DE2744899B2 - Gasturbinenanlage für den Antrieb von Fahrzeugen - Google Patents
Gasturbinenanlage für den Antrieb von FahrzeugenInfo
- Publication number
- DE2744899B2 DE2744899B2 DE2744899A DE2744899A DE2744899B2 DE 2744899 B2 DE2744899 B2 DE 2744899B2 DE 2744899 A DE2744899 A DE 2744899A DE 2744899 A DE2744899 A DE 2744899A DE 2744899 B2 DE2744899 B2 DE 2744899B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat exchanger
- gas turbine
- exchanger elements
- compressed air
- elements
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 97
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 33
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 14
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 3
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 39
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
- F02C3/10—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor with another turbine driving an output shaft but not driving the compressor
- F02C3/103—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor with another turbine driving an output shaft but not driving the compressor the compressor being of the centrifugal type
-
- 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
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/20—Adaptations of gas-turbine plants for driving vehicles
-
- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0012—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the apparatus having an annular form
- F28D9/0018—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the apparatus having an annular form without any annular circulation of the heat exchange media
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/04—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
- F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
- F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
- F28F2250/108—Particular pattern of flow of the heat exchange media with combined cross flow and parallel flow
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenanlage für den Antrieb von Fahrzeugen, bei der ein
Verbrennungsluft ansaugender Kompressor, ein rekuperativer Geger.strom-Wärmeübertrager zur Vorwärmung
der komprimierten Luft durch die Abgase der
>(> Gasturbinenanlage, eine Brennkammer, die eine Zuleitung
für Brennstoffe aufweist und eine Gasturbine, die eine Antriebswelle rotierend bewegt hintereinander
geschaltet und in einem Gehäuse um eine gemeinsame Symmetrieachse angeordnet sind, und der Gegenstrom-
2-, Wärmeübertrager aus mehreren ringförmig um Kompressor,
Gasturbine und Brennkammer angeordneten, in radialer Richtung abgestützten, keramischen Wärmeübertragerelementen
besteht, zwischen denen Dichtungen vorhanden sind.
Gasturbinenanlagen dieser Art sind für den Fahrzeugantrieb deshalb von großem Interesse, weil
Abgasprobleme unter Berücksichtigung der iteigenden Anforderungen an die Reinhaltung der Umgebungsluft
in weit geringerem Maß auftreten. Für in Fahrzeugen
Γ) verwendbare Gasturbinenanlagen sind jedoch Arbeitstemperaturen am Turbineneintritt von über 1000° C
erforderlich, um den Wirkungsgrad hoch und das Bauvolumen möglichst gering zu halten. Der Wirkungsgrad
der Gasturbine hängt im wesentlichen auch vom Ausnutzungsgrad des Wärmeübertragers ab, der die in
den heißen Abgasen noch enthaltene Restenergie zur Vorerhitzung der angesaugten komprimierten Verbrennungsluft
nutzbar macht. Unter Ausnutzungsgrad des Wärmeübertragers wird die tatsächlich vom Wärme-Übertrager
übertragene Wärmemenge, bezogen auf die bei unendlicher Wärmeaustauschfläche theoretisch
übertragbare Wärmemenge verstanden. Wegen der hohen Temperaturen auf der Heißgasseite des Wärmeübertragers
kommen als Werkstoffe für solche Apparate nur hochwarmfeste Metalle oder keramische
Werkstoffe in Betracht.
Für rekuperative Wärmeübertrager mit hohem Ausnutzungsgrad sind erhebliche Wärmeaustauschflächen
erforderlich. Bisher vorgeschlagene Röhrenwärmetauscher benötigen im Fahrzeug einen erheblichen
Raum. Erprobt wurden auch Kreuzstromwärmetauscher in Plattenbauweise, wie aus E. Tiefenbacher
»Problems of the Heat exchanger for Vehicular Gas Turbines« in ASME Publikation 76-GT-105, 1976,
hervorgeht. Metallische Gegenstromwärmetauscher in Plattenbauweise werden beispielsweise in US-PS
38 31 374 oder US-PS 35 07 115 beschrieben. Jedoch ergeben sich dabei erhebliche Probleme bezüglich der
Beherrschung der die Wärmetauschermatrix beanspruchenden Wärmespannungen, was den Einsatz keramischer
Werkstoffe erschwert.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bekannt, für den Fahrzeugbau bestimmte Gasturbinenanlagen mit
Wärmeübertragern auszurüsten, die regenerativ arbeiten. Die Wärmeübertrager bestehen aus Keramik und
sind als Scheiben ausgebildet, die rotierend angetrieben
werden. Die Scheiben drehen sich zwischen offenen Stutzen der Abgasleitung und offenen Stutzen der
Leitungen für die komprimierte Verbrennungsluft hindurch, so daß abwechselnd eine Aufheizung und
Abkühlung sektorieller Bereiche der Scheiben erfolgt,
entsprechend einer Aufheizzone für die Verbrennungsluft und einsr Abkühlzone für das Abgas (vergleiche die
oben bereits genannte Literaiurstelle). Jedoch bereitet
die technologische Ausbildung der keramischen Scheiben, die in stetigem Wechsel sektoriell erhitzt und
abgekühlt werden und infolgedessen hoch beansprucht sind, erhebliche Schwierigkeiten. Auch lassen sich die
rotierenden Wärmeübertrager wegen der erheblichen Druckdifferenzen zwischen Aufheiz- und Abkühlzone
und wegen der hohen Betriebstemperaturen nicht in befriedigender Weise abdichten. Die Dichtleisten
verschleißen rasch.
Nach einem Vorschlag gemäß einer nicht vorveröffentlichten
Patentanmeldung P 27 12136.4 sind als Wärmeübertrager mehrere von den Gasen im Gegenstrom
durchströmte rekuperative Wärmeübertragerelemente aus Keramik vorgesehen, die ringförmig um
Kompressor, Gasturbine und Verbrennungskammer angeordnet sind, wobei Kompressor, Gasturbine und
Verbrennungskammer eine gemeinsame Symmetrieachse aufweisen. Diese Anordnung der Komponenten
der Gasturbinenanlage führt zu kompakten Aggregaten, bei denen trotz erheblicher Raumersparnis alle
Komponenten der Gasturbinenanlage für Montageoder Reparaturarbeiten gut zugänglich bleiben. Dabei
ist insbesondere dafür Sorge zu tragen, daß die hochbeanspruchten keramischen Wärmeübertragerele- y,
mente in einfacher Weise austauschbar sind und die Gasführungen, um Leistungsverluste zu vermeiden,
gasdicht angeschlossen werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasturbinenanlage mit rekuperativen keramischen Wärmeübertragerelementen
zu schaffen, bei der die Wärmeübertragerelemente einfach montierbar und zugänglich sind, zugleich
aber auch den bei Gasturbinenanlagen zu stellenden Anforderungen an einen gasdichten Anschluß der
Wärmeübertragerelemente an die Hochdruckgas oder Niederdruckgas führenden Gasleitungen genügen. Darüber
hinaus soll die Führung der Gasleitungen zwischen Wärmeübertragerelementen und übrigen Komponenten
der Gasturbinenanlage vereinfacht werden. Auch soll für hohe Leistungen eine kompakte Gasturbinenan- ,0
lage gegeben sein.
Diese Aufgabe wird bei einer Gasturbinenanlage der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung dadurch
gelöst, daß jedes Wärmeübertragerelement derart an Druckluftleitungen und Abgasleitungen angeschlossen
ist, daß Druckluft und Abgas an entgegengesetzten Enden den Wärmeübertragerelementen jeweils senkrecht
zu der der gemeinsamen Symmetrieachse (6) zugewandten Seitenfläche des Wärmeübertragerelementes
zuströmen, daß die Druckluft und das Abgas nach Wärmeaustausch an entgegengesetzten Stirnseiten
des Wärmeübertragerelementes jeweils senkrecht zur Zuströmrichtung abströmen, daß die der gemeinsamen
Symmetrieachse abgewandte Rückseite des Wärmeübertragerelementes mit erwärmter Druckluft beaufschlagt
ist und daß das Wärmeübertragerelement an derjenigen Stirnseile, an der die erwärmte Druckluft
ausströmt, frei dehnbar gelagert ist.
Der Anschluß der Druckluftleitungen und Abgasleitungen an den Wärmeübertragerelementen in dieser
Weise führt zusammen mit der Beaufschlagung der in Richtung der Zuführung von Druckluft und Abgas
gesehen rückwärtigen Seitenfläche der Wärmeübertragerelemente mit erwärmter Druckluft einerseits zu
einer selbsttätigen Abdichtung des Ringes der Seite an Seite zwischen Dichtungen eingebetteten Wärmeübertragerelementen
und das Abgas nach Wärmeaustausch abführenden Abgasleitungen. Infolge der Druckdifferenzen
zwischen abströmender Druckluft und abströmendem Abgas auf entgegengesetzten Stirnseiten der
Wärmeübertragerelemente entsteht eine resultierende Anpreßkraft in Richtung des abströmenden Abgases,
die für die Abdichtung der Wärmeübertragerelemente an diesen Anschlußstellen genutzt wird. Die Wärmeübertragerelemente
werden zugleich jedoch durch Beaufschlagung der rückwärtigen Seitenfläche der Wärmeübertragerelemente mit Druckluft gegeneinander
abgedichtet. In vorteilhafter Weise werden daher sowohl der Ring der Wärmeübertragerelemente selbst
als auch die vorgenannten Anschlußstellen zwischen Wärmeübertragerelementen und Abgasleitung in Abhängigkeit
von der Druckdifferenz zwischen komprimierten und entspannten Gasen um so wirksamer
abgedichtet, um so höher der Druck der komprimierten Verbrennungsluft ist. Im betriebslosen Zustand der
Gasturbinenanlage sind die Wärmeübertragerelemente infolgedessen ohne Schwierigkeiten und in einfacher
Weise montierbar.
Zur Beaufschlagung der Wärmeübertragerelemente mit Druckluft wird der Raum über der mit erwärmter
Luft zu beaufschlagenden Seitenfläche mit dem Innenraum der stirnseitig am Wärmeübertragerelement
angeschlossenen Druckluftleitung verbunden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Wärmeübertragerelemente zwischen den
Anschlußleitungen sowie einem die Wärmeübertragerelemente umhüllenden äußeren Gehäuseteil mittels
Dichtungen aus keramischem Fasermaterial eingebettet sind und daß der äußere Gehäuseteil zugleich zur
Führung der erwärmten Druckluft zwischen Wärmeübertragerelementen und Brennkammer dient Die
erwärmte Druckluft strömt an der Stirnseite der Wärmeübertragerelemente in den zwischen Wärmeübertragerelementen
und äußerem Gehäuse gebildeten Raum frei aus, ein gesonderter Anschluß einer Gasleitung an dieser Stelle entfällt. Um Wärmeverluste
möglichst gering zu halten, ist am äußeren Gehäuseteil eine Wärmeisolation angebracht.
Die Erfindung und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen,
die in der Zeichnung schematisch wiedergegeben sind, näher erläutert. Es zeigt im einzelnen
F i g. 1 Prinzipskizze einer Gasturbinenanlage mit Topfbrennkammer,
Fig.2 Längsschnitt einer Gasturbinenanlage mit Topfbrennkammer gemäß Schnittlinie Il/Il in F i g. 3,
Fig.3 Halbschnitt einer Gasturbinenanlage nach F i g. 2 gemäß Schnittlinie 11 I/I 11,
Fig.4 Längsschnitt einer Gasturbinenanlage mit
Ringbrennkammer,
F i g. 5 Wärmeübertragerelement für Gasturbinenanlag.-nachFig.
1 bis 4.
Wie aus der Zeichnung — insbesondere F i g. 1 — ersichtlich ist, sind bei der von einem äußeren
Gehäuseteil 1 umschlossenen Gasturbinenanlage im Innenraum 2 Kompressor 3 und Gasturbine 4 derart
gelagert, daß Kompressor, Gasturbine und Brennkammer 5 der Gasturbinenanlage eine gemeinsame
Symmetrieachse 6 aufweisen. In den Ausführungsbeispielen bilden eine Hochdruckstufe 4' der zweistufig
ausgeführten Gasturbine 4 und der Kompressor 3 einen > Turbosatz. Die Hochdruckstufe 4' treibt über eine
Antriebswelle 7 den Kompressor 3 an. Die Niederdruckstufe 4" der Gasturbine 4 dient dem Fahrzeugantrieb.
Der Läufer der Niederdruckstufe ist auf einer Hohlwelle 8 montiert, die ein Ritzel 9 trägt, das in ein auf einer in
Antriebswelle 10 befestigtes Zahnrad 11 eingreift. Die das Heißgas für die Gasturbine 4 liefernde Brennkammer
S der Gasturbinenanlage kann als Topfbrennkammer (Fig. 1, 2) oder als Ringbrennkammer 5a (Fig.4)
ausgebildet sein. Die Brennstoffzufuhr für die Brenn- r> kammer 5 ist in der Zeichnung nicht gesondert
dargestellt.
Als rekuperative Wärmeübertrager sind keramische Wärmeübertragerelemente 12 eingesetzt, die Kompressor
3, Gasturbine 4 und Brennkammer 5 ringförmig ;u
umschließen. Die einzelnen Wärmeübertragerelemente 12 bilden einen die übrigen Komponenten der
Gasturbinenanlage umgebenden geschlossenen Ring, wobei zwischen den einzelnen aneinanderliegenden
Wärmeübertragerelementen Dichtungen 13 eingesetzt r>
sind, die im Ausführungsbeispiel aus einem auf der Basis
keramischer Fasern aufgebauten Material bestehen. Statt solcher Dichtungen sind beispielsweise auch
solche aus Asbest einsetzbar. Die Dichtungen 13 schließen die Zwischenräume zwischen den aneinander- ;u
liegenden Seitenflächen der Wärmeübertragerelemente 12 ab.
An den Ring der Wärmeübertragerelemente 12 sind an einem Ende Druckluftleitungen 14, die die vom
Kompressor 3 komprimierte Luft den Wärmeüber- ts tragerelementen zuführen, und am anderen Ende
Abgasleitungen IS angeschlossen, die das von der Gasturbine 4 abströmende, noch heiße Abgas zu den
Wärmeübertragerelementen leiten. Druckluftleitungen 14 und Abgasleitungen 15 liegen an den Wärmeübertragerelementen
12 an der dem Innenraum 2 zugekehrten Seitenfläche 16 an. Die im Wärmeaustausch
stehenden Medien durchströmen die Wärmeübertragerelemente im Gegenstrom, wobei das in den
Wärmeübertragerelementen abgekühlte Abgas über « eine Abgasleitung 17 abgeführt wird, die an derjenigen
Stirnseite der Wärmeübertragerelemente angeschlossen ist, die dem Anschluß für die Druckluftleitung 14
nebengeordnet ist. In der Zeichnung ist diese Stirnseite mit Bezugszeichen 18 markiert. An den Anschlußstellen w
zwischen Wärmeübertragerelementen 12, Druckluftleitung 14 und Abgasleitungen 15, 17 sind Dichtungen 13
eingelegt, die ebenfalls aus Dichtungsmaterial bestehen,
dessen Basis keramische Fasern bilden.
Eine Druckluftleitung 19 für die erwärmte Druckluft wird in den Ausführungsbeispielen, wie besonders
anschaulich in F i g. 1 gezeigt ist, von der Wand des äußeren Gehäuseteils 1 der Gasturbinenanlage einerseits,
sowie von der Wand der den Innenraum 2 zur Brennkammer 5 hin abschließenden Abgasleitung 17 t>o
andererseits gebildet Die erwärmte Druckluft strömt so an der der Stirnseite 18 entgegengesetzten Stirnseite 20
der Wärmeübertragerelemente in entgegengesetzter Richtung zum abgekühlten Abgas in den zwischen
Wärmeübertragereiementen und äußerem Gehäuseteil 1 vorhandenen Raum frei aus. Dabei werden die
Wärmeübertragerelemente 12 auf ihrer Rückseite 21 zugleich mit Druck beaufschlagt Die infolge des
Überdrucks der Druckluft erzeugte Anpreßkrafl drückt sowohl die Seite an Seite liegenden Wärmeübertragerelemente
gegeneinander und bewirkt so ein Abdichten des Ringes der Wärmeübertragerelemente gegenüber
dem Innenraum 25. Infolge des Überdrucks werden die Wärmeübertragerelemente aber auch gegen die Abgasleitung
17 gedrückt, so daß auch diese Anschlußstelle während des Betriebes der Gasturbinenanlage selbsttätig
geschlossen wird. Die erzeugte Anpreßkraft nimmt in vorteilhafter Weise mit der eingestellten Druckhöhe
der komprimierten Verbrennungsluft zu.
Zur koaxialen Ausrichtung der Wärmeübertragerelemente im Gehäuse sind in weiterer Ausgestaltung der
Erfindung am äußeren Gehäuseteil 1 Zentrierungen 22 angebracht, die in Ausnehmungen 23 formschlüssig
einschiebbar sind, die auf der Rückseite 21 der Wärmeübertragerelemente 12 vorgesehen sind. Die
Zentrierungen 22 werden durch im Ausführungsbeispiel schlitzförmige öffnungen 24 im äußeren Gehäuseteil 1
nach Überstülpen des Gehäuseteils über den Ring der Wärmeübertragerelemente 12 in die Ausnehmungen 23
gedrückt Zur einwandfreien Ausrichtung des Ringes sind drei Zentrierungen 22 vorgesehen, die eine im
wesentlichen in axialer Richtung erstreckte FoTii
aufweisen und im Ausführungsbeispiel in urr. 120°
Winkelgrade gegeneinander versetzt angeordnete öffnungen
24 im Gehäuseteil 1 einschiebbar sind. Die Zentrierungen 22 werden mit dem äußeren Gehäuseteil
1 verschraubt
Um die Wärmeübertragerelemente auch im betriebslosen
Zustand in ihrer Lage zu halten, weist der äußere Gehäuseteil 1 bevorzugt die Wärmeübertragerelemente
12 an ihrer Rückseite 21 federnd abstützende Halterungen 25 auf. Die Halterungen 25 sind an der inneren Seite
des Gehäuseteils t befestigt und als federnd wirkende Stützteile in der Weise ausgebildet, daß die Druckbeaufschlagung
der Rückseite 21 durch komprimiertes Gas nicht beeinträchtigt wird.
Druckluftleitung 14 und Abgasleitung 15 weisen an ihren Anschlußstellen an der dem Innenraum zugewandten
Seitenfläche 16 der Wärmeübertragerelemente zweckmäßig selbsttätig wirksame Dichtungen auf.
Als Dichtungen kommen beispielsweise Lippendichtungen in Frage, die infolge des Gasüberdrucks in den
Gasleitungen gegenüber dem Innenraum 2, beziehungsweise des Überdrucks in der Druckluftleitung 19
gegenüber der Abgasleitung 15 zur Wirkung kommen. Im Ausffihrungsbeispiel werden die Wandungen der
Anschlüsse von Druckluftleitung 14 und Abgasleitung 15 bei Aufsetzen des Ringes der Wärmeübertragerelemente
12 außerdem elastisch verformt und pressen sich auf diese Weise infolge der auftretenden Rückstellkraft
gegen die Wärmeübertragerelemente an. Um dies zu erreichen, weisen die rotationssymmetrischen Wandungen
von Druckluftleitung 14 und Abgasleitung 15 im Ausffihrungsbeispiel Kragen auf, die die Dichtungen 13
an den Ring der Wärmeübertragerelemente andrücken (Fig.2). Die Wandungen der Abgasleitung 15 sind
darüber hinaus kegelstumpfartig geformt, wobei jeweils die Berandung der Grundfläche des Kegelstumpfes am
Ring der Wärmefibertragerelemente die Dichtungen 13 stützend anliegt
Bei Betrieb der Gasturbinenanlage wird vom Kompressor 3 über eine Ansaugleitung 26 Luft
angesaugt Die komprimierte Luft wird in den Wärmeübertragereiementen 12 vorerhitzt und strömt
aus dem die Gasleitung 19 bildenden Raum über öffnungen 27 in der Wandung der Brennkammer 5
unmittelbar in die Brennkammer ein. LJm Wärmeverluste zu vermeiden, ist am äußeren Gehäuseteil 1 eine
Wärmeisolation 28 angebracht. Für den Betrieb der Gasturbinenanlage gemäß der Erfindung sind weitere
Wärmeisolationen nicht erforderlich. Das Heißgas treibt die Turbine 4 an und wird nach Entspannung zur
Abgabe seiner Restwärme an die Druckluft den Wärmeübertragerelementen 12 zugeführt. Über die an
der Stirnseite 18 in den Wärmeübertragerelementen angeschlossenen Abgasleitung 17 strömt das Abgas
schließlich zum Abgasstutzen 29 und wird in die Umgebung abgeblasen.
In Fig.4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Gasturbinenanlage
schematisch wiedergegeben, bei der zwei gleichartig aufgebaute Teilaggregate koaxial und
spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Die Teilaggregate entsprechen in ihrem Aufbau jeweils einer
Gasturbinenanlage, wie sie in F i g. 2 und 3 dargestellt ist. Als Bezugszeichen für die einzelnen Komponenten
der Gasturbinenanlage nach Fig.4 wurden daher für
die Kennzeichnung der Komponenten — soweit die Komponenten der Teilaggregate mit den Komponenten
der vorbeschriebenen Gasturbinenanlage übereinstimmen — die gleichen Bezugszeichen verwendet. Bei der
Gasturbinenanlage nach F i g. 4 umgibt jeder Ring der Wärmeübertragerlemente 12 einen Turbosatz mit
Zentripetalturbine 4a zum Antrieb für Kompressor und Fahrzeug. Zwischen den beiden Ringen der Wärmeübertragerelemente
ist eine Ringbrennkammer Sa angeordnet, in der Heißgas für beide Zentripetalturbinen
Aa erzeugt wird. Die Zentripetalturbinen sind am Ausgang der Ringbrennkammer 5a angeschlossen und
im Innenraum zwischen den Wärmeübertragerelementen 12 in spiegelbildlicher Anordnung nebeneinander in
der Weise gelagert, daß die hochdruckseitigen Rücken der Zentripetalturbinen einander zugekehrt sind. Im
Ausführungsbeispiel sind beide Teilaggregate der Gasturbinenanlage für die gleiche Leistung ausgelegt, so
daß sich - etwa gegenüber einer Gasturbinenanlage nach F i g. 2 und 3 — eine Verdoppelung der Leistung
ergibt. Die spiegelbildliche Anordnung der Teilaggregate mit einer gemeinsamen Ringbrennkammer für beide
Turbinen ermöglicht eine günstige Raumausnutzung. In vorteilhafter Weise ergibt sich trotz verdoppelter
Leistung bei dieser Anordnung ein geringerer Raumbedarf pro erzeugter Energieeinheit. Bevorzugt ist die
Ringbrennkammer 5a etwa in der Spiegelebene 30 der Teilaggregate teilbar und auf diese Weise bei der
Montage eines der Teilaggregate leicht zugänglich. Die Teilfuge der Ringbrennkammer 5a ist in F i g. 4
-, strichliniert eingezeichnet. Im Ausführungsbeispiel sind beide Zentripetalturbinen 4a über eine Steckachse 31
miteinander gekuppelt und gemeinsam über die Antriebswelle 10 an einem Fahrzeuggetriebe 32
anschließbar.
ίο Ein geeignetes Wärmeübertragerelement aus Keramik
für den Einbau in Gasturbinenanlagen gemäß der Erfindung zeigt F i g. 5. Das Wärmeübertragerelement
— in der Form eines Ringsegmentes ausgeführt — weist eine Vielzahl von sich zwischen Stirnseiten 18, 20
r, erstreckenden, im Querschnitt rechteckig geformten Strömungskanälen 33, 34 auf. Jeweils benachbarte
Strömungskanäle werden von einem der im Wärmeaustausch stehenden Medien durchströmt. Die Medien
werden im Wärmeübertragerelement im Gegenstrom geführt, die Strömungsrichtung der Medien ist in F i g. 5
durch dunkel gefärbte sowie helle Strömungspfeile kenntlich gemacht. Die Zuströmöffnungen für die
Medien befinden sich gemeinsam an einer der Seitenflächen der Wärmeübertragerelemente; im ge-
2·> zeigten Ausführungsbeispiel auf dei Seitenfläche 16,
während Abströmöffnungen für die Medien jeweils an den Stirnseiten 18 und 20 vorgesehen sind. Das heiße
Abgas strömt über Zuströmöffnungen 35 in die Strömungskanäle 33 des Wärmeübertragerelementes
ίο ein und verläßt dieses über Abströmöffnungen 36 auf
der Stirnseite 18. Die komprimierte Verbrennungsluft wird über Zuströmöffnungen 37 den Strömungskanälen
34 zugeführt und strömt an der Stirnseite 20 über in F i g. 5 nicht sichtbare Abströmöffnungen ab.
Statt der im Querschnitt die Form eines Ringsegmentes aufweisenden Wärmeübertragerelemente nach
F i g. J und 5 sind auch Wärmeübertragerelemente mit trapezförmigem Querschnitt einsetzbar. Bevorzugt sind
die aneinanderliegenden Seitenflächen gegenüber den dem Innenraum zugekehrten Flächen der Wärmeübertragerelemente
in der Weise geneigt, daß die ringförmig angeordneten Wärmeübertragerelemente in Radialebenen
des Ringes aneinanderliegen. Im Querschnitt trapezförmige Wärmeübertragerelemente bilden statt
eines Kreisringes einen vieleckigen Ring um die Komponenten der Gasturbinenanlage.
Claims (9)
1. Gasturbinenanlage für den Antrieb von Fahrzeugen, bei der ein Verbrennungsluft ansaugender
Kompressor, ein rekuperativer Gegenstrom-Wärmeübertrager zur Vorwärmung der komprimierten
Luft durch die Abgase der Gasturbinenanlage, eine Brennkammer, die eine Zuleitung für
Brennstoff aufweist, und eine Gasturbine, die eine Antriebswelle rotierend bewegt, hintereinander
geschaltet und in einem Gehäuse um eine gemeinsame Symmetrieachse angeordnet sind, wobei der
Gegenstrom-Wärmeübertrager aus mehreren ringförmig um Kompressor, Gasturbine und Brennkammer
angeordneten, in radialer Richtung abgestützten, keramischen Wärmeübertragerelementen besteht,
zwischen denen Dichtungen vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmeübertragerelement
(12) derart an Druckluftleitungen (14,19) und Abgasleitungen (15,17) angeschlossen
ist, daß Druckluft und Abgas an entgegengesetzten Enden den Wärmeübertragerelementen (12)
jeweils senkrecht zu der der gemeinsamen Symmetrieachse (6) zugewandten Seitenfläche (16) des
Wärmeübertragerelementes (12) zuströmen, daß die Druckluft und das Abgas nach Wärmeaustausch an
entgegengesetzten Stirnseiten (18, 20) des Wärmeübertragerelementes (12) jeweils senkrecht zur
Zuströmrichtung abströmen, daß die der gemeinsamen Symmetrieachse (6) abgewandte Rückseite (21)
des Wärmeübertragerelementes (12) mit erwärmter Druckluft beaufschlagt ist und daß das Wärmeübertragerelement
(12) an derjenigen Stirnseite (20) an der die erwärmte Druckluft ausströmt, frei dehnbar
gelagert ist
2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragerelemente
(12) zwischen den Anschlußleitungen (14, 15, 17) sowie einem die Wärmeübertragerelemente (12)
umhüllenden äußeren Gehäuseteil (1) mittels Dichtungen (13) aus keramischem Fasermaterial eingebettet
sind und daß der äußere Gehäuseteil (1) zugleich zur Führung der erwärmten Druckluft
zwischen Wärmeübertragerelementen (12) und Brennkammer (5) dient.
3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Gehäuseteil (1)
eine Wärmeisolation (24) angebracht ist.
4. Gasturbinenanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Gehäuseteil
(1) Zentrierungen (22) angebracht sind, die in Ausnehmungen (23), die auf der Rückseite (21) der
Wärmeübertragerelemente (12) vorgesehen sind, formschlüssig einschiebbar sind.
5. Gasturbinenanlage nach Anspruch 2, 3, oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Gehäuseteil
(1) die Wärmeübertragerelemente (12) an ihrer Rückseite (21) federnd abstützende Halterungen (25)
aufweist
6. Gasturbinenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmeübertragerelemente (12) einen Querschnitt, der die Form eines Ringsegmentes hat, aufweisen.
7. Gasturbinenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmeübertragerelemente einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
8. Gasturbinenanlage nach einem der vorherge-
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftleitung (14) und die Abgasleitungen (15,17)
an den Wärmeübertragerelementen (12) mittels selbsttätig wirksamen Dichtelementen anschließbar
sind.
9. Gasturbinenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß
den ringförmig angeordneten Wärmeübertragerelementen (12) ein zweiter Ring von Wärmeübertragerelementen
koaxial und spiegelbildlich zugeordnet ist
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2744899A DE2744899C3 (de) | 1977-10-06 | 1977-10-06 | Gasturbinenanlage für den Antrieb von Fahrzeugen |
US05/948,245 US4213297A (en) | 1977-10-06 | 1978-10-03 | Vehicular propulsion gas turbine motor |
FR7828495A FR2405365A1 (fr) | 1977-10-06 | 1978-10-05 | Installation a turbine a gaz |
GB7839480A GB2005355B (en) | 1977-10-06 | 1978-10-05 | Gas turbine unit |
JP12278678A JPS5460608A (en) | 1977-10-06 | 1978-10-06 | Gas turbine device for driving car |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2744899A DE2744899C3 (de) | 1977-10-06 | 1977-10-06 | Gasturbinenanlage für den Antrieb von Fahrzeugen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2744899A1 DE2744899A1 (de) | 1979-04-12 |
DE2744899B2 true DE2744899B2 (de) | 1981-06-11 |
DE2744899C3 DE2744899C3 (de) | 1982-02-11 |
Family
ID=6020763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2744899A Expired DE2744899C3 (de) | 1977-10-06 | 1977-10-06 | Gasturbinenanlage für den Antrieb von Fahrzeugen |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4213297A (de) |
JP (1) | JPS5460608A (de) |
DE (1) | DE2744899C3 (de) |
FR (1) | FR2405365A1 (de) |
GB (1) | GB2005355B (de) |
Families Citing this family (34)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4321964A (en) * | 1978-02-11 | 1982-03-30 | Kernforschungsanlage Julich Gesellschaft Mit Berschrankter Haftung, Rosenthal Technik Ag | Recuperative heat exchanger of ceramic material |
DE2841571C2 (de) * | 1978-09-23 | 1982-12-16 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Einflutiger keramischer Rekuperator und Verfahren zu seiner Herstellung |
US4474000A (en) * | 1982-11-12 | 1984-10-02 | Williams International Corporation | Recuperated turbine engine |
JPS63168999U (de) * | 1987-04-24 | 1988-11-02 | ||
DE3742892A1 (de) * | 1987-12-17 | 1989-06-29 | Bayerische Motoren Werke Ag | Gasturbinenanlage |
JPH0259293U (de) * | 1988-10-21 | 1990-04-27 | ||
US5082050A (en) * | 1990-05-29 | 1992-01-21 | Solar Turbines Incorporated | Thermal restraint system for a circular heat exchanger |
US5212942A (en) * | 1990-11-09 | 1993-05-25 | Tiernay Turbines, Inc. | Cogeneration system with recuperated gas turbine engine |
USRE43252E1 (en) | 1992-10-27 | 2012-03-20 | Vast Power Portfolio, Llc | High efficiency low pollution hybrid Brayton cycle combustor |
US5617719A (en) * | 1992-10-27 | 1997-04-08 | Ginter; J. Lyell | Vapor-air steam engine |
US5497615A (en) * | 1994-03-21 | 1996-03-12 | Noe; James C. | Gas turbine generator set |
JP3030689B2 (ja) * | 1995-09-08 | 2000-04-10 | 本田技研工業株式会社 | ガスタービンエンジン |
JPH10206067A (ja) | 1997-01-27 | 1998-08-07 | Honda Motor Co Ltd | 熱交換器の支持構造 |
AU772937B2 (en) * | 1999-06-22 | 2004-05-13 | Honeywell International, Inc. | Microturbine power generating system |
TW390936B (en) * | 1997-12-20 | 2000-05-21 | Allied Signal Inc | Microturbine power generating system |
US6189311B1 (en) * | 1999-03-11 | 2001-02-20 | Alm Development, Inc. | Gas turbine engine |
US6460324B1 (en) | 1999-10-12 | 2002-10-08 | Alm Development, Inc. | Gas turbine engine |
US6397576B1 (en) | 1999-10-12 | 2002-06-04 | Alm Development, Inc. | Gas turbine engine with exhaust compressor having outlet tap control |
US6363708B1 (en) | 1999-10-12 | 2002-04-02 | Alm Development, Inc. | Gas turbine engine |
US20020179296A1 (en) * | 1999-12-02 | 2002-12-05 | Jassens Jean Paul | Heat exchanger |
US6438936B1 (en) * | 2000-05-16 | 2002-08-27 | Elliott Energy Systems, Inc. | Recuperator for use with turbine/turbo-alternator |
US6442945B1 (en) | 2000-08-04 | 2002-09-03 | Alm Development, Inc. | Gas turbine engine |
US6951110B2 (en) * | 2000-11-06 | 2005-10-04 | Capstone Turbine Corporation | Annular recuperator design |
US6574950B2 (en) * | 2001-10-01 | 2003-06-10 | Ingersoll-Rand Energy Systems Corporation | Thermally responsive recuperator housing |
US6832470B2 (en) * | 2002-12-23 | 2004-12-21 | Elliott Energy Systems, Inc | Recuperator configuration |
FR2950109B1 (fr) * | 2009-09-17 | 2012-07-27 | Turbomeca | Turbomoteur a arbres paralleles |
EP2433080A4 (de) * | 2009-05-22 | 2014-12-10 | Us Gov Sec Navy | Kompakter radialgegenfluss-rekuperator |
MY157599A (en) | 2009-09-13 | 2016-06-30 | Lean Flame Inc | Combustion cavity layouts for fuel staging in trapped vortex combustors |
GB2494122A (en) * | 2011-08-29 | 2013-03-06 | Matthew George Salisbury | Boundary layer turbine with heat recovery |
CN104246177A (zh) * | 2012-02-21 | 2014-12-24 | 巴布科克·博西格·施泰因米勒有限公司 | 具有管状同流换热器的微型燃气涡轮机设备 |
NL2013537B1 (en) * | 2014-09-26 | 2016-09-29 | Innecs B V | Apparatus for expanding a compressed combustion gas. |
RU2626268C1 (ru) * | 2016-08-17 | 2017-07-25 | Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" | Устройство турбодетендера с регулированием давления в газовой магистрали |
FR3097257B1 (fr) * | 2019-06-17 | 2021-07-02 | Sogeclair Sa | Echangeur thermique de refroidissement d'un moteur propulsif d'aéronef. |
EP4058663A4 (de) * | 2019-11-11 | 2024-03-20 | TNS Teknologi | Gasturbinenmotor |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB642585A (en) * | 1945-06-02 | 1950-09-06 | Lockheed Aircraft Corp | Improvements in or relating to an internal combustion turbine power plant |
GB726347A (en) * | 1952-04-03 | 1955-03-16 | Vlastimir Davidovitch | Improvements in or relating to gas turbine engines or units |
US2925714A (en) * | 1954-10-11 | 1960-02-23 | Thompson Ramo Wooldridge Inc | Diffuser-regenerator gas turbine engine |
US3507115A (en) * | 1967-07-28 | 1970-04-21 | Int Harvester Co | Recuperative heat exchanger for gas turbines |
US3831374A (en) * | 1971-08-30 | 1974-08-27 | Power Technology Corp | Gas turbine engine and counterflow heat exchanger with outer air passageway |
US3818984A (en) * | 1972-01-31 | 1974-06-25 | Nippon Denso Co | Heat exchanger |
JPS5145728B2 (de) * | 1972-08-21 | 1976-12-04 | ||
US4070825A (en) * | 1974-11-26 | 1978-01-31 | United Turbine Ab & Co. | Gas turbine power plant |
-
1977
- 1977-10-06 DE DE2744899A patent/DE2744899C3/de not_active Expired
-
1978
- 1978-10-03 US US05/948,245 patent/US4213297A/en not_active Expired - Lifetime
- 1978-10-05 GB GB7839480A patent/GB2005355B/en not_active Expired
- 1978-10-05 FR FR7828495A patent/FR2405365A1/fr active Granted
- 1978-10-06 JP JP12278678A patent/JPS5460608A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2744899C3 (de) | 1982-02-11 |
GB2005355B (en) | 1982-01-27 |
FR2405365B1 (de) | 1985-03-22 |
JPS5460608A (en) | 1979-05-16 |
US4213297A (en) | 1980-07-22 |
JPS6139495B2 (de) | 1986-09-04 |
GB2005355A (en) | 1979-04-19 |
FR2405365A1 (fr) | 1979-05-04 |
DE2744899A1 (de) | 1979-04-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2744899C3 (de) | Gasturbinenanlage für den Antrieb von Fahrzeugen | |
DE2712136C3 (de) | Gasturbinenanlage für den Antrieb von Fahrzeugen | |
DE3503103C2 (de) | ||
DE2406277C2 (de) | Kühllufteinlaß | |
DE2719307A1 (de) | Gegenstromwaermetauscher | |
EP0588185B1 (de) | Regenerativ-Wärmetauscher | |
DE2342174B2 (de) | Anschlussvorrichtung fuer einen plattenwaermeaustauscher an einem rahmen einer turbine | |
DE2842410A1 (de) | Gasturbinenanlage | |
DE2513183B2 (de) | Waermekraftmaschinenanlage | |
DE2713174A1 (de) | Waermetauscher fuer einen stirlingmotor, insbesondere fuer kraftfahrzeuge | |
EP1724544A1 (de) | Wärmeaustauschverfahren und Wärmetauscher | |
DE2338147A1 (de) | Rotierender schachtofen mit gekuehltem brennerrohr | |
DE1476773A1 (de) | Rekuperativeinrichtung fuer ein Gasturbinentriebwerk | |
DE2443362B2 (de) | Gasturbinentriebwerk mit einer Wärmetauscheranlage | |
DE3424345A1 (de) | Brennkammer | |
WO2015028052A1 (de) | Rekuperator, mikrogasturbine und verwendung des rekuperators | |
DE2353956C3 (de) | Gasturbinenanlage | |
DE1476798A1 (de) | Dichtungseinrichtung fuer Rotations-Luftvorwaermer von Gasturbinenanlagen,insbesondere Flugzeuggasturbinenanlagen | |
DE2950533C2 (de) | Rekuperator | |
DE19648508C1 (de) | Industrielle Abluftreinigungsvorrichtung | |
DE3103034C2 (de) | Rekuperator | |
DE2301222A1 (de) | Rekuperator, insbesondere zum waermeaustausch zwischen dem abgas und der zu verdichtenden luft in einer gasturbine | |
DE2601181C2 (de) | Vorrichtung zur thermischen Reinigungsbehandlung eines Abgases | |
DE2553200C2 (de) | Regenerativ-Wärmetauscher zum getrennten Aufwärmen von wenigstens zwei parallel geführten Gasströmen | |
DE1451247C (de) | Regenerativ-Wärmetauscher mit zwei Rotoren |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAP | Request for examination filed | ||
OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |