DE102014214038B4

DE102014214038B4 - gas turbine

Info

Publication number: DE102014214038B4
Application number: DE102014214038.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Flouros; Stefan Donnerhack; Jerry C. J. Robinson; Apostolos Goulas; Kyros Yakinthos; Dimitrios Misirlis; Zinon Vlachostergios
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2034-07-19
Also published as: DE102014214038A1

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 DE 10 2010 032 324 A1 ist ein Gasturbinentriebwerk mit einem Wärmetauscher bekannt, der mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Segmente mit U-förmig rückführenden Wärmetauscherrohren aufweist, die ein Verteilerrohr mit einem axial beabstandeten Sammelrohr verbinden. Das Sammelrohr ist an derselben Umfangsposition angeordnet wie das Verteilerrohr, so dass es mit diesem in axialer Richtung gesehen fluchtet.From your own DE 10 2010 032 324 A1 a gas turbine engine with a heat exchanger is known which comprises a plurality of circumferentially juxtaposed segments with U-shaped recirculating heat exchanger tubes which connect a manifold to an axially spaced manifold. The collecting tube is arranged at the same circumferential position as the distributor tube, so that it is aligned with this in the axial direction.

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 Gasturbine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 8 ist aus der GB 2 360 085 A bekannt. Der Vollständigkeit halber sei zudem auch noch auf die US 7 254 937 B2 hingewiesen.A gas turbine according to the preamble of claim 1 and claim 8 is known from GB 2 360 085 A known. The sake of completeness is also on the US Pat. No. 7,254,937 B2 pointed.

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 und alternativ durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is solved by the features of claim 1 and alternatively by the features of claim 8. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

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 extending in the circumferential direction each, at least substantially, extend over 360 °, and / or two or more stages of two or more, in particular four or more, circumferentially adjacent segments which extend circumferentially together, at least substantially, 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.

Nach einer der beiden Alternativen der Erfindung 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.According to one of the two alternatives of the invention, one or more segments in the flow direction 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 der anderen der beiden Alternativen der 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 Sammelraum 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 the other of the two alternatives of the invention, one or more segments each comprise a matrix pair with a second matrix having second passages, the second manifold space for supplying heat exchange medium to be heated into the second passages with a circumferentially spaced second plenum for discharging heated heat exchange medium from the second passages and with a third matrix having third passages connecting a third distribution space for supplying heat exchange medium to be heated into the third passages with a circumferentially spaced third collection space for discharging heated heat exchange medium from the third passages second and third collecting space is arranged in the circumferential direction between the first distributor space and the first collecting 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 arranged in the axial direction downstream or upstream of the matrix pair of the respective segment and forms with this a cone segment which converges in the direction of flow.

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 collection space of the matrix pair of one or more segments and the first collection space of the first matrix of the respective Segments fluidly 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 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 distributor space of the first matrix of one or more segments and the first distributor space of the first matrix 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 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. Likewise, 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 loops, in particular connect S and Z-like collecting and distributing space, in particular to each other to increase effective heat exchange distance.

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:

1 ein Viertel einer Austrittsdüse einer Gasturbine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Konturdarstellung; 1 a quarter of a discharge nozzle of a gas turbine according to an embodiment of the present invention in a perspective contour representation;

2 eine Draufsicht in axialer bzw. Durchströmungsrichtung auf ein Kreisringsegment eines Wärmetauschers einer Gasturbine nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung; 2 a plan view in the axial or flow direction on a circular ring segment of a heat exchanger of a gas turbine according to a further embodiment of the present invention;

3 ein Viertel einer Austrittsdüse einer Gasturbine nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1 entsprechender Darstellung; und 3 a quarter of a discharge nozzle of a gas turbine according to a further embodiment of the present invention in 1 corresponding representation; and

4 eine perspektivischen Konturdarstellung eines Kegelsegments eines Wärmetauschers einer Gasturbine nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. 4 a perspective contour view of a conical segment of a heat exchanger of a gas turbine according to another embodiment of the present invention.

1 zeigt ein Viertel einer rotationssymmetrischen Austrittsdüse 1 einer Gasturbine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, in der ein Wärmetauscher angeordnet ist, in einer perspektivischen Konturdarstellung. Die übrigen drei Viertel sind symmetrisch hierzu. 1 shows a quarter of a rotationally symmetrical outlet nozzle 1 a gas turbine according to an embodiment of the present invention, in which a heat exchanger is arranged, in a perspective contour representation. The remaining three quarters are symmetrical.

Der Wärmetauscher weist acht Kreisringsegmente auf, die sich in radialer Richtung erstrecken, und von denen in 1 zwei in axialer Richtung beabstandete Kreisringsegmente 20, 30 zu sehen sind.The heat exchanger has eight annular segments which extend in the radial direction, and of which 1 two axially spaced annular segments 20 . 30 you can see.

Wie aus der vorstehend erläuterten Rotationssymmetrie bzw. repräsentativen Vierteldarstellung erkennbar, erstrecken sich die vier in Umfangsrichtung benachbarten Segmente 20 sowie die vier in Umfangsrichtung benachbarten Segmente 30 jeweils in Umfangsrichtung zusammen über 360°, wobei diese beiden Stufen mit je vier in Umfangsrichtung benachbarten Segmenten 20 bzw. 30 in axialer Richtung beabstandet sind.As can be seen from the above-described rotational symmetry or representative quarter diagram, the four circumferentially adjacent segments extend 20 and the four circumferentially adjacent segments 30 each in the circumferential direction together over 360 °, these two stages, each with four circumferentially adjacent segments 20 respectively. 30 are spaced in the axial direction.

Die Kreisringsegmente 20, 30 des Wärmetauschers der 1 erstrecken sich jeweils von einer radial äußeren Gaskanalmantelfäche der Austrittsdüse bis zu einer Längsachse der Austrittsdüse.The circular ring segments 20 . 30 the heat exchanger of the 1 each extending from a radially outer Gaskanalmantelfäche the outlet nozzle to a longitudinal axis of the outlet nozzle.

2 zeigt eine Draufsicht in axialer bzw. Durchströmungsrichtung (von links nach rechts in 1) auf ein Kreisringsegment eines Wärmetauschers einer Gasturbine nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, der in der Austrittsdüse der Gasturbine angeordnet ist. 2 shows a plan view in the axial or flow direction (from left to right in 1 ) to a ring segment of a heat exchanger of a gas turbine according to a further embodiment of the present invention, which is arranged in the outlet nozzle of the gas turbine.

Bei dieser Ausführung erstrecken sich die Kreisringsegmente 20, 30 des Wärmetauschers jeweils von einer radial äußeren Gaskanalmantelfäche der Austrittsdüse bis zu einer radial inneren Gaskanalmantelfäche der Austrittsdüse. Im Übrigen stimmen beide Ausführungen überein, so dass beide gemeinsam erläutert sind und hierzu auf 1, 2 gemeinsam Bezug genommen wird.In this embodiment, the circular ring segments extend 20 . 30 of the heat exchanger in each case from a radially outer gas channel jacket surface of the outlet nozzle to a radially inner gas channel jacket surface of the outlet nozzle. Incidentally, both versions are in agreement, so that both are explained together and on this 1 . 2 referred to together.

Jedes der Kreisringsegmente 20, 30 weist, wie in 2 angedeutet, jeweils eine ersten Matrix 21 mit ersten Passagen in Form kreisbogenartiger und rückführungsloser, axial und radial beabstandeter Röhren (nicht dargestellt) auf, die einen ersten Verteilerraum 22 zum (in 2 durch einen Pfeil angedeuteten) Zuführen von zu erwärmender Luft aus einem Verdichter (nicht dargestellt) der Gasturbine in die ersten Passagen mit einem in Umfangsrichtung beabstandeten ersten Sammelraum 23 zum (in 2 durch einen Pfeil angedeuteten) Abführen von erwärmter Luft aus den ersten Passagen verbinden, die einer Brennkammer (nicht dargestellt) der Gasturbine zugeführt wird.Each of the circular ring segments 20 . 30 points as in 2 indicated, each a first matrix 21 with first passages in the form of arcuate and non-return, axially and radially spaced tubes (not shown) having a first distribution space 22 to (in 2 indicated by an arrow) supplying air to be heated from a compressor (not shown) of the gas turbine in the first passages with a circumferentially spaced first plenum 23 to (in 2 indicated by an arrow) connecting heated air from the first passages, which is a combustion chamber (not shown) of the gas turbine is supplied.

In radialer Richtung außen neben der ersten Matrix ist jeweils ein Matrixpaar mit einer zweiten Matrix 24 mit zweiten Passagen in Form kreisbogenartiger und rückführungsloser, axial und radial beabstandeter Röhren (nicht dargestellt), die einen zweiten Verteilerraum 25 zum (in 2 durch einen Pfeil angedeuteten) Zuführen von zu erwärmender Luft aus dem Verdichter in die zweiten Passagen mit einem in Umfangsrichtung beabstandeten zweiten Sammelraum 26 zum (in 2 durch einen Pfeil angedeuteten) Abführen von erwärmter Luft für die Brennkammer aus den zweiten Passagen verbinden, und mit einer dritten Matrix 27 mit dritten Passagen in Form kreisbogenartiger und rückführungsloser, axial und radial beabstandeter Röhren (nicht dargestellt) angeordnet, die einen dritten Verteilerraum 28 zum (in 2 durch einen Pfeil angedeuteten) Zuführen von zu erwärmender Luft aus dem Verdichter in die dritten Passagen mit einem in Umfangsrichtung beabstandeten dritten Sammelraum 26 zum (in 2 durch einen Pfeil angedeuteten) Abführen von erwärmter Luft für die Brennkammer aus den dritten Passagen verbinden, wobei der zweite und dritte Sammelraum durch eine gemeinsame Kammer 26 ausgebildet und in Umfangsrichtung äquidistant zwischen dem ersten Verteilerraum 22 und dem ersten Sammelraum 23 angeordnet sind.In the radial direction outside next to the first matrix is in each case a matrix pair with a second matrix 24 with second passages in the form of arcuate and non-return, axially and radially spaced tubes (not shown), the second distribution space 25 to (in 2 indicated by an arrow) supplying air to be heated from the compressor into the second passages with a circumferentially spaced second plenum 26 to (in 2 indicated by an arrow) connecting heated air for the combustion chamber from the second passages, and with a third matrix 27 arranged with third passages in the form of arcuate and non-return, axially and radially spaced tubes (not shown) having a third distribution space 28 to (in 2 indicated by an arrow) supplying air to be heated from the compressor in the third passages with a third spaced collecting space in the circumferential direction 26 to (in 2 indicated by an arrow) connecting heated air for the combustion chamber from the third passages, the second and third collection chambers communicating through a common chamber 26 formed and equidistant in the circumferential direction between the first distributor space 22 and the first collection room 23 are arranged.

Eine radiale Höhe der ersten Matrix 21 beträgt in den Ausführungen der 1, 2 weniger als 50% einer radialen Höhe des Matrixpaares 24, 27.A radial height of the first matrix 21 is in the remarks of 1 . 2 less than 50% of a radial height of the matrix pair 24 . 27 ,

Die Sammel- und Verteilerräume 22, 23, 25, 26 und 28 erstrecken sich in radialer Richtung. Dabei sind der zweite Verteilerraum 25 und der erste Verteilerraum 22 separat voneinander ausgebildet. Gleichermaßen sind dritte Sammelraum 28 der erste Sammelraum 23 separat voneinander ausgebildet.The collection and distribution rooms 22 . 23 . 25 . 26 and 28 extend in the radial direction. Here are the second distribution room 25 and the first distribution room 22 formed separately from each other. Similarly, third are collection space 28 the first collection room 23 formed separately from each other.

3 zeigt in 1 entsprechender Darstellung ein Viertel einer rotationssymmetrischen Austrittsdüse 1 einer Gasturbine nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, in der ein Wärmetauscher angeordnet ist. Die übrigen drei Viertel sind wiederum symmetrisch hierzu. 3 shows in 1 corresponding representation of a quarter of a rotationally symmetrical outlet nozzle 1 a gas turbine according to another embodiment of the present invention, in which a heat exchanger is arranged. The remaining three quarters are again symmetrical.

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 3 weist der Wärmetauscher vier in Durchströmungsrichtung konvergierende Kegelsegmente 40 auf, die in Umfangsrichtung benachbart sind und sich jeweils von einer radial äußeren Gaskanalmantelfäche der Austrittsdüse bis zu einer radial inneren Gaskanalmantelfäche der Austrittsdüse und zusammen über 360° erstrecken.In the execution of 3 the heat exchanger has four conical segments converging in the direction of flow 40 which are adjacent in the circumferential direction and each extending from a radially outer Gaskanalmantelfäche the outlet nozzle to a radially inner Gaskanalmantelfäche the outlet nozzle and together over 360 °.

Jedes der Kegelsegmente 40 weist jeweils eine erste Matrix mit ersten Passagen in Form kreisbogenartiger und rückführungsloser, axial und radial beabstandeter Röhren (nicht dargestellt) auf, die einen ersten Verteilerraum 42 zum (in 3 durch einen Pfeil angedeuteten) Zuführen von zu erwärmender Luft aus einem Verdichter (nicht dargestellt) der Gasturbine in die ersten Passagen mit einem in Umfangsrichtung beabstandeten ersten Sammelraum 43 zum (in 2 durch einen Pfeil angedeuteten) Abführen von erwärmter Luft aus den ersten Passagen verbinden, die einer Brennkammer (nicht dargestellt) der Gasturbine zugeführt wird. Die Sammelräume 42 und 43 erstrecken sich in axialer Richtung.Each of the cone segments 40 Each has a first matrix with first passages in the form of arcuate and non-return, axially and radially spaced tubes (not shown) having a first distribution space 42 to (in 3 indicated by an arrow) supplying air to be heated from a compressor (not shown) of the gas turbine in the first passages with a circumferentially spaced first plenum 43 to (in 2 indicated by an arrow) connecting heated air from the first passages, which is a combustion chamber (not shown) of the gas turbine is supplied. The collection rooms 42 and 43 extend in the axial direction.

4 zeigt in einer perspektivischen Konturdarstellung ein Kegelsegment eines Wärmetauschers einer Gasturbine nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, der in der Austrittsdüse der Gasturbine angeordnet ist. 4 shows in a perspective contour view of a conical segment of a heat exchanger of a gas turbine according to another embodiment of the present invention, which is arranged in the outlet nozzle of the gas turbine.

Bei dieser Ausführung ist in axialer Richtung stromaufwärts neben der ersten Matrix 41 mit dem durch sie verbundenen ersten Verteilerraum 42 und ersten Sammelraum 43 jeweils ein Matrixpaar mit einer zweiten Matrix 44 mit zweiten Passagen in Form kreisbogenartiger und rückführungsloser, axial und radial beabstandeter Röhren (nicht dargestellt), die einen zweiten Verteilerraum 45 zum (in 2 durch einen Pfeil angedeuteten) Zuführen von zu erwärmender Luft aus dem Verdichter in die zweiten Passagen mit einem in Umfangsrichtung beabstandeten zweiten Sammelraum 46 zum (in 2 durch einen Pfeil angedeuteten) Abführen von erwärmter Luft für die Brennkammer aus den zweiten Passagen verbinden, und mit einer dritten Matrix 47 mit dritten Passagen in Form kreisbogenartiger und rückführungsloser, axial und radial beabstandeter Röhren (nicht dargestellt) angeordnet, die einen dritten Verteilerraum 48 zum (in 2 durch einen Pfeil angedeuteten) Zuführen von zu erwärmender Luft aus dem Verdichter in die dritten Passagen mit einem in Umfangsrichtung beabstandeten dritten Sammelraum 46 zum (in 2 durch einen Pfeil angedeuteten) Abführen von erwärmter Luft für die Brennkammer aus den dritten Passagen verbinden, wobei der zweite und dritte Sammelraum durch eine gemeinsame Kammer 46 ausgebildet und in Umfangsrichtung äquidistant zwischen dem ersten Verteilerraum 42 und dem ersten Sammelraum 43 angeordnet sind.In this embodiment, in the axial direction upstream of the first matrix 41 with the first distributor space connected through it 42 and first collection room 43 one matrix pair each with a second matrix 44 with second passages in the form of arcuate and non-return, axially and radially spaced tubes (not shown) having a second distribution space 45 to (in 2 indicated by an arrow) supplying air to be heated from the compressor into the second passages with a circumferentially spaced second plenum 46 to (in 2 indicated by an arrow) connecting heated air for the combustion chamber from the second passages, and with a third matrix 47 arranged with third passages in the form of arcuate and non-return, axially and radially spaced tubes (not shown) having a third distribution space 48 to (in 2 indicated by an arrow) supplying air to be heated from the compressor in the third passages with a third spaced collecting space in the circumferential direction 46 to (in 2 indicated by an arrow) connecting heated air for the combustion chamber from the third passages, the second and third collection chambers communicating through a common chamber 46 formed and equidistant in the circumferential direction between the first distributor space 42 and the first collection room 43 are arranged.

Eine axiale Länge der ersten Matrix 41 beträgt in den Ausführungen der 4 mehr als 50% einer axialen Länge des Matrixpaares 44, 47.An axial length of the first matrix 41 is in the remarks of 4 more than 50% of an axial length of the matrix pair 44 . 47 ,

Die Sammel- und Verteilerräume 42, 43, 45, 46 und 48 erstrecken sich in axialer Richtung. Dabei sind der zweite Verteilerraum 45 und der erste Verteilerraum 42 separat voneinander ausgebildet. Gleichermaßen sind der dritte Verteilerraum 48 und der erste Sammelraum 43 separat voneinander ausgebildet.The collection and distribution rooms 42 . 43 . 45 . 46 and 48 extend in the axial direction. Here are the second distribution room 45 and the first distribution room 42 formed separately from each other. Likewise, the third distribution room 48 and the first collection room 43 formed separately from each other.

Im Übrigen stimmen beide Ausführungen überein, so dass beide gemeinsam erläutert sind und hierzu auf 3, 4 gemeinsam Bezug genommen wird.Incidentally, both versions are in agreement, so that both are explained together and on this 3 . 4 referred to together.

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, it should be understood that a variety of modifications are possible.

So können insbesondere Sammel- und Verteilerräume gegenüber den dargestellten Ausführungen vertauscht sein. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Matrix 21 des Kreisringsegments radial außen bzw. die erste Matrix 41 des Kegelsegments stromabwärts neben dem Matrixpaar 24, 27 bzw. 44, 47 angeordnet sein und/oder das Verhältnis der radialen Höhen bzw. axialen Langen anders, insbesondere umgekehrt sein. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere der Räume (22, 25), (23, 28), (42, 45) und (43, 48) durch eine gemeinsame Kammer ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ können die zweiten und dritten Sammel-(bzw. Verteiler)räume, separat voneinander, insbesondere durch getrennte Sammel-(bzw. Verteiler)rohre ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere der Sammel- bzw. Verteilerräume 22, 25, 23, 28, 42, 45, 43 und 48 mit dem entsprechenden Sammel- bzw. Verteilerraum eines in Umfangsrichtung benachbarten, in 1 bis 4 nicht dargestellten Segments durch eine gemeinsame Kammer oder separat voneinander ausgebildet sein.Thus, in particular collecting and distribution spaces can be reversed compared to the illustrated embodiments. Additionally or alternatively, the first matrix 21 of the circular ring segment radially outward or the first matrix 41 of the cone segment downstream of the matrix pair 24 . 27 respectively. 44 . 47 be arranged and / or the ratio of the radial heights or axial lengths differently, in particular be the other way around. Additionally or alternatively, one or more of the rooms ( 22 . 25 ) 23 . 28 ) 42 . 45 ) and ( 43 . 48 ) may be formed by a common chamber. Additionally or alternatively, the second and third collection (or distribution) spaces, separately from each other, in particular by separate collection (or distribution) pipes may be formed. Additionally or alternatively, one or more of the collection or distribution spaces 22 . 25 . 23 . 28 . 42 . 45 . 43 and 48 with the corresponding collection or distribution space of a circumferentially adjacent, in 1 to 4 Segments not shown may be formed by a common chamber or separately from each other.

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

11: Austrittsdüseexhaust nozzle
20, 3020, 30: Wärmetauscher-KreisringsegementHeat exchanger Kreisringsegement
4040: Wärmetauscher-KegelsegementHeat exchanger Kegelsegement
21; 4121; 41: erste Matrixfirst matrix
22; 4222; 42: erster Verteilerraumfirst distribution room
23; 4323; 43: erster Sammelraumfirst collection room
24; 4424; 44: zweite Matrixsecond matrix
25; 4525; 45: zweiter Verteilerraumsecond distribution room
26; 4626; 46: zweiter und dritter Sammelraumsecond and third collection room
27; 4727; 47: dritte Matrixthird matrix
28; 4828; 48: dritter Verteilerraumthird distribution room

Claims

Gasturbine mit einem Wärmetauscher, 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 verbinden; dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher in einer Austrittsdüse (1) der Gasturbine angeordnet ist, wobei das Segment (20, 30; 40) ein Matrixpaar mit einer zweiten Matrix (24; 44) mit zweiten Passagen, die einen zweiten Verteilerraum (25; 45) zum Zuführen von zu erwärmendem Wärmetauschermedium in die zweiten Passagen mit einem in Umfangsrichtung beabstandeten zweiten Sammelraum (26; 46) zum Abführen von erwärmtem Wärmetauschermedium aus den zweiten Passagen verbinden, und mit einer dritten Matrix (27; 47) mit dritten Passagen aufweist, die einen dritten Verteilerraum (28; 48) zum Zuführen von zu erwärmendem Wärmetauschermedium in die dritten Passagen mit einem in Umfangsrichtung beabstandeten dritten Sammelraum (26; 46) zum Abführen von erwärmtem Wärmetauschermedium aus den dritten Passagen verbinden, wobei der zweite und dritte Sammelraum (26; 46) in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Verteilerraum (22; 42) und dem ersten Sammelraum (23; 43) angeordnet ist.Gas turbine with a heat exchanger, wherein the heat exchanger at least one segment ( 20 . 30 ; 40 ) with a first matrix ( 21 ; 41 ) having first passages comprising a first distribution space ( 22 ; 42 ) for supplying heat exchange medium to be heated into the first passages with a circumferentially spaced first collecting space ( 23 ; 43 ) for discharging heated heat exchange medium from the first passages; characterized in that the heat exchanger in an outlet nozzle ( 1 ) of the gas turbine, wherein the segment ( 20 . 30 ; 40 ) a matrix pair with a second matrix ( 24 ; 44 ) with second passages which have a second distribution space ( 25 ; 45 ) for supplying the heat exchange medium to be heated into the second passages with a circumferentially spaced second collecting space ( 26 ; 46 ) for discharging heated heat exchange medium from the second passages, and with a third matrix ( 27 ; 47 ) having third passages, which has a third distribution space ( 28 ; 48 ) for supplying heat exchange medium to be heated in the third passages with a circumferentially spaced third collecting space ( 26 ; 46 ) for discharging heated heat exchange medium from the third passages, wherein the second and third collection space ( 26 ; 46 ) in the circumferential direction between the first distributor space ( 22 ; 42 ) and the first collection room ( 23 ; 43 ) is arranged.

Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Matrix (21; 41) wenigstens eines Segments (20, 30; 40) in radialer Richtung innen oder außen neben dem Matrixpaar dieses Segments (20, 30; 40) angeordnet ist und mit diesem ein Kreissegment (20, 30) bildet, das sich, wenigstens im Wesentlichen, in radialer Richtung erstreckt.Gas turbine according to claim 1, characterized in that the first matrix ( 21 ; 41 ) at least one segment ( 20 . 30 ; 40 ) in the radial direction inside or outside next to the matrix pair of this segment ( 20 . 30 ; 40 ) is arranged and with this a circular segment ( 20 . 30 ), which extends, at least substantially, in the radial direction.

Gasturbine nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine radiale Höhe der ersten Matrix des Segments (20, 30; 40) wenigstens 25% oder höchstens 50% einer radialen Höhe des Matrixpaares dieses Segments (20, 30; 40) beträgt.Gas turbine according to the preceding claim, characterized in that a radial height of the first matrix of the segment ( 20 . 30 ; 40 ) at least 25% or at most 50% of a radial height of the matrix pair of this segment ( 20 . 30 ; 40 ) is.

Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Matrix (21; 41) wenigstens eines Segments (20, 30; 40) in axialer Richtung stromabwärts oder stromaufwärts neben dem Matrixpaar dieses Segments (20, 30; 40) angeordnet ist und mit diesem Matrixpaar ein in Durchströmungsrichtung konvergierendes Kegelsegment (40) bildet.Gas turbine according to claim 1, characterized in that the first matrix ( 21 ; 41 ) at least one segment ( 20 . 30 ; 40 ) in the axial direction downstream or upstream adjacent to the matrix pair of this segment ( 20 . 30 ; 40 ) is arranged and with this matrix pair a converging in the flow direction cone segment ( 40 ).

Gasturbine nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge der ersten Matrix (21; 41) des Segments (20, 30; 40) wenigstens 25% oder höchstens 50% einer axialen Länge des Matrixpaares dieses Segments (20, 30; 40) beträgt.Gas turbine according to the preceding claim, characterized in that an axial length of the first matrix ( 21 ; 41 ) of the segment ( 20 . 30 ; 40 ) at least 25% or at most 50% of an axial length of the matrix pair of this segment ( 20 . 30 ; 40 ) is.

Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und/oder dritte Sammel- oder Verteilerraum (25; 45; 28; 48; 26; 46) des Matrixpaares wenigstens eines Segments (20, 30; 40) in Umfangsrichtung, wenigstens im Wesentlichen, äquidistant zwischen dem ersten Verteilerraum (22; 42) und dem ersten Sammelraum (23; 43) der ersten Matrix (21; 41) dieses Segments (20, 30; 40) angeordnet ist.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the second and / or third collection or distribution space ( 25 ; 45 ; 28 ; 48 ; 26 ; 46 ) of the matrix pair of at least one segment ( 20 . 30 ; 40 ) in the circumferential direction, at least substantially, equidistant between the first distributor space ( 22 ; 42 ) and the first collection room ( 23 ; 43 ) of the first matrix ( 21 ; 41 ) of this segment ( 20 . 30 ; 40 ) is arranged.

Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sammel- und/oder Verteilerraum (22; 42; 23; 43; 25; 45; 28; 48; 26; 46) des Segments (20, 30; 40) sich, wenigstens im Wesentlichen, in radialer oder axialer Richtung erstreckt.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one collecting and / or distribution space ( 22 ; 42 ; 23 ; 43 ; 25 ; 45 ; 28 ; 48 ; 26 ; 46 ) of the segment ( 20 . 30 ; 40 ) extends, at least substantially, in the radial or axial direction.

Gasturbine mit einem Wärmetauscher, 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 verbinden; dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher in einer Austrittsdüse (1) der Gasturbine angeordnet ist, wobei das Segment ein in Durchströmungsrichtung konvergierendes Kegelsegment (40) ist.Gas turbine with a heat exchanger, wherein the heat exchanger at least one segment ( 20 . 30 ; 40 ) with a first matrix ( 21 ; 41 ) having first passages comprising a first distribution space ( 22 ; 42 ) for supplying heat exchange medium to be heated into the first passages with a circumferentially spaced first collecting space ( 23 ; 43 ) for discharging heated heat exchange medium from the first passages; characterized in that the heat exchanger in an outlet nozzle ( 1 ) of the gas turbine, wherein the segment is a converging in the flow direction cone segment ( 40 ).

Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Passagen der ersten Matrix (21; 41) und/oder des Matrixpaares wenigstens eines Segments (20, 30; 40) durch Röhren ausgebildet sind, die voneinander in radialer und/oder axialer Richtung beabstandet sind.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that passages of the first matrix ( 21 ; 41 ) and / or the matrix pair of at least one segment ( 20 . 30 ; 40 ) are formed by tubes which are spaced from each other in the radial and / or axial direction.

Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Segment (20, 30; 40) sich in Umfangsrichtung, wenigstens im Wesentlichen, über 360° erstreckt, oder wenigstens zwei in Umfangsrichtung benachbarte der Segmente (20, 30; 40) sich in Umfangsrichtung zusammen, wenigstens im Wesentlichen, über 360° erstrecken.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the segment ( 20 . 30 ; 40 ) extends in the circumferential direction, at least substantially, over 360 °, or at least two circumferentially adjacent segments ( 20 . 30 ; 40 ) extend circumferentially together, at least substantially, over 360 °.

Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Segmente (20, 30) in axialer Richtung beabstandet sind.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that at least two of the segments ( 20 . 30 ) are spaced in the axial direction.

Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Segment (20, 30; 40) sich, wenigstens im Wesentlichen, von einer radial äußeren Gaskanalmantelfäche der Austrittsdüse (1) bis zu einer radial inneren Gaskanalmantelfäche oder einer Längsachse der Austrittsdüse (1) erstreckt.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the segment ( 20 . 30 ; 40 ), at least substantially, from a radially outer gas channel jacket surface of the outlet nozzle ( 1 ) to a radially inner gas channel jacket surface or a longitudinal axis of the outlet nozzle ( 1 ).

Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschermedium Luft und die Passagen Luftpassagen sind.Gas turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchange medium is air and the passages are air passages.