DE691457C - Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleichen der Druc - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleichen der Druc

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DE691457C
DE691457C DE1938H0158058 DEH0158058D DE691457C DE 691457 C DE691457 C DE 691457C DE 1938H0158058 DE1938H0158058 DE 1938H0158058 DE H0158058 D DEH0158058 D DE H0158058D DE 691457 C DE691457 C DE 691457C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/12Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the combustion chambers having inlet or outlet valves, e.g. Holzwarth gas-turbine plants

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleichen der Druckschwankungen von Gasen hoher Temperatur Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleichen der Druckschwankungen von Gasen hoher Temperatur, vorzugsweise der Brenngase von Verpuffungsbrennkraftturbinen, deren Druckgefälle in einen Druckschwankungen aufweisenden Teil und im Druck ausgeglichene Teile zerlegt ist. Zur Verringerung der beim Druckausgleich auftretenden Wärmeverluste bietet sich zunächst die Wärmeisolierung der den Druckausgleichsraum einschließenden Wandungen an, wobei die Isolierung sowohl auf der äußeren als auch auf der inneren Begrenzungsfläche dieser Wandungen angebracht sein kann. Befindet sich die Isolierung auf der Außenseite dieser Wandungen, so nehmen letztere fast völlig die Brenngastemperatur an. Gleichzeitig sind sie in mechanischer Beziehung durch den Überdruck des Gases beansprucht. Dieser doppelten Beanspruchung können aber, wenn Gastemperaturen von rund 700° und mehr in Betracht zu ziehen sind, selbst kostspielige Werkstoffe auf die Dauer nur unzureichend widerstehen, so daß sich die Verwirklichung dieser Möglichkeit aus wirtschaftlichen Gründen verbietet. Ordnet man dagegen die Wärmeisolation an der inneren Begrenzungsfläche der den Druckausgleichsraum bildenden Wandungen an, so wird die Isolation den vollen Auswirkungen der Druck-, Temperatur- und Ausdehnungsschwankungen ausgesetzt. Erfahrungsgemäß gibt es keine Isolierung, die derartigen Beanspruchungen im Dauerbetriebe zufriedenstellend standhält, so daß es zu dem Vorschlag kam, die Behälterwandungen zu kühlen. Auch hier ergeben sich die beiden Möglichkeiten einer Außen-und Innenkühlung. Die Außenkühlung besitzt den Nachteil, daß die Wärmeverluste bei ausreichender Herabsetzung der Wandungstemperatur außerordentlich groß werden, so daß dieses Verfahren wiederum aus wirtschaftlichen Gründen ausscheidet. Ein hoher Wärmeentzug tritt aber auch dann auf, wenn eine Innenkühlung angewandt wird. Um diesen Wärmeentzug zu vermindern, hat man auf die Flüssigkeitskühlung verzichtet und die übergehende Wärme zur Überhitzung von Dampf benutzt, der durch die Wandung bekleidende Rohrschlangen geführt wird. Dabei ist aber das Eindringen von Brenngasen in den Zwischenraum zwischen den Überhitzerschlangen und der den Druckausgleichsraum bildenden Wandungen nicht zu vermeiden, da auch der Versuch, zwischen den einzelnen Rohrschlangen die Brenngase abhaltende Isolierungen anzubringen, mangels geeigneter Isolierungsstoffe nicht zum Erfolge führte. Infolgedessen erhöht sich der Wärmeübergang auf das durch die Rolir= schlangen geführte wärmeaufnehmende Mittel und die Behälterwandung wird gefährdet.
  • Eine Verbesserung dieser Verhältnisse konnte jedoch dadurch erzielt werden, daß die dem Druckausgleich dienenden Räume dem Einfluß von Temperaturen unterworfen wurden, die den mittleren Temperaturen den Ausgleichsraum erfüllender Gase entsprachen, so daß der Druckausgleich unter Verminderung oder Beseitigung des Wärmeabflusses aus den im Druck auszugleichenden Gasen erfolgte. Denn durch derartige Maßnahmen werden die den Druckausgleichsraum bildenden Wandungen von Temperatur- und zum Teil auch (bei Verwendung den Druckausgleichsraum umgebender heißer Druckgase) von Druckbeanspruchungen entlastet, so daß unter Verzicht auf alle Isolierungen, gegebeiienfalls Kühlungen, der Druckausgleichsbehälter aus vorhandenen Werkstoffen ausreichender Warmfestigkeit und Wirtschaftlichkeit hergestellt werden konnte.
  • Dem bekannten Vorschlag lag auch schon die Erkenntnis zugrunde, daß ein Teil der Brenngase während der Druckschwankungen ständig im Druckausgleichsraum zurückbleibt, sich durch die verbleibenden, wenn auch geringen Wärmeverluste, die an den Wandungen eintreten, abkühlt und so die im Behälter herrschende mittlere Temperatur herabsetzt, womit man mit geringeren Warmfestigkeiten auskommt, als nach den Berechnungen zu erwarten war. Demgegenüber geht vorliegende Erfindung von der weitergehenden Erkenntnis aus, daß man durch geeignete Gasführung sogar die Möglichkeit besitzt, jede größere Verwirbelung und Vermischung der im Druck auszugleichenden Gasmasse mit den Gasen zu vermeiden, die zwar am Druckausgleich teilnehmen, aber im wesentlichen im Druckausgleichsraum zurückbleiben und sich daher verhältnismäßig stark abkühlen. Kann man nach einer abschließenden Erkenntnis eine derartige Gasführung, von der man beispielsweise bei der Verdrängung des Brenngasrestes aus Verpuffungskammern Gebrauch macht, um die verdrängende Luft möglichst verwirbelungs- und mischungslos in die Brennkammer einzuführen, schließlich noch dazu benutzen, zwischen den hin und her flutenden, heißen Brenngasen und den den Druckausgleichsbehälter bildenden Wandungen diese kühleren Gase anzusammeln, was in einfachster Weise durch entsprechende räumliche Anordnung verwirklichbar erscheint, so schützen diese kälteren Gase die Wandungen nach Art einer völligen Wärmeisolierung, so daß die Anforderungen an die Warmfestigkeit der die Druckausgleichs-' Behälterwandungen bildenden Werkstoffe mit Rücksicht auf deren geringe Temperaturen '-erheblich gesenkt werden können. Damit er-,'.,gibt sich die Möglichkeit, diese Wandungen über eine lange, praktisch unbegrenzte Zeitdauer betriebsfähig zu erhalten, selbst wenn sie aus verhältnismäßig billigen Werkstoffen hergestellt sind.
  • Das diesen Erkenntnissen gemäß ausgebildete Verfahren zum Ausgleichen der Druckschwankungen von Gasen hoher Temperatur, vorzugsweise der Brenngase von Verpuffungsbrennkraftturbinen, deren Druckgefälle in einen Druckschwankungen aufweisenden Teil und in druckausgeglichene Teile zerlegt ist, kennzeichnet sich erfindungsgemäß durch Umlagerung der in den Druckausgleichsrauin eingeführten und aus ihm wieder abströmenden heißen Gase mit ebenfalls am Druckausgleich teilnehmenden, aber im wesentlichen im Druckausgleichsraum verbleibenden und daher kühleren Gasen. Diese Umlagerung kann in einfachster Weise durch Überführung der im Druck auszugleichenden Gase in die Form eines geschlossenen, an seinen Mantelflächen vom übrigen Gasinhalt des Druckausgleichsraumes getrennten, zweckmäßig in einer Längsmittelachse des vorzugsweise langgestreckten Druckausgleichsraumes bewegten Gaskolbens bewirkt werden. Dieser Gaskolben hat die Eigenschaft, sich nur unwesentlich oder überhaupt nicht mit dem übrigen Gasinhalt des Druckausgleichsraumes zu vermischen, so daß die gewünschte Bildung mehr oder weniger ruhender, die heißen Gase umlagernder, verhältnismäßig kühler Gasschichten zustande kommt.
  • Die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens können in der verschiedensten Art und Weise durchgeführt werden. Sie kennzeichnen sich beispielsweise dadurch, daß der vorzugsweise innerhalb eines heißen Gasstromes liegende Druckausgleichsbehälter ein einseitig offenes Rohr enthält, das zunächst eine wirbelungs- und vermischungslose Gasströmung gewährende Formgebung, also beispielsweise einen schlanken Übergangskegel zwischen dem zylindermantelförmig ausgebildeten Hauptteil und der Gaszu- und -rückführungsleitung besitzt und das außerdem eine zur Aufnahme der hin und her flutenden Gasmenge ausreichende Größe hat. In diesem Rohr bewegt sich also die hin und her flutende Gasmasse nach Art eines Gaskolbens, ohne sich nennenswert mit dem übrigen Gasinhalt des Druckausgleichsraumes zu verwirbeln oder überhaupt zu vermischen. Die Wandungen dieses Rohres sind zwar den auftretenden hohen Temperaturen der kolbenartig hin und her bewegten Brenngasmasse ausgesetzt, aber eine gewisse Herabziehung der Temperaturen erfolgt schon dadurch, daß sich auf der Außenseite des Rohres die kühlere Gasmasse befindet und daß zeitweise die kühlere Gasmasse auch in das Innere eintritt. Vor allem aber besteht völliger Druckausgleich, so daß ein derartiges Rohr nur die Festigkeit aufzuweisen braucht, die ausreicht, um sein eigenes Gewicht zu tragen, womit nur noch auf Temperaturbeständigkeit, dagegen nicht mehr auf hohe Warmfestigkeit zu achten ist. Die den Druckausgleichsraum aber als Ganzes begrenzenden Wandungen sind, wie bereits bemerkt, vor den Auswirkungen der heißen Brenngase durch die Zwischenschaltung der kühleren Gase geschützt, so daß hier erheblich geringere Temperaturen auftreten, bei denen unter Umständen schon verhältnismäßig billige und wirtschaftlich zu beschaffende Werkstoffe die erforderliche Festigkeit besitzen.
  • Die Zeichnung zeigt beispielsweise eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel eines Druckausgleichsbehälters, der zwischen der eigentlichen Verpuffungsbrennkraftturbine und einer ihr nachgeschalteten Dauerstromturbine einer Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage bekannter Ausbildung angeordnet ist.
  • Abb. i gibt einen Längsschnitt durch einen derartigen Druckausgleichsbehälter in dem einen Grenzzustand, Abb.2 in derselben Darstellung in dem anderen Grenzzustand wieder.
  • In allen Abbildungen bezeichnet i einen Teil der Ausströmleitung der Dauerstromturbine der Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage, in der gemäß früheren Vorschlägen der Druckausgleichsbehälter z angeordnet ist. Dieser Druckausgleichsbehälter ist als geschlossener, langgestreckter, zylindrischer Körper ausgeführt. An seinem oberen Ende mündet in ihn die Gaszuführungs- und -rückführungsleitung 3 ein. Sowohl diese Leitung 3 als der Teil i der Ausströmleitung sind doppelwandig ausgeführt; der so gebildete Zwischenraum wird von einem Kühlmittel durchströmt.
  • Erfindungsgemäß setzt sich die Leitung 3 im Inneren des Behälters 2 in einen schlanken Übergangskegel fort, an den sich das offen ausmündende, zylindrische Rohrstück 5 ansetzt. Eine derartige Anordnung führt, wie bei der Spülung von Verpuffungskammern von Feuergasresten gewonnenen Erfahrungen entnommen werden kann, zur Bildung eines Gaskolbens, der sich, wenn die Teile 4 und 5 die ein- und austretende Gasmasse aufzit nehmen vermögen, im wesentlichen nur innerhalb der Teile 4 und 5 bewegt. Es nehmen zwar die Gase, die die außerhalb der Rohrtrompete 4, 5 liegenden Räume 6 des Behälters 2 erfüllen, am Druckausgleich teil, verbleiben aber dadurch, daß der in den Teilen 4, 5 bewegte Gaskolben, dessen obere Grenzlage Fig. i, dessen untere Grenzlage Fig.2 beispielsweise veranschaulichen, kein Verwirbelungs- und Mischungsbestreben in bezug auf diese Gase aufweist, im wesentlichen außerhalb der Rohrtrompete 4, 5; beim Zurückweichen des Gaskolbens treten sie natürlich in die Rohrtrompete 4, 5 ein, werden aber nicht aus derselben oder aus dem Behälter 2 abgeführt. Dadurch haben diese Gase die Möglichkeit, sich durch Strahlung und Leitung stärker abzukühlen, so daß die den Behälter 2 bildenden Wandungen vor den unmittelbaren Auswirkungen der in der Rohrtrompete q., 5 hin und her flutenden hocherhitzten Brenngase geschützt sind. Die Rohrtrompete selbst ist von allen einseitigen Drücken entlastet, so daß ihr Baustoff nur die Festigkeit aufzuweisen braucht, die genügt, um ihr eignes Gewicht zu tragen. Demgemäß braucht der die Rohrtrompete bildende Werkstöff nur genügend Wärmebeständigkeit aufzuweisen, während es auf seine Warmfestigkeit in keiner Weise ankommt. Andererseits sind die Wandungen des Behälters :2 durch die die Rohrtrompete 4, 5 umgebende kühlere Gasmasse geschützt. Da zugleich die Temperatur- und Druckspannungen durch die Anordnung des Druckausgleichsbehälters 2 innerhalb der Ausströmleitung i herabgezogen sind,- reichen die vorhandenen, ohne Störung der Wirtschaftlichkeit der Anlage zu verwendenden Werkstoffe ohne weiteres aus, um den Druckausgleichsbehälter 2 so herstellen zu können, daß er allen Beanspruchungen im Dauerbetrieb gewachsen ist. Zur zahlenmäßigen Veranschaulichung ist darauf hinzuweisen, daß beispielsweise die mittlere Temperatur der ein- und austretenden Brenngase bei 725° liegt, während die den Behälter 2 umgebenden Ausströmgase etwa eine Temperatur von 5oo° besitzen. Demgemäß erreichen die Gase, die sich zwischen den Teilen 4, 5 und 2 befinden, etwa eine Temperatur von 55o°. Da die beiden Zylindermäntel 4, 5 und z ungefähr die mittleren Temperaturen zwischen den sie umgebenden Brenngastemperaturen annehmen, so kann man damit rechnen, daß die Rohrstücke 4, 5 eine Temperatur von etwa 637°, die Wandung des Behälters 2 dagegen eine Temperatur von rund 525° annehmen. Es macht keine Schwierigkeiten, einen so gering beanspruchten Bauteil, wie die Rohrtrompete 5, aus Werkstoffen auszubilden, die diesen Beanspruchungen im Dauerbetrieb widerstehen. Andererseits beträgt die Temperatur der Behälterwandungen, die unter Zugrundelegung der üblichen Druckverhältnisse mit etwa 5oo kg/cm2 auf Zug beansprucht sind, nur 525°. Werkstoffe mit derartiger Warmfestigkeit sind allgemein bekannt, ohne daß ihre Verwendung zu die Wirtschaftlichkeit des Turbinenbetriebes beeinträchtigenden Kosten führt, so daß es erfindungsgemäß gelungen ist, die Beanspruchungen so herabzuziehen, daß den genannten Voraussetzungen genügende Werkstoffe verwendbar werden.
  • Es liegt im Wesen der so gekennzeichneten Erfindung, daß der Druckausgleichsraum nicht an die Anordnung innerhalb der Ausströmleitung der Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage oder nicht daran gebunden ist, daß seine Wandungen von heißen Druckgasen umgeben sind. Diese Anordnung hat lediglich eine Reihe von Vorteilen, während die erfindungsgemäß erstrebten Fortschritte auch dann eintreten, wenn diese weiteren Vorteile nicht verwirklicht werden.
  • Besondere Berücksichtigung war auf die leichte Ausbauarbeit des Behälters 2 aus dem Teil i der Ausströmleitung zu verwenden. Zu diesem Zwecke ist der Innenteil q., 5 lösbar über den Flansch 7 mit einem Gegenflansch 8 verbunden. Unter Lösen der nach Entfernung des Flansches 9 zugänglichen Schrauben io kann der Behälter 6 seitwärts verschoben werden, sobald der Führungsbolzen i i herausgenommen ist. Der Behälter 6 kann nun nach oben ausgezogen werden. Die Bolzen 12 dienen zur zeitlichen Führung des unteren Behälterrandes.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Ausgleichen der Druckschwankungen von Gasen hoher Temperatur, vorzugsweise der Brenngase von Verpuffungsbrennkraftturbinen, deren Druckgefälle in einen Druckschwankungen aufweisenden Teil und im Druck ausgeglichene Teile zerlegt ist, gekennzeichnet durch Umlagerung der in den Druckausgleichsraum eingeführten und aus ihm wieder abströmenden heißen Gase mit ebenfalls am Druckausgleich teilnehmenden, aber im wesentlichen im Druckausgleichsraum verbleibenden und daher kühleren Gasen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Überführung der im Druck auszugleichenden Gase in die Form eines geschlossenen, an seinen Mantelflächen von dem übrigen Gasinhalt des Druckausgleichsraumes getrennten, zweckmäßig in einer Längsmittelachse des vorzugsweise langgestreckten Druckausgleichsraumes bewegten Gaskolbens.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i bis 2, vorzugsweise Verpuffungsbrennkraftturbine mit Druckausgleichsbehälter zwischen den Turbinenstufen, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise innerhalb eines heißen Gasstromes liegende Druckausgleichsbehälter ein einseitig offenes Rohr enthält, das eine eine wirbelungs-und vermischungslose Gasströmung gewährende Formgebung, beispielsweise einen schlanken Übergangskonus zwischen seinem zylindermantelförmigen Hauptteil und der Guszuführungs- und -rückleitung, und eine zur Aufnahme der hin und her flutenden Gasmasse ausreichende Größe besitzt. q.. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Druckausgleichsbehälter und Rohrtrompete etwa gleichmittig zueinander angeordnet sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1172001B (de) * 1957-06-13 1964-06-11 Columbian Carbon Company Gegru Verfahren zur Herstellung von rotem ª‡-Eisen (ó¾)-oxyd

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DE1172001B (de) * 1957-06-13 1964-06-11 Columbian Carbon Company Gegru Verfahren zur Herstellung von rotem ª‡-Eisen (ó¾)-oxyd

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