CH154289A - Steam superheaters for gas turbines and steam generators in which the fuel-air mixture is burned at a pressure higher than atmospheric. - Google Patents

Steam superheaters for gas turbines and steam generators in which the fuel-air mixture is burned at a pressure higher than atmospheric.

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CH154289A
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steam
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Cie Aktiengesellschaft Boveri
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Brons Boveri & Cie Ag
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Description

  

      Dampfiiberhitzer    für Gasturbinen und Dampferzeuger, bei welchen die Verbrennung  des Brennstoff     Luftgemisehes    unter höherem als atmosphärischem     Druck    erfolgt.         Gasturbinenanlagen    sind meist mit  Dampfanlagen verbunden, da man die  zwecks Kühlung abzuführende Wärme zur  Dampferzeugung     verwendet    und mit diesem  Dampf zum Beispiel Hilfsmaschinen an  treibt.

   Es gibt fern-er auch reine Dampf  erzeuger, bei denen die Verbrennung des       Brennstoff-Luftgemisches    in druckfesten  Kammern unter höherem als atmosphäri  schem Druck vor sich geht, wobei dieser  Druck entweder durch einen Verdichter auf  gleichbleibender Höhe gehalten oder durch  Verpuffung .eines weniger vorverdichteten       Breimstoffgemisches        erzeugt    wird. In all  den erwähnten Fällen muss der erzeugte  Dampf vor seiner Verwendung erhitzt  werden.  



  Gegenstand vorliegender Erfindung ist  die besondere Ausbildung des     Überhitzews          derartiger    Anlagen. Die Besonderheit dieses       Überhitzers    besteht darin, dass derselbe aus       mehreren    flachen Rohrbündeln zusammen-    gesetzt ist, die die Verbrennungskammer  wandartig in mehrere Räume aufteilen.  Verbrennungskammern für den erwähnter.  Zweck haben bekanntlich verhältnismässig  grosse     Abmessungen,    so dass es schwierig       wird,    diese Kammern gleichmässig mit  Brennstoff zu beschicken, und im Falle von  Verpuffung gleichmässig auszuspülen und  mit neuer Ladung zu versorgen.

   Der in der  Kammer eingebaute     Überhitzer    wird nun  gemäss der Erfindung so geformt, dass er  Scheidewände bildet, durch welche die Kam  mer in mehrere kleinere Räume aufgeteilt  und der Gasstrom geführt wird. Aus der  einen grossen Kammer werden also praktisch  mehrere kleinere, aber untereinander verbun  dene Kammern, in denen     sich,    wegen ihrer       Form    und Abmessungen, die Ladung, Zün  dung und Spülung beträchtlich leichter und  betriebssicherer durchführen lässt als in  einer einzigen grossen. Die Ausbildung des  Rohrbündels als flache Wand ermöglicht auch      eine allseitige,     gleichmässige    Bestrahlung der  Rohre.  



       Abb.    1 zeigt den Aufriss,     Abb.    2 den       Querschnitt    eines derartigen     Überhitzers.     Der     Überhitzer    besteht zum Beispiel aus  fünf flachen Bündeln, die fünf Scheide  wände bilden, durch die die Brennkammer 2  in fünf gleiche Räume aufgeteilt wird.  Jedes Bündel besteht selbst wieder aus vier  parallel geschalteten Röhren 3, die unter  einander durch den     Stern    4 verbunden sind.  Der Dampfweg ist durch Pfeile angegeben.

    Da das spezifische Volumen des Dampfes  beim Eintritt kleiner ist als nach der Über  hitzung am Austritt, so kann die Dampf  eintrittsseite des     Überhitzers    einen kleineren  Gesamtquerschnitt der Rohre haben als die       Dampfaustrittsseite.    Im vorliegenden Bei  spiel sind auf Eintrittsseite zwei, auf Aus  trittsseite aber drei Rohrbündel parallel ge  schaltet. Jeder durch zwei Rohrbündel ab  geteilte Raum wird, zum Beispiel bei Brenn  kammern zu     Verpuffungsgasturbinen    oder       Verpuffungsdampferzeugern,    als selbständige  Kammer betrachtet und mit eigener     Brenn-          stoffeinspritzvorrichtung,    z. B. bei 5, und  eigener Zündvorrichtung, zum Beispiel bei 6,  versehen.

   Die Form und die Abmessungen  der kleinen, untereinander verbundenen  Räume     ermöglichen    eine beträchtlich leich  tere und betriebssicherere     Ladung.    Zündung  und Spülung als eine einzige grosse Kam  mer. Infolge der durch die Trennwände be  wirkten Führung wird das     Ausschieben    der  verbrannten Gase     mit    Spül- oder     Ladeluft          erleichtert    und ein     Vermischen    von Abgasen  mit frischer Luft weitgehend     vermieden.     Der Eintritt der Luft erfolgt bei 7 (durch  ein Ventil, nicht gezeichnet). Der Austritt  der Abgase kann sich irgendwo im kugel  förmigen Deckel 8 befinden.  



  Wird in der Brennkammer das Brenn  stoff-Luftgemisch nicht unter gleichbleiben  dem Druck verbrannt, sondern     verpufft,    so  ist die Temperatur der Gase im Innern der  Kammer grossen Schwankungen unterwor  fen, denn sie wechselt zwischen der niedrigen    Temperatur der Spül- und Ladeluft, der sehr  hohen Temperatur am Ende der     Verpuffung          un.d    der allmählich abnehmenden Tempera  tur während der Entspannung und Ent  ladung der Verbrennungsprodukte. Diese  Veränderlichkeit der Temperatur kommt je  doch nur an der äussern Oberfläche der be  strahlten Rohrwände zur Auswirkung; be  reits einige Millimeter innerhalb der Rohr  wand stellt sich eine gleichbleibende Mittel  temperatur ein, deren Höhe von Zeit  dauer und Stärke der Bestrahlung abhängt.

    Wird die Wandstärke der Rohre entspre  chend gross gemacht, so lässt sich erreichen,  dass in .der Rohrmasse genügend Wärme bei  genügend hoher Temperatur aufgespeichert  wird, so dass die Wärmeabgabe nach dein  Innern des Rohres, also an den zu über  hitzenden Dampf, in gleichbleibendem Wär  mestrom erfolgt. Im allgemeinen wird dies  eine     Rohrwa.ndstärke        erfordern.    die über die  jenige, die aus     Festigkeit        bgründen    erforder  lich ist, hinausgeht.  



  Bei Brennkammern, bei denen das Brenn  stoff-Luftgemisch nach dem     Verpuffungs-          verfahren    verbrannt wird, zeigt sich auch,  dass die mittleren Raumtemperaturen am  Lufteintritt niedriger sind als am Abgas  austritt, da. an letzterer Stelle meist noch  heisse Abgase zurückbleiben. Es werden aus  diesem Grunde die     Überhitzerrohre    mit. Vor  teil in mehreren Gruppen von     Überhitzer-          rohren    angeordnet, die so in die Brennkam  mer eingebaut sind, dass die Gruppe auf der       Dampfeintritfsseite    in die Nähe des Luft  einlassventils, die Gruppe aus der Dampf  austrittsseite aber in .die Nähe des Abgas  auslasses der     Brennkammer    zu liegen kommt.

    In     Abb.    3 ist ein. Beispiel eines solchen mehr  teiligen Ü     berhitzers    im     Aufriss,    in     Abb.    4  in Draufsicht dargestellt. Der Eintritt des  Dampfes erfolgt durch den untern Teil der  senkrechten Rohre 9 am     Einlassende    der  Brennkammer; er strömt dann gleichzeitig  in mehreren parallel     geschalteten,    je eine       Gruppe    bildenden,     wagrechten    Rohren<B>10</B>  zum mittleren Rohr 11, und von hier durch      ,je eine zweite Gruppe von Rohren 10 wieder  zu den     äussern    Rohren 9 und so fort,  bis das Ende der Brennkammer erreicht ist.

    Durch die Zwischenwände 12 und 13, die  in den Rohren 9 und 11 eingebaut sind,  erfolgt die     Ablenkung    zu den     wagrechten          Überhitzerrohren.    Sowohl um die Schweiss  arbeit zu erleichtern, als auch um grössere  Oberflächen bei geringen     Rohrquerschnitten     unterzubringen, sind die Rohre 10 flach  gedrückt, wie es in     Abb.    5 gezeigt ist.



      Steam superheaters for gas turbines and steam generators, in which the combustion of the fuel air mixture takes place under higher than atmospheric pressure. Gas turbine systems are usually connected to steam systems, since the heat to be dissipated for cooling is used to generate steam and, for example, auxiliary machines are driven with this steam.

   There are also pure steam generators in which the combustion of the fuel-air mixture takes place in pressure-tight chambers under higher than atmospheric pressure, this pressure either being kept at a constant level by a compressor or by deflagration of a less pre-compressed pulp mixture is produced. In all of the mentioned cases, the generated steam must be heated before it can be used.



  The subject of the present invention is the special design of the superheat news of such systems. The specialty of this superheater is that it is made up of several flat tube bundles that divide the combustion chamber into several rooms like a wall. Combustion chambers for the mentioned. The purpose is known to have relatively large dimensions, so that it is difficult to load these chambers evenly with fuel and, in the event of a deflagration, to flush them out evenly and supply them with a new charge.

   The superheater built into the chamber is now shaped according to the invention so that it forms partitions through which the chamber is divided into several smaller rooms and the gas flow is guided. The one large chamber thus practically turns into several smaller but interconnected chambers in which, due to their shape and dimensions, the charge, ignition and flushing can be carried out considerably more easily and reliably than in a single large one. The formation of the tube bundle as a flat wall also enables all-round, uniform irradiation of the tubes.



       Fig. 1 shows the elevation, Fig. 2 the cross section of such a superheater. The superheater consists, for example, of five flat bundles that form five partition walls through which the combustion chamber 2 is divided into five equal spaces. Each bundle itself consists of four tubes 3 connected in parallel, which are connected to one another by the star 4. The steam path is indicated by arrows.

    Since the specific volume of the steam at the inlet is smaller than after overheating at the outlet, the steam inlet side of the superheater can have a smaller overall cross-section of the pipes than the steam outlet side. In the present example, two tube bundles are connected in parallel on the inlet side and three tube bundles on the outlet side. Each space divided by two tube bundles is, for example in the case of combustion chambers to deflagration gas turbines or deflagration steam generators, viewed as an independent chamber and with its own fuel injection device, e.g. B. at 5, and its own ignition device, for example at 6, provided.

   The shape and dimensions of the small, interconnected spaces allow a considerably lighter and more reliable load. Ignition and flushing as a single large chamber. As a result of the leadership effected by the partitions, pushing out the burned gases with scavenging or charge air is facilitated and a mixing of exhaust gases with fresh air is largely avoided. The air enters at 7 (through a valve, not shown). The exit of the exhaust gases can be anywhere in the spherical cover 8.



  If the fuel-air mixture in the combustion chamber is not burned at constant pressure, but rather deflagrated, the temperature of the gases inside the chamber is subject to large fluctuations, because it alternates between the low temperature of the purge and charge air and the very high one Temperature at the end of the deflagration and the gradually decreasing temperature during the expansion and discharge of the combustion products. However, this variability in temperature only has an effect on the outer surface of the irradiated pipe walls; A constant mean temperature is set a few millimeters inside the pipe wall, the level of which depends on the duration and strength of the irradiation.

    If the wall thickness of the pipes is made correspondingly large, it can be achieved that enough heat is stored in the pipe mass at a sufficiently high temperature, so that the heat output to the inside of the pipe, i.e. to the steam to be overheated, remains constant mestrom takes place. Generally this will require a pipe wall thickness. which goes beyond the one that is required for reasons of strength.



  In the case of combustion chambers in which the fuel-air mixture is burned according to the deflagration process, it can also be seen that the mean room temperatures at the air inlet are lower than at the exhaust gas outlet because. in the latter place, hot exhaust gases are usually left behind. For this reason, the superheater tubes are included. Arranged in several groups of superheater tubes, which are built into the combustion chamber in such a way that the group on the steam inlet side is close to the air inlet valve, the group on the steam outlet side is close to the exhaust gas outlet of the combustion chamber come to lie.

    In Fig. 3 is a. Example of such a multi-part superheater in elevation, shown in Fig. 4 in plan view. The entry of the steam takes place through the lower part of the vertical tubes 9 at the inlet end of the combustion chamber; it then flows simultaneously in a plurality of parallel-connected, each forming a group, horizontal pipes <B> 10 </B> to the middle pipe 11, and from here through a second group of pipes 10 back to the outer pipes 9 and so on until the end of the combustion chamber is reached.

    The partition walls 12 and 13, which are installed in the tubes 9 and 11, are used to deflect the horizontal superheater tubes. Both in order to facilitate the welding work and in order to accommodate larger surfaces with small pipe cross-sections, the pipes 10 are pressed flat, as shown in FIG.

 

Claims (1)

<B>PATENTANSPRUCH</B> Dampfüberhitzer für Gasturbinen und Dampferzeuger, bei welchen die Verbren nung des Brennstoff-Luftgemisches unter höherem als atmosphärischem Druck erfolgt, insbesondere bei solchen, bei denen dieser Druck durch Verpuffung des Brennstoffes erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Überhitzer aus mehreren flachen Rohr bündeln besteht, die die Verbrennungs kammer wandartig in mehrere kleinere, un- tereina.nder verbundene Räume aufteilen, deren Form und Abmessungen die Ladung, <B> PATENT CLAIM </B> Steam superheaters for gas turbines and steam generators, in which the combustion of the fuel-air mixture takes place under higher than atmospheric pressure, in particular in those where this pressure is generated by deflagration of the fuel, characterized in that the Superheater consists of several flat tube bundles that divide the combustion chamber like a wall into several smaller, interconnected rooms, the shape and dimensions of which the charge, Zündung und Spülung beträchtlich leichter und betriebssicherer durchführen lassen als diejenigen einer einzigen grossen Kammer. TJNTERANSPRüCHE: 1. Da-mpfüberhitzer nach Patentansprueli. dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre dickwandiger sind, als sie es aus Festig keitsgründen allein sein müssen, zutn Zwecke, durch ihre Masse temperatur ausgleichend zu wirken. Ignition and purging can be carried out considerably more easily and reliably than those of a single large chamber. TJNTER CLAIMS: 1. Steam superheater according to patent claims. characterized in that the pipes are thicker-walled than they have to be for reasons of strength alone, for purposes of balancing the temperature through their mass. 2. Dampfüberhitzer nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gehenn- zeichnet, dass die Rohrbündel aus meh reren Gruppen von Überhitzerrohren be stehen und dass die Gruppe des Dampf eintrittes in der Nähe des Lufteinlasses. die Gruppe des Dampfaustrittes aber 1u der Nähe des Abgasauslasses der Ver brennungskammer gelegen ist. 2. Steam superheater according to claim and dependent claim 1, characterized in that the tube bundle consists of several groups of superheater tubes and that the group of steam enters near the air inlet. but the group of the steam outlet is located 1u near the exhaust gas outlet of the combustion chamber.
CH154289D 1929-12-16 1930-12-10 Steam superheaters for gas turbines and steam generators in which the fuel-air mixture is burned at a pressure higher than atmospheric. CH154289A (en)

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