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.