Gasturbinenanlage mit Wärmeaustauscher. Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf die Konstruktion von Wärmeaustauschern von der Art der Rotationsgeneratoren in Gasturbi- nenarnlagen, bei denen ein ring-, trommel- oder scheibenförmiger Körper um seine Achse ro- tiert und Wärmeaustausehelemente aufweist,
die im Verlauf der Rotation periodisch durch einen Wärme abgebenden Fluidstrom erhitzt und durch einen Wärme aufnehmenden Fluid- strom gekühlt werden, wobei der Durchström- quersehnitt des Wärineaust.ausehers dureb eine fluiddiehte Trennwand in. zwei Teile 1--e- teilt ist, zur Trennung der beiden Fluida, von denen je eines durch einen der beiden Teile strömen kann.
Bei Gasturbinenanlagen, die einen Koni- pressor zur Förderung von Verbrennungsluft in Brennkammern besitzen und bei welchen die Verbrennungsgase zum Antrieb einer Tur bine benützt werden, die ihrerseits .den Koni- pressor antreibt, wobei die vom Kompressor gelieferte Luft durch die Turbinenabgase vor gewärmt. wird.
hat die den Kompressor ver lassende, relativ kältere Luft einen höheren Druck als die aus der Turbine kommenden, relativ wärmeren Abgase, so dass letztere einen grösseren Strömungsquerschnitt benötigen als die Luft, da die Strömungsgeschwindigkeiten dieser beiden Fluida bei ihrem Durchfluss durch den Wärmeaustauscher möglichst gleich sein sollen.
Aus diesen Überlegungen heraus ist bei einer (Tasturbinenanlne der erwähnten Art ein Wärmeaustauseher der beschriebenen Aus führung vorgesehen, zum Wärineaustauseli zwischen der vom Kompressor geförderten Luft und den Turbinenabgasen, bei welchem die Trennwand in bezug auf das rotierende Element unsvmmetriseh angeordnet. ist, uni den verfügbaren Durchströmquerschnitt in zwei ungleiche Teile zu teilen,
wobei eine in den kleineren Teil des Wärmeaustauschers mündende Leitung für die Verbrennungsluft einen kleineren Querschnitt aufweist als eine von der Turbine wegführende, in den grösse ren Teil des _V ärmeaustauschers mündende Leitung für die Turbinenabgase.
Die erwähnte Trennwand ist zweckmässig verstellbar angeordnet, um eine Änderung der Durchströmquerschnitte des kleineren und des grösseren Teils relativ zueinander zu er möglichen. Diese Änderung kann automatisch steuerbar sein, in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebszuständen, z. B. der Temperaturdifferenz in den Fluidräumen auf beiden Seiten der Trennwand, oder der Ein lass- und Auslasstemperatur eines Arbeitsflui dums, oder den Druckverhältnissen im Ar beitsfluidum.
An Hand der beiliegenden Zeichnung soll der Erfindungsgegenstand beispielsweise nä her erläutert werden.
Gemäss Fig.1 ist eine Trommel bzw. ein Ring 1 drehbar um eine Welle ? angeordnet und enthält in Zellen -1 Wärmeaustausch- elemente 3, welche Zellen durch radiale Wände 5 gebildet sind.
Eine fluiddichte, seh- nenförmig verlaufende Trennwand 7 ist in Be zug auf die Trommel 1 unsymmetrisch an geordnet und teilt. den Durchströmquerschnitt des Wärmeaustauschers in zwei ungleiche Teile, von denen die Kammer 22 grösser ist und zur Aufnahme der wärmeabgebenden Turbinenabgase mit niedrigerem Druck dient, während die Kammer 23 kleiner ist und zur Aufnahme der wärmeaufnehmenden,
vom Kompressor geförderten Luft mit höherem Druck dient.
Die Trommel 1 ist in einem Gehäuse 8 angeordnet, das aus zwei Leitungsteilen 9 und 10 gebildet ist. Die Leitung 9 ist grösser und dient der Zuführung der Turbinenabgase, während die Leitung 10 kleiner ist und dem Austritt der erwärmten Dreckluft dient. Die Turbinenabgase strömen durch die Kammer 22 weg; die vom Kompressor geförderte Druckluft tritt durch die Kammer 23 ein.
Bei der Rotation der Trommel 1 werden die Wärmeaustauschelemente einer Zelle 4 auf ihrem Weg durch die Leitung 9 durch das heissere Fluidum erhitzt und geben bei der Weiterdrehung in die Leitung 10 ihre Wärme an das kältere Fluidum ab.
Die Enden 11 der Trennwand 7 sind gekrümmt und der Innen wand der Trommel t angepasst, um eine fluid- dichte Berührrmg mit dieser Wand zu er möglichen und iun so einen Gasübertritt aus der Hochdruckkammer 23 in die Niederdruck kammer 22 auf ein Minimum herabzusetzen. Aus dem gleichen Grund ist im Gehäuse 8 eine Einbuchtung 24 vorgesehen, um eine fluiddichte Berührung mit der Aussenwand der Trommel 1 zu ermöglichen.
Fig. 2 zeigt eine Variante zum vorangehend beschriebenen Beispiel, bei welcher die Trenn wand 7 durch eine zweiteilige Trennwand 15, 16 ersetzt ist, wobei die beiden Teile durch einen Bolzen 17 miteinander verbunden sind, der zentrisch zur Trommel 1 angeordnet ist. Durch eine Winkeländerung zwischen den bei den Teilen 15 und 16 kann das Verhältnis der Unterteilung des Durchströmquerschnittes des Wärmeaustauschers verändert werden. Diese Winkeländerung kann z.
B. von Hand geschehen durch Feststellen des Teils 16 und durch Verschwenken des Hebels 25, der fest. mit dem Teil 15 verbunden ist, wobei zwischen dem Gehäuse 8 und der Trommel 1 eine eben falls am Hebel 25 befestigte Dichtung 26 vor gesehen ist. Rund um den Bolzen 17 ist eine biegsame Membran 27, z. B. aus Metallblech, .zu Dichtungszwecken vorgesehen. Die Ver- sehwenkung des Teils 15 kann auch automa tisch, entsprechend der Änderung eines oder mehrerer Betriebszustände, geschehen.
Beim Beispiel gemäss Fig.2 ist als massgebender Betriebszustand das Verhältnis der Drücke der beiden Fluida in den Leitungen 9 und 10 des Gehäuses 8 gewählt. Von diesen Leitungen 9 und 10 führen Zweigleitungen 29 bzw. 28 zu einer Kammer 30, in welcher eine biegsame Membran 31 angeordnet ist, die durch ein Hebelsystem 32 gelenkig mit einem drehbaren Arm 33 eines veränderbaren Wider standes 34 verbunden ist, der seinerseits in einen elektrischen Stronmleeis eingeschaltet ist, der zwei elektrische Stromquellen 35 und 36 -und einen Elektromotor enthält, dessen Welle 37 über eine Kette 38 mit dem Bolzen 17 verbunden ist..
Die Wirkungsweise des elek trischen Stromkreises ist dabei derart, dass, wenn sich das Druckverhältnis der Fluida in den Leitungen 9 und 10 nach der einen Rich tung verschiebt, der Arm 33, die Welle 37 und der Bolzen 17 im einen Drehsinn ver- schwenkt werden, und dass, wenn sich das genannte Druckverhältnis nach der andern Richtung verschiebt, der Arm 33, die Welle 37 und der Bolzen 17 im entgegengesetzten Drehsinn verschwenkt werden.
Gas turbine plant with heat exchanger. The present invention relates to the construction of heat exchangers of the type of rotary generators in gas turbine systems, in which an annular, drum or disk-shaped body rotates about its axis and has heat exchange elements,
which are periodically heated in the course of the rotation by a heat-emitting fluid flow and cooled by a heat-absorbing fluid flow, the throughflow cross section of the heat exchanger being divided into two parts 1 - e - by a fluid-drawn partition wall for separation of the two fluids, one of which can flow through one of the two parts.
In gas turbine systems that have a compressor for conveying combustion air in combustion chambers and in which the combustion gases are used to drive a turbine, which in turn drives the compressor, the air supplied by the compressor being pre-heated by the turbine exhaust gases. becomes.
the relatively colder air leaving the compressor has a higher pressure than the relatively warmer exhaust gases coming out of the turbine, so that the latter require a larger flow cross-section than the air, since the flow speeds of these two fluids are as equal as possible when they flow through the heat exchanger should.
Based on these considerations, a heat exchanger of the type described is provided in a (Tasturbinenanlne of the type mentioned) for exchanging heat between the air conveyed by the compressor and the turbine exhaust gases, in which the partition wall is arranged unsvmmetriseh with respect to the rotating element To divide the flow cross-section into two unequal parts,
wherein a line for the combustion air opening into the smaller part of the heat exchanger has a smaller cross section than a line for the turbine exhaust gases leading away from the turbine and opening into the larger part of the heat exchanger.
The aforementioned partition is expediently arranged to be adjustable in order to allow a change in the flow cross-sections of the smaller and larger parts relative to one another. This change can be automatically controllable, depending on one or more operating states, e.g. B. the temperature difference in the fluid spaces on both sides of the partition, or the inlet and outlet temperature of a Arbeitsflui dums, or the pressure conditions in the Ar beitsfluidum.
The subject of the invention is to be explained, for example, more closely using the accompanying drawings.
According to Fig.1, is a drum or a ring 1 rotatable about a shaft? arranged and contains heat exchange elements 3 in cells 1, which cells are formed by radial walls 5.
A fluid-tight partition 7 running in the form of tendons is arranged and divides asymmetrically with respect to the drum 1. the flow cross-section of the heat exchanger into two unequal parts, of which the chamber 22 is larger and is used to receive the heat-emitting turbine exhaust gases at a lower pressure, while the chamber 23 is smaller and to accommodate the heat-absorbing,
Air delivered by the compressor at a higher pressure is used.
The drum 1 is arranged in a housing 8 which is formed from two line parts 9 and 10. The line 9 is larger and is used to supply the turbine exhaust gases, while the line 10 is smaller and is used to exit the heated dirty air. The turbine exhaust gases flow away through chamber 22; the compressed air delivered by the compressor enters through the chamber 23.
As the drum 1 rotates, the heat exchange elements of a cell 4 are heated by the hotter fluid on their way through the line 9 and, as the drum 1 continues to rotate, give off their heat to the colder fluid.
The ends 11 of the partition 7 are curved and adapted to the inner wall of the drum t in order to enable fluid-tight contact with this wall and thus reduce gas transfer from the high pressure chamber 23 into the low pressure chamber 22 to a minimum. For the same reason, an indentation 24 is provided in the housing 8 in order to enable fluid-tight contact with the outer wall of the drum 1.
2 shows a variant of the example described above, in which the partition wall 7 is replaced by a two-part partition wall 15, 16, the two parts being connected to one another by a bolt 17 which is arranged centrally to the drum 1. By changing the angle between the parts 15 and 16, the ratio of the subdivision of the flow cross section of the heat exchanger can be changed. This change in angle can, for.
B. done by hand by locking the part 16 and pivoting the lever 25, which is fixed. is connected to the part 15, between the housing 8 and the drum 1 a just if attached to the lever 25 seal 26 is seen before. Around the bolt 17 is a flexible membrane 27, for. B. made of sheet metal. Provided for sealing purposes. The overswiveling of the part 15 can also take place automatically, corresponding to the change in one or more operating states.
In the example according to FIG. 2, the ratio of the pressures of the two fluids in the lines 9 and 10 of the housing 8 is selected as the decisive operating state. Of these lines 9 and 10, branch lines 29 and 28 lead to a chamber 30 in which a flexible membrane 31 is arranged, which is articulated by a lever system 32 with a rotatable arm 33 of a variable counter-stand 34, which in turn is in an electrical Stronmleeis is switched on, which contains two electrical power sources 35 and 36 and an electric motor, the shaft 37 of which is connected to the bolt 17 via a chain 38 ..
The mode of operation of the electrical circuit is such that when the pressure ratio of the fluids in lines 9 and 10 shifts in one direction, arm 33, shaft 37 and bolt 17 are pivoted in one direction of rotation, and that if the said pressure ratio shifts in the other direction, the arm 33, the shaft 37 and the bolt 17 are pivoted in the opposite direction of rotation.