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DE102010025587A1 - Gas turbine i.e. propeller gas turbine, has hollow sections with profile axles bent against series axles around profile angle, and exhausting passage bent against gas turbine around passage angle along longitudinal axis - Google Patents

Gas turbine i.e. propeller gas turbine, has hollow sections with profile axles bent against series axles around profile angle, and exhausting passage bent against gas turbine around passage angle along longitudinal axis Download PDF

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DE102010025587A1
DE102010025587A1 DE102010025587A DE102010025587A DE102010025587A1 DE 102010025587 A1 DE102010025587 A1 DE 102010025587A1 DE 102010025587 A DE102010025587 A DE 102010025587A DE 102010025587 A DE102010025587 A DE 102010025587A DE 102010025587 A1 DE102010025587 A1 DE 102010025587A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas turbine
profile
angle
passage
row
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102010025587A
Other languages
German (de)
Inventor
Sebastian Günther
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.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Priority to DE102010025587A priority Critical patent/DE102010025587A1/en
Publication of DE102010025587A1 publication Critical patent/DE102010025587A1/en
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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
    • F28D7/06Heat-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 having a single U-bend
    • 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
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases

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Abstract

The turbine has a profile heat exchanger provided with a feed passage for supplying fluid. An exhausting passage removes the fluid. Another fluid is passed through a hollow section series. The exhausting passage is bent around a series angle (alphaRZ'). Profile axles (P) of hollow sections are bent against series axles (R) around a profile angle (alphaPR). The exhausting passage is bent against a gas turbine around a passage angle (alphaZT) along a longitudinal axis (T). The hollow sections are extended between the U-shaped feed passage and the exhausting passage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, insbesondere eine Propeller-Gasturbine, mit einem Profilwärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a gas turbine, in particular a propeller gas turbine, with a profile heat exchanger according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 31 46 089 C2 ist ein bei Gasturbinentriebwerken einsetzbarer Profilwärmetauscher mit einem geteilten Zentralrohr bekannt, dessen Passagen über lanzettenartige Hohlprofile kommunizieren, welche beidseits des Zentralrohres U-förmig auskragen. Vorzuwärmende Druckluft strömt durch eine obere Zuführpassage des Zentralrohres und von dort durch die Hohlprofile in eine untere Abführpassage, um einer Brennkammer einer Gasturbine zugeführt zu werden. Dabei wird die Druckluft im Kreuz-Gegenstrom von einem Heißgasstrom erwärmt, der die Hohlprofile normal zur Längsachse des Zentralrohres außen umströmt. In nicht näher spezifizierter Weise sind in Ausführungsbeispielen Reihen von Hohlprofilen zur Längsachse des Zentralrohres geneigt.From the DE 31 46 089 C2 is a usable in gas turbine engines profile heat exchanger with a split central tube known whose passages communicate via lancet-like hollow profiles, which project on both sides of the central tube U-shaped. Preheating compressed air flows through an upper feed passage of the central pipe and thence through the hollow sections into a lower discharge passage to be supplied to a combustion chamber of a gas turbine. In this case, the compressed air is heated in cross-countercurrent by a hot gas stream, which flows around the hollow profiles normal to the longitudinal axis of the central tube outside. In unspecified manner rows of hollow profiles are inclined to the longitudinal axis of the central tube in embodiments.

Aus der DE 36 42 506 A1 ist eine würfelförmige Gasturbine mit einem Profilwärmetauscher mit mehreren Zentralrohren zur Zu- bzw. -Abfuhr von Druckluft bekannt, die über U-förmig auskragende Hohlprofile miteinander kommunizieren, deren Profilachse in Richtung der Strömung von Abgas ausgerichtet ist, welches die Hohlprofile umströmt. Die Längsachsen der drei parallelen Zentralrohre ist hierzu gegen eine Längsachse der Gasturbine geneigt.From the DE 36 42 506 A1 is a cube-shaped gas turbine with a profile heat exchanger with multiple central pipes for supply and -Abfuhr of compressed air known communicate with each other via U-shaped projecting hollow profiles whose profile axis is aligned in the direction of the flow of exhaust gas, which flows around the hollow sections. The longitudinal axes of the three parallel central tubes is inclined for this purpose against a longitudinal axis of the gas turbine.

Beide Lösungen sind hinsichtlich der Abgasströmung um die Hohlprofile noch verbesserungswürdig.Both solutions are in the exhaust gas flow around the hollow sections still in need of improvement.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Gasturbine mit einem Profilwärmetauscher zur Verfügung zu stellen.Object of the present invention is therefore to provide an improved gas turbine with a profile heat exchanger available.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Gasturbine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale weitergebildet. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.To solve this problem, a gas turbine according to the preamble of claim 1 is further developed by its characterizing features. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Die Erfinder haben erkannt, dass durch eine Neigung der Hohlprofile gegen die Strömungsrichtung eines sie umströmenden Fluids wie beispielsweise des Abgases der Gasturbine dessen Umlenkung verringert und so Strömungsverluste reduziert werden können. Eine solche Neigung von in Hohlprofilreihen angeordneten Hohlprofilen ist grundsätzlich in verschiedener Weise möglich:

  • • durch Neigung der Profilachsen der einzelnen Profile, etwa der großen Halbachsen elliptischer Hohlprofile;
  • • durch Neigung der Reihenachse kompletter Hohlprofilreihen; und
  • • durch Neigung der Längsachse der Zu- bzw. Abführpassage, insbesondere eines Zentral- bzw. Sammelrohres, mit dem die Hohlprofile verbunden sind.
The inventors have recognized that by reducing the inclination of the hollow profiles against the flow direction of a fluid flowing around them, such as, for example, the exhaust gas of the gas turbine, its deflection can be reduced and thus flow losses can be reduced. Such an inclination of hollow profiles arranged in hollow profile rows is basically possible in various ways:
  • • By inclination of the profile axes of the individual profiles, such as the large half-axes of elliptical hollow sections;
  • • by inclination of the row axis complete hollow profile rows; and
  • • By inclination of the longitudinal axis of the supply and discharge passage, in particular a central or manifold, with which the hollow sections are connected.

Erfindungsgemäß wird nun im Wesentlichen vorgeschlagen, zwei oder drei der oben genannten Ansätze zu kombinieren. Dies gestattet die gleichzeitige Optimierung verschiedener Kriterien, insbesondere eine geringe Strömungsumlenkung durch den Wärmetauscher bei gleichzeitig reduzierten Strömungsverlusten unter Berücksichtigung konstruktiver Randbedingungen, etwa des für den Wärmetauscher zur Verfügung stehenden Bauraums.According to the invention, it is now essentially proposed to combine two or three of the abovementioned approaches. This allows the simultaneous optimization of various criteria, in particular a small flow deflection through the heat exchanger at the same time reduced flow losses, taking into account constructive boundary conditions, such as the space available for the heat exchanger space.

Hierzu weist eine Gasturbine mit einem Profilwärmetauscher eine oder mehrere Zuführpassage zur Zufuhr von einem ersten Fluid, insbesondere Druckluft, und eine oder mehrere Abführpassage zur Abfuhr von ersten Fluid auf. Zu- und Abführpassage können beispielsweise durch ein gemeinsames, entsprechend geteiltes Rohr oder auch durch separate Rohre definiert sein, deren Längsachsen dann vorzugsweise im Wesentlichen parallel orientiert sind.For this purpose, a gas turbine with a profile heat exchanger on one or more feed passage for supplying a first fluid, in particular compressed air, and one or more discharge passage for the removal of the first fluid. Supply and discharge passage can be defined for example by a common, correspondingly divided pipe or by separate tubes, the longitudinal axes are then preferably oriented substantially parallel.

Eine Zu- und eine Abführpassage kommunizieren über eine Mehrzahl von Hohlprofilen, deren Querschnitt eine ausgezeichnete Profilachse aufweist, beispielsweise ein große Hauptachse eines lanzettenförmigen oder elliptischen Profils. Die Hohlprofile sind in Strömungsrichtung eines sie außen umströmenden zweiten Fluids, insbesondere Abgas, in Hohlprofilreihen hintereinander angeordnet, wobei bevorzugt mehrere Hohlprofilreihen in axialer Richtung der Zu- bzw. Abführpassage hintereinander angeordnet sind. Die Hohlprofile können sich insbesondere im Wesentlichen U-förmig zwischen der Zu- und der Abführpassage erstrecken.An inlet and a discharge passage communicate via a plurality of hollow profiles, whose cross-section has an excellent profile axis, for example a large main axis of a lancet-shaped or elliptical profile. The hollow profiles are arranged in the flow direction of a second fluid flowing around them outside, in particular exhaust gas, in hollow profile rows one behind the other, wherein preferably a plurality of hollow profile rows in the axial direction of the supply and discharge passage are arranged one behind the other. The hollow profiles may in particular extend substantially U-shaped between the supply and the discharge passage.

Erfindungsgemäß sind nun zum einen eine oder mehrere, vorzugsweise alle Reihenachsen, um unterschiedliche oder denselben Reihenwinkel gegen eine Normale zu einer Längsachse der Zu- bzw. Abführpassage, insbesondere eines entsprechenden Rohres, geneigt, i. e. schließen mit dieser Längsachse einen nicht-rechten Winkel ein bzw. sind nicht parallel zu der Normalen, sondern schließen mit dieser einen Winkel ein, der in einer bevorzugten Ausführung in einem Bereich zwischen 15° und 45° liegt.According to the invention, one or more, preferably all row axes, are inclined on one or more different or the same row angles against a normal to a longitudinal axis of the supply and discharge passage, in particular of a corresponding pipe. e. enclose with this longitudinal axis a non-right angle or are not parallel to the normal, but enclose with this an angle which is in a preferred embodiment in a range between 15 ° and 45 °.

Zum anderen sind zusätzlich die Profilachsen eines oder mehrerer, vorzugsweise aller Hohlprofile um unterschiedliche oder denselben Profilwinkel, der in einer bevorzugten Ausführung in einem Bereich zwischen 2° und 10° liegt, vorzugsweise gleichsinnig, i. e. in dieselbe Richtung wie die Neigung der Hohlprofilreihe gegen die Normale zur Längsachse der Zu- bzw. Abführpassage, gegen die Reihenachse des jeweiligen Hohlprofils geneigt. Zusätzlich oder alternativ sind die Längsachsen einer oder mehrerer, vorzugsweise aller Zu- und/oder Abführpassagen um unterschiedliche oder denselben Passagenwinkel, der in einer bevorzugten Ausführung in einem Bereich zwischen 5° und 20° liegt, vorzugsweise gleichsinnig, i. e. in dieselbe Richtung wie die Neigung der Hohlprofilreihe gegen die Normale zur Längsachse der Zu- bzw. Abführpassage, gegen eine Längsachse der Gasturbine geneigt.On the other hand, in addition, the profile axes of one or more, preferably all hollow profiles to different or the same profile angle, which is in a preferred embodiment in a range between 2 ° and 10 °, preferably in the same direction, ie inclined in the same direction as the inclination of the hollow profile row against the normal to the longitudinal axis of the supply and discharge passage, against the row axis of the respective hollow profile. Additionally or alternatively, the longitudinal axes of one or more, preferably all supply and / or Abführpassagen to different or the same passage angle, which is in a preferred embodiment in a range between 5 ° and 20 °, preferably in the same direction, ie in the same direction as the inclination the hollow profile row against the normal to the longitudinal axis of the supply and discharge passage, inclined against a longitudinal axis of the gas turbine.

Dabei sind die Winkel auf wenigstens einen meridionalen Schnitt, der die Längsachse der Gasturbine enthält, oder eine Abwicklung, insbesondere einer Zu- bzw. Abführpassage mit den entsprechenden Hohlprofilöffnungen, bezogen.In this case, the angles are based on at least one meridional section, which contains the longitudinal axis of the gas turbine, or a development, in particular an intake or discharge passage with the corresponding hollow profile openings.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist eine Gasturbine mit Profilwärmetauscher eine Strömungsumlenkung, beispielsweise ein entsprechendes Austrittsgehäuse stromabwärts eines Turbinen- bzw. Brennkammeraustritts, auf, durch die zweites Fluid aus einer axialen Richtung längs der Längsachse der Gasturbine um einen Turbinenaustrittswinkel teilweise in radiale Richtung um- und auf die Hohlprofile des Profilwärmetauschers gelenkt wird, um diese zu umströmen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Strömungsumlenkung, beispielsweise eine entsprechend ausgebildete Düse, stromabwärts des Profilwärmetauschers vorgesehen sein, durch die zweites Fluid nach Umströmen der Hohlprofile des Profilwärmetauschers um einen Düseneintrittswinkel in eine, insbesondere zur Längsachse der Gasturbine im Wesentlichen parallele, Richtung umgelenkt wird.According to a preferred embodiment, a gas turbine with a profile heat exchanger, a flow deflection, for example, a corresponding outlet housing downstream of a turbine or combustion chamber outlet on, by the second fluid from an axial direction along the longitudinal axis of the gas turbine to a turbine outlet angle partially in the radial direction and on the hollow sections of the profile heat exchanger is directed to flow around them. Additionally or alternatively, a flow deflection, for example, a correspondingly shaped nozzle, be provided downstream of the profile heat exchanger is deflected by the second fluid after flowing around the hollow profiles of the profile heat exchanger by a nozzle inlet angle in a, in particular to the longitudinal axis of the gas turbine substantially parallel direction.

Insbesondere hierdurch können mehrere Wärmetauscherpakete mit je wenigstens einer Zu- und Abführpassage und, vorzugsweise beidseits der Zu- und Abführpassage angeordneten, Hohlprofilen in Umfangsrichtung der Gasturbine nebeneinander angeordnet werden, was den axialen Platzbedarf vorteilhaft verkürzt. Zusätzlich oder alternativ können auch in axialer Richtung der Gasturbine mehrere Wärmetauscherpakete hintereinander angeordnet werden, um die durchströmte Ein- bzw. Austrittsfläche des Wärmetauschers zu vergrößern.In particular, as a result, a plurality of heat exchanger packets, each with at least one supply and discharge passage and, preferably arranged on both sides of the supply and discharge passage, hollow profiles in the circumferential direction of the gas turbine can be arranged side by side, which advantageously shortens the axial space requirement. Additionally or alternatively, a plurality of heat exchanger packets can also be arranged behind one another in the axial direction of the gas turbine, in order to increase the flowed-through inlet or outlet surface of the heat exchanger.

Reihen-, Profil- und/oder Passagenwinkel können so gewählt sein, dass ein Umlenkwinkel des zweiten Fluids durch den Profilwärmetauscher, beispielsweise infolge einer der vorgenannten Strömungsumlenkungen, kleiner ist als 75°, insbesondere kleiner als 60° und vorzugsweise kleiner als 45°.Series, profile and / or passage angles can be chosen so that a deflection angle of the second fluid through the profile heat exchanger, for example as a result of one of the aforementioned flow deflections, is less than 75 °, in particular less than 60 ° and preferably less than 45 °.

Insbesondere, um Strömungsverluste zu reduzieren und den Wärmeaustausch zwischen erstem und zweitem Fluid zu verbessern, werden Reihen-, Profil- und/oder Passagenwinkel gemäß einer bevorzugten Ausführung so gewählt, dass ein freier Strömungsquerschnitt zwischen benachbartern Hohlprofilen benachbarter Hohlprofilreihe im Wesentlichen die gleiche Größe aufweist. Zusätzlich oder alternativ können Querschnitte der Hohlprofile und/oder Abstände zwischen benachbarten Hohlprofilen entsprechend gewählt werden.In particular, in order to reduce flow losses and to improve the heat exchange between the first and second fluid, row, profile and / or passage angles are chosen according to a preferred embodiment so that a free flow cross-section between adjacent hollow profiles adjacent hollow profile row has substantially the same size. Additionally or alternatively, cross sections of the hollow profiles and / or distances between adjacent hollow profiles can be selected accordingly.

Mit besonderem Vorteil ist der Profilwärmetauscher als Kreuz-Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet, indem beispielsweise zu erwärmende Druckluft und hierzu verwendetes Abgas der Gasturbine im Kreuz-Gegenstrom strömen.With particular advantage, the profile heat exchanger is designed as a cross-countercurrent heat exchanger, for example, by flowing compressed air and exhaust gas used for this purpose of the gas turbine in cross-counterflow.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:Further features and advantages emerge from the subclaims and the exemplary embodiment. This shows, partially schematized:

1 Querschnitte von Hohlprofilen eines Profilwärmetauscher einer Gasturbine gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und 1 Cross sections of hollow profiles of a profile heat exchanger of a gas turbine according to an embodiment of the present invention; and

2 eine isometrische Ansicht des Profilwärmetauschers mit mehreren Wärmetauscherpaketen. 2 an isometric view of the profile heat exchanger with multiple heat exchanger packages.

2 zeigt in isometrischer Ansicht einen Profilwärmetauscher einer Gasturbine gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Dieser umfasst zwei in axialer Richtung der Gasturbine (von links nach rechts in 2) hintereinander angeordnete Ringe, die jeweils fünf gleichmäßig über den Umfang verteilte, in Umfangsrichtung der Gasturbine nebeneinander angeordnete Wärmetauscherpakete umfassen. 2 shows in isometric view a profile heat exchanger of a gas turbine according to an embodiment of the present invention. This includes two in the axial direction of the gas turbine (from left to right in 2 ) arranged one behind the other rings each comprising five uniformly distributed over the circumference, in the circumferential direction of the gas turbine juxtaposed heat exchanger packages.

Jedes Wärmetauscherpaket weist ein Zuführrohr 10 und ein hierzu paralleles Abführrohr 20 auf, die eine Zuführpassage zur Zufuhr von zu erwärmender Druckluft aus dem Verdichter der Gasturbine (nicht dargestellt) bzw. eine Abführpassage zur Abfuhr von erwärmter Druckluft in die Brennkammer der Gasturbine (nicht dargestellt) definieren.Each heat exchanger package has a feed tube 10 and a discharge pipe parallel thereto 20 on, which define a supply passage for supplying compressed air to be heated from the compressor of the gas turbine (not shown) or a discharge passage for the discharge of heated compressed air into the combustion chamber of the gas turbine (not shown).

Beidseits jedes Zu- und Abführrohrpaares erstrecken sind U-förmige Hohlprofile, die in 2 nur in ihrer Gesamtheit angedeutet sind. Dabei umfasst jedes Hohlprofilpaket 30 eine Vielzahl einzelner Hohlprofile 1, auf deren Anordnung mit Bezug auf 1 nachfolgend eingegangen wird.On both sides of each inlet and Abführrohrpaares extend are U-shaped hollow sections, in 2 are indicated only in their entirety. This includes each hollow profile package 30 a variety of individual hollow profiles 1 , on their order with reference to 1 will be discussed below.

Heiße Abgase strömen in axialer Richtung einer Längsachse T der Gasturbine aus einem Turbinen- bzw. Brennkammeraustritt aus (von links nach rechts in 1, 2), werden durch ein Austrittsgehäuse (nicht dargestellt) teilweise in radiale Richtung (vertikal in 1, 2) umgelenkt und umströmen so die einzelnen Hohlprofile der Hohlprofilpakete 30. Anschließend werden sie durch eine Düse (nicht dargestellt) wieder in axiale Richtung parallel zur Längsachse T der Gasturbine umgelenkt.Hot exhaust gases flow out of a turbine or combustion chamber outlet in the axial direction of a longitudinal axis T of the gas turbine (from left to right in FIG 1 . 2 ), by a discharge housing (not shown) partially in the radial direction (vertically in 1 . 2 ) deflected and flow around so the individual hollow sections of the hollow profile packages 30 , Then they are passed through a nozzle (not represented) again in the axial direction parallel to the longitudinal axis T of the gas turbine deflected.

Beim Umströmen tauschen die Abgase Wärme mit der Druckluft aus, die von einem Zuführrohr 10 durch die U-förmigen Hohlprofile in das zugeordnete Abführrohr 20 strömt und dabei erwärmt wird.When flowing around, the exhaust gases exchange heat with the compressed air coming from a supply pipe 10 through the U-shaped hollow profiles in the associated discharge pipe 20 flows while being heated.

1 zeigt im Detail Querschnitte von Hohlprofilen 1 eines Hohlprofilpakets 30, beispielsweise in einer Abwicklung eines Zuführohres 10 oder einem meridionalen Schnitt. Man erkennt die einzelnen lanzettenförmigen Hohlprofile 1. Zusätzlich ist die zur Turbinenlängsachse T parallele axiale Zuströmung vTA vom Turbinenaustritt, die hierzu parallele axiale Abströmung vD zur Düse sowie die dazwischen stattfindende Umlenkung der Abgase um einen Turbinenaustrittswinkel β1 zu den Hohlprofilen hin bzw. um einen Düseneintrittswinkel β2 nach Durchströmen des Hohlprofilpaketes 30 angedeutet. 1 shows in detail cross sections of hollow profiles 1 a hollow profile package 30 , For example, in a settlement of a Zuführohres 10 or a meridional section. One recognizes the individual lancet-shaped hollow profiles 1 , In addition, the parallel to the turbine longitudinal axis T axial inflow v TA from the turbine outlet, the parallel axial outflow v D to the nozzle and the intervening deflection of the exhaust gases to a turbine outlet angle β 1 to the hollow profiles or to a nozzle entry angle β 2 after flowing through the hollow profile package 30 indicated.

Mehrere Hohlprofile 1 sind in Umfangsrichtung eines Zu- bzw. Abführrohres 10, 20 übereinander, i. e. in Strömungsrichtung der Abgase hintereinander, längs einer Reihenachse R in einer Hohlprofilreihe angeordnet, mehrere Hohlprofilreihen in axialer Richtung der Gasturbine (von lins nach rechts in 1) hintereinander.Several hollow sections 1 are in the circumferential direction of an inlet and outlet pipe 10 . 20 one above the other, ie in the flow direction of the exhaust gases behind one another, arranged along a series axis R in a hollow profile row, several hollow profile rows in the axial direction of the gas turbine (from left to right in FIG 1 ) behind each other.

Erfindungsgemäß sind zum einen die Reihenachsen R gegen eine zu einer Längsachse Z der Zu- und Abführrohre 10, 20 senkrechte Normale Z' um einen Reihenwinkel αRZ' = 30° geneigt, wodurch die einzelnen Hohlprofile bereits gegen eine zur Zu- und Abströmrichtung vTA, vD bzw. Längsachse T der Gasturbine senkrechte Normale geneigt sind, i. e. keine Umlenkung um 90° stattfindet.According to the invention, the row axes R are on the one hand against a to a longitudinal axis Z of the supply and discharge pipes 10 . 20 vertical normal Z 'inclined by a row angle α RZ' = 30 °, whereby the individual hollow profiles are already inclined against a normal to the inflow and outflow v TA , v D or longitudinal axis T of the gas turbine normal, ie no deflection takes place by 90 ° ,

Zusätzlich sind die großen Halbachsen bzw. Profilachsen P der einzelnen Hohlprofile 1 jeweils um einen Profilwinkel αPR = 6° gleichsinnig, i. e. noch weiter gegen die Reihenachsen R geneigt. Hierdurch können freie Strömungsquerschnitte S zwischen benachbarten Hohlprofilen 1 benachbarter Hohlprofilreihe im Wesentlichen gleich groß eingestellt werden.In addition, the large semiaxes or profile axes P of the individual hollow profiles 1 in each case by a profile angle α PR = 6 ° in the same direction, ie even further inclined to the series axes R. This allows free flow cross sections S between adjacent hollow profiles 1 adjacent hollow profile row can be set substantially equal.

Weiter zusätzlich sind die parallelen Längsachsen Z der Zu- und Abführrohe 10, 20 gleichsinnig, i. e. noch weiter um einen Passagenwinkel αZT = 10° gegen die Längsachse T der Gasturbine geneigt, so dass die beiden Wärmetauscherpaketringe insgesamt kegelstumpfförmig um die Längsachse T der Gasturbine angeordnet sind. Hierdurch kann die Umlenkung der Abgase nochmals verringert werden.In addition, the parallel longitudinal axes Z are the supply and Abführrohe 10 . 20 in the same direction, ie even further inclined by a passage angle α ZT = 10 ° with respect to the longitudinal axis T of the gas turbine, so that the two heat exchanger packet rings are arranged on the whole truncated cone around the longitudinal axis T of the gas turbine. As a result, the deflection of the exhaust gases can be further reduced.

Turbinenaustritts- bzw. Düseneintrittswinkel β1, β2 ergeben sich somit kumulativ zu β1 = β2 = 90° – αZT – αPR – αRZ' = 44°, i. e. weniger als 45°.Turbine outlet or nozzle inlet angle β 1 , β 2 thus result cumulatively to β 1 = β 2 = 90 ° - α ZT - α PR - α RZ ' = 44 °, ie less than 45 °.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Hohlprofilhollow profile
1010
Zuführrohrfeed
2020
Abführrohrdischarge pipe
3030
HohlprofilpaketHollow profile package
PP
Profilachseprofile axis
RR
Reihenachserow axis
SS
freier Strömungsquerschnitt zwischen Hohlprofilenfree flow cross-section between hollow profiles
TT
Turbinenlängsachseturbine longitudinal axis
ZZ
Rohrachsepipe axis
Z'Z '
Normale senkrecht zur RohrachseNormal perpendicular to the tube axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3146089 C2 [0002] DE 3146089 C2 [0002]
  • DE 3642506 A1 [0003] DE 3642506 A1 [0003]

Claims (8)

Gasturbine mit einem Profilwärmetauscher mit wenigstens einer Zuführpassage (10) zur Zufuhr von einem ersten Fluid, insbesondere Druckluft, wenigstens einer Abführpassage (20) zur Abfuhr von ersten Fluid, und wenigstens einer von einem zweiten Fluid, insbesondere Abgas, zu umströmenden Hohlprofilreihe, wobei Hohlprofile (1) der Hohlprofilreihe jeweils mit der Zu- und Abführpassage kommunizieren, eine Profilachse (P) aufweisen und längs einer Reihenachse (R) angeordnet sind, die gegen eine Normale (Z') zu einer Längsachse (Z) der Zu- und/oder Abführpassage um einen Reihenwinkel (αRZ') geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Profilachse (P) eines Hohlprofils (1) gegen dessen Reihenachse (R) um einen Profilwinkel (αPR) geneigt ist, und/oder dass die Längsachse (Z) der Zu- und/oder Abführpassage gegen eine Längsachse (T) der Gasturbine um einen Passagenwinkel (αZT) geneigt ist.Gas turbine with a profile heat exchanger with at least one feed passage ( 10 ) for supplying a first fluid, in particular compressed air, at least one discharge passage ( 20 ) for removing first fluid, and at least one of a second fluid, in particular exhaust gas, to be flown around the hollow profile row, wherein hollow profiles ( 1 ) of the hollow profile row communicate respectively with the supply and discharge passage, have a profile axis (P) and along a row axis (R) are arranged, which against a normal (Z ') to a longitudinal axis (Z) of the supply and / or discharge passage order a row angle (α RZ ' ) is inclined, characterized in that a profile axis (P) of a hollow profile ( 1 ) is inclined against its row axis (R) by a profile angle (α PR ), and / or that the longitudinal axis (Z) of the supply and / or discharge passage is inclined by a passage angle (α ZT ) against a longitudinal axis (T) of the gas turbine , Gasturbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Strömungsumlenkung des zweiten Fluids aus einer axialen Richtung längs der Längsachse (T) der Gasturbine in teilweise radiale Richtung um einen Turbinenaustrittswinkel (β1) zu einer Hohlprofilreihe des Profilwärmetauschers und/oder eine Strömungsumlenkung des zweiten Fluids von einer Hohlprofilreihe des Profilwärmetauschers um einen Düseneintrittswinkel (β2) in eine, insbesondere zur Längsachse (T) der Gasturbine im Wesentlichen parallele, Richtung.Gas turbine according to claim 1, characterized by a flow deflection of the second fluid from an axial direction along the longitudinal axis (T) of the gas turbine in a partially radial direction about a turbine outlet angle (β 1 ) to a hollow profile row of the profile heat exchanger and / or a flow deflection of the second fluid of a Hollow profile row of the profile heat exchanger to a nozzle inlet angle (β 2 ) in one, in particular to the longitudinal axis (T) of the gas turbine substantially parallel direction. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reihenwinkel (αRZ'), ein Profilwinkel (αPR), ein Passagenwinkel (αZT), eine umströmter Querschnitt eines Hohlprofils (1) und/oder ein Abstand zwischen benachbarten Hohlprofilen (1) so gewählt sind, dass ein freier Strömungsquerschnitt (S) zwischen benachbartem Hohlprofilen (1) benachbarter Hohlprofilreihe im Wesentlichen die gleiche Größe aufweist.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that a row angle (α RZ ' ), a profile angle (α PR ), a passage angle (α ZT ), a flow-around cross-section of a hollow profile ( 1 ) and / or a distance between adjacent hollow profiles ( 1 ) are selected so that a free flow cross-section (S) between adjacent hollow profiles ( 1 ) adjacent hollow profile row has substantially the same size. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reihenwinkel (αRZ'), ein Profilwinkel (αPR) und/oder ein Passagenwinkel (αZT) so gewählt sind, dass ein Umlenkwinkel (β1, β2) des zweiten Fluids durch den Profilwärmetauscher kleiner ist als 75°, insbesondere kleiner als 60° und vorzugsweise kleiner als 45°.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that a row angle (α RZ ' ), a profile angle (α PR ) and / or a passage angle (α ZT ) are selected such that a deflection angle (β 1 , β 2 ) of the second Fluids through the profile heat exchanger is less than 75 °, in particular less than 60 ° and preferably less than 45 °. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reihenwinkel (αRZ') im Bereich zwischen 15° und 45° liegt, dass ein Profilwinkel (αPR) im Bereich zwischen 2° und 10° liegt, und/oder dass ein Passagenwinkel (αZT) im Bereich zwischen 5° und 20° liegt.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that a row angle (α RZ ' ) is in the range between 15 ° and 45 °, that a profile angle (α PR ) is in the range between 2 ° and 10 °, and / or that a Passage angle (α ZT ) is in the range between 5 ° and 20 °. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und/oder Abführpassage durch ein Rohr (10, 20) definiert ist.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the supply and / or discharge passage through a pipe ( 10 . 20 ) is defined. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich Hohlprofile (1) im Wesentlichen U-förmig zwischen der Zu- und der Abführpassage erstrecken.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that hollow sections ( 1 ) extend substantially U-shaped between the supply and the discharge passage. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmetauscherpakete mit je wenigstens einer Zu- und Abführpassage (10, 20) und, vorzugsweise beidseits der Zu- und Abführpassage angeordneten, Hohlprofilen in axialer Richtung der Gasturbine hintereinander und/oder in Umfangsrichtung der Gasturbine nebeneinander angeordnet sind.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of heat exchanger packets each having at least one supply and discharge passage ( 10 . 20 ) and, preferably arranged on both sides of the supply and discharge passage, hollow profiles in the axial direction of the gas turbine behind one another and / or in the circumferential direction of the gas turbine are arranged side by side.
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