CH265297A - Gas turbine plant with heat exchanger. - Google Patents

Gas turbine plant with heat exchanger.

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CH265297A
CH265297A CH265297DA CH265297A CH 265297 A CH265297 A CH 265297A CH 265297D A CH265297D A CH 265297DA CH 265297 A CH265297 A CH 265297A
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CH
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gas turbine
heat exchanger
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Power Jets Research De Limited
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Power Jets Res & Dev Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • F02C7/10Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases by means of regenerative heat-exchangers
    • F02C7/105Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases by means of regenerative heat-exchangers of the rotary type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2893/00Discharge tubes and lamps
    • H01J2893/0001Electrodes and electrode systems suitable for discharge tubes or lamps
    • H01J2893/0012Constructional arrangements
    • H01J2893/0019Chemical composition and manufacture
    • H01J2893/0022Manufacture
    • H01J2893/0023Manufacture carbonising and other surface treatments

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  

      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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Gasturbinenanlage mit einem Wärmeaus- tauscher zum Wärmeaustausch zwischen der von einem Kompressor gelieferten Luft und den Abgasen einer dem Antrieb des Kom pressors dienenden Turbine, gekennzeichnet durch eine in Bezug auf ein drehbares Element des Wärmeaustauschers -umsymmetrisch an geordnete Trennwand, die den verfügbaren Durehströmquerschnitt in zwei ungleiche Teile teilt, wobei eine in den kleineren Teil des Wärmeaustausehers mündende Leitung für die geförderte Luft. PATENT CLAIM: Gas turbine system with a heat exchanger for heat exchange between the air supplied by a compressor and the exhaust gases of a turbine used to drive the compressor, characterized by a partition wall arranged asymmetrically in relation to a rotatable element of the heat exchanger, which defines the available flow cross-section divides into two unequal parts, with a line for the conveyed air opening into the smaller part of the heat exchanger. einen kleineren Quer schnitt aufweist, als eine von der Turbine in den grösseren Teil des Wäxmeaustausehers mündende Leitung für die Turbinenabgase. UNTERANSPRÜCHE: 1. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand so verstellbar ist, dass eine Änderung des Verhältnisses der beiden Teile ermöglicht wird. ?. Gasturbinenanlage nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenn wand zwei gelenkig miteinander verbundene Trennglieder aufweist, wovon das eine schwenkbar ist. has a smaller cross-section than a line for the turbine exhaust gases opening from the turbine into the larger part of the Wäxmeaustausehers. SUBClaims: 1. Gas turbine plant according to claim, characterized in that the partition is adjustable so that a change in the ratio of the two parts is made possible. ?. Gas turbine system according to dependent claim 1, characterized in that the partition wall has two partition members articulated to one another, one of which is pivotable. 3. Gasturbinenanlage nach Unteranspruch 9, gekennzeichnet. durch automatische Verstell- mittel nun Verschw enken eines Teils der Trennwand, um Änderungen eines Betriebs zustandes ausgleichen zu können. Gasturbinenanlage nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der schwenk bare Teil der Trennwand mittels der Verstell mittel automatisch verstellt wird, um Ände rungen im Druckverhältnis zwischen der För derluft des Kompressors und den Turbinen abgasen auszugleichen. 3. Gas turbine system according to dependent claim 9, characterized. now swiveling part of the partition wall by means of automatic adjustment means in order to be able to compensate for changes in an operating state. Gas turbine system according to dependent claim 3, characterized in that the pivotable part of the partition is automatically adjusted by means of the adjusting means in order to compensate for changes in the pressure ratio between the air of the compressor and the turbine exhaust gases. ä. Gasturbinenanlage nach Unteranspruch dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Trennglieder in der Rotationsachse des dreh ha:ren Elementes des Wärmeaustauschers ge lenkig miteinander verbunden sind, wobei rund um einen Gelenkverbindungsbolzen we nigstens eine fhuiddichte Membran vorgesehen ist. Ä. Gas turbine plant according to dependent claim, characterized in that the two separating members are hingedly connected to one another in the axis of rotation of the rotating element of the heat exchanger, with at least one fluid-tight membrane being provided around a hinge connecting bolt.
CH265297D 1946-02-04 1947-01-31 Gas turbine plant with heat exchanger. CH265297A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE930356C (en) * 1952-10-07 1955-07-14 Max Adolf Dipl-Ing Mueller Process for the operation of gas turbine plants
US2880972A (en) * 1954-12-20 1959-04-07 Chrysler Corp Rotary regenerator sealing structure

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