DE854224C - Waermeaustauscher fuer Gasturbinenanlagen - Google Patents

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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (3)

1. 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.
2. 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.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf oder in der Nähe der ovalen Rohrstücke Führungsrippen aufgesetzt sind.