DE1476773A1

DE1476773A1 - Rekuperativeinrichtung fuer ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE1476773A1
Application number: DE19651476773
Authority: DE
Inventors: Hensworth Martin Carl; Stirgwolt Ted Floyd
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1964-07-13
Filing date: 1965-06-23
Publication date: 1969-06-26
Also published as: BE666751A; GB1084889A

Description

Dipl.-lng. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser «ooo μ auch·!·- p_a«ing, α λ ι..-t «ncfl* Dlpl.-Ing. Golffried leiser Brn.b.rg.r.tr«.. 19 C L· *«"» RHKI Ttltflramm. ι Labyrinth München

T*l*fon> 8315 10 Postschadekonto ■ Manchen 117078

Dr. Expl.

General Electric Company, öchenectady, New York,

NY/USA

Unser Zeichen; G 1005

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

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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

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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

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 909826/0363

- 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.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

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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