DE2542683B2 - - Google Patents

Description

Wärmetauschverbindung mit zwischen den entsprechenden Rohrleitungen 16, 17 strömender Luft zu bringen. Luft tritt durch das Kopfstück 19 über eine Einlaßrohrleitung 24 ein, die eine Lastkonpensationsbalgenvorrichtung aufweisen kann, um eine Anpassung an Dimensionsänderungen zu erzielen. Das Kopfstück 18 ist mit einer Auslaßrohrleitung 28 versehen, die eine Lastkompensationsbalgenvorrichtung besitzen kann.

In den Fig.2 und 3 sind weitere Details des dargestellten Wärmetauschers 10 gezeigt Der Kernabschnitt 12 weist eine Vielzahl von Formplatten 30 auf, die in Sandwichbauweise zusammengesetzt und voneinander durch entsprechende Lagen von Gasleitflächen 32 und Luftleitfläciien 34 getrennt sind. Die Formplatten 30 sind mit Bunden 36 versehen, die die Rohrleitung 16 umschließen, die sich in die Sandwichkonstruktion erstreckt, und stellen in bestimmter Weise angeordnete öffnungen 38 dar, um Luft zwischen die Rohrleitung 16 und die Luftleitflächen 34 einzuführen. Dementsprechend dienen öffnungen bei 40 für den Durchgang von heißen Gasen von der Außenseite des Kernes 12 zu den Gaskanälen, die die Gasleitflächen 32 enthalten. Wie sich aus F i g. 3 ergibt, dienen die entsprechenden Gas- und Luftleitflächen innerhalb der Sandwichkonstruktion des Kernes 12 dazu, eine bestimmte Steifigkeit und Festigkeit der Konstruktion zu erzielen, während sie gleichzeitig den gewünschten Wärmeübergang zwischen den benachbarten Gas- und Luftströmen erreichen lassen, wenn die gewünschte Turbulenz in den entsprechenden Strömungsmitteldurchflüssen entsteht, so daß die Wärmeübergangseigenschaften an der Grenzfläche Strömungsmittel-Metall verbessert werden.

F i g. 4 stellt in allgemeiner Form eine der den Kern 12 bildenden Formplatten 30 dar. Die Platte 30 ist mit einem versetzten Flansch 42 versehen, der um den Umfang verläuft. Er dient zur Verbindung mit einem ähnlichen Flansch auf der Platte der nächsten Lage im Stapel, so daß ein Strömungsmittelkanal festgelegt wird, mit öffnungen, die nur in der angezeigten Weise miteinander in Verbindung stehen, d. h. daß dort, wo das Strömungsmittel ein Luftstrom ist, öffnungen mit den Rohrleitungen 16 und 17 in Verbindung stehen, während für einen Gasstrom die öffnungen mit der Außenseite des Kernes 12 an Segmenten zwischen benachbarten Rohrleitungen 16 oder 17 verbunden sind. Ein derartiges Segment ist bei 44 auf der linken Seite der Fig.5 angedeutet und is6 ein Abschnitt eines Teiles des Kernes 12 längs der Linie 5-5 der F i g. 4 in Richtung der Pfeile gesehen. In Gasöffnungen 40 und die Verbindung benachbarter Flansche 42 sind im Segment 44 der F i g. 5 gezeigt Die Luftöffnungen 38 sind in F i g. 5 auf der entgegengesetzten Seite der Rohrleitung 16 dargestellt und stehen damit in Verbindung.

In den Fig.6, 7 und 8 sind Einzelheiten der Temperaturdifferenziervorrichtung 13 dargestellt. Sie weist ein rechteckförmiges Gehäuse auf, das obere, untere und seitliche Metallplatten 46, 48, 50 und 52 besitzt, die an ihren Endkanten miteinander befestigt, z. B. verschweißt sind, so daß ein Durchflußpfad für das heiße Einlaßgas entsteht Paare von dazwischenliegenden Platten 54 sind an ihren Rändern mit den oberen und unteren Platten 46,48 zur Bildung von Strömungsmittelkanälen 56 befestigt, um einen Durchfluß von Teile.i des heißen Auslaßgases auf die äußeren Auslaßleitungen 16 der Heißgaseinlaßfläche des Kernes 12 bei voller Gastemperatur zu richten. Ähnliche Gruppen von gestapelten, im Abstand angeordneten Platten 58, die in parallelen Ebenen liegen, sind zwischen Seitenplatten 50, 52 und dazwischenliegenden Platten 54 befestigt Ferner sind in parallelen Ebenen gestapelt und im Abstand angeordnet ähnliche Gruppen von Zwischenplatten 60 zwischen den Platten 54 vorgesehen. Die Platten 58 und 60 dienen zur Aufnahme von Wärme von den übrigen Teilen des Heißeinlaßgases, das auf ilen verbleibenden Teil der Gaseinlaßfläche des Kernes 12 gerichtet wird, um die Temperatur des Gases zu senken.

Die Deckplatten 46 und 48 sind identisch ausgebildet, haben rechteckförmige Gestalt und besitzen eine Länge, die im wesentlichen der Breite des Wärmetauscherkernes 12 entspricht; ferner sind sie im wesentlichen parallel zueinander angeordnet Die Platten 46 und 48 haben entsprechende geradlinige Seitenränder und gegenüberliegende ausgekerbte Ränder mit etwa halbkreisförmig ausgebildeten Aussparungen 62, die die Luftauslaßleitungen 16 umschließen und mit der Heißgaseinlaßfläche des Kernes 12 konform ausgebildet sind.

Die Platten 54 sind mit ihren Enden in vertikalen, parallelen Paaren, etwa senkrecht zu den Deckplatten 46, 48 zwischen ihren geraden Seitenrändern und Aussparungen 62 befestigt, um die vertikal angeordneten Kanäle 56 entgegengesetzt zu den entsprechenden Luftauslaßleitungen 16 zu definieren, damit heißes Gas über etwa die gesamte Länge gerichtet wird.

Die Zwischenplatten 60 haben Aussparungen 66 an entgegengesetzten Ecken und verlaufen etwa konform mit der Oberfläche einer Rohrleitung 16.

In Betrieb tritt beispielsweise während des Anlassens der Turbine Luft in das Kopfstück 19 über das Einlaßrohr 24 ein, strömt in die Leitungen 17 und dann in die Luftdurchflußkanäle im Wärmetauscherkern 12. Anschließend strömt sie nach oben durch die Rohrleitungen 16 in das Kopfstück 18 und aus diesem heraus durch das Auslaßrohr 28. Gleichzeitig strömt heißes Turbinenauslaßgas in das Gehäuse 14 durch die Einlaßleitungen 22 über Kanäle 56 der Temperaturdifferenziervorrichtung 13, trifft direkt auf die Luftauslaßleitungen 16 bei voller Gastemperatur auf und strömt dann um die Rohrleitungen 16 herum und durch die Gasdurchflußkanäle des Kernes 12 und aus dem Auslaßkanal 23 heraus. Gleichzeitig strömt heißes Gas zwischen den Platten 58 und 60 der Temperaturdifferenziervorrichtung, wobei Wärme aufgenommen und vorübergehend die Temperatur des Gases auf einen Wert reduziert wird, der kleiner ist als die volle Gastemperatur, und anschließend daran durch die Gasflußkanäle, die sandwichartig zwischen den Luftdurchflußkanälen des Kernes 12 angeordnet sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (30)

1 2

Patentanspruch- sowie Wärmetauschflächen auf, die als Wärmeabsorber

die Temperatur des auf die Oberfläche auftreffenden

Gegenstrom-Wärmetauscher mit einem Kern aus Gases soweit reduzieren, daß sie geringer ist als die

parallel übereinander angeordneten Plattenbautei- volle Gastemperatur.

len und einer Vielzahl von zueinander parallelen, im 5 Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen

Abstand voneinander angeordneten Rohrleitungen, Wärmetauscher zu schaffen, der während Obergangs-

deren Außenwände zusammen mit den Plattenbau- bedingungen arbeitet und der ermöglicht, daß Gas

teilen einen Gaseinlaß für heißes Gas festlegen und voller Temperatur den Rohrleitungen zufließt während

dieses in abwechselnde Räume zwischen den das durch den Wärmetauscherkern strömende Gas

Plattenbauteilen führen, und mit einer dem Kern io gekühlt wird.

vorgeschalteten Temperaturdifferenziervorrichtung Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß

für das Gas, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenziervorrichtung ein rechtecki-

die Temperaturdifferenziervorrichtung (13) ein ges, die Rohrleitungen etwa halbkreisförmig umfassen-

rechteckiges, die Rohrleitungen (16) etwa halbkreis- des, Einlaßseite und Auslaßseite für das Gas aufweisen-

förmig umfassendes, Einlaßseite und Auslaßseite für is des Gehäuse ist, mit in Gasstromrichtung liegenden,

das Gas aufweisendes Gehäuse ist, mit in Gasstrom- aneinander rechtwinklig anschließenden Außenplatten

richtung liegenden, aneinander rechtwinklig an- und einer Vielzahl von Zwischenplatten die Gaskanäle

schließenden Außenplatten (46,48,50,52) und einer festlegen, die die Einlaßseite und die Auslaßseite

Vielzahl von Zwischenplatten (60) die Gaskanäle miteinander verbinden, wobei die Zwischenplatten

festlegen, die die Einlaßseite und die Auslaßseite 20 jeweils in der Mitte der Halbkreisumfassungen durch je

miteinander verbinden, wobei die Zwischenplatten zwei lotrechte mit Abstand voneinander angeordnete, in

(60) jeweils in der Mitte der Halbkreisumfassungen Stromrichtung durch das ganze Gehäuse reichende

durch je zwei lotrechte mit Abstand voneinander Platten unterbrochen sind, die mit den Deckplatten

angeordnete, in Stromrichtung durch das ganze jeweils einen zwischenplattenfreien auf die Rohre

Gehäuse reichende Platten (54) unterbrochen sind, 25 gerichteten Kanal bilden.

die mit den Deckplatten (46, 48) jeweils einen Der Wärmetauscher nach der vorliegenden ErFm-

zwischenplattenfreien auf die Rohre gerichteten dung ergibt eine günstige Temperaturverteilung auf der

Kanal bilden. Gaseinlaßflache und für die Leitungen des Gasturbinenwärmetauschers, wodurch eine gleichförmigere Ober-

30 flächentemperaturverteilung auf der Gaseinlaßfläche

erzielt wird. Gleichzeitig wird die Gasübergangstemperatur reduziert, wenn die Temperatur auf die Gaseinlaß-Gasturbinenmotoren verwenden in üblicher Weise fläche voll einwirkt, und es wird die Gastemperatur an Wärmetauscher, um einen Teil der Wärme der Teilen der Leitungen verringert, während an bestimm-Turbinenauslaßgase zur Übertragung auf die Kompres- 35 ten Teilen der Leitungen Gas mit voller Temperatur sorabgabeluft rückzugewinnen, bevor das Gas in die auftrifft

Turbinenbrennkammer eintritt, was eine verhältnismä- Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit

ßig hohe Brennstoffersparnis ergibt Während des der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles

Anlassens der Turbine können beispielsweise die erläutert Es zeigt

Turbinenauslaßgase sehr hohe Temperature« erreichen, 40 F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetau-

die sehr hohe thermische Gradienten zwischen der schers gemäß der Erfindung,

Auslaßgaseinlaßfläche und der Auslaßfläche des War- F i g. 2 eine lotrechte Schnittansicht nach F i g. 1,

metauscherkernes verursachen, wodurch thermische F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teiles der

Beanspruchungen entstehen, die zu einer Rissebildung Fig. 1, im Schnitt,

im Kern führen können. Um solche Nachteile 45 F i g. 4 eine Aufsicht auf den Wärmetauscherkern und

auszuschalten, ist bei bekannten Wärmetauschern eine den Gastemperaturregler nach den F i g. 1 und 2,

Wärmesenke vorgesehen worden, die vor der Wärme- F i g. 5 eine Querschnittansicht längs der Linie 5-5 der

tauscherkerngaseinlaßflache im Durchflußpfad der Fig. 1,

Turbinenauslaßgase angeordnet war, wodurch vorüber- F i g. 6 eine Querschnittsansicht längs der Linie 6-6

gehend die Gastemperatur reduziert werden konnte 5o der F i g. 4,

und thermische Gradienten während des Anlassens der F i g. 7 eine Querschnittsansicht längs der Linie 7-7

Turbine verhindert wurden. Die Verwendung einer derFig.4,

solchen Wärmesenke, die die Temperatur der Gasein- F i g. 8 eine perspektivische Teilansicht der Temperalaßfläche des Wärmetauscherkernes reduziert, reduziert turdifferenziervorrichtung nach F i g. 4 in vergrößertem auch in unerwünschter Weise die Temperatur des 55 Maßstab.

Gases, das auf die Luftauslaßleitungen auftrifft, die die F i g. 1 zeigt einen Wärmetauscher 10 nach der

Kompressorabgabeluft fördern, so daß der Brennstoff- vorliegenden Erfindung, der einen Kern 12 und eine

verbrauch wieder unwirtschaftlich wird. Heißeinlaßgas-Temperaturdifferenziervorrichtung 13

Derartige Wärmetauscher mit Formplatten, einem besitzt, die in einem Gehäuse 14 untergebracht ist Der

Kern, der eine Gaseinlaßfläche mit integrierenden 60 Kern 12 ist mit einteilig ausgebildeten Rohrleitungen 16,

Luftauslaßleitungen aufweist, und einer Vorrichtung zur 17 auf entgegengesetzten Heißgaseinlaß-und Auslaß -

Gastemperaturverteilung am Kern, der Gaseinlaßfläche endflächen versehen und mit Kopfstücken 18, 19

und den Leitungen sind z.B. aus US-PS 35 07 115 verbunden. Der Wärmetauscherkern 12 ist im Gehäuse

bekannt. Derartige bekannte Wärmetauscher weisen 14 über Befestigungen 20 aufgenommen. Die Differen-

ein einen Gasdurchflußpfad zur Gaseinlaßfläche festle- 65 ziervorrichtung 13 ist im Gehäuse mit ähnlichen

gendes Gehäuse, Strömungsmitteldurchflußvorrichtun- Befestigungen 20 abgestützt Das Gehäuse 14 ist mit

gen innerhalb des Gehäuses, die Gas im Durchflußpfad Einlaß- und Auslaßkanälen 22 und 23 versehen, um

bei voller Gastemperatur auf die Leitungen richten, heißes Gas durch den Wärmetauscherkern 12 in innige