DE7129910U - Thermal regenerator, especially for gas turbines - Google Patents
Thermal regenerator, especially for gas turbinesInfo
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Description
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Da/Ar G 71 2g 910.0Da / Ar G 71 2 g 910.0
27.2.1973February 27, 1973
Leyland Gas Turbines Limited Meteor Works, Lode Lane Solihull, Warwickshire, EnglandLeyland Gas Turbines Limited Meteor Works, Lode Lane Solihull, Warwickshire, England
Thermischer Regenerator, insbesondere für GasturbinenThermal regenerator, especially for gas turbines
Die Erfindung betrifft einen thermischen Regenerator, wie er gelegentlich auch als regenerativer Wärmetauscher bezeichnet wird, von der Art, die eine bewegbare Matrix, z.B. eine drehbare, scheibenförmige Matrix, verwendet.The invention relates to a thermal regenerator, as it is sometimes referred to as a regenerative heat exchanger is of the type employing a movable matrix, e.g., a rotatable, disc-shaped matrix.
Derartige thermische Regeneratoren werden gewöhnlich in Kraftstationen mit Gasturbinen verwendet, um dem Abgas Wärme» zu entziehen und der komprimierten Einlassluft zuzuführen, bevor diese in die Verbrennungskammer der Gasturbine eintritt. !Die normalerweise verwendete drehbare, scheibenförmige Matrix ist im Gehäuse der Turbine untergebracht und weist einen porösen, feuerfesten Kern (beispielsweise aus keramischem oder glaskeramischem Material) mit einer Vielzahl offenendiger, dünnwandiger Kanäle auf, die im wesentlichen parallel zur Drehachse der Matrix liegen, Sektorartige Zonen dieses Kerns kommen infolge der Drehung abwechselnd mit derSuch thermal regenerators are usually used in power stations with gas turbines to heat the exhaust gas » to be withdrawn and fed to the compressed intake air before it enters the combustion chamber of the gas turbine. ! The rotatable, disk-shaped one normally used Matrix is housed in the housing of the turbine and has a porous, refractory core (for example made of ceramic or glass ceramic material) with a multitude of open-ended, thin-walled channels that essentially parallel to the axis of rotation of the matrix, sector-like zones of this core alternate with the rotation as a result of the rotation
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Strömung der Abgase und der Strömung der komprimierten j-'ingangsluft in Berührung. Auf diese Weise wird die gewünschte Wärmeübertragung bewirkt.The flow of the exhaust gases and the flow of the compressed inlet air come into contact. This way it becomes the one you want Causes heat transfer.
Hierbei ist es selbstverständlich erforderlich, dass die beiden gasförmigen Strömungen jederzeit voneinander getrennt gehalten werden, wobei Leckstellen zwischen der von der komprimierten Eingangsluft eingenommenen Hochdruckzone und der Niederdruckzone, in der sich die Abgase befinden, vermieden werden sollen. Üblicherweise wird ein ringförmiges Dichtelement verwendet, welches unter Reibung an der entsprechenden Oberfläche der Matrix anliegt und auf einem am Maschinengehäuse befestigten, flexiblen bzw. elastischen Element gelagert ist. Das flexible Element dient dazu, den Kontakt zwischen der Matrix-Oberfläche und der Gegenfläche j des Dichteleiaents aufrechtzuerhalten, und zwar trotz der ] ■Rfiwegungsunterschiede. die unter Betriebsbedingungen zwischen dem J/iaschinengehäuse und der Matrix auftreten und ungeachtet von Verschleisserscheinungen, denen die Oberfläche des Dichtelements ausgesetzt ist.It is of course necessary here for the two gaseous flows to be separated from one another at all times are held, with leaks between the high pressure zone occupied by the compressed inlet air and the low pressure zone in which the exhaust gases are to be avoided. Usually an annular one Sealing element used, which rests under friction on the corresponding surface of the matrix and on an am Machine housing attached, flexible or elastic element is mounted. The flexible element is used to To maintain contact between the matrix surface and the mating surface j of the sealing element, despite the] ■ Differences in travel. which under operating conditions between the machine housing and the matrix occur and notwithstanding of wear and tear to which the surface of the sealing element is exposed.
Zweckmässig wird das Dichtelement auf einem Stützring gelagert, der seinerseits an dem flexiblen Element befestigt ist. Obwohl der Stützring längs seiner Peripherie genügend flexibel ist, um allgemeinen Verformungen Rechnung zu tragen, ist er jedoch nicht in der Lage, örtliche Verformungen auszugleichen, insbesondere wenn diese an der Gegenfläche des Dichtelements auftreten. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Dich'i;einrichtung zu schaffen, die auch bei örtlichen Verformungen des Dichtelements nicht versagt.The sealing element is expediently mounted on a support ring, which in turn is attached to the flexible element. Although the support ring is sufficient along its periphery is flexible to accommodate general deformations, but is not able to compensate for local deformations, especially if these occur on the opposite surface of the sealing element. The invention is therefore the The basic task is to provide an improved dich'i; facility create that does not fail even with local deformations of the sealing element.
Zu diesem Zweck kennzeichnet sich ein thermischer Regenerator nach der Erfindung mit einer umlaufenden, scheibenartigen Matrix innerhalb eines Gehäuses, das von zwei getrennten Strömungen gasförmiger Wärmetauschermedien durchquert wirdFor this purpose, a thermal regenerator according to the invention is characterized by a circumferential, disk-like one Matrix within a housing that is traversed by two separate flows of gaseous heat exchange media
dadurch, dass die Dichteinrichtung ein ringförmiges, flexibel bzw. elastisch gelagertes Dichtelement aufweist, das in reibender Berührung mit der entsprechenden Oberfläche der xuciuj. J. λ oücxxu U.XXU. u.a. a xiu ^uciouuuiVU cj.ii aajiiiiiic ux ^m/ucn xxuj-j.-l.in that the sealing device has an annular, flexible or elastically mounted sealing element which is in frictional contact with the corresponding surface of the xuciuj. J. λ oücxxu U.XXU. ua a xiu ^ uciouuuiVU cj.ii aajiiiiiic ux ^ m / ucn xxuj-j.-l.
aufweist, dessen Dicke von einem grössteu Wert nahe der Hochdruckseite zu einem Kleinstwert an der Niederdruckseite abnimmt. Diese besondere Formgebung des Dichtelements erleichtert rieht nur seine Anbringung, sondern führt auch zu einer einheitlicheren Belastung der Dichtfläche und zu vermindertem Verschleiss.has, the thickness of which is of a greatest control value near the high pressure side decreases to a minimum value on the low pressure side. This particular shape of the sealing element facilitates It only corrects its attachment, but also leads to a more uniform load on the sealing surface and less Wear and tear.
Das Dichtelement wird mit der Matrix infolge der Druckbelastung in Berührung gehalten, welche von der komprimierten Luft in der Hochdruckzone herrührt. Dieser Druckbelaetung wirkt das Druckprofil innerhalb der Zellen bzw. der Kanäle Λ ο τ» Mq +:?»"ΐν an f rra ira-rt οτοΊ rtVi a /^ at« fl^ ffav>i1 ÖnVic ^oci "Πτ rtVi+ai ατηο-η +αThe sealing element is held in contact with the matrix as a result of the compressive load exerted by the compressed Air in the high pressure zone originates. This pressure load acts on the pressure profile within the cells or the channels Λ ο τ »Mq + :?» "ΐν an frra ira-rt οτοΊ rtVi a / ^ at« fl ^ ffav> i1 ÖnVic ^ oci "Πτ rtVi + ai ατηο-η + α
anliegen und die Tendenz haben, dieses von der Matrix abzuheben. Bei normalen, flachen Gegenflächen des Dichtelements wird das Verhältnis der gegeneinander wirkenden Brücke so berechnet, dass das Dichtelement unter allen Bedingungen von Fertigungstoleranzen gegen die Matrix gedruckt wird. Die tatsächliche Belastung und damit das Maß der Abnutzung sind daher für die einzelnen Dichteinrichtungen unterschiedlich.and tend to stand out from the matrix. With normal, flat mating surfaces of the sealing element the ratio of the opposing bridges is calculated in such a way that the sealing element under all conditions of Manufacturing tolerances are printed against the matrix. the the actual load and thus the degree of wear are therefore different for the individual sealing devices.
Bei Verwendung eines Dichtelements nach der Erfindung dagegen ist dessen Belastung hoch, wo die anfängliche Berührung Bit der Matrix auftritt. Sobald Verschleiss bzw. Abnutzung auftritt, ändert sich die Belastung pro Flächeneinheit und damit die Verschleissrate aus zwei Gründen; nämlich a) weil die tatsächliche Reibfläche vergrössert ist und b) weil der Luft unter Hochdruck enthaltende Bereich der Matrix unter dem Dichtelement grosser geworden ist, wodurch die für den Kontakt zwischen dem Dichtelement unduder Matrix wirksame Belastung abnimmt. Es wird infolgedei3sen bei weiterer Abnutzung die Belastung weiter vermindert und dieser Vorgang setzt sich asymptotisch fort. Das Dichtelement weist somit eineWhen using a sealing element according to the invention, however, its load is high where the initial contact bit the matrix occurs. As soon as wear and tear occurs, the load per unit area changes and thus the rate of wear for two reasons; namely a) because the actual friction surface is increased and b) because of the air under high pressure containing area of the matrix under the sealing element has become larger, whereby the contact effective load between the sealing element and the matrix decreases. As a result, with further wear and tear, the Stress is further reduced and this process continues asymptotically. The sealing element thus has a
Eigenschaft auf, die als selbsttätiger Druckausgleich bezeichnet werden kann und Bein Verschleiss ist einheitlich niedrig und unabhängig von Fertigungstoleranzen.Property that can be referred to as automatic pressure equalization and leg wear is uniformly low and independent of manufacturing tolerances.
Die Erfindung ist nachstehend in einem Ausführungobeispiel enhand der Zeichnung näher beschrieben, die schematisch einen Teilschnitt in Ansicht zeigt, der verdeutlicht, wie ein Dichtelement nach der Erfindung bei einem mit rotierender, scheibenförmiger Matrix versehenem Regenerator einer Gasturbine verwendet wird.The invention is shown below in an exemplary embodiment enhand the drawing described in more detail, which shows schematically a partial section in view, which illustrates how a Sealing element according to the invention in a regenerator of a gas turbine provided with a rotating, disk-shaped matrix is used.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 1 einer Gasturbine so angeordnet, dass es eine drehbare, scheibenförmige Matrix 2 des thermischen Regenerators einschliesst. Bei Betrieb der Turbine durchsetzen zwei getrennte Strömungen gasförmiger Wärmetauscheraiedien das Gehäuse 1 und damit also den thermischen Regenerator, Letzterer ist ώχΐ einem flexibel bzw. elastisch gelagerten £icl**eleinent 3 von ringförmiger Gestalt ausgestattet, dessen Gegenfläche in reibender Berührung mit der entsprechenden Oberfläche der Matrix 2 steht. Das Dichtelement 3 besteht aus Nickeloxyd.In the exemplary embodiment shown, the housing 1 of a gas turbine is arranged in such a way that it is rotatable, disk-shaped Matrix 2 of the thermal regenerator includes. When the turbine is in operation, two separate flows prevail gaseous heat exchangers, the housing 1 and thus the thermal regenerator, the latter is ώχΐ flexible or elastically mounted £ icl ** eleinent 3 of ring-shaped Shape equipped, the opposite surface is in rubbing contact with the corresponding surface of the matrix 2. The sealing element 3 consists of nickel oxide.
Im Querschnitt hat das Dichtelement 3 ein asymmetrisches Profil und ist, wie gezeigt, im wesentlichen keilartig geformt. Es verjüngt sich von grösster Dicke nahe der Hochdruckseite mit niederer Temperatur, nämlich der Zone 4, zu geringster Dicke an der Niederdruckseite mit hoher Temperatur, nämlich der Zone 5. An seinem dickeren Ende, also bei der Zone 4, hat das Dichtelement 3 an seiner iussenseite eine kleine Abflachung 6, und zwar befindet sich diese an der Stelle grösster Dicke, wo die erste Umfangsberührung mit der Oberfläche der Matrix 2 auftritt.In cross section, the sealing element 3 has an asymmetrical profile and, as shown, is essentially shaped like a wedge. It tapers from the greatest thickness near the high pressure side with the lower temperature, namely zone 4, to the smallest Thickness on the low pressure side with high temperature, namely zone 5. At its thicker end, that is, at the Zone 4, the sealing element 3 has a small flat 6 on its outside, and this is located on the Point of greatest thickness where the first circumferential contact with the surface of the matrix 2 occurs.
Das Dichtelement 3 ist auf einem Stützring 7 aus ferritischem Stahl gelagert, der an dem einen Ende eines gewellten,The sealing element 3 is mounted on a support ring 7 made of ferritic steel, which is attached to one end of a corrugated,
ringförmigen, biegsamen Blechelements 8 befestigt ist, während das andere Ende des Elements 8 fest mit dem Maschinengehäuse verbunden ist, und zwar über eine swisenengeschaltete ringförmige Platte 9s die bei 10 an das Gehäuse 1 angeschraubt ist.annular, flexible sheet metal element 8 is attached, while the other end of the element 8 is fixed to the machine housing is connected, namely via a swisenengeschaltet ring-shaped Plate 9s screwed to housing 1 at 10.
Das bevorzugte Material für das Metallblech des Elements 8 ist die unter dem Handelsnamen "Nimonic 75" bekannte Legierung auf Nickelbasis, die 20$ Chrom, 5> Eisen, einigg geringere weitere Anteile ιιηΛ im übrigen Nickel enthält.The preferred material for the metal sheet of the element 8 is the alloy known under the trade name "Nimonic 75" nickel-based, the $ 20 chromium, 5> Iron, some smaller other proportions ιιηΛ in the rest of the nickel.
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