher oft erhebliche Schwierigkeiten, den Wärmeaustauscher zweckmäßig anzuordnen. An einen guten Wärmeaustauscher muß man folgende Forderungen stellen i. Er soll bei möglichst geringer Austauschfläche und geringen Druckverlusten einen möglichst hohen Ausnutzungsgrad ermöglichen, 2. er soll so angeordnet werden können, daß die Zu- und Ableitungen für Luft und Abgase zum und vom Wärmeaustauscher möglichst kurz sind; 3. es soll wenig oder, wenn möglich, gar kein zusätzlicher Platz durch den Wärmeaustauscher beansprucht werden; q.. er soll billig in der Herstellung sein; 5. schadhafte Rohre sollen sich leicht auswechseln lassen. Es sind Wärmeaustauscher für Gasturbinen bekannt, bei denen die vom Casturbinenverdichter kommende.Luft im Innern von zahlreichen kleinen Wärmeaustauschrohren strömt, während die Abgase der Gasturbine die Wärmeaustauschrohre außen umspülen, und bei denen ein Zuführungsrohr für die zu erhitzende Luft großen Durchmessers zentral im Wärmeaustauscher angeordnet ist, während die zahlreichen kleinen, den eigentlichen Wärmeaustausch vermittelnden Rohre auf konzentrischen Kreisen um das Rohr großen Durchmessers herumgruppiert sind.
Bei diesen bekannten Wärmeaustauschern durchdringt das große zentrale Rohr den einen Luftsammelraum, in dem die den Wärmeaustausch vermittelnden Rohre kleinen Durchmessers befestigt sind, und mündet in den zweitenLuftsammelraum ein.
Außerdem sind schon ähnlich gestaltete Wärmeaustauscher vorgeschlagen worden, bei denen das die Rohre kleinen Durchmessers umspülende Mittel im Gegenstrom zu dem die Rohre durchfließenden Mittel strömt.
Erfindungsgemäß sollen derartige Wärmeaustauscher für Gasturbinen dadurch verbessert werden, daß die kleinen, den Wärmeaustausch vermittelnden Rohre an beiden Enden in. etwa halbkugelförmigen an sich bekannten Luftsammelräumen befestigt sind. Diese Luftsammelräume können an- beiden Enden gleich ausgeführt werden und verbilligen damit die Fertigung. Außerdem sind diese Teile durch ihre halbkugelförmige Ausbildung geringem beansprucht als irgendwie anders geartete Sammelkästen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der die Turbinengase führende Teil des Wärmeaustauschers aus zwei birnenförmigen Hohlkörpern und einem zylindrischen Teil, wobei die birnenförmigen Hohlkörper die halbkugeligen-Luftsammelbehälter und der zylindrische Teil die zahlreichen kleinen Röhre umgeben.
Durch gleiche Ausführung der beiden birnenförmigen Hohlkörper wird eine weitere Vereinfachung der Fertigung erzielt. Der für die Abströmung der Abgase verfügbare Zwischenraum zwischen dem. oberen halbkugelförmigen Luftsammelr aum und dem oberen birnenförmigen Hohlkörper ermöglicht bei entsprechender Formgebung eine Diffusorwirkung, welche die Druckverluste des Wärmeaustauschers verringert. Schließlich wird der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher in an sich bekannter Weise stehend unmittelbar über dem Austrittsstutzen der Gasturbine angeordnet. Die Abgase treten also unmittelbar aus der Turbine in den Wärmeaustauscher ein. Die Luft wird ebenfalls am unteren Ende des W ärmeaustauschers eingeführt und in einem zentral angeordneten Rohr großen Durchmessers durch den unteren halbkugelförmigen Luftsammelraum hindurch zum oberen Luftsammelraum geleitet. Von dort wird sie durch die kleinen Rohre zum unteren Luftsammelraum geführt, aus dem sie senkrecht zur Achse des Wärmeaustauschers zur Brennkammer abgeleitet wird.
Die erfindungsgemäße Anordnung hat außerordentliche Vorteile. Besonders günstig wirln sich die erfindungsgemäße Anordnung bei sogenannten Einwellengasturbinen aus, da sich hier .für die Luft vom Verdichter zum Wärmeaustauscher und vom Wärmeaustauscher zur Brennkammer die kürzesten, überhaupt möglichen Rohrlängen ergeben. Eine Abgasleitung von der Turbine zum Wärmeaustauscher ist praktisch nicht vorhanden; da der Wärmeaustauscher unmittelbar auf den Austrit'sstutzen der Turbine aufgesetzt wird. Das Auswechseln schadhafter Rohre läßt sich leicht durchführen, da die Rohre gerade und keine Trennwände vorhanden sind. Die leichte Zugänglichkeit zu den Rohren ist vom oberen und unteren Luftsammelraum, die geteilt ausgeführt werden können, ebenfalls gegeben.
Bei Schiffsanlagen ist die erfindungsgemäße Anordnung des Wärmeaustauschers außerordentlich vorteilhaft, da durch den Wärmeaustauscher praktisch überhaupt kein zusätzlicher Raum beansprucht wird. Über der Maschinenanlage befindet sich immer der Maschinenschacht mit dem Schornstein. Hier läßt sich-der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher, der ja nichts anderes als eine im Durchmesser vergrößerte Abgasleitung darstellt, leicht anordnen.
In den beiden Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Fig. i zeigt den erfindungsgemäßen Wärmeauseauscher im Längsschritt und Fig.2 die Anordnung des Wärmeaustauschers an einer Einwellenanlage.
Die vom Verdichter kommende Luft tritt hei i in den Wärmeaustauscher ein und strömt in dem zentral im Wärmeaustauscher angeordneten Rohr 2 in den oberen Luftsammelbehälter 3. Von hier tritt die Luft durch die zahlreichen kleinen Rohre q., die den Wärmeaustausch vermitteln, in den unteren Luftsammelraum 5. Die nun vorgewärmte Luft tritt durch die Leitung 6 in die nicht dargestellte Brennkammer ein. Die aus der Turbine austretenden Abgase gehangen bei 7 in den unteren birnenförmigen Abgasraum 8, der den Luftsammelbehälter 5 umgibt, umströmen dann im zylindrischen Teil 9 die kleinen Rohre q. im Gegenstrom und werden im birnenförmigen Abgasraum io, der den oberen Luftsammelraum 3 umgibt, gesammelt. Durch den Austrittsstutzen i i verlassen sie den Wärmeaustauscher.
In Fig. 2 saugt der Verdichter 2o die Luft bei 21 an, verdichtet sie und drückt sie über die Leitung. 22 dem Wärmeaustauscher 23 zu. Die im Wärmeaustauscher erwärmte Luft gelangt durch die Leitung 2¢ zur Brennkammer 25, in die durch die Einspritzdüse 26 Brennstoff eingespritzt wird. Die erzeugten Verbrennungsgase treten in das Zuströmgehäuse 27 der Turbine 28. Nach der Entspannung verlassen sie durch das Austrittsgehäuse 29 die Turbine und durchströmen den Wärmeaustauscher 23, in dem sie die ihnen noch innewohnende Wärme zum größten Teil an die verdichtete Luft abgeben. Durch die Abgasleitung 30 gelangen die Verbrennungsgase in, die Atmosphäre. Die Turbine 28 treibt außer dem Verdichter 2o noch einen elektrischen Stromerzeuger 31 911-

Claims

PATENTANSPRÜCHE-i. - Wärmeaustauscher für Gasturbinen, bei dem die vom Gasturbinenverdichter kommend Luft im Innern von zahlreichen kleinen Wärmeaustauscherrohren strömt, während die Abgase der Gasturbine die Wärmeaustauscherrohre im Gegenstrom außen umspülen, und bei dem ein Rohr großen Durchmessers zentral im Wärmeaustauscher angeordnet ist, während die zahlreichen kleinen, den eigentlichen Wärmeaustausch vermittelnden Rohre auf konzentrischen Kreisen um das Rohr großen Durchmessers herum gruppiert und an beiden Enden in Sammelbehältern befestigt sind, wobei das Rohr großen Durchmessers den einen Sammelbehälter durchdringt und in den zweiten Sammelbehälter einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelbehälter der Rohre kleinen Durchmessers in an sich bekannter Weise halbe kugelförmig ausgebildet sind und daß der die Turbinenabgase führende Teil des Wärmeaustauschers aus zwei birnenförmigen Hohlkörpern und einem zylindrischen Teil besteht, wobei die birnenförmigen Hohlkörper die halbkugelförmigen Sammelbehälter und der zylindrische Teil die den Wärmeaustausch vermittelnden zahlreichen kleinen Rohre umgeben.
2. Gegenstrom-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher in an sich bekannter Weise senkrecht stehend über dem Austrittsstutzen der Gasturbine und das Zuführungsrohr vom Verdichter zum Wärmeaustauscher und das Abführungsrohr für die vorgewärmte Luft vom Wärmeaustauscher zur Brennkammer senkrecht zur Achse des Wärmeaustauschers angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 890 349, 880 752, 301 142, 154 663, 154 660; schweizerische Patentschrift Nr. 246 795; USA.-Patentschrift Nr. 2 594 761; U 11 m an n s »Encyklopädie der technischen Chemie«, Bd. 1, 1951, S.269; »The Oil Engine and Gas Turbine«, März 1951, S. 348; »Engineering«, 23. 2. 1951, S. 21o und 211.