DE1476773A1 - Rekuperativeinrichtung fuer ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents
Rekuperativeinrichtung fuer ein GasturbinentriebwerkInfo
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Description
T*l*fon> 8315 10
Postschadekonto ■ Manchen 117078
Dr. Expl.
General Electric Company, öchenectady, New York,
NY/USA
Rekuperativeinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Rekuperativeinrichtung für Gasturbinentriebwerke und insbesondere auf
eine konstrxiktive Anordnung für einen Rekuperator, der
relativ leicht und im wesentlichen frei von Wärmespannungen ist.
Gasturbinentriebwerke wurden bisher mit Rekuperatoren versehen, um die Wärmeenergie zurückzugewinnen und dadurch
den Treibstoffverbrauch zu verringern. i;.'in Rekuperator ist ein V/ärmetauscher, durch den das Austrittsfluidum
von der Turbine hindurchgeleitet wird, bevor es aus dem Triebwerk ausgestossen wird, wobei das Austrittsfluidum
in WUrmeausfcauschverbindung mit dem Kompressoraustritt
sfluidum
3fc· . 909826/0363 bad original
austrittsfluidum gebracht wird, das durch den Rekuperator geleitet wird, bevor es dem Triebwerksbrenner
zugeführt wird. Infolge des Wärmeaustauschvorganges wird das komprimierte Fluidum erhitzt und dem Brenner
mit höherer Temperatur zugeführt, und das Austrittsfluidum wird gekühlt. Der Nutzeffekt des Vorganges ist,
dass die gesamte Wärmeleistung des Triebwerkes erhöht ^ wird, da weniger Treibstoff erforderlich ist, um eine
vorgeschriebene Turbineneinlasstemperatur zu erzeugen.
Die Elemente eines Rekuperators sind grossen Temperaturschwankungen
unterworfen. Wenn das Triebwerk nicht arbeitet, befinden sich die verschiedenen Elemente bei
einer relativ niedrigen gleichmässigen Umgebungstemperatur. Während des Betriebes des Triebwerkes sind verschiedene
Elemente verschiedenen Temperaturen unterworfen, und einige Elemente werden sogar Pluiden mit
stark variierenden Temperaturen ausgesetzt, wobei die natürliche Neigung der Elemente darin besteht, sich
entsprechend den Temperaturwechseln auszudehnen und zusammenzuziehen. Die bisherige Praxis jedoch war es, die
verschiedenen Elemente miteinander zu verbinden, so dass eine im wesentlichen starre Konstruktion gebildet wird.
Infolgedessen haben einzelne Elemente normalerweise wenig Freiheit, sich entsprechend den Temperaturänderungen
909826/0363
gen auszudehnen und zusammenzuziehen, und starr miteinander
verbundene Elemente können sogar dazu neigen, sich gegeneinander auszudehnen und zusammenzuziehen·
Da die normale Wärmeausdehnung und -zusammenziehung auf diese Weise beschränkt wird, sind die Elemente des
Rekuperators unerwünschten Wärmespannungen unterworfen. Mit der Zeit können diese Spannungen Schaden hervorrufen
oder sogar einen Ausfall des Rekuperators. Z. B. können wiederholte Spannungen möglicherweise Ermüdung
und Brechen der verschiedenen Elemente hervorrufen. Als Ergebnis von sogar geringeren Brüchen kann ein Eindringen
des komprimierten Fluidums in das Austrittsfluidum
im Rekuperator ein Problem hinsichtlich des bedeutenden Druckunterschiedes zwischen den beiden Fluiden
aufwerfen. Wenn ein solches Eindringen auftritt, entsteht für das System ein Verlust an verbrauchter Energie
beim Komprimieren dieses Teiles des Kompressoraustrittsfluidums,
das verloren geht. Es wird daher verständlich sein, dass der grosse Leckverlust die erhöhte Wärmeleistung
ausschaltet, die sonst durch Verwendung dee Rekuperators ersielt würde, und gleichzeitig einen
Leistungsverlust verursacht.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, für Gasturbinentriebwerke einen verbesserten hochwirksamen Rekuperator
zu 909826/0363
zu schaffen, der im wesentlichen frei von Wärmespannung und relativ leicht ist und der geringen Leckverlust
aufweist.
Gemäss der Erfindung wird eine Rekuperativeinrichtung
für ein Gasturbinentriebwerk geschaffen mit einem Abgaskanal, der in einer Auslassöffnung oder -düse zum
Ausstossen der von dem Triebwerk erzeugten Abgase endet, und mit Rekuperator-Wärmeaustauschelementen in dem Auslasskanal,
in dem die Kompressorabluft in Wärmeaustauschverbindung mit den Abgasen steht, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass zwei ringförmige Sammelrohre in Stromrichtung vor dem Kanal angeordnet sind, von denen ein
Sammelrohr durch Leitungen mit dem Auslassabschnitt des Triebwerkskompressors und das andere über Leitungen
mit dem Einlass des Triebwerksbrenners verbunden ist, dass die ringförmigen Samraelrohre die Wärraeaustauschelemente
tragen und durch sie miteinander verbunden sind, wobei die Leitung, die das ringförmige Sammelrohr
mit dem Brennereinlass verbindet, relativ starr ist und das Semmelrohr trägt, während die Leitung, die
das ringförmige Samraelrohr mit dem Kompressorauslass— abschnitt verbindet, elastisch ist und wobei ein elastisches
ringförmiges Element die beiden ringförmigen Sammelrohre miteinander verbindet.
Ein
909826/0363
Ein Ausführungsbeispiel wird, an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Gasturbinentriebwerkes mit einem Rekuperator
gemäss dieser Erfindung,
Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch das Rekuperativgasturbinentriebwerk
gemäss Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig.
2, der eine der radialen Zwischenwände zeigt, die als die Wärmeaustauschrohre tragende
Rohrtragbleche bekannt sind,
Fig. 4 einen Teillängsschnitt durch ein Gasturbinentriebwerk mit einer Uberströmanordnung, um {
wahlweise einen Teil der Verbrennungsproduktβ direkt zur Ausströmöffnung der Triebwerksturbine
zu leiten,
Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch ein Gasturbinentriebwerk,
der eine zweite Ausführungsform eines Stützmittels zum Abstützen des zweiten Sammelrohres gegen das erste Sammelrohr zeigt,
Fig. 909826/0363
Fig. 6 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform des Stützmittels
und
und
i'ig. 7 eine Qberansicht der in Fig. 6 gezeigten Bauart
.
Ein Gasturbinentriebwerk mit einem Rekuperator 10, der eine Ausführungsform dieser Erfindung darstellt,
ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Das dargestellte besondere Triebwerk weist einen Gasgenerator 11 mit einem
vielstufigen Axialstromkompressor 12, einem Brenner 15 und einer axial entfernt liegenden Gasgeneratorturbine
14 auf, wobei der Rotor der Turbine 14 den Rotor des Kompressors 12 über eine axiale Hohlwelle 15 antreibt.
iSiiie Kraftturbine 16 ist in Stromrichtung axial
hinter der Gasgeneratorturbine 14 angeordnet und überträgt eine Last durch eine zur Drehung innerhalb der
Welle 15 koaxial angeordnete Welle 1?. Die Welle 17
kann beispielsweise einen Propeller antreiben, um Schubkraft zum Antreiben eines Flugzeuges hervorzurufen.
Eine Ausströmöffnung oder Auspuffdüse 22 ist in Stromrichtung axial hinter der Kraftturbine 16 angeordnet,
wobei die Ausströmöffnung 22 über einen allgemein mit 23 bezeichneten Kanal mit dem Gasgenerator verbunden
ist.
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ist. Die Aussenflache des Kanals 23 wird von einem
äusseren Auspuffgehäuse 24 und die innere Fläche durch eine divergierende kegelige Wand 24a gebildet.
Die aus der Gasgeneratorturbine 14 in den Kanal 23
ausgestossenen Verbrennungsprodukte strömen durch die Kraftturbine 16 und werden dann mittels axial voneinander
entfernt liegender Zwischenwände 30 über die Aussenflächen einer grossen Zahl sich axial erstreckender
U-förmiger Wärmeaustauschrohre 31 geleitet, wobei der Strömungsweg der Abgase durch den Kanal 23 in den
Fig. 1 und 2 durch Pfeile dargestellt ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, haben die radialen Zwischenwände 30 öffnungen
32, durch die die U-förmigen Rohre 31 gleitend
getragen werden. Auf diese Weise sind die Rohre 31 radial abgestützt, während sie gegen Axialbewegung
im wesentlichen ungehindert sind. Die Zwischenwände 30 bestehen aus relativ dünnem elastischem Material,
das sich biegen kann, um sich der Ausdehnung und Zusammenziehung infolge radialer Temperaturgradienten anpassen
zu können. Es wird somit ersichtlich sein, dass die Rohre 31 genau voneinander entfernt abgestützt
sind, ohne an axialer oder radialer Ausdehnung und Zusammenziehung gehindert zu werden. Infolgedessen
sind
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sind die Rohre 31 im wesentlichen frei von Wärmespannungen
während des Triebwerksbetriebes. Diese Rohre 31 werden in dieser Beschreibung an einer anderen
Stelle ausführlich behandelt.
In den Fig. 1 und 2 wird eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung im. einzelnen beschrieben. In" der in den Fig. 1 und 2 dargestellten baulichen Anordnung
umgibt ein äusseres ringförmiges Sammelrohr
35 das Triebwerk in Stromrichtung vor der Austrittsöffnung 22 und dem Kanal 23 vollständig. Ein inneres
ringförmiges Sammelrohr 36 umgibt das Triebwerk auf
ähnliche Weise, wobei das äussere und das innere Sammelrohr 35 bezw. 36 axial und radial voneinander entfernt
liegen. Wie gezeigt, fluchten der äussere Durchmesser des inneren Sammelrohres 36 und der innere
Durchmesser des äusseren Sammelrohres 35 in radialer
Richtung im wesentlichen, und das innere Sammelrohr
36 ist axial entgegen der Stromrichtung gegenüber dem äusseren Sammelrohr 35 versetzt angeordnet. Ein ringförmiger
Extraktionsrahmen 37 ist in Stromrichtung vor den Sammelrohren 35 und 36 angeordnet und umgibt das
Triebwerk radial ausserhalb des Brenners 13. Der Extrakt ionsrahmen 37, ein relativ starres Stützelement,
wird
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wird durch eine ringförmige Zwischenwand 38 in zwei
ringförmige Abschnitte 39 und 4-0 geteilt. Der stromaufwärts liegende ringförmige Abschnitt 39 ist mit
dem Hochdruckende des Kompressors 12 durch einen ringförmigen Leitkanal 45 und der in Stromrichtung liegende
ringförmige Abschnitt 40 mit dem Brenner 13 durch einen Kanal 46 verbunden.
Eine erste Anzahl von Rohrleitungen 47 verbindet den stromabwärts liegenden ringförmigen Abschnitt 40 des
Extraktionsrahmens 37 mit dem inneren Sammelrohr 36·
Die zylindrischen Leitungen 47, die um den Umfang des Triebwerkes in Abständen angeordnet sind, sind starr
und stützen auf diese Weise das innere Sammelrohr 36
gegen den Extraktionsrahmen 37 ab. Eine zweite Anzahl Rohrleitungen 48 erstreckt sich durch den stromabwärts
liegenden ringförmigen Abschnitt 40 und verbindet den * stromaufwärts liegenden ringförmigen Abschnitt 39 des
Extraktionsrahmens 37 niit dem äusseren Sammelrohr 35·
Die Leitungen 48 sind auf ähnliche Weise am Umfang des-Triebwerkes
gleichmässig verteilt und zwischen angrenzende Leitungen 47 eingefügt. Die Leitungen 48 tragen
das äussere Sammelrohr 35 nicht. Ein flexibler Balgen
49 ist in jeder Richtung 48 vorgesehen, um freie Beweglichkeit des Sammelrohres 35 relativ zu dem Extraktionsrahmen
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- ίο -
tionsrahmen 37 zu ermöglichen. Bevor mit einer Beschreibung
der Stützanordnung für das äussere Sammelrohr 35 fortgefahren wird, ist zu bemerken, dass
verschiedene Zahlen von Leitungen 47 und 48 verwendet werden können, wobei sich in der Pr.axis sechs in Abständen
von 60° verteilte als zufriedenstellend herausgestellt haben.
Das äussere Sammelrohr 35 wird von dem inneren Sammelrohr 36 durch ein dünnwandiges zylindrisches Element
5>0 gestützt, das an dem äusseren Durchmesser des inneren
Sammelrohres 36 und am inneren. Durchmesser des äusseren Sammelrohres 35 befestigt ist. Die auf das
äussere Sammelrohr 35 durch das komprimierte Pluidum ausgeübten Kolbenkräfte werden von dem äusseren Sammelrohr
35 durch das· Element 50 auf das innere Sammelrohr
36 und auf die Stützleitungen 47 übertragen. Es ist ersichtlich,
dass auf diese Weise das äussere Sammelrohr
35 von dem inneren stromaufwärts liegenden Sammelrohr
36 durch das Element 50 axial gestützt wird, wobei das
Element 50 und die Stützleitungen 47 ausreichende Zugfestigkeit
aufweisen, um die Kolbenkräfte aufzunehmen. Diese Kolbenkräfte, die von dem !Clement ^O und den
Stützleitungen 47 aufgenommen werden müssen, können
viele 909826/0363
- li -
viele tausend Kilogramm betragen. Zusätzlich zum Aufnehmen der Kolbenkräfte hält das Element 50 die
statische radiale Anordnung des inneren und äusseren Sammelrohres, während es wegen seiner eigentümlichen
Elastizität im wesentlichen unbegrenzte relative Ausdehnung und Zusammenziehung des inneren und äusseren
Sammelrohres ermöglicht. Es muss gesagt werden, dass das Element oder der Zylinder 50 radiale Ausdehnung
und Zusammenziehung des äusseren stromabwärts liegenden Sammelrohres 35 ermöglicht, aber es wird deutlich
sein, dass der Zylinder 50 tatsächlich relative Radialbewegung
sowohl des inneren als auch des äusseren Sammelrohres ausgleicht. Zusätzlich zum Abstützen des äusseren
Sammelrohres 35 in Axialrichtung und zum Festlegen desselben in Radialrichtung dient der dünnwandige
Zylinder 50 als Dichtung zwischen den Sammelrohren, um
einen Austritt der Verbrennungsprodukte zu verhindern, die durch den Kanal 23 in die Atmosphäre ausströmen.
Um wirksam als Dichtung zu dienen, muss der Zylinder 50 durchgehend an den Sammelrohren befestigt sein, vorzugsweise
durch Hartlötung oder Schweissung. Ein elastischer Zylinder 51 verbindet den äusseren Umfang des
äusseren Sammelrohres 35 mit dem Auslassgehäuse 24 und
ermöglicht dem Sammelrohr 35» sich in Beziehung auf
das
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das Auslassgehäuse 24 frei auszudehnen und zusammenzuziehen, während er als Dichtung wirkt, um einen
Austritt der Verbrennungsprodukte zu verhindern.
Wie oben erwähnt, ist es wesentlich, dass ein Gasturbinentriebwerk,
das zum Antrieb von Flugzeugen verwendet wird, sowohl leicht als auch im wesentlichen
frei von Wärmespannungen ist. Um eine leichte Konstruktion
zu erreichen, werden die Hauptspannungen erfahrungsgemäss
in den Bauelementen, wie z. B. den Sammelrohren und dem Extraktionsrahmen 37» besser in Zug als
in Biegung abgeleitet. Dementsprechend haben die Sammelrohre
35 und 36 und der Extraktionsrahmen 37 kreisförmige Querschnitte, um die Biegelasten zu verringern
und dadurch die Verwendung leichter relativ dünnwandiger Materialien zu ermöglichen. Um die gewünschten
Eigenschaften am günstigsten zu erreichen, wird es für die Fachleute offensichtlich sein, dass die für die
verschiedenen Elemente ausgewählten Materialien hohe Festigkeit und gute Ermüdungseigenschaften aufweisen
sollten, so dass die Wärmespannung, die die Leistungsfähigkeit der oben beschriebenen Konstruktion schwächt,
nicht überschritten wird.
Die
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Die U-förmigen Wärmeaustauschrohre 31 sind die letzten
Elemente, die beim Zusammensetzen des Rekuperators 10 eingebaut werden. Wenn die Sammelrohre 35 und 36 und
die radialen Zwischenwände 30 an ihrer Stelle sind, wird
jedes Rohr 31 axial vom stromabwärts gelegenen Ende des Rekuperators 10 durch die axial fluchtenden Öffnungen
32 in den Zwischenwänden 30 und in die axialen Öffnungen
52 in den Sammelrohren eingesetzt. Es ist wesentlich, dass die Öffnungen 52 axial liegen, um dieses
vereinfachte Einfügen und Entfernen der Rohre 31 zu ermöglichen. Die Rohre werden dann an die Sammelrohre
35 und 36 hart angelötet. Da die Rohre 31 auf diese
Weise nur an ihren stromaufwärts liegenden Enden festgelegt sind, sind sie frei, um sich entsprechend den
Temperaturwechseln durch Gleiten durch die Öffnungen 32
in den radialen Zwischenwänden 30 axial auszudehnen und zusammenzuziehen. Wie vorher erwähnt, sind die Zwischenwände
30 relativ elastisch und auf diese Weise fähig, sich an radiale Wärmeausdehnung und Zusammenziehung der
Wärmeaustauschrohre 31 anzupassen, ohne die Rohre 31 wesentlichen Wärmespannungen zu unterwerfen.
Nun wird die Betätigung des Rekuperators 10 beschrieben. Komprimiertes Pluidum von dem Hochdruckende des Kompressors
12 strömt durch den Ringkanal 4-5 in den stromaufwärts
909826/036 3
aufwärts liegenden ringförmigen Abschnitt 39 des Extraktionsrahmens 37» von wo aus es durch die erste
Anzahl von Leitungen 47 zum äusseren stromabwärts liegenden Sammelrohr 35 geleitet wird. Von dem ringförmigen
Sammelrohr 35 tritt das komprimierte Fluidum in die U-förmigen Wärmeaustauschrohre 31 ein, wo es
^ durch Verbrennungsprodukte in dem Kanal 23 erhitzt wird,
der mit der Aussenfläche der Rohre 31 in Berührung steht. Das erhitzte Fluidum tritt dann in das stromaufwärts
liegende innere Sammelrohr 36 ein, von wo aus es durch die Kanäle 48 zum Extraktionsrahmen 37 und
von dort zu dem Brenner 13 geleitet wird. Es kann gesagt werden, dass die Leitungen 47 und das äussere
Sammelrohr 35 als Verteileranordnung dienen, um die komprimierte Luft von dem Extraktionsrahmen 37 zu den
Rohren 31 zu leiten, und dass das innere Sammelrohr 36
w und die Kanäle 48 als eine Verteileranordnung dienen,
um die komprimierte Luft von den Rohren 31 zu dem Extraktionsrahmen
zu leiten. Die nachfolgende Verbrennung, die hohe Temperatur und die Hochdruckprodukte der Verbrennung
treiben die Gasgeneratorturbine 14 und die Kraftturbine 16, bevor sie durch die radialen Zwischenwände
30 über die äusseren Flächen der Wärmeaustauschrohre
31 in Querstrom-Wärmeaustauschbeziehung geleitet
werden. 909826/0363
werden. Die gekühlten Verbrennungsprodukte werden dann durch die Ausströmöffnung 22 in die Atmosphäre
ausgestossen.
Das Gesamtgewicht eines Rekuperators wird also durch seine Gesamtgrösse beeinflusst. Es ist zu bemerken,
dass die in den Pig. 1 bis 3 dargestellte Rekuperativeinrichtung
das gesamte Abgasfluidum durch den Rekuperator IO unter allen Arbeitsbedingungen leitet. Es
ist daher erforderlich, dass der Rekuperator gross genug ist, um die maximale Strommenge zu verarbeiten,
die auftritt, wenn das Triebwerk unter vollen Lastbedingungen arbeitet. Diese Art eines Triebwerkes ist
somit am wirksamsten, wenn es unter voller Belastung arbeitet. Während des Teillastbetriebes sind sowohl
die Leistungsfähigkeit als auch das Gewicht grosser als erforderlich. Infolgedessen wird die Triebwerkswirksamkeit bei Teilbelastung verringert. Es ist jedoch
wohl bekannt, dass einige Gasturbinentriebwerke normalerweise bei Teillasteinstellungen laufen. Es ist
daher manchmal erwünscht, den Rekuperator so zu konstruieren, dass er die wirksamste Leistung bei Teillast
liefert. Ein Rekuperativtriebwerk, das diese Erfindung für wirksame Teillastbeiäbigung verwendet, ist in Fig.
dargestellt.
Das
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Das Triebwerk gemäss Fig. 4- ist im wesentlichen ähnlich
dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten, wobei ähnliche Elemente mit denselben Bezugszahlen bezeichnet sind.
Die Fluidumsbehandlungselemente, die den Rekuperator einschliessen, sind Jedoch so bemessen, dass sie nur
einen Teil des Vollastgasstromes aufnehmen. Die Elemente
* sind im wesentlichen leichter als die entsprechenden
Elemente des in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Triebwerkes. Während des Teillastbetriebes geht der gesamte Strom
der Verbrennungsprodukte durch einen ersten Kanal 60 und berührt die äusseren Flächen der Wärmeaustauschrohre
31» bevor er durch die öffnung 22 ausgestossen wird. Wenn der Strom der Abgasfluiden grosser ist als
er durch den ersten Abgaskanal 60 aufgenommen werden kann, werden Ventilplatten 61, von denen eine dargestellt
ist, von der in ausgezogenen Linien in Fig. 4- gezeigten
f Schliesstellung mittels eines geeigneten Betätigungsmechanismus,
wie z. B. des gezeigten Hydraulikzylinders und -»-kolbens 62, in die in unterbrochenen Linien dargestellte
Offenstellung bewegt. Wenn die Ventilplatten 61 in der Offenstellung stehen, kann der übermässige
Strom bei Vollasteinstellung durch einen zweiten Kanal 63 umgeleitet und durch eine Düse 64 ausgestossen werden.
Diese Einrichtung ist daher bei normaler Teillastbetätigung sehr wirksam.
Unter 909826/0363
.Unter Bezug auf die Fig. 5 wird nun eine zweite
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in Fig. 4 werden unveränderte Elemente in
der Fig. 5 mit denselben'Bezugszahlen bezeichnet, wie
in den Fig. 1 bis 3. Diese zweite konstruktive Anordnung hat ein äusseres ringförmiges Sammelrohr 70» das
das Triebwerk in Stromrichtung vor der Ausstossöffnung % 22 und dem Kanal 23 völlig umgibt. Ein inneres ringförmiges
Sammelrohr 71 umgibt das Triebwerk auf ähnliche Weise, wobei die Sammelrohre 70 und 71 axial
fluchten und radial etwas voneinander entfernt angeordnet sind. Wie in der ersten Ausführungsform ist ein
ringförmiger Extraktionsrahmen 37 in Stromrichtung vor den Sammelrohren 70 und 71 angeordnet, und das innere
Sammelrohr 71 wird von ihm durch eine erste Anzahl von Rohrleitungen 4-7 getragen. Eine zweite Anzahl von Rohrleitungen
48 verbinden den Extraktionsrahmen 37 elastisch mit dem äusseren Sammelrohr 70, das von dem inneren
üamrnelrohr 71 und dem Extraktionsrahmen 37 mittels eines
ringförmigen Stützelementes 72 getragen wird, das an
beiden Sammelrohren befestigt ist und einen V-förmigen Querschnitt aufweist. Das Stützelement 72 besteht aus
inneren und äusseren kegeligen elastischen Abschnitten 73 bezw. 74. Der innere Abschnitt 73 ist an dem Aussen-
durchmesser 909826/0363
durchmesser des inneren Sammelrohres 71 durch Hartlöten oder Schweissen befestigt und erstreckt sich
von diesem in Axialrichtung stromabwärts radial schräg nach aussen. Der äussere Abschnitt 74- ist ähnlich an
dem äusseren Sammelrohr 70 befestigt und erstreckt sich
von diesem aus in Axialrichtung stromabwärts radial
m schräg nach innen. Die elastischen Abschnitte 73 und
74 sind an ihren stromabwärts liegenden Enden miteinander
verbunden, um das V-förmige Stützelement 72 zu bilden. Die axiale Länge des Stützelementes 72 ist
wesentlich grosser als der radiale Abstand zwischen den Sammelrohren, wodurch die hohen Kolbenkräfte, die durch
das komprimierte Fluidum an dem äusseren Sammelrohr entwickelt werden, durch die Elemente 73 und 74 hauptsächlich
als Zug und Druck anstatt als Biegung übertragen werden. Auf diese Weise wird das äussere öammel-
" rohr 70 von dem inneren Saminelrohr 71 in axialer Ausrichtung
mit ihm getragen. Ausserdem hält das Stützelement 72 die statische radiale Lage der äusseren und
inneren Sammelrohre aufrecht, während es infolge der eigentümlichen Elastizität der konischen Elemente 73
und 74 im wesentlichen unbegrenzte relative Wärmeausdehnung
und -zusammenziehung der Sammelrohre ermöglicht. Das Stützelement 72 wirkt auch als Dichtung zwischen
den Sammelrohren.
Eine 909826/0363
Eine dritte Ausführungsform der Erfindimg ist in den
Fig. 6 und 7 dargestellt. In dieser dritten konstruktiven Anordnung umgeben ein äusseres ringförmiges
Sammelrohr 80 und ein inneres ringförmiges Sammelrohr 81 das Triebwerk am Umfang, wobei die Saminelrohre
axial fluchtend und radial voneinander entfernt liegend angeordnet sind. Das innere Sammelrohr 81 wird von *
einem Extraktionsrahmen ( nicht gezeigt ) über eine erste Anzahl starrer Rohrleitungen 82 gestützt. Wie
gezeigt, fluchtet ein Abschnitt 82' von jeder der Leitungen 82 mit dem äusseren Samrnelrohr 80. Eine zweite
Anzahl von Rohrleitungen 83 verbindet den Extraktionsrahmen elastisch mit dem äusseren Sammelrohr 80. Das
äussere Samraelrohr 80 wird axial von den Abschnitten 82' der Leitungen 82 über axiale Verbindungsstangen
gestützt, die mit den Leitungen 83 in der Nähe des äusseren oammelrohres 80 und mit den Leitungsabschnitten |
82' schwenkbar verbunden sind. Die Verbindungsstangen 84 übertragen somit die Kolbenkräfte von dem äusseren
Samraelrohr 80 zu den Stützleitungen 82 als "ug. Die
schwenkbaren Verbindungen der axialen Zugstangen 84 ermöglichen im wesentlichen unbeschränkte relative Ausdehnung
und Zusammenziehung der Sammelrohre. Eine gesonderte Dichtungsanordnung 85 dichtet den ringförmigen
Raum zwischen den Sammelrohren ab.
Aus 909826/0363
Aus dem Vorausgegangenen wird deutlich hervorgegangen sein, dass die Rekuperativeinrichtungen dieser Erfindung
relativ leichte Konstruktionen darstellen, die im wesentlichen frei von Wärmespannungen sind. Daher ermöglichen
diese Einrichtungen die Erzielung geringer Verluste und eines sehr leistungsfähigen Betriebes.
φ Andere Anordnungen zum Verbinden der Sammelrohre können
verwendet werden. Radial anliegende Flächen können verwendet werden, um die Kolbenkräfte zu übertragen,
ohne relative Radialbewegung zu verhindern. Auf ähnliche Weise können zylindrische ubereinandergreifende,
durch gleitende Radialstifte verbundene Platten verwendet werden, um die Sammelrohre miteinander zu verbinden.
Für Fachleute wird es auch klar sein, dass der Extraktionsrahmen 37 fortgelassen werden kann und dass
die Leitungen die Sammelrohre direkt mit dem Auslassjabschnitt
des Kompressors 12 und des Brenners 13 verbinden könnten. Ähnlich können andere Ausführungen
sowohl als auch die erste Ausführung der Erfindung in Verbindung mit einer Überströmanordnung der in Fig.
4 dargestellten Art verwendet werden.
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Claims (11)
1. Rekuperativeinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk
mit einem Abgaskanal, der in einer Auslass<öffnung oder -düse zum Ausstossen der von dem
Triebwerk erzeugten Abgase endet, und mit Rekuperator-Wärmeraustauschelementen in dem Auslasskanal,
in dem die Kompressorabluft in Wärmeaustauschver- '
bindung mit den Abgasen steht, dadurch gekennzeichnet, dass zwei ringförmige Saminelrohre in otromrichtung
vor dem Kanal angeordnet sind, von denen ein Sammelrohr durch Leitungen mit dem Aüslassabschnitt
des Triebwerkskompressors und das andere über Leitungen mit dem Einlass des Triebwerksbrenners verbunden
ist, dass die ringförmigen Sammelrohre die Wärmeaustauschelemente tragen und durch sie miteinander
verbunden sind, wobei die Leitung, die das ä ringförmige Sammelrohr mit dem Brennereinlass verbindet,
relativ starr ist und das Sammelrohr trägt, während die Leitung, die das ringförmige Sammelrohr
mit dem Kompressorauslassabschnitt verbindet, elastisch ist und wobei ein elastisches ringförmiges
Element die beiden ringförmigen Sammelrohre miteinander
verbindet.
2.
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2. Rekuperativeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die beiden ringförmigen Sammelrohre radial voneinander entfernt angeordnet
sind. [
3. Rekuperativeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelrohre in
™ Längsrichtung voneinander entfernt angeordnet
sind.
4-, Rekuperativeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschelemente U-förmige mit ihren Enden
an den Sammelrohren befestigte Rohre sind.
5· Rekuperativeinrichtung nach einem der vorhergehenfc
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem
Kanal eine Anzahl axial voneinander entfernt angeordneter Zwischenwände vorgesehen sind, die mit
Öffnungen versehen sind, um die Wärmeaustauschelemente gleitend zu tragen.
6. Rekuperativeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten
Kanal für die Abgase zusammen mit einer Auslassöffnung oder -düse und durch ein Ventil zum Öffnen
und Schliessen des zweiten Auslasskanals.
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7 ·
7. Rekuperativeinrichtung nach einem der vorher-
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass,
ein relativ starrer ringförmiger Extraktionsrahmen
in Stromrichtung vor den ringförmigen Sammel-
rohren vorgesehen ist, der in zwei Kammern geteilt ist, von denen die eine über eine Leitung mit dem
Auslassabschnitt des Kompressors und durch eine
Anzahl von Leitungen mit dem einen ringförmigen m
Sammelrohr verbunden ist, wobei elastische Balgen in jeder der Leitungen vorgesehen sind und die
zweite Kammer durch eine Anzahl starrer Leitungen mit dem anderen Sammelrohr und durch eine Leitung
mit dem Brennereinlass verounden ist,
8. Rekuperativeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ' das elastische ringförmige die ringförmigen Sammel- rohre
verbindende Element zylindrische Formen aufweist·
9. Rekuperativeinrichtung nach Anspruch 7» dadurch
gekennzeichnet, dass Abschnitte der die beiden Sammelrohre verbindenden Leitungen und der Extraktionsrahmen axial miteinander fluchten und dass Verbindungsstangen
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dungsstangen vorgesehen sind, um die axial fluchtenden Abschnitte der Leitungen zu verbinden.
10. Rekuperativeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das elastische die ringförmigen »Sammelrohre verbindende Element V-förmigen Querschnitt und eine
axiale Länge aufweist, die grosser ist als der radiale Abstand zwischen den Sammelrohren.
11. Rekuperator für Gasturbinentriebwerke, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden nebeneinander liegenden
ringförmigen üammelrohre die Wärmeaustauschrohre
stützen, wobei ein Sarnmelrohr starr von Leitungen getragen und das andere durch elastische
Leitungen gestützt wird und wobei ein elastisches ringförmiges Element die beiden Sammelrohre verbindet.
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- 1965-07-09 GB GB29181/65A patent/GB1084889A/en not_active Expired
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