DE2443362A1 - Gasturbine mit waermetauscher - Google Patents

Gasturbine mit waermetauscher

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DE2443362A1
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Josef Ing Grad Hueller
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MTU Aero Engines GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, 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
    • F02C7/08—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • F02C7/10—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases by means of regenerative heat-exchangers

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Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH
München, 3.9.1974 Gasturbine mit Wärmetauscher
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine mit Wärmetauscher.
Bei Gasturbinen ist die Senkung des Kraftstoffverbrauchs eine wichtige Voraussetzung, um mit anderen Kraftmaschinen, insbesondere mit Kolbenmotoren erfolgreich konkurrieren zu können. Hierzu sind die Steigerung der Prozeßtemperatur und der Einsatz von Wärmetauschern besonders geeignete Maßnahmen.
Bekannte Gasturbinen haben Regenerativ-Wärmetauseher. Diese enthalten unter anderem rotierende Scheiben, welche jedoch nur Abgastemperaturen bis 1070 K, die allenfalls noch auf 1280 k gesteigert werden könnten, zulassen. Außerdem bereiten die erforderlichen Dichtungen, Lagerung und Antrieb der Scheiben insbesondere bei den hohen Temperaturen Schwierigkeiten.
Andere Gasturbinen haben Wärmetauscher der Rekuperativbauart. Bekannte Rekuperatoren sind zwar für höhere Temperaturen (1400 K) geeignet und haben keine .bewegten Teile, so daß die damit verbundenen Probleme entfallen, bauen aber schwerer und lassen sich nicht gut reinigen. Außerdem sind sie mit dem Nachteil des hohen Druckverlustes behaftet, wenn man versucht, das Gewicht zu senken und haben einen geringeren Wärmeaustauschgrad als Regenerativ-Wärmetauscher.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasturbine zu schaffen, welche gegenüber bekannten Gasturbinen einen verbesserten Kraftstoffverbrauch und günstiges Gewicht aufweist und hierzu einen Wärmetauscher hat, welcher bei geringem Gewicht und erträglichem Bauvolumen den höchstmöglichen Austauschgrad erbringt und eine erhöhte Prozeßtemperatur erlaubt.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Wärmetauscher aus einem Rekuperativteil und einem Regenerativteil besteht und beide in dieser Reihenfolge von heißem Abgas durchströmt werden. Dadurch werden über die für Regenerativwärmetauscher höchstmögliche Temperatur hinaus erhebliche Temperatursteigerungen im Gasturbinenprozeß ermöglicht, weil die anfangs für den Regenerativwärmetauscher zu hohe Abgastemperatur im Rekuperativ-Wärmetauscher auf erträgliche Temperatur abgebaut wird. Außerdem wird bei geringem Gewichtsaufwand ein sehr guter Wärmetauschgrad erreicht.
In weiterer Ausgestaltung werden die Wärmetauscher so angeschlossen, daß die Verdichterluft zuerst den Regenerativteil und dann den Rekuperativteil durchströmt. Dadurch wird gegenüber anderen Anordnungen ein noch besserer Wärmeaustauschgrad erzielt und extreme Temperaturdifferenzen in den einzelnen Wärmetauscherteilen werden vermieden, so daß auch spröde Materialien zum Einsatz kommen können.
In weiterer Ausgestaltung bestehen die Wärmeaustauscher aus Keramik. Damit lassen sich die höchsten Abgastemperaturen und somit auch die höchsten Prozeßtemperaturen erreichen.
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In weiterer Ausgestaltung besteht der Rekuperator aus mehreren Komponenten, wodurch es möglich ist, den Raumbedarf zu vermindern und die.Gasturbine dem Verbraucherseitig zur Verfügung stehenden Raum optimal anzupassen.
In weiterer Ausgestaltung "besteht der Regenerator aus mehreren Komponenten. Dadurch ist eine noch weiter verbesserte Anpassung der Gasturbine an den Einbauraum möglich.
Um höchstmögliche Temperaturen im Gasturbinenproζeß erzielen zu können, ist es vorteilhaft, daß beide Wärmetauscher aus keramischem Werkstoff bestehen, weil dieser Werkstoff höhere Temperaturen erlaubt als andere übliche Werkstoffe.
In der Zeichnung sind 2 Gasturbinen nach der Erfindung schematisch und in einer Prinzipskizze dargestellt.
Es zeigen:
Pig. 1 das Schaltschema einer Gasturbine mit V/ärmetauscher nach der Erfindung.
fig. 2 die Skizze einer Gasturbine und einem typischen erfindungsgemäßen Aufbau.
Pig. 3 die Gasturbine nach Pig. 2 im Schnitt III - III
Eine Industrie-Kleingasturbine mit einem Verdichter 1, Brennkammer 2, Verdichterturbine 3, Nutzturbine 4 und anschließendem Getriebe hat zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs eine Wärmetauscheranlage, welche, erfindungsgemäß im wesentlichen aus einem Regenerativ-Wärme-
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tauscher 6 und einen Rekuperativ-^äriaetaascher 7 besteht. Dabei hat jeder Wärmetauscher vier verschiedene Anschlüsse,, nämlich. zwei Zugänge und zwei Ausgänge, und zwar einen Eingang und einen Ausgang für den heißen Abgasstrom, welcher seine Wärme abgeben soll und einen Eingang und einen Ausgang für die kühlere Verdichterluft, welche die Wärme aufnehmen soll. Dabei ist der Regenerator-Wärmetauscher so geschl&tfcet, daß er noch heißes Abgas von einem Rekuperator über die leitung 8 erhält, das dann bei 9 ins Freie abströmt. Der Rekuperator erhält das noch sehr heiße Abgas von der Hutzturbine über die Leitung 10. Die Verdichterluft strömt zuerst über eine Leitung 11 zum Regenerativ-Wärmetauscher und danach über Leitung 12 zum Rekuperator, von wo sie dann über Leitung 13 zur Brennkammer 2 strömt. Der weitere Weg geht wie üblich über den Verdichterturbineneinlauf 14 zur Verdichterturbine, Nutzturbineneinlauf 15 zur Uutzturbine und dann über Leitung 10 zum Rekuperativ-Wärmetauscher, wie bereits beschrieben (Pig. 1).
In der Anordnung (Abb. 2) sehen wir eine Einwellen-Gaeturbine mit einem Radialverdichter 16, welcher mit einer zweistufigen Turbine 17 auf einer Welle sitzt, wobei am stirnseitigen Ende des Verdichters noch ein Getriebe 18 angeflanscht ist. Die Brennkammer 19 ist am anderen Ende der Welle zentral angeordnet, so daß die heißen Gase direkt in die Turbine eingespeist werden können. Die heißen Turbinenabgase strömen zwischen Verdichter und Turbine über einen Sammelraum radial nach oben aus, wobei sie zuerst den Rekuperator und dann den darüber angeordneten Regenerativ-Wärmetauscher von unten nach oben etwa entsprechend den Pfeilen 20 durchströmeh, bevor sie über dem Abgasstutzen 21 ins Freie gelangen. In einer besonders strömungsgünstigen und kompakten Anordnung ist der Rekuperator zweigeteilt und dachförmig zwischen Turbinenaustritt und Regenerator angeordnet, wobei sich auch eine durch die Aufteilung
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des Verdichterluftstroms in.zwei symmetrische Teilströme eine gleichmäßigere Belieferung der Brennkammer ergibt. Die Verdichterluft wird über dem Verdichter angesaugt, strömt in einem Kanal 22 zu einem Sektor 23, über der Regenerator-Wärmetauscherscheibe 24, dann von oben nach unten durch diese Scheibe hindurch, danach zu dem Rekuperativ-Wärmetauscher und von dort über den in Abb. 3 dargestellten Y/eg in die Brennkammer, wie dies durch die Pfeile 25, 26 noch deutlicher angezeigt wird (Pig. 2 und 3).
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Claims (5)

München, 3.9.1974 Patentansprüche
1. Gasturbine mit Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscheranlage aus einem Rekuperativ-Wärmetauscher (7) und einem Regenerativ-Wärmetauscher (6) besteht und beide in dieser Reihenfolge von dem heißen Abgas durchströmt werden.
2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Yerdiehterluft zuerst den Regenerativ-Wärmetauscher und dann den Rekuperativ-Wärmetauscher durchströmt.
3. Gasturbine nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher aus Keramik bestehen.
4. Gasturbine nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekuperativ-Wärmetauscher aus mehreren Komponenten besteht.
5. Gasturbine nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerativ-Wärmetauscher aus mehreren Komponenten besteht,
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DE2443362A 1974-09-11 1974-09-11 Gasturbinentriebwerk mit einer Wärmetauscheranlage Withdrawn DE2443362B2 (de)

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JP50104491A JPS5151620A (en) 1974-09-11 1975-08-28 Netsukokankiojusuru gaabin
SE7509795A SE412092B (sv) 1974-09-11 1975-09-03 Gasturbinanleggning
GB36997/75A GB1502887A (en) 1974-09-11 1975-09-09 Gas turbine engine
FR7527957A FR2284765A1 (fr) 1974-09-11 1975-09-11 Turbine a gaz equipee d'un echangeur de chaleur

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DE2443362A1 true DE2443362A1 (de) 1976-04-01
DE2443362B2 DE2443362B2 (de) 1978-11-30

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DE2443362A Withdrawn DE2443362B2 (de) 1974-09-11 1974-09-11 Gasturbinentriebwerk mit einer Wärmetauscheranlage

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JP (1) JPS5151620A (de)
DE (1) DE2443362B2 (de)
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GB (1) GB1502887A (de)
SE (1) SE412092B (de)

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US5697211A (en) * 1994-12-21 1997-12-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009038323A1 (de) 2009-08-21 2011-02-24 Krones Ag Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung von Biomasse
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GB1502887A (en) 1978-03-08
DE2443362B2 (de) 1978-11-30
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