DE4207667A1

DE4207667A1 - Waermekraftmaschine mit abgaswaermetauscher

Info

Publication number: DE4207667A1
Application number: DE19924207667
Authority: DE
Inventors: Heinz Schneider; Peter Dipl Ing Lohse
Original assignee: STROEMUNGSMASCHINEN GmbH
Current assignee: STROEMUNGSMASCHINEN GmbH
Priority date: 1992-03-11
Filing date: 1992-03-11
Publication date: 1993-09-23

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine mit einem Abgaswärmetauscher, der konzentrisch zum Abgaskanal angeordnet ist.

Die Anordnung eines Wärmetauschers zum Beispiel in einer Gasturbinenanlage hat die Aufgabe, einen Teil der in den Abgasen enthaltenen Wärme zurückzu gewinnen bzw. nutzbar zu machen. So ist es möglich, über einen Wärmetauscher in einem gesonderten Kreislauf Heißwasser oder Dampf zu erzeugen, wenn die noch heißen Abgase einer Gasturbinenanlage durch einen Wärmetauscher geführt werden. Dazu wird über ein verschließbares Rohrsystem das Abgas direkt einem Wärmetauscher zugeführt oder über eine andere abgezweigte Leitung in die Atmosphäre direkt abgeleitet. Diese Einrichtung ist aufwendig und benötigt außerdem einen relativ großen Raum.

Weitere Wärmetauscheranordnungen bei Gasturbinenanlagen gehen davon aus, daß damit der thermodynamische Wirkungsgrad der Anlage bzw. der spezifische Brennstoffverbrauch der Anlage verbessert werden soll. So ist z. B. in der DD 20 285 ein rotierender Regenerator-Wärmetauscher für Gasturbinenanlagen beschrieben, der konzentrisch zum Abgaskanal der Gasturbine angeordnet ist. Hier läßt sich ein separater Kreislauf, der auch absperrbar sein muß, nicht einbinden.

In der DD 89 039 ist eine Gasturbine mit Wärmetauscher beschrieben, bei der die Frischluft in einem Strömungskanal der Ladeleitung zwischen dem Verdichter und den Brennkammern im Gegenstrom zur Strömung der heißen Abgase in einem benachbarten Kanal einer Auslaßsammelleitung mit Ringkanal geführt ist. Durch Rückgewinnung der in den Abgasen enthaltenen Wärme ist hierbei ebenfalls der thermodynamische Wirkungsgrad verbessert. Die Nutzung der in den Abgasen enthaltenen Wärme für einen Wärmetauscher, dessen Energie nicht für den thermodynamischen Prozeß der Gasturbinenanlage verwendet werden soll, ist hierbei ebenfalls nicht vorgesehen.

Eine Gasturbinenanlage entsprechend DE-OS 29 34 858 weist zwischen einer Brenn kammer und einer Turbine eine Leitung auf, die zwei koaxial ineinander ange ordnete Rohre besitzt. Das äußere Rohr verbindet einen Verdichter mit der Brennkammer und im inneren Rohr werden die heißen Gase von der Brennkammer zur Turbine geführt. Damit werden Wärmeverluste verringert, da die vom inneren Rohr übertragene Wärmeenergie mit der Verdichterluft zur Brennkammer zurückge führt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgaswärmetauscher in Verbindung mit der eingangs genannten Wärmekraftmaschine so zu gestalten, daß mittels eines Wärmetauschers ein separater Kreislauf zur Abgaswärmenutzung bei geringstem anlagentechnischen Aufwand separat zu- und abschaltbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Innenmantel des Wärmetauschers einen Teil des Abgaskanals der Gasturbinenanlage bildet und axial verschiebbar und gegen einen Verschlußteil bzw. gegen ein Abgaskanal wandteil dichtend angeordnet ist, wobei das Verschlußteil über mindestens drei Lagerteile mit dem Abgaskanalwandteil fest verbunden ist und die Lager teile mit Gleitflächen für den verschiebbaren Innenmantel versehen sind und abgasseitig zwischen dem Innenmantel des Wärmetauschers und einem Abgaskrümmer ein Ringspalt angeordnet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der axial verschiebbare Innen mantel des Wärmetauschers mit einem Dichtring versehen und weist je eine konisch verlaufende innere und äußere Dichtfläche auf, die vorzugsweise an der entsprechenden Gegenfläche am Verschlußteil bzw. an der Abgaskanalwand anliegt. Damit ist eine gute Abdichtung erreicht, insbesondere aber ein Ver klemmen der Dichtflächen vermieden.

Schließlich ist erfindungsgemäß der axial verschiebbare Innenmantel des Wärme tauschers abgasseitig mit einer gelenkig angeordneten Schubstange versehen, wobei die Schubstange axial durch einen Abgaskrümmer geführt ist.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung eines Wärmetauschers an einer Gasturbinenanlage,

Fig. 2 zeigt den Schnitt A-A,

Fig. 3 zeigt den Schnitt B-B.

Gem. Fig. 1 ist ein Wärmetauscher 1 konzentrisch zu einer Abgasdüse 2 einer nicht dargestellten Gasturbine angeordnet. Der Wärmetauscher 1 besteht im wesentlichen aus einem Außenmantel 3, einem Innenmantel 4 sowie aus Rohrbün deln 5, in denen das zu erwärmende Medium geführt wird. Zwischen der nicht dargestellten Gasturbinenanlage und dem Wärmetauscher 1 ist ein Abgaskanal wandteil 6 befestigt. Der Innenmantel 4 begrenzt gleichzeitig einen Teil des Abgaskanales 7 der Gasturbinenanlage und ist axial verschiebbar. Ein Verschlußteil 8 befindet sich innerhalb des Abgaskanals 7 und ist mit Hilfe von 3 Lagerteilen 9 mit dem Abgaskanalwandteil 6 fest verbunden. Am Verschluß teil ist ein Gasführungssegment 10 zur besseren Gasführung vom Abgaskanal 7 in den Wärmetauscher 1 angeordnet.

Die Lagerteile 9 besitzen Gleitflächen 11 für die Führung des axial verschieb baren Innenmantels 4 des Wärmetauschers 1. Der Innenmantel 4 ist mit einem Dichtring 12 versehen, der konisch ausgebildet ist. Er weist innere und äußere Dichtflächen 13 und 14 auf, die jeweils entsprechend der axialen Stellung des Innenmantels 4 am Verschlußteil 8 oder am Abgaskanalwandteil 6 dichtend anliegen. Abgasseitig ist hinter dem Wärmetauscher 1 ein Abgaskrümmer 15 befestigt. Die axiale Verschiebung des Innenmantels wird über eine Schub stange 16 realisiert, die ihrerseits mit einem nicht dargestellten Verstell motor bewegt wird. Die Schubstange 16 ist axial durch den Abgaskrümmer 15 nach außen geführt. Zwischen dem Abgaskrümmer 15 und dem Innenmantel 4 ist ein Ringspalt 18 vorgesehen.

Aus Fig. 2 und 3 ist die Lagerung bzw. Halterung des Innenmantels 4 erkennbar: Gasturbinenseitig sind 3 Lagerteile 9 vorgesehen und abgaskrümmerseitig sind 3 Führungslaschen 17 erkennbar.

In der gestrichelt dargestellten Stellung des Innenmantels 4 wird das Abgas direkt durch den Innenmantel 4 zum Abgaskrümmer 15 und von dort in die Atmo sphäre geleitet. Die voll ausgezogene Stellung des Innenmantels 4 zeigt die Abgasführung durch den Wärmetauscher 1, in welchem die in dem Abgas noch enthaltene Wärme einer Nutzung zugeführt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung und Ausbildung des Wärmetauschers werden kostenaufwendige Umgehungsleitungen mit Rauchgasklappen, die für einen separaten Wärmetauscher erforderlich sind, nicht notwendig.

Aufstellung der Bezugszeichen

1 Wärmetauscher
2 Abgasdüse
3 Außenmantel
4 Innenmantel
5 Rohrbündel
6 Abgaskanalwandteil
7 Abgaskanal
8 Verschlußteil
9 Lagerteil
10 Gasführungssegment
11 Gleitflächen
12 Dichtring
13 Dichtfläche
14 Dichtfläche
15 Abgaskrümmer
16 Schubstange
17 Führungslaschen
18 Ringspalt

Claims

1. Wärmekraftmaschine mit einem Abgaswärmetauscher, der konzentrisch zum Abgaskanal angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel des Wärmetauschers (1) einen Teil des Abgaskanals (7) der Gasturbinenanlage bildet und axial verschiebbar und gegen einen Verschlußteil (8) bzw. gegen ein Abgaskanalwandteil (6) dichtend angeordnet ist, wobei das Verschluß teil (8) über mindestens drei Lagerteile (9) mit dem Abgaskanalwandteil (6) fest verbunden ist und die Lagerteile (9) mit Gleitflächen (11) für den verschiebbaren Innenmantel (4) versehen sind und abgasseitig zwischen dem Innenmantel (4), des Wärmetauschers (1) und einem Abgaskrümmer (15) ein Ringspalt (18) angeordnet ist.

2. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschiebbare Innenmantel (4) des Wärmetauschers (1) mit einem Dicht ring (12) versehen ist und je eine konisch verlaufende innere und äußere Dichtfläche (13, 14) aufweist, die vorzugsweise an der entsprechenden Gegenfläche am Verschlußteil (8) bzw. am Abgaskanalwandteil (6) anliegt.

3. Wärmekraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschiebbare Innenmantel (4) des Wärmetauschers (1) abgas seitig mit einer gelenkig angeordneten Schubstange (16) versehen ist und die Schubstange (16) axial durch einen Abgaskrümmer (15) geführt ist.