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Diese
Erfindung betrifft allgemein Gasturbinenantriebe und insbesondere
Wärmeaustauscher, die
in Gasturbinenantrieben verwendet werden.
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Mindestens
eine bekannte Gasturbinenbauart nutzt einen Wärmeaustauscher, der allgemein
als Rekuperator bezeichnet wird, um die Reduktion des spezifischen
Brennstoffverbrauchs zu ermöglichen. Insbesondere
wird Luft unter Druck aus dem Verdichterabschnitt des Gasturbinenantriebs
aus der Gasturbine ausgeleitet und so durch den Wärmetauscher geführt, dass
die heißen
Abgasgase der Gasturbine die Betriebstemperatur der unter Druck
stehenden Luft ansteigen lässt,
bevor diese der Brennkammer zugeführt wird.
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Bekannte
Wärmetauscheranordnungen
sind zwischen der Abgasbox und dem Abgasstack der Gasturbine angeordnet.
Mindestens einige der bekannten Wärmetauscheranordnungen enthalten
ein Paar von Wärmetauschern,
die so in parallel beabstandeter Beziehung verbunden sind, dass
ein Raum, der als Bypass-Dukt bekannt ist, dazwischen definiert
wird. Der Bypass-Dukt ist nahe an dem Butterfly-Ventil angeordnet.
Da die bekannten Wärmetauscher
typischerweise groß und
rechtwinkelig sind, sind derartige Wärmetauscher extern oder außerhalb der
Gasturbine angeordnet. Demzufolge werden die Luft vom Verdichter
und die Abgase in und aus dem Wärmetauscher
durch ein LEitungssystem geleitet, das den Wärmetauscher mit der Gasturbine
koppelt. Als ein Ergebnis nehmen bekannte Wärmetauscheranordnungen ein
relativ großes
Volumen ein, das oftmals größer ist,
als das Volumen, das von der Gasturbine selbst eingenommen wird.
Die daraus folgende große
und unregelmäßige Wärmetauscheranordnung,
die mit dem zusätzlichen
Gewicht und Kosten des Wärmetauschers
und des Leitungssystems verbunden ist, macht allgemein regenative
Maschinensysteme für
Luftfahrtzwecke ungeeignet.
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Obwohl
der Antrieb mit Wärmetauscher
allgemein eine bessere spezifischen Brennstoffausnutzung bei niedriger
Leistung erreicht als bekannte Gasturbinenantriebe, kann zusätzlich ein
Verlust des totalen gasseitigen Drucks des heißen Abgasstroms durch das Abgasystem
des Wärmetauschers
relativ hoch sein, wenn derartige Antriebe mit einer Wärmetauscheranordnung
und bei einer höheren
Betriebstemperatur betrieben werden. Der angestiegene gasseitige
Druckverlust, der durch die Wärmetauscheranordnung
hervorgerufen ist, kann zu einem steigenden Brennstoffverbrauch
führen.
Darüber
hinaus wird im Allgemeinen gewünscht,
dass die Größe so klein wie
möglich
sein soll, ist weniger Raum für
ein Bypass-System verfügbar
ist, was zu einem hohen totalen Druckverlusten im Abgas während den
Hochleistungsantriebs-Betriebsbedingungen führen kann. Die
GB 1084889 offenbart eine Gasturbine
mit einem Wärmetauscher,
der den Antrieb umgibt. Im Betrieb strömt ein komprimiertes Fluid
von der Hochdruckseite des Verdichters in den u-förmigen Wärmetauscher zu
der Turbine, wobei es durch das Abgas aus dem Verbrennungsprozess
aufgeheizt wird.
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Aufbau
eines Gasturbinenantriebs geschaffen. Das Verfahren enthält die Herstellung
eines Wärmetauschers
mit einem ersten Übergangsstück, das
einen Einlass und einen Auslass aufweist, einer erste Anzahl von
Wärmetauscherelementen,
die in Strömungsverbindung
mit dem Einlass des Übergangsstücks gekoppelt
sind, einer zweiten Anzahl von Wärmeaustauscherelementen, die
in Strömungsverbindung
mit dem Auslass des Übergangs
gekoppelt sind, und mehreren Kanälen, die
in Strömungsverbindung
zwischen der ersten und der zweiten Anzahl von Wärmetauscherelementen angeordnet
sind, um zu ermöglichen,
dass die Verdichterluft aus der ersten Anzahl der Wärmetauscherelemente
zu der zweiten Anzahl der Wärmetauscherelementen
geleitet werden, wobei die Wärmetauscheranordnung
mit dem Gasturbinenantrieb derart verbunden ist, dass der Wärmetauscher
bezogen auf eine Drehsachse des Gasturbinenantriebs im Wesentlichen
konzentrisch positioniert ist, und derart, dass der Wärmetauscher
konfiguriert ist, um die vom Verdichter abgegebene Luft zu empfangen
und die Verdichterluft in die Brennkammer zu leiten.
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In
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Wärmetauschervorrichtung
für einen
Gasturbinenantrieb geschaffen. Die Wärmetauschervorrichtung weist
einen ringförmigen
Wärmeaustauscher
auf, der in Strömungsverbindung
mit einem Verdichter steht. Der Wärmetauscher enthält ein erstes Übergangsstück, das
einen Einlass und einen Auslass aufweist, worin der Einlass des Übergangsstücks eine
Querschnittsfläche
aufweist, die umgekehrt proportional zu der Querschnittsfläche des
Auslasses des Übergangsstücks ist,
eine erste Anzahl von Wärmetauscherelementen,
die in Strömungsverbindung
mit dem Einlass des Übergangsstücks stehen,
eine zweite Anzahl von Wärmeaustauscherelementen,
die in Strömungsverbindung
mit dem Auslass des Übergangs
stehen, und mehrere Kanäle,
die in Strömungsverbindung
mit der ersten und der zweiten Anzahl von Wärmetauscherelementen stehen,
um zu ermöglichen,
dass Verdichterluft aus der ersten Anzahl der Wärmetauscherelemente zu der
zweiten Anzahl der Wärmetauscherelementen geleitet
wird.
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In
einem weiteren Aspekt wird ein Gasturbinenantrieb geschaffen. Der
Gasturbinenantrieb enthält
einen Verdichter, eine Brennkammer, die stromabwärts von dem Verdichter angeordnet
ist, eine Turbine, die in Strömungsverbindung
mit der Brennkammer steht, und eine Wärmetauschervorrichtung. Die Wärmetauscheranordnung
weist einen ringförmigen Wärmetauscher
auf, der in Strömungsverbindung
mit dem Verdichter steht. Der Wärmetauscher
enthält
ein erstes Übergangsstück, das
einen Einlass und einen Auslass aufweist, worin der Einlass des Übergangsstücks eine
Querschnittsfläche
aufweist, die umgekehrt proportional zu der Querschnittsfläche des
Auslasses des Übergangsstücks ist,
eine erste Anzahl von Wärmetauscherelementen,
die in Strömungsverbindung
mit dem Einlass des Übergangsstücks gekoppelt
sind, eine zweite Anzahl von Wärmetauscherelementen,
die in Strömungsverbindung
mit dem Auslass des Übergangsstücks stehen,
und mehrere Kanäle,
die in Strömungsverbindung
mit der ersten und der zweiten Anzahl von Wärmetauscherelementen stehen,
um zu ermöglichen,
dass die Verdichterluft aus der ersten Anzahl der Wärmetauscherelemente
zu der zweiten Anzahl der Wärmetauscherelemente
geleitet wird.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend an Hand von Beispielen beschrieben
in Bezug auf die nachfolgende Zeichnung, in der:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines beispielhaften Gasturbinenantriebs 10 ist,
der einen beispielhaften Wärmetauscher 50 enthält,
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2 eine
schematische Ansicht des in 1 gezeigten
Gasturbinenantriebs ist,
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3 eine
schematische Darstellung des in 1 gezeigten
Gasturbinenantriebs ist, der die beispielhafte Wärmetauscheranordnung enthält,
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4 eine
als Endansicht bezeichnete frontale Ansicht des Endes der Wärmetauscheranordnung
von 3 ist,
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5 eine
ebene Ansicht eines ersten Übergangsstücks ist,
das in den 3 und 4 gezeigt ist,
und
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6 eine
ebene Ansicht eines zweiten Übergangsstücks ist,
das in den 3 und 4 gezeigt
ist,
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7 eine
schematische Darstellung des Gasturbinenantriebs ist, der in 1 gezeigt
ist, einschließlich
einer alternativen Ausführungsform
einer Wärmetauscheranordnung.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Gasturbinenantriebs 10,
der eine Wärmetauscheranordnung 50 enthält. 2 ist
ein Blockdiagramm eines Gasturbinenantriebs 10 (nicht in 1 gezeigt).
Der Gasturbinenantrieb 10 enthält in serieller Strömungsbeziehung
einen Niederdruckverdichter oder Booster 14, einen Hochdruckverdichter 16,
eine Brennkammer 18, eine Hochdruckturbine 20,
eine Niederdruck- oder Zwischenturbine 22 und eine Leistungsturbine
oder freie Turbine 24. Der Niederdruckverdichter oder Booster 14 weist
einen Einlass 26 und einen Auslass 28 auf und
der Hochdruckverdichter 16 enthält einen Einlass 30 und
einen Auslass 32. Die Brennkammer 18 weist einen
Einlass 34 auf, der im Wesentlichen mit dem Auslass des
Hochdruckverdichters 32 zusammenfällt, und einen Auslass 36.
In einer Ausführungsform
ist die Brennkammer eine trockene Niederemissions-(dry low emission:
DLE)-Brennkammer.
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Die
Hochdruckturbine 20 ist mit dem Hochdruckverdichter 16 über eine
erste Drehachse 40 verbunden und die Niederdruckturbine 22 ist
mit dem Niederdruckverdichter 14 über eine zweite Drehachse 42 verbunden.
Die Rotorwellen 40 und 42 sind jeweils im Wesentlichen
koaxial bezogen auf eine longitudinale Zentrumslinien-Drehachse 43 des
Antriebs 10 ausgerichtet. Der Antrieb 10 kann
verwendet werden, um eine (nicht gezeigte) Last anzutreiben, die mit
einer Leistungsturbinenwelle 42 gekoppelt ist. Alternativ
kann die Last mit einer (nicht gezeigten) Vorwärtsverlängerung der Rotorwelle 42 gekoppelt
sein.
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Im
Betrieb wird Umgebungsluft, die in den Niederdruckverdichtereinlass 26 eingesaugt
wird, verdichtet und stromabwärts
in den Hochdruckverdichter 16 geleitet. Der Hochdruckverdichter 16 verdichtet
die Luft weiter und liefert Luft unter hohem Druck zur Brennkammer 18,
wo diese mit dem Brennstoff gemischt wird und das Gemisch gezündet wird,
um Verbrennungsgase mit hoher Temperatur zu erzeugen. Die Verbrennungsgase
werden von der Brennkammer 18 zum Antreiben der Turbinen 20, 22 und 24 geleitet.
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Die
Ausgangsleistung des Antriebs 10 ist zumindest teilweise
von Betriebstemperaturen der Gasströmung an verschiedenen Orten
entlang des Gasströmungspfades
abhängig.
Genauer gesagt wird in einer beispielhaften Ausführungsform die Gasströmung am
Hochdruckverdichterausgang 32 und bei einer Betriebstemperatur
der Gasströmung
am Brennkammerausgang 36 während dem Betrieb des Antriebs 10 eng überwacht.
Ein Ansteigen der Betriebstemperatur der Gasströmung, die in die Brennkammer 18 eintritt,
ermöglicht
eine Steigerung der spezifischen Brennstoffausnutzung des Antriebs 10.
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3 ist
eine Seitenansicht der Wärmetauscheranordnung 50,
die in 1 gezeigt ist. 4 ist eine
als Endansicht bezeichnete Frontalansicht vom Ende her der Wärmetauscheranordnung 50 gesehen. 5 ist
eine ebene Ansicht eines ersten Übergangsstücks. 6 ist
eine ebene Ansicht eines zweiten Übergangsstücks. In einer beispielhaften Ausführungsform
ist die Wärmetauscheranordnung 50 entfernbar
mit einem Gasturbinenhintergehäuse 52 des
Gasturbinenantriebs 50 gekoppelt und enthält ein äußeres Gehäuse 54,
ein erstes Übergangsstück 56,
ein zweites Übergangsstück 58 und
einen Wärmetauscher 60,
der mit dem äußeren Gehäuse 54 gekoppelt
ist, und der in Strömungsverbindung
mit dem ersten und zweiten Übergangsstück 56 und 58 steht.
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In
einer Ausführungsform
sind das erste Übergangsstück 56 und
das zweite Übergangsstück 58 als
ein zusammenhängendes,
einheitliches Übergangsstück ausgebildet.
In einer anderen Ausführungsform
sind das erste Übergangsstück 56 und
das zweite Übergangsstück 58 als
einzelne Komponenten hergestellt und werden verbunden, bevor diese mit
dem äußeren Gehäuse 54 gekoppelt
werden. In einer anderen Ausführungsform
sind das erste Übergangsstück 56 und
das zweite Übergangsstück 58 als
Ganzes zusammen mit dem äußeren Gehäuse 54 hergestellt.
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Wie
hierin beschrieben wird, erstrecken sich das erste Übergangsstück 56 und
das zweite Übergangsstück 58 360° um eine äußere Fläche des äußeren Gehäuses 54.
In einer beispielhaften Ausführungsform
erstrecken sich das erste und das zweite Übergangsstück 56 und 58 jeweils
ungefähr
um 180 Grad um eine äußere Fläche des äußeren Gehäuses 54 herum.
Das erste Übergangsstück 56 enthält einen
Einlass 70 und einen Aus lass 72 und das zweite Übergangsstück 58 enthält einen
Einlass 74 und einen Auslass 76.
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Der
Wärmetauscher 60 enthält mehrere Wärmetauscherelemente
oder Verstrebungen 80, die sich im Wesentlichen umfänglich um
einen Durchmesser der Antriebsinnenseite zwischen einem äußeren Umfang
einer befestigten Plugdüse 82 und
einem inneren Umfang des jeweiligen Übergangsstücks 56, 58 erstrecken.
Genauer gesagt enthält
der Wärmetaucher 60 eine
erste Gruppe von Wärmetauscherelementen 84 und
eine zweite Gruppe von Wärmetaucherelementen 86,
die mit der ersten Gruppe der Wärmetauscherelemente 84 so
verschachtelt ist, dass mindestens ein Wärmetauscherelement 84 zwischen
mindestens zwei benachbarten Wärmetauscherelementen 86 positioniert
sind.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
enthält
das Wärmetauscherelement 84 eine Öffnung 90 derart,
dass jedes Wärmetauscherelement 84 in Strömungsverbindung
mit den jeweiligen Übergangsstückeinlässen 70 und 74 steht
und jedes Wärmetauscherelement 86 in
Strömungsverbindung
mit den jeweiligen Übergangsstückauslässen 72 und 76 steht.
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Der
Wärmetauscher 60 enthält ebenfalls mehrere
Kanäle 94,
die sich zwischen die mehreren Verstrebungen 80 erstrecken.
Genauer gesagt und in einer beispielhaften Ausführungsform erstrecken sich
die mehreren Kanäle 94 zwischen
einem Wärmetauscherelement 84 und
mindestens einem benachbarten Wärmetauscherelement 86 derart,
dass Luft, die in mindestens ein Wärmetaucherelement 84 eintritt,
durch die mehreren Kanäle 94 geleitet
wird und aus dem mindestens einen benachbarten Wärmetauscherelement 86 heraus
tritt, um zu ermöglichen,
dass die vom Verdichter kommende Luft erwärmt wird.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform weist
das erste Übergangsstück 56 eine
erste Querschnittsfläche 100 und
eine zweite Querschnittsfläche 102 auf,
die umgekehrt proportional zu der ersten Querschnittsfläche 100 ist.
Genauer gesagt ist das erste Übergangsstück 56 durch
einen Teiler 104 so getrennt oder geteilt, dass die Wärmetauscherelemente 84 in
Strömungsverbindung
mit dem Übergangstückeinlass 70 gekoppelt
sind und die Wärmetaucherelemente 86 in
Strömungsverbindung
mit dem Übergangsstückauslass 72 gekoppelt
sind.
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Das
zweite Übergangsstück 58 enthält eine erste
Querschnittsfläche 110 und
eine zweite Querschnittsfläche 112,
die umgekehrt proportional zu der ersten Querschnittsfläche 110 ist.
Genauer gesagt ist das zweite Übergangsstück 58 durch
einen Teiler 114 so geteilt, dass die Wärmetauscherelemente 86 in Strömungsverbindung
mit dem Übergangsstückauslass 76 gekoppelt
sind.
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Die
Wärmetauscheranordnung 50 enthält ebenfalls
mindestens eine Verdichterauslassleitung 120, beispielsweise
eine kalte Leitung, und mindestens eine Brennkammereinlassleitung 122,
beispielsweise eine heiße
Leitung. In der beispielhaften Ausführungsform enthält die Wärmetauscheranordnung 50 zwei
Verdichterauslassleitungen 120, beispielsweise zwei kalte
Leitungen, und zwei Brennkammereinlassleitungen 122, beispielsweise
zwei heiße
Leitungen.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
ist der Wärmetauscher 60 ein
kreisringförmiger
Wärmetauscher,
der innerhalb des äußeren Gehäuses 54 positioniert
ist. In einer anderen Ausführungsform
ist der Wärmetauscher 60 mindestens
ein radialer Wärmetauscher
und/oder ein Querströmungswärmetauscher,
der innerhalb des äußeren Gehäuses 54 positioniert
ist.
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Während der
Installation der Wärmetauscheranordnung 50 ist
die Wärmetauscheranordnung 50 mit
dem hinteren Gehäuse 52 des
Gasturbinenantriebs so gekoppelt, dass der Wärmetauscher 60 im
Wesentlichen konzentrisch bezogen auf die Drehsachse 43 des
Gasturbinenantriebsausgerichtet ist. Eine Dichtungsvorrichtung (nicht
gezeigt) ist hinten von der letzten Stufe des Verdichters 16 positioniert,
um zu ermöglichen,
dass die verdichtete Luft zu den Wärmetauscherelementen 84 jeweils über die ersten
und zweiten Übergangseinlässe 70 und 74 geleitet
wird. Genauer gesagt ist in einer beispielhaften Ausführungsform
ein erstes Ende 130 der jeweiligen Verdichterauslassleitung 120 in
Strömungsverbindung
mit dem Verdichter 16 und ein zweites Ende 132 der
Verdichterauslassleitung 120 ist jeweils mit den zweiten Übergangsstückeinlässen 70 und 74 so gekoppelt,
dass der Verdichter 16 in Strömungsverbindung mit den Übergangsstücken 56 und 58 steht. Zusätzlich ist
ein erstes Ende 134 der jeweiligen Brennkammereinlassleitung 122 mit
der Brennkammer 188 gekoppelt und ein zweites Ende 134 der Brennkammereinlassleitung 122 ist
mit dem ersten und zweiten Übergangsstückauslässen 72 und 76 so gekoppelt,
dass die Brennkammer 18 in Strömungsverbindung mit den Übergangsstücken 56 und 58 steht.
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Während des
Betriebs wird die Verdichterluft aus dem Verdichter 16 über die
Verdichterauslassleitung 120 jeweils zu den Übergangsstücken 56 und 58 geleitet.
Genauer gesagt wird die Verdichterluft von dem Verdichter 16 über die
Verdichterauslassleitung 120 zu den ersten und zweiten Übergangsstückeinlässen 70 und 74 geleitet.
Die Verdichterluft wird dann durch die Öffnung 90 der jeweiligen
ersten Gruppe von Wärmetauschern 84 und
dann durch die Anzahl von Kanälen 94 geleitet,
worin die relativ kühle
verdichtete Abgas ihre Wärme
mit den heißen
Auslassgasen des Gasturbinenantriebs 10 austauscht. Die
erwärmte
Verdichterluft wird dann durch eine zweite Gruppe von Wärmetauschern 86 durch
die Öffnungen 92 geleitet,
durch die ersten und zweiten Übergangsstückauslässe 72 und 76 und
kehrt über die
Brennkammereinlassleitung 122 in den Antrieb 10 zurück, wobei
die erwärmte
verdichtete Luft in den Brennkammerbereich 18 geleitet
wird.
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Die
vorstehend beschriebene Wärmetauscheranordnung
schafft eine kostengünstige
und zuverlässige
Einrichtung, um eine Steigerung der spezifischen Brennstoffausnutzung
eines Gasturbinenantriebs zu ermöglichen
oder zu unterstützen.
Genauer gesagt enthält
die Wärmetauscheranordnung einen
ringförmigen
Wärmetauscher,
der mir einem hinteren Gehäuse
der Turbine gekoppelt ist. Der ringförmige Wärmetauscher ist verglichen
mit bekannten Wärmetauschern
relativ klein und ermöglicht
folglich, dass der Wärmetauscher
innerhalb des Gasturbinenantriebsaußengehäuses hinten an den Gasturbinenantrieb
gekoppelt ist, worin bekannte Wärmeaustauscher
wegen des begrenzten Raums und Platzbeschränkungen nicht verwendet werden
können.
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7 ist
eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines Wärmetauschers 200, der
mit der Gasturbine 10 (nicht gezeigt in 1)
verwendet werden kann. Die Wärmetauscheranordnung 200 ist
im Wesentlichen ähnlich
der Wärmetauscheranordnung 50 (gezeigt
in den 3–6)
und Komponenten der Wärmetauscheranordnung 200, die
identisch mit Komponenten der Wärmetauschersanordnung 50 sind,
werden in 7 unter Verwendung derselben
Bezugszeichen bezeichnet, die in den 3 bis 6 verwendet
werden.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
ist die Wärmetauscheranordnung 200 entfernbar
mit einer einem hinteren Gehäuse 52 der
Gasturbine des Gasturbinenantriebs 10 gekoppelt und enthält ein äußeres Gehäuse 54,
ein erstes Übergangsstück 56, ein
zweites Übergangsstück 58 und
einen Wärmetauscher 60,
der mit dem äußeren Gehäuse 54 gekoppelt
ist. In einer Ausführungsform
sind das erste Übergangsstück 56 und
das zweite Übergangsstück 58 als
eine zusammenhängende
Einheit ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform sind das erste Übergangsstück 56 und
das zweite Übergangsstück 58 als
separate Komponenten hergestellt und werden zusammen verbunden bevor
diese mit dem äußeren Gehäuse 54 verbunden
werden. In einer weiteren Ausführungsform
werden das erste Übergangsstück 56 und
das zweite Übergangsstück 58 einheitlich
oder einstückig
mit dem äußeren Gehäuse 54 gebildet.
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Die
Wärmetauscheranordnung 200 enthält ebenfalls
eine variable Plugdüsenantriebsanordnung 204,
die einen elektrischen Motorantriebsanordnung 206 enthält, die
mit einer Antriebsvorrichtung 208 gekoppelt ist. Die variable
Plugdüse 202 enthält eine Düse 210 und
eine Antrieb- oder Ansteuerteil 212, der mit der Düse 210 verbunden
ist. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Antriebsvorrichtung 208 ein
Schneckenantrieb und der Ansteuerteil 212 ist verschiebbar
mit der Antriebsvorrichtung 208 so gekoppelt, dass wenn
die Motoranordnung 206 aktiviert wird, die Antriebsvorrichtung 208 entweder
in einer ersten Richtung 214 oder in einer zweiten Richtung 216 dreht.
Die drehende Antriebsvorrichtung 208, die entweder in einer
ersten Richtung 214 oder in einer zweiten Richtung 216 gedreht
werden kann, ermöglicht
es, dass die Döse 202 jeweils
entweder in eine erste axiale Richtung 218 oder eine zweite
axiale Richtung 220 übergeht.
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Während der
Installation der Wärmeaustauscheranordnung 200 ist
die Wärmetauscheranordnung 200 mit
dem hinteren Gehäuse 52 der
Turbine so verbunden, dass der Wärmetauscher 60 im
Wesentlichen konzentrisch bezogen auf die Drehsachse 43 des
Gasturbinenantriebs 10 ausgerichtet ist. Eine Dichtungsvorrichtung
(nicht gezeigt) ist hinter der letzten Stufe des Verdichters 16 angeordnet,
um zu ermöglichen,
dass verdichtete Luft zu den Wärmetauscherelementen 82 jeweils über die
ersten und zweiten Übergangsstückseinlässe 70 und 74 geleitet wird.
Genauer gesagt ist in der beispielhaften Ausführungsform eine erstes Ende 130 von
jeder der jeweiligen Verdichterauslassleitungen 120 in
Strömungsverbindung
mit dem Verdichter 16 gekoppelt und ein zweites Ende 132 der
Verdichterauslassleitung 120 ist mit den jeweiligen ersten
und zweiten Übergangsstückeinlässen 70 und 74 so
gekoppelt, dass der Verdichter 16 in Strömungsverbindung
mit den Übergangsstücken 56 und 58 steht.
Zusätzlich ist
ein erstes Ende 134 von jeder der jeweiligen Brennkammereinlassleitungen 122 mit
der Brennkammer 18 gekoppelt und ein zweites Ende 134 der Brennkammereinlassleitung 122 ist
mit den jeweiligen ersten und zweiten Übergangsstückauslässen 72 und 76 so
gekoppelt, dass die Brennkammer 18 in Strömungsverbindung
mit den Übergangsstücken 56 und 58 steht.
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In
einer Ausführungsform
wird die variable Düsenanordnung 202 von
einer ersten Position 222 in eine zweite Position 224 durch
Aktivieren der Motorantriebsanordnung 204 überführt. Die
Aktivierung der Motorantriebseinrichtung 204, beispielsweise des
Motors 206, dreht die Vorrichtung 208 in eine zweite
Richtung 216. Da die Antriebsbereich 212 sowohl
mit dem Antriebsmechanismus 208 als auch mit der Düse 210 verbunden
ist, führt
der Drehmechanismus 208 die Düse 210 von einer ersten
Richtung 218 in eine zweite Richtung 220 über und
folglich wird ein wesentlicher Anteil der Verdichterluft durch den
Wärmetauscher 60 geleitet,
um die Erwärmung
der Verdichterluft zu ermöglichen.
Die Erwärmung
eines wesentlichen Anteils der Verdichterluft und die Leitung der
erwärmten
Luft zu der Brennkammer 18 ermöglicht es, die spezifische
Brennstoffausnutzung des Gasturbinenantriebs 10 zu erhöhen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ermöglicht
die Aktivierung der Motorantriebsanordnung 204, dass die
variable Düsenanordnung 202 von
einer zweiten Position 224 in eine erste Position 222 Bereich übergeht.
Die Aktivierung der Motorantriebsanordnung 204, beispielsweise
des Motors 206, dreht die Antriebesanordnung 208 in
eine erste Richtung 214. Da der Antriebsteil 212 sowohl
mit dem Antriebsmechanismus 208 als auch mit der Düse 210 gekoppelt
ist, bewirkt das Drehen des Antriebsmechanismus 208, dass
die Düse 210 von
der zweiten Richtung 220 in die erste Richtung 218 übergeht
und folglich einen wesentlichen Anteil der verdichteten Luft um
den Wärmetauscher 60 herum
und durch den Antriebsauslass zu leiten, wenn die erwärmte Brennkammerluft
nicht benötigt
oder gewünscht
wird.
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Die
vorstehend beschriebenen Wärmeaustauscheranordnungen
schaffen kostengünstige
und zuverlässige
Einrichtungen, um eine Steigerung der spezifischen Brennstoffausnutzung
eines Gasturbinenantriebs zu ermöglichen.
Genauer gesagt enthält die
Wärmetaucheranordnung
einen ringförmigen Wärmetauscher,
der mit einem hinteren Gehäuse
der Turbine gekoppelt ist. Der ringförmige Wärmetauscher ist verglichen
mit bekannten Wärmetauschern relativ
klein, und ermöglicht
folglich, dass der Wärmetauscher
innerhalb des Gasturbinenantriebsaußengehäuses hinten an mit dem Gasturbinenantrieb
gekoppelt ist. Der vorstehen beschriebene Wärmetauscher kann folglich mit
mehreren bekannten Gasturbinenantrieben in einer Vielzahl von unterschiedlichen
Anwendungen verwendet werden. Beispielsweise kann der vorstehend
beschriebene Wärmetauscher
mit Gasturbinenantrieben gekoppelt werden, die in Flugzeugen, Hubschraubern
und weiteren Schiffs-Anwendungen verwendet werden. Darüber hinaus
kann der vorstehen beschriebene Wärmetauscher in mehreren Anwendungen
verwendet werden, worin die bekannten Wärmetauscher wegen der begrenzten
Raum und Platzbeschränkungen
nicht verwendet werden können.
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Die
vorstehend beschriebene Wärmetauscheranordnung
kann vormontiert werden, bevor die Wärmeaustauscheranordnung in
den Gasturbinenantrieb eingebaut wird. Genauer gesagt, kann die Wärmetauscheranordnung
als ein Bausatz bereitgestellt werden, der mit einem existierenden
Antrieb gekoppelt werden kann. Folglich sind die Hauptkomponenten,
beispielsweise der Wärmetauscher,
die Einlass- und Auslassübergangsstücke, die
Düse und das äußere Gehäuse vormontiert,
um die Wärmeaustauscheranordnung
zu installieren. Die Hauptkomponenten sind dann mit dem hinteren
Gehäuse der
Turbine verbunden, die Verdichterauslassleitung wird mit dem Einlassübergangsstück verbunden
und die Verdichtereinlassleitung wird mit dem Auslassübergangsstück verbunden,
um die Installation an jedem bekannten Gasturbinenantrieb zu vervollständigen.
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Beispielhafte
Ausführungsformen
einer Wärmetauscheranordnung
sind vorstehend genauer beschrieben. Die dargestellten Komponenten
oder Bestandteile der Wärmetauscheranordnung
sind nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt, die
darin beschrieben sind, sonder es können eher Komponenten von jeder
Wärmetauscheranordnung verwendet
werden unabhängig
und einzeln von anderen hierin beschriebener Komponenten. Beispielsweise
kann der ringförmige
Wärmetauscher,
der vor stehend beschrieben wurde, ebenfalls in Kombination mit einem
anderen Antriebsbrennkammersystem verwendet werden.