DE854224C - Heat exchanger for gas turbine systems - Google Patents

Heat exchanger for gas turbine systems

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DE854224C
DE854224C DES9212D DES0009212D DE854224C DE 854224 C DE854224 C DE 854224C DE S9212 D DES9212 D DE S9212D DE S0009212 D DES0009212 D DE S0009212D DE 854224 C DE854224 C DE 854224C
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DE
Germany
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cross
oval
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flow
gas turbine
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Expired
Application number
DES9212D
Other languages
German (de)
Inventor
Ferdinand Dr-Ing Koehler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/006Tubular elements; Assemblies of tubular elements with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

Wärmeaustauscher für Gasturbinenanlagen Bei einer Gasturbinenanlage ist es von ausschlaggebender Bedeutung, die Abwärme der Gasturbine weitgehend in den Kreislauf zurückzuführen, also die ungenutzt abströmende Abwärme so gering wie nur irgend möglich zu halten; denn nur so ist es möglich, einen hinreichend hohen Wirkungsgrad der Anlage zu erzielen. Das geschieht in der Weise, daß das Abgas der Gasturbine und die Frischluft durch einen Wärmeaustauscher geführt werden, in welchem die Abwärme des Abgases auf die Frischluft übergeht. Von den beiden Ausbildungsmöglichkeiten eines solchen Wärmeaustauschers (Plattenbauform und Rohrbauform) bezieht sich die Erfindung auf die Rohrbauform. Aus dem Grundaufbau eines solchen M'ärmeaustauschers ergibt sich, daß trotz der in Richtung der Rohre verlaufenden Hauptströmung der beiden in Wärmeaustausch tretenden Mittel eines von einem am Ein- und Austritt im Querstrom fließen muß, der in den Längsstrom umgelenkt bzw. aus dem Längsstrom abgelenkt wird.Heat exchanger for gas turbine systems In a gas turbine system it is of crucial importance that the waste heat from the gas turbine is largely in returned to the cycle, i.e. the unused waste heat escaping as little as just to hold on at all possible; because only in this way is it possible to achieve a sufficiently high To achieve the efficiency of the system. This is done in such a way that the exhaust gas Gas turbine and the fresh air are passed through a heat exchanger in which the waste heat from the exhaust gas is transferred to the fresh air. Of the two training options of such a heat exchanger (plate design and tube design) refers to the Invention on the pipe design. From the basic structure of such a heat exchanger it follows that despite the main flow running in the direction of the tubes two means entering into heat exchange one of one at the inlet and outlet in the Cross-flow must flow, which is diverted into the longitudinal flow or diverted from the longitudinal flow will.

Nach bekannten Gesetzmäßigkeiten ist der Wirkungsgrad einer Gasturbinenanlage in besonders hohem Maße von Strömungsverlusten abhängig, vor allem auch in diesem Wärmeaustauscher. Die Ausbildung der Querem- und Ausströmungskammern ist daher von jeher Gegenstand eingehender Unt-,rsuchungen gewesen. Die Schwierigkeit liegt insbesondere in der Bereitstellung hinreichend großer Querschnitte und der gleichmäßigen Verteilung des einströmenden Mittels auf die einzelnen Rohre.The efficiency of a gas turbine system is according to known principles to a particularly high degree dependent on flow losses, especially in this one too Heat exchanger. The formation of the transverse and outflow chambers is therefore of has always been the subject of in-depth investigations. The difficulty lies in particular in the provision of sufficiently large cross-sections and uniform distribution of the inflowing agent on the individual tubes.

Man hat sich nach bekannten Vorschlägen in der Weise geholfen, daß man dem Rohrpaket einen wesentlich größeren Umfang gibt, als es an sich erforderlich wäre, und ist dann gezwungen, einen Teil des Strömungsquerschnitts in der Längsrichtung abzusperren, um für die Längsströmung die richtige Strömungsgeschwindigkeit erzielen zu können. Dieser Weg führt naturgemäß zu einem erhöhten Bauaufwand. Nach einem anderen Vorschlag werden die Rohre nicht, wie es vom Kondensatorbau her bekannt ist, in Rohrbödem eingesetzt, sondern an ringförmige Sammler angeschlossen. Bei dieser Bauform wird die Schwierigkeit der Verteilung des die Rohre außen umspülenden Mittels geringer, jedoch befriedigt sie deshalb nicht voll, da erfahrungsgemäß derartige Sammler in der Herstellung teuer sind, vor allem wegen der schwierigen Befestigung der Rohre.One has helped oneself according to known suggestions in such a way that the tube package is given a much larger scope than is necessary per se were, and is then forced to part of the flow cross-section in the longitudinal direction shut off in order to achieve the correct flow velocity for the longitudinal flow to be able to. This route naturally leads to increased construction costs. After a The tubes are not another suggestion, as is known from the construction of condensers is used in pipe edema, but connected to ring-shaped collectors. at this design eliminates the difficulty of distributing the flow around the outside of the pipes By means of lower, however, it is therefore not fully satisfactory, since experience has shown that this is the case Collectors are expensive to manufacture, mainly because of the difficulty in attaching them of the pipes.

Die Erfindung geht zur Behebung dieser Schwierigkeiten einen neuen Weg in der Weise, daß auf der Eintrittsseite der Querströmung und zweckmäßig auch auf der Aüsströmseite der runde Rohrquerschnitt in einen ovalen Querschnitt übergeht. Unter oval soll dabei eine Querschnittsform verstanden werden, deren Erstreckung in der Querströmungsrichtung größer als die Projektion der Stirnfläche ist (elliptisch, rechteckig, rautenförmig usw.). Man erzielt auf diese Weise eine das Doppelte und mehr betragende Querschnittsvergrößerung für die Querströmung, ohne, was wichtig ist, die äußeren Abmessungen des Wärmeaustauschers entsprechend vergrößern zu müssen. Die durch die ovale Querschnittsform geschaffene Querschnittsvergrößerung kann nun der mit dem Eindringen des quer einströmenden Mittels abnehmenden Menge angepaßt werden, d. h. die ovale Querschnittsform erstreckt sich am Eintritt auf eine gewisse Rohrlänge, in der nächsten Rohrreihe ist diese schon geringer und so fort, bis schließlich die letzte Rohrreihe überhaupt kein solches ovales Querschnittsstück mehr benötigt. Entsprechend wird dann auf der Abströmseite, sofern man auch dort für eine Querschnittsvergrößerung Sorge trägt, die Länge des ovalen Querschnittsstückes in Ausströmrichtung wachsen lassen.The invention is a new approach to overcoming these difficulties Way in such a way that on the inlet side of the cross flow and expediently too on the outflow side, the round pipe cross-section merges into an oval cross-section. In this context, oval should be understood to mean a cross-sectional shape, the extent of which in the cross-flow direction is larger than the projection of the face (elliptical, rectangular, diamond-shaped, etc.). In this way you get a double and greater cross-sectional enlargement for the cross flow, without what is important is to have to enlarge the external dimensions of the heat exchanger accordingly. The cross-sectional enlargement created by the oval cross-sectional shape can now adapted to the decreasing amount with the penetration of the transversely inflowing agent be, d. H. the oval cross-sectional shape extends to a certain extent at the entrance Pipe length, in the next row of pipes this is already shorter and so on until finally the last row of tubes no longer needs such an oval cross-sectional piece at all. The corresponding is then on the outflow side, provided that there is also an increase in cross-section Care is taken to increase the length of the oval cross-sectional piece in the outflow direction permit.

Bei der eben beschriebenen Bauform kann nun die Möglichkeit bestehen, daß sich das Gas den kürzesten Weg vom Eintritt nach dem Austritt sucht. Das hätte aber zur Folge, daß nicht alle Rohre auf ihrer ganzen Länge beaufschlagt werden. Um dem zu begegnen, kann man auf den Rohren Rippen anbringen, durch die der Gasstrom gezwungen wird, seinen Weg durch die Abflachungen hindurch bis zu den hinteren Rohrreihen zu nehmen.With the design just described, there is now the possibility of that the gas seeks the shortest route from the inlet to the outlet. That would have but with the result that not all pipes are acted upon over their entire length. To counteract this, ribs can be attached to the pipes through which the gas flow is forced to make its way through the flats to the rear rows of tubes gain weight.

Aus Gründen einfacherer Herstellung kann man gegebenenfalls die Länge der Abflachungen bei allen Rohren gleich halten. Dann wächst entsprechend die Länge der Rippen auf dem ovalen Rohrteil, und es wird den Abgasen nach wie vor der Weg vorgeschrieben.For reasons of simpler manufacture, the length can be changed if necessary keep the flats the same for all pipes. Then the length increases accordingly of the ribs on the oval pipe section and it will keep the exhaust fumes the way required.

Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. i in einem Längsschnitt und in Fig. 2 in einem Querschnitt dargestellt. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die ovalen Rohrteile in vergrößertem Maßstab. Der Wärmeaustauscher enthält in einem Mantel i eine größere Anzahl von Rohren 2, die in bekannter Weise in Rohrböden 3 und 4 eingesetzt sind. 5 ist die Einströmkammer für das eine der beiden Mittel, 6 die Abströmkammer. Das andere Mittel, und zwar zweckmäßig das wärmeabgebende Abgas, tritt durch den Stutzen 7 quer zur Hauptströmungsrichtung ein und strömt durch den Stutzen 8 quer zur Hauptströmungsrichtung ab. Gemäß der Erfindung sind nun die Rohre 2 innerhalb einer gewissen Zone oval, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Die Figur läßt außerdem erkennen, daß dieses ovale Stück in seiner Länge in der Quereinströmungsrichtung abnimmt bzw. in der Richtung der Querabströmung zunimmt. Die bereits erwähnten Rippen sind mit 9 bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel wechselt die Länge der ovalen Rohrstücke und dementsprechend auch die Länge der Rippen. Es ist jedoch, wie bereits gesagt, auch möglich, die Länge der ovalen Rohrstücke gleichzuhalten, so daß sich dann die Rippen mit entsprechenden Längen über die ovalen Rohrstücke erstrecken würden.An embodiment is shown in Fig. I in a longitudinal section and in Fig. 2 shown in a cross section. Fig. 3 shows a cross section through the oval pipe parts on an enlarged scale. The heat exchanger contains in one Shell i a larger number of tubes 2, which in a known manner in tube sheets 3 and 4 are inserted. 5 is the inflow chamber for one of the two means, 6 the discharge chamber. The other means, and expediently the heat-emitting exhaust gas, enters through the nozzle 7 transversely to the main flow direction and flows through the Nozzle 8 transversely to the main flow direction. According to the invention are now the pipes 2 oval within a certain zone, as can be seen from FIG. The figure leaves also recognize that this oval piece has its length in the cross-flow direction decreases or increases in the direction of the transverse flow. The ribs already mentioned are denoted by 9. In the exemplary embodiment, the length of the oval pipe pieces changes and accordingly the length of the ribs. However, as already said, also possible to keep the length of the oval pipe pieces the same, so that the Ribs with appropriate lengths would extend over the oval pipe sections.

Claims (3)

PATENTANSPRL'CIIE: i. Wärmeaustauscher für Gasturbinenanlagen mit in ihrer Längserstreckung, insbesondere im Gegenstrom, von den wärmeaustauschenden Mitteln bestrichenen Rohrheizflächen und Querein-und -ausströmung mindestens eines der beiden Mittel, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eintrittsseite der Querströmung und zweckmäßig auch auf der Ausströmseite der runde Rohrquerschnitt in einen ovalen Querschnitt mit Längserstreckung in der Richtung .der Querströmung übergeht. PATENT APPLICATION: i. Heat exchangers for gas turbine systems with in their longitudinal extension, in particular in countercurrent, from the heat exchangers Means coated tubular heating surfaces and transverse inflow and outflow of at least one of the two means, characterized in that on the inlet side of the cross flow and expediently also on the outflow side the round pipe cross-section into an oval one Cross-section with a longitudinal extension in the direction of the transverse flow. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Rohrstücks mit ovalem Querschnitt auf der Eintrittsseite mit wachsender Entfernung von der Einströmöffnung abnimmt und auf der Austrittsseite auf dem Austrittsstutzen zunimmt. 2. Arrangement according to claim i, characterized in that the length of the pipe section with an oval cross-section on the entry side with increasing distance from the Inflow opening decreases and increases on the outlet side on the outlet nozzle. 3. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf oder in der Nähe der ovalen Rohrstücke Führungsrippen aufgesetzt sind.3. Arrangement according to claim i or 2, characterized in that on or in the Guide ribs are placed near the oval pipe pieces.
DES9212D 1945-02-01 1945-02-01 Heat exchanger for gas turbine systems Expired DE854224C (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2077463A1 (en) * 1967-02-17 1971-10-29 Daimler Benz Ag
EP0504990A1 (en) * 1991-03-19 1992-09-23 Piero Pasqualini Heat exchangers for fluids
EP3040638A1 (en) * 2015-07-23 2016-07-06 Hoval Aktiengesellschaft Heat transfer pipe and boiler comprising one such heat transfer pipe

Cited By (4)

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US9739503B2 (en) 2015-07-23 2017-08-22 Hoval Aktiengesellschaft Heat exchanger tube and heating boiler having such a heat exchanger tube

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