DE102014214038A1 - gas turbine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk, mit einer Austrittsdüse (1), in der ein Wärmetauscher angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher wenigstens ein Segment (20, 30; 40) mit einer ersten Matrix (21; 41) mit ersten Passagen aufweist, die einen ersten Verteilerraum (22; 42) zum Zuführen von zu erwärmendem Wärmetauschermedium in die ersten Passagen mit einem in Umfangsrichtung beabstandeten ersten Sammelraum (23; 43) zum Abführen von erwärmtem Wärmetauschermedium aus den ersten Passagen verbindenThe present invention relates to a gas turbine, in particular an aircraft engine, with an outlet nozzle (1), in which a heat exchanger is arranged, wherein the heat exchanger has at least one segment (20, 30, 40) with a first matrix (21, 41) with first passages connecting a first distribution space (22; 42) for supplying heat exchange medium to be heated into the first passages with a circumferentially spaced first collection space (23; 43) for discharging heated heat exchange medium from the first passages
Description
Die Arbeiten, die zu dieser Erfindung geführt haben, wurden gemäß der Finanzhilfevereinbarung Nr. 283216 (LEMCOTEC) im Zuge des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Union (FP7/2007-2013) gefördert. The work leading to this invention has been funded under the Seventh Framework Program of the European Union (FP7 / 2007-2013) under grant agreement no. 283216 (LEMCOTEC).
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einer Austrittsdüse, in der ein Wärmetauscher angeordnet ist. The present invention relates to a gas turbine with an outlet nozzle, in which a heat exchanger is arranged.
Aus der eigenen
Aus betriebsinterner Praxis ist zudem ein sogennantes IRA-Gasturbinentriebwerk („Inter-cooled Recuperative Aero engine“) mit einem Wärmetauscher bekannt, der acht gegen die axiale Richtung geneigte Segmente mit Lanzetten aufweist, die ein Verteilerrohr mit einem axial und radial beabstandeten Sammelrohr verbinden, das ebenfalls an derselben Umfangsposition angeordnet ist wie das Verteilerrohr. In-house practice also known as a so-called IRA gas turbine engine ("Inter-cooled Recuperative Aero engine") having a heat exchanger having eight inclined against the axial direction segments with lancets that connect a manifold with an axially and radially spaced manifold, the is also located at the same circumferential position as the manifold.
Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gasturbine zu verbessern. An object of an embodiment of the present invention is to improve a gas turbine.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is solved by the features of
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Gasturbine eine Austrittsdüse auf, in der ein Wärmetauscher angeordnet ist. According to one aspect of the present invention, a gas turbine has an outlet nozzle in which a heat exchanger is arranged.
Die Gasturbine ist in einer Ausführung ein Flugtriebwerk, ein Fahrzeugtriebwerk oder eine stationäre Gasturbine. Sie weist in einer Ausführung einen oder mehrere Verdichter, eine in Durchströmungsrichtung stromabwärts nach diesen angeordnete Brennkammer und eine oder mehrere stromabwärts nach dieser angeordnete Turbinen und die stromabwärts nach diesen angeordnete, insbesondere einer stromabwärtigsten Turbine benachbarte bzw. an diese anschließende, Austrittsdüse auf. In einer Weiterbildung weist die Gasturbine einen Kerngaskanal mit einem oder mehreren Verdichtern, der Brennkammer und einer oder mehreren Turbinen und einen zu dem Kerngaskanal strömungstechnisch parallelem Bypass-, insbesondere einen den Kerngaskanal umgebenden Mantelgaskanal auf, in dem ein Fan und/oder Verdichter angeordnet ist, der mit einer der Turbinen des Kerngaskanals, insbesondere über eine Getriebeübersetzung, gekoppelt ist. In einer Weiterbildung übergreift der Mantelgaskanal die Austrittsdüse auf ihrer gesamten axialen Länge oder einem Teil ihrer axialen Länge. In one embodiment, the gas turbine is an aircraft engine, a vehicle engine or a stationary gas turbine. In one embodiment, it has one or more compressors, a combustion chamber arranged downstream in the direction of flow, and one or more turbines arranged downstream thereof and the outlet nozzle arranged downstream of or adjacent thereto, in particular a downstream turbine. In a development, the gas turbine has a core gas channel with one or more compressors, the combustion chamber and one or more turbines and a bypass gas channel parallel to the core gas channel, in particular a jacket gas channel surrounding the core gas channel, in which a fan and / or compressor is arranged. which is coupled to one of the turbines of the core gas channel, in particular via a gear ratio. In a development, the jacket gas channel engages over the outlet nozzle over its entire axial length or part of its axial length.
Der Wärmetauscher weist ein oder mehrere Segmente mit einer ersten Matrix mit ersten Passagen auf, die einen ersten Verteilerraum zum Zuführen von zu erwärmendem Wärmetauschermedium in die ersten Passagen mit einem in Umfangsrichtung beabstandeten ersten Sammelraum zum Abführen von erwärmtem Wärmetauschermedium aus den ersten Passagen verbinden. The heat exchanger includes one or more segments having a first matrix with first passages connecting a first manifold space for supplying heat exchange medium to be heated into the first passages with a circumferentially spaced first manifold for discharging heated heat exchange medium from the first passages.
Durch die Verteilung von Verteiler- und Sammelraum in Umfangsrichtung kann in einer Ausführung vorteilhafterweise die Wechselwirkung des die Austrittsdüse durchströmenden Abgases mit dem Wärmetauscher strömungs- und/oder wärmetechnisch verbessert werden. Due to the distribution of distributor and collecting space in the circumferential direction, the interaction of the exhaust gas flowing through the outlet nozzle with the heat exchanger can advantageously be improved in terms of flow and / or heat technology in one embodiment.
In einer Ausführung erstrecken sich ein oder mehrere Segmente in Umfangsrichtung jeweils, wenigstens im Wesentlichen, über 360° bzw. den gesamten Umfang eines abgasdurchströmten Querschnitts der Austrittsdüse. Zusätzlich oder alternativ können sich ein oder mehrere Stufen von jeweils zwei oder mehr, insbesondere vier oder mehr, in Umfangsrichtung benachbarten Segmente in Umfangsrichtung zusammen, wenigstens im Wesentlichen, über 360° bzw. den gesamten Umfang eines abgasdurchströmten Querschnitts der Austrittsdüse erstrecken. In one embodiment, one or more segments in the circumferential direction each extend, at least substantially, over 360 ° or the entire circumference of a cross section of the exhaust nozzle through which the exhaust gas flows. Additionally or alternatively, one or more stages of two or more, in particular four or more, circumferentially adjacent segments in the circumferential direction together, at least substantially, extend over 360 ° or the entire circumference of an exhaust gas flowed through cross section of the outlet nozzle.
Durch die Erstreckung über den vollen Umfang kann in einer Ausführung vorteilhafterweise die Wechselwirkung des die Austrittsdüse durchströmenden Abgases mit dem Wärmetauscher vorteilhafterweise, wenigstens im Wesentlichen, rotationssymmetrisch ausgebildet und so strömungs- und/oder wärmetechnisch verbessert werden. Due to the extent over the full circumference, the interaction of the exhaust gas flowing through the outlet nozzle with the heat exchanger can be advantageously, at least essentially, rotationally symmetrical in one embodiment and thus improved in terms of flow and / or heat technology.
In einer Ausführung sind zwei oder mehr Segmente in axialer Richtung beabstandet. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhafterweise dem Abgas mehrstufig Wärme entzogen werden. Insbesondere können sich zwei oder mehrere Segmente, die sich in Umfangsrichtung jeweils, wenigstens im Wesentlichen, über 360° erstrecken, und/oder zwei oder mehrere Stufen von jeweils zwei oder mehr, insbesondere vier oder mehr, in Umfangsrichtung benachbarten Segmente, die sich in Umfangsrichtung zusammen, wenigstens im Wesentlichen, über 360° erstrecken, in axialer Richtung beabstandet bzw. in Durchströmungsrichtung hintereinander angeordnet sein. In one embodiment, two or more segments are spaced in the axial direction. As a result, heat can advantageously be removed from the exhaust gas in multiple stages in one embodiment. In particular, two or more segments which extend circumferentially, at least substantially, over 360 °, and / or two or more stages of two or more, in particular four or more, circumferentially adjacent segments extending in the circumferential direction together, at least substantially, extend over 360 °, spaced in the axial direction or arranged in the flow direction one behind the other.
In einer Ausführung sind ein oder mehrere Segmente Kreissegmente, insbesondere Kreisringsegmente, die sich, wenigstens im Wesentlichen, in radialer Richtung erstrecken. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhafterweise eine in axialer Richtung kompakte Bauform dargestellt werden. Zur kompakteren Darstellung bezeichnet „Kreis(ring)segment“ nachfolgend sowohl ein Kreissegment als auch insbesondere ein Kreisringsegment. In one embodiment, one or more segments are circle segments, in particular circular ring segments, which extend, at least substantially, in the radial direction. As a result, in one embodiment advantageously a compact design in the axial direction can be represented. For a more compact representation "circle (ring) segment" below denotes both a circular segment and in particular a circular ring segment.
In einer Ausführung sind ein oder mehrere Segmente in Durchströmungsrichtung konvergierende Kegelsegmente. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhafterweise eine axial längere Wärmetauschstrecke und/oder eine Wechselwirkung des die Austrittsdüse durchströmenden Abgases mit dem Wärmetauscher strömungs- und/oder wärmetechnisch verbessert werden. In one embodiment, one or more segments in the flow direction are converging cone segments. As a result, in one embodiment advantageously an axially longer heat exchange path and / or an interaction of the exhaust gas flowing through the outlet nozzle with the heat exchanger can be improved in terms of flow and / or heat technology.
In einer Ausführung erstrecken sich ein oder mehrere Segmente, wenigstens im Wesentlichen, von einer radial äußeren Gaskanalmantelfäche der Austrittsdüse bis zu einer radial inneren Gaskanalmantelfäche der Austrittsdüse, insbesondere einem Kern bzw. Innenkegel der Austrittsdüsen, oder von einer radial äußeren Gaskanalmantelfäche der Austrittsdüse bis zu einer Längsachse der Austrittsdüsen. In one embodiment, one or more segments extend, at least substantially, from a radially outer gas channel jacket surface of the exit nozzle to a radially inner gas channel jacket surface of the exit nozzle, in particular a core or inner cone of the exit nozzles, or from a radially outer gas channel jacket surface of the exit nozzle to one Longitudinal axis of the outlet nozzles.
Durch eine solche Erstreckung über den vollen abgasdurchströmten Querschnitt der Austrittsdüsen kann in einer Ausführung dem Abgas strömungs- und/oder wärmetechnisch vorteilhaft Wärme entzogen werden. By such an extension over the full cross-section of the outlet nozzles through which exhaust gases flow, heat and / or heat can advantageously be extracted from the exhaust gas in one embodiment.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen ein oder mehrere Segmente jeweils ein Matrixpaar mit einer zweiten Matrix mit zweiten Passagen, die einen zweiten Verteilerraum zum Zuführen von zu erwärmendem Wärmetauschermedium in die zweiten Passagen mit einem in Umfangsrichtung beabstandeten zweiten Sammelraum zum Abführen von erwärmtem Wärmetauschermedium aus den zweiten Passagen verbinden, und mit einer dritten Matrix mit dritten Passagen auf, die einen dritten Verteilerraum zum Zuführen von zu erwärmendem Wärmetauschermedium in die dritten Passagen mit einem in Umfangsrichtung beabstandeten dritten Sammelraum zum Abführen von erwärmtem Wärmetauschermedium aus den dritten Passagen verbinden, wobei der zweite und dritte Sammel- und/oder Verteilerraum in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Verteilerraum und dem ersten Sammelraum angeordnet ist. In einer Weiterbildung bestehen ein oder mehrere Segmente jeweils aus einer solchen ersten Matrix und einem solchen Matrixpaar. According to one aspect of the present invention, one or more segments each comprise a matrix pair having a second matrix with second passages including a second manifold space for supplying heat exchange medium to be heated into the second passages with a circumferentially spaced second manifold for discharging heated heat exchange medium connecting second passages, and having a third matrix with third passages connecting a third distribution space for supplying heat exchange medium to be heated in the third passages with a circumferentially spaced third collection space for discharging heated heat exchange medium from the third passages, the second and third passages third collection and / or distribution space is arranged in the circumferential direction between the first distribution space and the first collection space. In one development, one or more segments each consist of such a first matrix and such a matrix pair.
Durch die Zu- und/oder Abfuhr von Wärmetauschermedium in die bzw. aus den zweiten und dritten Passagen in Umfangsrichtung zwischen der Zu- und der Abfuhr von Wärmetauschermedium in die bzw. aus den ersten Passagen kann in einer Ausführung vorteilhafterweise die Thermo- und Fluiddynamik variiert, insbesondere optimiert und so die Wechselwirkung des die Austrittsdüse durchströmenden Abgases mit dem Wärmetauscher strömungs- und/oder wärmetechnisch verbessert werden. By the supply and / or removal of heat exchange medium into and out of the second and third passages in the circumferential direction between the supply and the discharge of heat exchange medium into or out of the first passages, in one embodiment advantageously the thermal and fluid dynamics varies , in particular optimized, and thus the interaction of the exhaust gas flowing through the outlet nozzle with the heat exchanger can be improved in terms of flow and / or heat technology.
Wie vorstehend ausgeführt, können ein oder mehrere Segmente Kreis(ring)segmente sein. Entsprechend ist in einer Ausführung die erste Matrix eines oder mehrerer Segments in radialer Richtung innen oder außen neben dem Matrixpaar des jeweiligen Segments angeordnet und bildet mit diesem ein Kreissegment, insbesondere Kreisringsegment, das sich, wenigstens im Wesentlichen, in radialer Richtung erstreckt. As stated above, one or more segments may be ring segments. Accordingly, in one embodiment, the first matrix of one or more segments is arranged in the radial direction inside or outside next to the matrix pair of the respective segment and forms with this a circle segment, in particular circular ring segment, which extends, at least substantially, in the radial direction.
Durch die Zu- und/oder Abfuhr von Wärmetauschermedium in die bzw. aus den zweiten und dritten Passagen in Umfangsrichtung zwischen der Zu- und der Abfuhr von Wärmetauschermedium in die bzw. aus den ersten Passagen und radial außen bzw. innen kann in einer Ausführung vorteilhafterweise die Thermo- und Fluiddynamik variiert, insbesondere optimiert und so die Wechselwirkung des die Austrittsdüse durchströmenden Abgases mit dem Wärmetauscher strömungs- und/oder wärmetechnisch verbessert werden. By the supply and / or removal of heat exchange medium into and out of the second and third passages in the circumferential direction between the supply and the discharge of heat exchange medium into and out of the first passages and radially outside or inside can advantageously in one embodiment the thermal and fluid dynamics varies, in particular optimized, and thus the interaction of the exhaust gas flowing through the outlet nozzle with the heat exchanger can be improved in terms of flow and / or heat technology.
In einer Weiterbildung beträgt eine radiale Höhe der ersten Matrix eines oder mehrerer Kreis(ring)egmente jeweils wenigstens 25%, insbesondere wenigstens 33%, insbesondere wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 75% einer radialen Höhe des Matrixpaares des jeweiligen Segments. Zusätzlich oder alternativ beträgt die radiale Höhe der ersten Matrix insbesondere höchstens 75%, insbesondere höchstens 50%, insbesondere höchstens 33%, insbesondere höchstens 25% der radialen Höhe des Matrixpaares. Beispielsweise beträgt somit die radiale Höhe der ersten Matrix in einer Ausführung zwischen („wenigstens“) 25% und („höchstens“) 75% der radialen Höhe des Matrixpaares. In a further development, a radial height of the first matrix of one or more circular segments is at least 25%, in particular at least 33%, in particular at least 50%, in particular at least 75% of a radial height of the matrix pair of the respective segment. Additionally or alternatively, the radial height of the first matrix is in particular at most 75%, in particular at most 50%, in particular at most 33%, in particular at most 25% of the radial height of the matrix pair. For example, in one embodiment, the radial height of the first matrix is between ("at least") 25% and ("at most") 75% of the radial height of the matrix pair.
Durch diese Aufteilung der Wirkquerschnittsfläche zwischen erster Matrix und Matrixpaar kann in einer Ausführung vorteilhafterweise die Thermo- und Fluiddynamik variiert, insbesondere optimiert und so die Wechselwirkung des die Austrittsdüse durchströmenden Abgases mit dem Wärmetauscher strömungs- und/oder wärmetechnisch verbessert werden. As a result of this division of the active cross-sectional area between the first matrix and the matrix pair, in one embodiment the thermal and fluid dynamics can advantageously be varied, in particular optimized and the flow of the exhaust gas flowing through the outlet nozzle with the heat exchanger can be improved in terms of flow and / or heat technology.
Wie vorstehend ausgeführt, können ein oder mehrere Segmente Kegelsegmente sein. Entsprechend ist in einer Ausführung die erste Matrix eines oder mehrerer Segmente in axialer Richtung stromabwärts oder stromaufwärts neben dem Matrixpaar des jeweiligen Segments angeordnet und bildet mit diesem ein Kegelsegment, das in Durchströmungsrichtung konvergiert. As stated above, one or more segments may be cone segments. Accordingly, in one embodiment, the first matrix of one or more segments is located in the axial direction downstream or upstream of the matrix pair of the respective segment and forms with this one cone segment, which converges in the flow direction.
Durch die Zu- und/oder Abfuhr von Wärmetauschermedium in die bzw. aus den zweiten und dritten Passagen in Umfangsrichtung zwischen der Zu- und der Abfuhr von Wärmetauschermedium in die bzw. aus den ersten Passagen und axial stromabwärts bzw. stromaufwärts von den ersten Passagen kann in einer Ausführung vorteilhafterweise die Thermo- und Fluiddynamik variiert, insbesondere optimiert und so die Wechselwirkung des die Austrittsdüse durchströmenden Abgases mit dem Wärmetauscher strömungs- und/oder wärmetechnisch verbessert werden. By the supply and / or removal of heat exchange medium into and out of the second and third passages in the circumferential direction between the supply and the discharge of heat exchange medium into and out of the first passages and axially downstream or upstream of the first passages In one embodiment, advantageously, the thermal and fluid dynamics varies, in particular optimized, and thus the interaction of the exhaust gas flowing through the outlet nozzle with the heat exchanger can be improved in terms of flow and / or heat technology.
In einer Weiterbildung beträgt eine axiale Länge der ersten Matrix eines oder mehrerer Kegelsegmente jeweils wenigstens 25%, insbesondere wenigstens 33%, insbesondere wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 75% einer axialen Länge des Matrixpaares des jeweiligen Segments. Zusätzlich oder alternativ beträgt die axiale Länge der ersten Matrix insbesondere höchstens 75%, insbesondere höchstens 50%, insbesondere höchstens 33%, insbesondere höchstens 25% der axialen Länge des Matrixpaares. Beispielsweise beträgt somit die axiale Länge der ersten Matrix in einer Ausführung zwischen („wenigstens“) 25% und („höchstens“) 75% der axialen Länge des Matrixpaares. In one development, an axial length of the first matrix of one or more cone segments is in each case at least 25%, in particular at least 33%, in particular at least 50%, in particular at least 75%, of an axial length of the matrix pair of the respective segment. Additionally or alternatively, the axial length of the first matrix is in particular at most 75%, in particular at most 50%, in particular at most 33%, in particular at most 25% of the axial length of the matrix pair. For example, in one embodiment, the axial length of the first matrix is between ("at least") 25% and ("at most") 75% of the axial length of the matrix pair.
Durch diese Aufteilung der axialen Erstreckungen zwischen erster Matrix und Matrixpaar kann in einer Ausführung vorteilhafterweise die Thermo- und Fluiddynamik variiert, insbesondere optimiert und so die Wechselwirkung des die Austrittsdüse durchströmenden Abgases mit dem Wärmetauscher strömungs- und/oder wärmetechnisch verbessert werden. As a result of this division of the axial extensions between the first matrix and the matrix pair, in one embodiment the thermal and fluid dynamics can advantageously be varied, in particular optimized and the flow of the exhaust gas flowing through the outlet nozzle with the heat exchanger can be improved in terms of flow and / or heat technology.
In einer Ausführung ist der zweite Verteilerraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente und der dritte Verteilerraum dieses Matrixpaares durch eine gemeinsame Kammer, insbesondere ein gemeinsames Verteilerrohr, ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der zweite Verteilerraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente und der dritte Verteilerraum dieses Matrixpaares strömungstechnisch separat voneinander, insbesondere durch voneinander getrennte Verteilerrohre, ausgebildet. In one embodiment, the second distributor space of the matrix pair of one or more segments and the third distributor space of this matrix pair are formed by a common chamber, in particular a common distributor tube. Additionally or alternatively, in one embodiment, the second distributor space of the matrix pair of one or more segments and the third distributor space of this matrix pair are fluidically separate from each other, in particular by separate distributor tubes.
In einer Ausführung ist der zweite Verteilerraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente und der erste Verteilerraum der ersten Matrix des jeweiligen Segments durch eine gemeinsame Kammer, insbesondere ein gemeinsames Verteilerrohr, ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der zweite Verteilerraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente und der erste Verteilerraum der ersten Matrix des jeweiligen Segments strömungstechnisch separat voneinander, insbesondere durch voneinander getrennte Verteilerrohre, ausgebildet. In one embodiment, the second distributor space of the matrix pair of one or more segments and the first distributor space of the first matrix of the respective segment are formed by a common chamber, in particular a common distributor tube. Additionally or alternatively, in one embodiment, the second distributor space of the matrix pair of one or more segments and the first distributor space of the first matrix of the respective segment are fluidically separate from each other, in particular by separate distributor tubes.
In einer Ausführung ist der zweite Verteilerraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente und der zweite Verteilerraum des Matrixpaares eines in Umfangsrichtung benachbarten Segments durch eine gemeinsame Kammer, insbesondere ein gemeinsames Verteilerrohr, ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der zweite Verteilerraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente und der zweite Verteilerraum des Matrixpaares eines in Umfangsrichtung benachbarten Segments strömungstechnisch separat voneinander, insbesondere durch voneinander getrennte Verteilerrohre, ausgebildet. In one embodiment, the second distributor space of the matrix pair of one or more segments and the second distributor space of the matrix pair of a segment adjacent in the circumferential direction are formed by a common chamber, in particular a common distributor tube. Additionally or alternatively, in one embodiment, the second distribution space of the matrix pair of one or more segments and the second distribution space of the matrix pair of a segment adjacent in the circumferential direction are fluidly separated from each other, in particular by separate distribution pipes.
In einer Ausführung ist der zweite Sammelraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente und der dritte Sammelraum dieses Matrixpaares durch eine gemeinsame Kammer, insbesondere ein gemeinsames Sammelrohr, ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der zweite Sammelraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente und der dritte Sammelraum dieses Matrixpaares strömungstechnisch separat voneinander, insbesondere durch voneinander getrennte Sammelrohre, ausgebildet. In one embodiment, the second collecting space of the matrix pair of one or more segments and the third collecting space of this matrix pair are formed by a common chamber, in particular a common collecting tube. Additionally or alternatively, in one embodiment, the second plenum of the matrix pair of one or more segments and the third plenum of this matrix pair are fluidically separate from each other, in particular by separate collection tubes formed.
In einer Ausführung ist der zweite Sammelraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente und der erste Sammelraum der ersten Matrix des jeweiligen Segments durch eine gemeinsame Kammer, insbesondere ein gemeinsames Sammelrohr, ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der zweite Sammelraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente und der erste Sammelraum der ersten Matrix des jeweiligen Segments strömungstechnisch separat voneinander, insbesondere durch voneinander getrennte Sammelrohre, ausgebildet. In one embodiment, the second collecting space of the matrix pair of one or more segments and the first collecting space of the first matrix of the respective segment is formed by a common chamber, in particular a common collecting tube. Additionally or alternatively, in one embodiment, the second collecting space of the matrix pair of one or more segments and the first collecting space of the first matrix of the respective segment are fluidically separate from each other, in particular by mutually separate manifolds formed.
In einer Ausführung ist der zweite Sammelraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente und der zweite Sammelraum des Matrixpaares eines in Umfangsrichtung benachbarten Segments durch eine gemeinsame Kammer, insbesondere ein gemeinsames Sammelrohr, ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der zweite Sammelraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente und der zweite Sammelraum des Matrixpaares eines in Umfangsrichtung benachbarten Segments strömungstechnisch separat voneinander, insbesondere durch voneinander getrennte Sammelrohre, ausgebildet. In one embodiment, the second collecting space of the matrix pair of one or more segments and the second collecting space of the matrix pair of a segment adjacent in the circumferential direction are formed by a common chamber, in particular a common collecting tube. Additionally or alternatively, in one embodiment, the second collecting space of the matrix pair of one or more segments and the second collecting space of the matrix pair of a segment adjacent in the circumferential direction are fluidly separate from each other, in particular by mutually separate collecting tubes formed.
In einer Ausführung ist der erste Verteilerraum der ersten Matrix eines oder mehrerer Segmente und der erste Verteilerraum der ersten Matrix eines in Umfangsrichtung benachbarten Segments durch eine gemeinsame Kammer, insbesondere ein gemeinsames Verteilerrohr, ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der erste Verteilerraum der ersten Matrix eines oder mehrerer Segmente und der erste Verteilerraum der ersten Matrix eines in Umfangsrichtung benachbarten Segments strömungstechnisch separat voneinander, insbesondere durch voneinander getrennte Verteilerrohre, ausgebildet. In one embodiment, the first distribution space of the first matrix is one or more Segments and the first distribution space of the first matrix of a circumferentially adjacent segment by a common chamber, in particular a common manifold formed. Additionally or alternatively, in one embodiment, the first distribution space of the first matrix of one or more segments and the first distribution space of the first matrix of a circumferentially adjacent segment are fluidically separate from each other, in particular by separate distribution pipes formed.
In einer Ausführung ist der erste Sammelraum der ersten Matrix eines oder mehrerer Segmente und der erste Sammelraum der ersten Matrix eines in Umfangsrichtung benachbarten Segments durch eine gemeinsame Kammer, insbesondere ein gemeinsames Sammelrohr, ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der erste Sammelraum der ersten Matrix eines oder mehrerer Segmente und der erste Sammelraum der ersten Matrix eines in Umfangsrichtung benachbarten Segments strömungstechnisch separat voneinander, insbesondere durch voneinander getrennte Sammelrohre, ausgebildet. In one embodiment, the first collecting space of the first matrix of one or more segments and the first collecting space of the first matrix of a segment adjacent in the circumferential direction are formed by a common chamber, in particular a common collecting tube. Additionally or alternatively, in one embodiment, the first plenum of the first matrix of one or more segments and the first plenum of the first matrix of a circumferentially adjacent segment are fluidically separate from each other, in particular by separate headers.
Durch eine gemeinsame Ausbildung von Sammel- bzw. Verteilerräumen kann in einer Ausführung eine vorteilhaft kompakte Bauform dieser Räume erreicht werden. Durch eine voneinander separate bzw. getrennte Ausbildung von Sammel- bzw. Verteilerräumen kann in einer Ausführung vorteilhafterweise die Thermo- und Fluiddynamik variiert, insbesondere optimiert und so die Wechselwirkung des die Austrittsdüse durchströmenden Abgases mit dem Wärmetauscher strömungs- und/oder wärmetechnisch verbessert werden. By a common design of collection or distribution chambers can be achieved in one embodiment, an advantageously compact design of these spaces. By a separate or separate formation of collection or distribution spaces can in one embodiment advantageously the thermal and fluid dynamics varies, in particular optimized and so the interaction of the exhaust nozzle flowing through the exhaust gas flow and / or heat technology can be improved with the heat exchanger.
In einer Ausführung ist der zweite Sammelraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente in Umfangsrichtung, wenigstens im Wesentlichen, äquidistant zwischen dem ersten Verteilerraum und dem ersten Sammelraum der ersten Matrix dieses Segments angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist der dritte Sammelraum des Matrixpaares in Umfangsrichtung, wenigstens im Wesentlichen, äquidistant zwischen dem ersten Verteilerraum und dem ersten Sammelraum angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist der zweite Verteilerraum des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente in Umfangsrichtung, wenigstens im Wesentlichen, äquidistant zwischen dem ersten Verteilerraum und dem ersten Sammelraum der ersten Matrix dieses Segments angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist der dritte Verteilerraum des Matrixpaares in Umfangsrichtung, wenigstens im Wesentlichen, äquidistant zwischen dem ersten Verteilerraum und dem ersten Sammelraum angeordnet. In one embodiment, the second collecting space of the matrix pair of one or more segments in the circumferential direction, at least substantially, is arranged equidistantly between the first distributor space and the first collecting space of the first matrix of this segment. Additionally or alternatively, the third collecting space of the matrix pair is arranged in the circumferential direction, at least substantially, equidistantly between the first distributor space and the first collecting space. Additionally or alternatively, the second distribution space of the matrix pair of one or more segments is arranged in the circumferential direction, at least substantially equidistant between the first distribution space and the first collection space of the first matrix of this segment. Additionally or alternatively, the third distributor space of the matrix pair is arranged in the circumferential direction, at least substantially, equidistantly between the first distributor space and the first collection space.
Durch die äquidistante Verteilung der Sammel- bzw. Verteilerräume in Umfangsrichtung kann in einer Ausführung vorteilhafterweise die Wechselwirkung des die Austrittsdüse durchströmenden Abgases mit dem Wärmetauscher vorteilhafterweise strömungs- und/oder wärmetechnisch verbessert werden. Due to the equidistant distribution of the collection or distribution spaces in the circumferential direction, the interaction of the exhaust gas flowing through the outlet nozzle with the heat exchanger can advantageously be improved in terms of flow and / or heat technology in one embodiment.
Insbesondere, wenn ein oder mehrere Segmente Kreis(ring)segmente sind, können sich in einer Ausführung der erste Sammelraum, in einer Weiterbildung zusätzlich oder alternativ der zweite und/oder dritte Sammelraum, dieser Segmente, wenigstens im Wesentlichen, in radialer Richtung erstrecken. Insbesondere können die Passagen in diesen Sammelraum, wenigstens im Wesentlichen, in Umfangsrichtung münden. Zusätzlich oder alternativ können sich in einer Ausführung der erste Verteilerraum, in einer Weiterbildung zusätzlich oder alternativ der zweite und/oder dritte Verteilerraum, dieser Segmente, wenigstens im Wesentlichen, in radialer Richtung erstrecken. Insbesondere können die Passagen in diesen Verteilerraum, wenigstens im Wesentlichen, in Umfangsrichtung münden. In particular, if one or more segments are circular ring segments, in one embodiment the first collecting space, in a further development additionally or alternatively the second and / or third collecting space, of these segments, at least substantially, can extend in the radial direction. In particular, the passages can lead into this collecting space, at least substantially, in the circumferential direction. Additionally or alternatively, in one embodiment, the first distributor space, in a further embodiment additionally or alternatively, the second and / or third distributor space, of these segments, at least substantially, extend in the radial direction. In particular, the passages can open into this distributor space, at least substantially, in the circumferential direction.
Insbesondere, wenn ein oder mehrere Segmente Kegelsegmente sind, können sich in einer Ausführung der erste Sammelraum, in einer Weiterbildung zusätzlich oder alternativ der zweite und/oder dritte Sammelraum, dieser Segmente, wenigstens im Wesentlichen, in axialer Richtung erstrecken. Insbesondere können die Passagen in diesen Sammelraum, wenigstens im Wesentlichen, in Umfangsrichtung münden. Zusätzlich oder alternativ können sich in einer Ausführung der erste Verteilerraum, in einer Weiterbildung zusätzlich oder alternativ der zweite und/oder dritte Verteilerraum, dieser Segmente, wenigstens im Wesentlichen, in axialer Richtung erstrecken. Insbesondere können die Passagen in diesen Verteilerraum, wenigstens im Wesentlichen, in Umfangsrichtung münden. In particular, if one or more segments are cone segments, in one embodiment, the first collecting space, in a further development additionally or alternatively, the second and / or third collecting space, these segments, at least substantially, extend in the axial direction. In particular, the passages can lead into this collecting space, at least substantially, in the circumferential direction. Additionally or alternatively, in one embodiment, the first distributor space, in a further development additionally or alternatively, the second and / or third distributor space, these segments, at least substantially, extend in the axial direction. In particular, the passages can open into this distributor space, at least substantially, in the circumferential direction.
In einer Ausführung sind erste Passagen der ersten Matrix und/oder zweite und/oder dritte Passagen des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente durch, insbesondere kreisbogenartige Röhren ausgebildet, die voneinander in radialer und/oder axialer Richtung beabstandet sind. Die Röhren können insbesondere, wenigstens im Wesentlichen, kreis-, ellipsen- oder tropfenförmige Querschnitte aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können in einer Ausführung erste Passagen der ersten Matrix und/oder zweite und/oder dritte Passagen des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente rückführungs- bzw. schleifenlos ausgebildet sein. Hierdurch kann vorteilhaft ein Durchsatz in den Passagen erhöht werden. Gleichermaßen können in einer Ausführung erste Passagen der ersten Matrix und/oder zweite und/oder dritte Passagen des Matrixpaares eines oder mehrerer Segmente Rückführungen bzw. Schleifen aufweisen, insbesondere S- bzw. Z-artig Sammel- und Verteilerraum miteinander verbinden, insbesondere, um die wirksame Wärmetauschstrecke zu erhöhen. In one embodiment, first passages of the first matrix and / or second and / or third passages of the matrix pair of one or more segments are formed by, in particular arcuate, tubes which are spaced from each other in the radial and / or axial direction. The tubes may in particular, at least substantially, have circular, elliptical or teardrop-shaped cross sections. Additionally or alternatively, in one embodiment, first passages of the first matrix and / or second and / or third passages of the matrix pair of one or more segments may be formed without feedback or looping. This can advantageously be increased throughput in the passages. Equally, in one embodiment, first passages of the first matrix and / or second and / or third passages of the matrix pair of one or more segments may have feedback or loops, in particular S- or Z-like collecting and looping Connect distributor space together, in particular, to increase the effective heat exchange path.
In einer Ausführung ist das Wärmetauschermedium Luft und die ersten und in einer Weiterbildung auch die zweiten und dritten Passagen sind Luftpassagen. In einer Ausführung sind die Verteilerräume, insbesondere über eine gemeinsame Leitung oder über getrennte Leitungen, mit einem Einlass zur Entnahme von verdichteter Luft vor, in oder nach einem Verdichter verbunden. Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung die Sammelräume, insbesondere über eine gemeinsame Leitung oder über getrennte Leitungen, mit einem Auslass zur Zufuhr von erwärmter Luft vor der oder in die Brennkammer verbunden. In one embodiment, the heat exchange medium is air and the first and in a development, the second and third passages are air passages. In one embodiment, the distribution spaces, in particular via a common line or via separate lines, connected to an inlet for the extraction of compressed air before, in or after a compressor. Additionally or alternatively, in one embodiment, the collecting chambers, in particular via a common line or via separate lines, connected to an outlet for the supply of heated air before or into the combustion chamber.
In einer Ausführung werden die ersten, in einer Weiterbildung auch die zweiten und dritten Passagen, im Betrieb von Abgas der Gasturbine umströmt, um Wärme auf von dem Abgas auf das sie durchströmende Wärmetauschermedium, insbesondere vor der Brennkammer entnommene und zurückgeführte Luft, zu übertragen, bzw. sind hierzu eingerichtet bzw. vorgesehen. In one embodiment, the first, in a further development, the second and third passages, in the operation of exhaust gas of the gas turbine flows around to transfer heat from the exhaust gas to the heat exchange medium flowing through them, in particular taken from the combustion chamber and returned air, or are set up or provided for this purpose.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert: Further advantageous developments of the present invention will become apparent from the dependent claims and the following description of preferred embodiments. This shows, partially schematized:
Der Wärmetauscher weist acht Kreisringsegmente auf, die sich in radialer Richtung erstrecken, und von denen in
Wie aus der vorstehend erläuterten Rotationssymmetrie bzw. repräsentativen Vierteldarstellung erkennbar, erstrecken sich die vier in Umfangsrichtung benachbarten Segmente
Die Kreisringsegmente
Bei dieser Ausführung erstrecken sich die Kreisringsegmente
Jedes der Kreisringsegmente
In radialer Richtung außen neben der ersten Matrix ist jeweils ein Matrixpaar mit einer zweiten Matrix
Eine radiale Höhe der ersten Matrix
Die Sammelräume
Einander entsprechende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen identifiziert, so dass auf die Beschreibung der anderen Ausführungen Bezug genommen und nachfolgend nur auf Unterschiede eingegangen wird. Corresponding features are identified by identical reference numerals, so that reference is made to the description of the other embodiments and will be discussed below only differences.
In der Ausführung der
Jedes der Kegelsegmente
Bei dieser Ausführung ist in axialer Richtung stromaufwärts neben der ersten Matrix
Eine axiale Länge der ersten Matrix
Die Sammelräume
Im Übrigen stimmen beide Ausführungen überein, so dass beide gemeinsam erläutert sind und hierzu auf
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Although exemplary embodiments have been explained in the foregoing description pointed out that a variety of modifications is possible.
So können insbesondere Sammel- und Verteilerräume gegenüber den dargestellten Ausführungen vertauscht sein. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Matrix
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.It should also be noted that the exemplary embodiments are merely examples that are not intended to limit the scope, applications and construction in any way. Rather, the expert is given by the preceding description, a guide for the implementation of at least one exemplary embodiment, with various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the components described, can be made without departing from the scope, as it turns out according to the claims and these equivalent combinations of features.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Austrittsdüse exhaust nozzle
- 20,3020.30
- Wärmetauscher-Kreisringsegement Heat exchanger Kreisringsegement
- 40 40
- Wärmetauscher-Kegelsegement Heat exchanger Kegelsegement
- 21; 4121; 41
- erste Matrix first matrix
- 22; 4222; 42
- erster Verteilerraum first distribution room
- 23; 4323; 43
- erster Sammelraum first collection room
- 24; 4424; 44
- zweite Matrix second matrix
- 25; 4525; 45
- zweiter Verteilerraum second distribution room
- 26; 4626; 46
- zweiter und dritter Sammelraum second and third collection room
- 27; 4727; 47
- dritte Matrix third matrix
- 28; 4828; 48
- dritter Verteilerraum third distribution room
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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