SE414828B - Vermevexlare innefattande en ringformig relativt tung och termiskt trog ram samt ringformiga vermevexlarplattor - Google Patents

Description

7315437-9 2 Ett problem av särskild betydelse finns vid montaget av en sådan värmeväxlare. Värmeväxlaren är anordnad nedströms om motorns sista turbinsteg och måste på något sätt fästas vid själva motorn.

Därför måste de tunna skivorna i värmeväxlaren på något sätt fästas vid ett relativt kraftigt-ramelement, vilket omger utflödesvägen från motorn och vilket vanligen innefattar passager, vilka förbinder kam- rarna på värmeväxlaren vid kompressorn och brännkammaren på motorn.

De tunna korrugerade skivorna i värmeväxlaren är sammanfogade genom svetsning eller på liknande sätt såsom en bälg. Sådana skivor kan växelvis vara förbundna vid innerkanten och ytterkanten och pe- rifert kring öppningar, vilka avgränsar ovannämnda kamrar. Dessa tun- na skivor har hög termisk utvidgning jämfört med ramdelarna, vid vil- ka de måste fästas. Pâ grund av temperaturförändringarna efter uppre- pade termiska cykler av vanligen förekommande slag kan detta möjligen leda till brott vid eller intill förbindningspunkterna mellan skivor- na och ramen. Ett sådant brott kan sedan leda till läckage mellan de olika flödesvägarna för den heta avloppsgasen och tryckluften.

Ett sådant läckage kan innebära förlust i motorverkningsgrad och till och med motorhaveri. 7 Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en bätt- re förbindning mellan relativt tunna, flödesvâgavgränsande skivor eller plattor i en värmeväxlare och en fästram därför och isynnerhet att åstadkomma ett förbättrat montage för värmeväxlarskivor av ring- form. _ Enligt uppfinningstanken istort uppnås ovannämnda syften me- delst en värmeväxlare, vilken har som kännetecken att mellan ramen och värmeväxlarplattorna är anordnad en termisk dämpare med en serie sinsemellan förbundna, ringformiga termiska dämparplattor, varvid förbindningarna mellan dämparplattorna såsom i en bälg är förskjutna i längdled mellan ringarnas inre och yttre kanter för att bilda en längsta värmeöverföringsväg genom dämparen.

I en utföringsform, som är särskilt lämpad för användning med en regenerativ typ av gasturbin, är värmeväxlarplattorna och de ter- miska dämparplattorna utformade i ringform, vilken avgränsar en cent- ral passage för ett av flödena lämpligen det hela avgasflödet från motorn. Vidare har värmeväxlarplattorna och de termiska dämparplat- torna kanaler till inlopps- och utloppskammare, som sträcker sig ige- 110m öppningar i plattorna. Dv ultc-rïu--rande fwdcfsvëigarna nu-llan värme- växlarplattorna innefattar tvärflödesvägar emellan dessa kammare och radiala flödesvägar som är förbundna med den centrala kanalen. I'det- 7315437-9 ta fall är envar av de termiska dämparplattorna inom serien förbun- den på ena sidan med angränsande platta genom sömsvets längs dess inner- och ytterdiametrar och på motsatta sidor är förbunden med an- gränsande plattor med sömsvets omkring kammaröppningarna.

Vidare är det lämpligt att angränsande ytor på de termiska dämparplattorna är anordnade helt sammanpressade mot varandra för att förebygga ett flöde emellan dessa ytor. Det är också lämpligt att de termiska dämparplattorna intill ramen är tjockare än de som ligger intill värmeväxlarplattorna.

Av speciella skäl bör ramen ha ett koniskt, ringformigt säte, genom vilket kammarkanalöppningarna sträcker sig. De termiska dämpar- plattorna bör innefatta en del av den termiska dämparonheten, vilken innefattar en ringformig fästplatta med ett säte, som tätande anlig- ger mot ramens säte och på samma sätt har motsvarande kammarkanaler eller öppningar igenom. En termisk dämparplatta av mellanliggande tjocklek, väsentligen sammanpressad mot fästplattan är förbunden där- med med sömsvets omkring kanalöppningarna däri, varefter påföljande termiska dämparplattor är förbundna med den mellanliggande plattan, i första hand genom sömsvets omkring dess inner- och ytterkanter och sedan alternerande genom sömsvetsar kring de kammaravgränsande öpp- ningarna samt inner- och ytterdiametrarna. Vidare är en värmeväxlar- platta förbunden med den sista av de termiska plattorna med sömsvets omkring inner- och ytterdiametrarna. Denna uppbyggnad fuflständigas genom en stödplatta förbunden med den sista av värmeväxlarplattorna genom sömsvets omkring inner- och ytterdiametrarna. Värmeväxlaren göres fullständig genom en serie värmeväxlarplattor avdelade i mindre packar, vilka vid motsatta sidor avgränsas med stödplattor. Denna värmeväxlare hålles sedan samman genom stavar som utövar en axial belastning på plattpackarna i förhållande till ramen och sammanpres- sar dessa för att få de termiska dämparplattorna eller deras ytor sammanpressade med varandra.

En annan del av uppfinningen är en termisk monteringsanordning för användning i en värmeväxlare enligt uppfinningen. Denna anord- ning innefattar ett flertal termiska dämparplattor försedda med öpp- ningar för samlingskanaler igenom. Plattorna är förbundna med var- andra parvis genom sömsvetsar omkring öppningarna. Dessa plattpar är särade utåt mot inre och yttre diametern, vilka i sin tur är förbund- na längs omkretsen med angränsande par. Genom detta slags utformning av den termiska dämparen underlättas svetsningen av dess delar. Vida- re kännetecknas sammansättningen av att när den utsätts för en akial .:..,.,<-;--a-.. _ _ _. ._ _ _ ..._ . ._ _ _.. _ i; _ c '7315437-9 4 last, kan angränsande ytor på de termiska dämparplattorna sammanpres- sas utan att otillåtna spänningar uppstår i dem.

Uppfinningen beskrives i det följande genom en lämplig utfö- ringsform med hänvisning till bifogade ritningar, i vilka fig. 1 är ett längdsnitt genom en värmeväxlare enligt uppfinningen, fig. 2 är en perspektivisk vy, delvis sprängtecknad, av en plattpacke innefat- tande föreliggande värmeväxlare, fig. 3 är en delvis perspektivisk vy i stark förstoring, av en termisk dämparanordning för plattorna i värmeväxlaren före installationen i värmeväxlaren och fig. 4 är en förstorad längdsektion av den termiska dämparanordningen i fig. 3 efter installation i värmeväxlaren.

Värmeväxlaren i fig. l betecknad 10 är anordnad att fästas Vid en gasturbin på en punkt nedanför dess sista turbinsteg. Motorn kan vara en vanlig typ i enlighet med välkända utföranden av regene- rativa turbintyper. Det hela gasutflödet från motorn inströmmar i mitten på värmeväxlaren 10 och riktas sedan radialt utåt genom en packe plattor eller skivor ll till ett avloppssystem, vilket inne- fattar en omgivande kanal l2. Värmeväxlaren 10 innefattar en fästram 14, vilken kan vara fäst vid motorns bärande delar.

Fästramen 14 har ett flertal passager 16 och l8, vilka respek- tive är förbundna med motorns passager (ej visade) från motorns komp- ressor till motorns brännkammare. Kompressorpassagerna l6 står i lin- je med ett flertal ïnloppskammare 20, se också fig. 2, utbildade längs genom packen av plattor ll. Brännkammarpassagerna 18 står i linje med ett flertal utloppskamrar 22, vilka också sträcker sig längs ige- nom packen av plattor ll. Radiala flödesvägar för den heta gasen och tvärsflödesvägar mellan angränsande kamrar 20 och 22 för kompressor- luften utgör den primära zonen för värmeväxling. Dessa flöden är markerade i fig. 2.

Värmeväxlaren 10 innefattar också en ändram 24 och en ändplat- ta 26, vilka avgränsar vändpunkten nedströms för det hela gasflödet så att all het gas kan vändas radialt utåt genom plattpacken ll och strömma ut till kanalen l2. Ramarna 14 och 24 är förbundna medelst dragstänger 27, 28 som håller värmeväxlaren samman.

Värmeväxlarplattorna ll har flänsar omkring inre och yttre diametrarna vilka omväxlande skjuter ut i motsatta axialriktningar så att plattorna är anordnade i par, förbundna vid respektive flänsar.

Plattorna har också öppningar vilka respektive avgränsar kamrarna 20 och 22. De medelst flänsarna förbundna plattparen är sedan förbundna med nästa angränsande plattor med sömsvets eller liknande omkring de 5 '7315437-9 öppningar som avgränsar kamrarna, och bildar därigenom en bälgkon- struktion, vilken avgränsar de nämnda flödesvägarna för den radialt strömmande heta gasen.och tvärflödesvägarna för luft från inlopps- kamrarna till utloppskamrarna. Dessa plattor är också korrugerade såsom i ovan nämnda patent, för ökning av värmeöverföringen samt stör- re hållfasthet då en plattpacke utsätts för axial last genom drag- stängerna 28.

Plattpacken ll kan utformas som en serie av mindre packar såsom beskrives i US-patentet 3 385 353, så att ett flertal plattor ll kan fästas vid något tjockare stödplattor 32, vilka är försedda med motsvarande öppningar för kamrar. Stödplattorna 32 har springor omkring omkretsarna för stänger 28, mellan ramarna l3 och 24.

Plattpacken ll eller en serie av mindre liknande packar är förbundna med ramen 14 genom en termisk dämparenhet 34, innefattande i serie (fig. 4) en fästplatta 36, en platta 38 av mellanliggande tjocklek, ett flertal termiska dämparplattor 40, ett par värmeväxlar- plattor ll och en stödplatta 32. Plattorna 36, 38 och 40 har också öppningar, vilka motsvarar och står i linje med öppningarna i plattor- na ll, för att avgränsa kamrarna 20 och 22.

I Fig. 3 visar den termiska dämparen 34 före inmonteringen i värmeväxlaren. Fästplattan 36 har flänsar omkring inre och yttre dia- metrarna för att bilda ett säte för tätande anliggning mot ett på samma sätt utformat ringformigt säte på ramen 14. Plattan 36 är för- bunden med den något tunnare termiska dämpningsplattan 38 med söm- svets omkring de öppningar som avgränsar kamrarna 20 och 22. Påföljan- de par av tunnare termiska dämparplattor 40 är också förbundna med sömsvetsar omkring deras kammar-avgränsande öppningar. Varje sålunda förbundet plattpar är förbundet med angränsande plattpar med sömsvets omkring inner- och ytterdiametrarna. De inre och yttre kanterna på plattpar, förbundna vid öppningarna, är utåt särade för att underlät- ta sömsvets vid inre och yttre diametrarna mot angränsande par. Platt- paren ll är också förbundna med sömsvets omkring deras kammar-avgrän- sande öppningar och har särade flänsar för att underlätta sömsvets- ning av respektive ytter- och innerdiametrarna mot den sista termis- ka dämparplattan 40 och stödplattan 32.

-Då denna samansättning är innefattad i värmeväxlaren planas plattorna 40 ut genom tryckkraften från dragstängerna 28. De särade termiska dämparplattorna är tillräckligt tunna för att icke överbe- lastas när de planas ut på detta sätt.. De termiska dämparplattorna har sålunda motsatta sidor i kontakt eller sammanpressade så att 7315437-9 6 ingen gas eller luft kan strömma ut däremellan.

Det är tydligt att vid uppstartning av motorn alla dess kom- ponenter i värmeväxlarna har i stort sett samma temperatur, varefter värmeväxlarplattorna ll snabbt blir varma och underkastas ganska snabb termisk utvidgning. Detta gäller isynnerhet plattorna ll. Plat- tan ll och den sista termiska dämparplattan avgränsar en relativt sval tvärflödesbana för luften, på vars motsatta sida finns en radi- alflödesväg för den heta avloppsgasen. Den termiska utvidgningen av plattan ll överförs sedan genom de termiska dämparplattorna 40, vil- ka ger respektive ökning av den termiska utvidgningen då värmet över- förs eller strömmar emellan dem. Eftersom motsatta sidor på de ter- miska dämparplattorna är förbundna med angränsande plattor med längs- förskjntna förbindningar, dvs mellan inre och yttre diametrarna på kammaröppningarna, skapas en förlängd värmeflödesväg med relativt I låg Värmeöverföring emellan sammanpressade plattor. Detta innebär ökande termisk utvidgning av de termiska dämparplattorna så att skill- naden i utvidgning mellan efterföljande plattor är relativt liten och även liten mellan den termiska dämparplattan intill ramen 14 som har stor massa och värmekapacitet med relativt långsam utvidgning. Denna verkan förstärks ytterligare genom utformningen av mellanplattan 40 och fästplattan 38 av allt högre tjocklek. Nettoeffekten av den be- skrivna termiska dämparen är en kraftig minskning av spänningen mel- lan angränsande plattor som eljest kunde bryta förbindningarna mellan dem. Allt detta samverkar till en ekonomisk sammansättning av värme- växlaren, Vilket minskar risken för driftnvbrott och ökar dess tid i tjänst.

Ehuru en lämplig utföringsform av uppfinningen har beskrivits kan förändringar därav vara uppenbara för fackmannen. Sålunda behöver _ exempelvis de termiska dämparplattorna inte vara hopsatta i särskilda enheter eller de kan vara förbundna med varandra med andra medel såsom lödning eller plattorna kan ha annan form. Uppfinningens syfte och tanke skall därför tolkas ur följande krav. ..,._......_...___... __... ..... -._. _.. _.. _

Claims (6)

7 7315437-9 Patentkrav

1. ' l. Värmevärlare innefattande en ringformig, relativt tung och termiskt trög ram (14) samt ringformiga värmeväxlarplattor (ll), vilka mellan sig avgränsar skilda vägar för minst tvâ flöden mellan vilka värme skall växlas, och vilka centralt avgränsar en central ka- nal för ett därifrån radialt strömmande, första flöde, k ä n n e - t e c k n a d av att mellan ramen (14) och värmeväxlarplattorna (ll) är anordnad en termisk dämpare (54) med en serie sins emellan för- bundna, ringformiga termiska dämparplattor (56,58,40) varvid förbind- ningarna mellan dämparplattorna såsom i en bälg är förskjutna i längd- led mellan ringarnas inre och yttre kanter för att bilda en längsta värmeöverföringsväg genom dämparen (54).

2. Värmeväxlare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att dämparens (54) plattor (56,58,40) är förbundna medelst sömsvets- ning.

3. 5. Värmeväxlare enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av att ramen (14) samt de ringformiga plattorna (ll,56,58,40) i dämparen (54) och värmeväxlardelen uppvisar öppningar (20,22), vilka med angränsande plattors öppningar (20,22) bildar kanaler för ett axialt riktat andra flöde.

4. Värmeväxlare enligt krav l-5, k ä n n e t e c k n a d av att dämparplattorna (40) är sammanpressade mot varandra så att ett radialt flöde mellan plattorna är förhindrat.

5. Värmeväxlare enligt krav l-4, k ä n n e t e c k n a d av att dämparens (54) plattor (56,58) intill ramen (14) är tjockare än plattorna (40) intill värmeväxlarplattorna (ll).

6. Värmeväxlare enligt krav 2-4, k ä n n e t e c k n a d av att dämparplattornas (56,58,40) kanter kring den centrala öppningen, periferin och kanalöppningarna (20,22) är särade för att underlätta øömsvetsningen. ANFÖRDA PuBLIKAT1oNER= us 3 365 353 (165-67), 3 424 240 (165-166)