DE2615942A1

DE2615942A1 - Rotor fuer einen umlaufenden waermetauscher einer gasturbine

Info

Publication number: DE2615942A1
Application number: DE19762615942
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Sakaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1975-04-14
Filing date: 1976-04-12
Publication date: 1976-10-28
Also published as: GB1528337A; JPS51128039U; US4136729A

Description

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TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D-8OOO München 22 D-48OO Bielefeld

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PG23-76o18
St/st

Nissan Motor Company,Limited No.2, Takara-machi, Kanagawa-ku, Yokohama City, Japan

Rotor für einen umlaufenden Wärmetauscher einer Gasturbine

Die Erfindung betrifft einen umlaufenden Wärmetauscher und insbesondere einen Rotor für einen derartigen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs,

Es ist übliche Praxis, eine Gasturbine mit einem umlaufenden Wärmetauscher auszurüsten _t der dazu dient, komprimierte Luft durch Abgase vorzuerwärmen, die von der Turbine abgegeben werden, so daß der thermische Wirkungsgrad verbessert und der Brennstoffverbrauch verringert wird. Ein herkömmlicher Wärmetauscher dieser Art umfaßt üblicherweise ein wärmeauf-

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nehmendes Element oder einen Rotor, der aus einem gewellten Blech und einem das gewellte Blech tragenden Blech zusammengesetzt ist, die auf ein rundes Bauteil aufgewickelt sind. Da ein derartiger Rotor während des Betriebs der Gasturbine hohen Temperaturen ausgesetzt ist, verformt er sich in größerem Ausmaß, und in diesem Falle kann die Gasturbine stehenbleiben.

Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, einen verbesserten Rotor für einen umlaufenden Wärmetauscher einer Gasturbine zu schaffen, der die erwähnten Verformungen ausschließt, einfach aufgebaut ist und eine lange Lebensdauer aufweist, sowie einfach und mit geringen Herstellungskosten zu montieren ist.

Der erfindungsgemäße Rotor ist gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs.

Erfindungsgemäß ist ein Rotor vorgesehen, bei dem eine Nabe drehbar auf einer Achse des Wärmetauschers angebracht, um welche Nabe eine fest verbundene Einheit aus einem flachen Metall-Blech und einem gewellten Blech gewickelt ist, wobei die Stärke des flachen Bleches wenigstens in einem Teilbereich zwischen dem 1 1/2-.und 2-fachen der Stärke des gewellten Bleches liegt, so daß Verformungen des Rotors aufgrund einer Erweichung des Materials des flachen Bleches durch den Gasdruck und die hohen Temperaturen der Gase vermieden werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen herkömmlichen Wärmetauscher einer Gasturbine;

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen Rotor eines Wärmetauschers gem. Fig. 1;

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Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine Dichtung des Wärmetauschers der Fig.1;

Fig. 4 ist - ähnlich wie Fig. 3 - eine Draufsicht

auf eine andere Dichtung des Wärmetauschers;

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Verformung des Rotors der Fig. 2;

Fig. 6 ist ein teilweiser Querschnitt durch den Rotor vor der Verformung;

Fig. 7 entspricht Fig.6, zeigt jedoch den Rotor nach der Verformung;

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßeii Rotors.

In Fig. 1 ist ein Beispiel eines herkömmlichen Wärmetauschers einer Gasturbine gezeigt. In üblicher Weise umfaßt der Wärme tauscher ein Gehäuse 1o mit einer feststehenden Wand 1oa auf der Hochtemperaturseite und einer feststehenden Wand 1ob auf der Niedertemperaturseite, zwischen denen ein wärmeübertragender oder-sammelnder Rotor 12 drehbar in einem Lager 14 angeordnet ist, das auf einer Achse 16 angebracht ist, die an der feststehenden Wand 1ob auf der Niedertemperaturseite befestigt ist, Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, besteht der Rotor aus einem ebenen Metallblech 18 und einem wellenförmigen Blech 2o, die um eine Nabe 22 gewickelt sind, die drehbar in dem Lager 14 gelagert ist. Mit 22a ist eine Nut bezeichnet, in der ein vorderes Ende des wärmeaufnehmenden Teils oder Bleches befestigt ist. Eine Dichtung 24 ist zwischen einer Oberfläche des Rotors 12 und der feststehenden Wand 1ob auf

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der NiedertemperaturSeite angeordnet, und eine weitere Dichtung 26 befindet sich zwischen der anderen Oberfläche des Rotors 12 und der feststehenden Wand 1oa auf der Hochtemperaturseite.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Rotor 12 auf seiner äußeren Umfangfläche mit einem Zahnring 28 versehen, der mit einem nicht gezeigten Ritzel kämmt, das durch eine geeignete Antriebswelle angetrieben wird, so daß der Rotor 12 umläuft'. Während der Drehung des Rotors 12 strömt Druckluft von einem Kompressor durch den Wärmetauscher in den Richtungen, die durch die Pfeile a und b angegeben sind, und Abgase strömen in den Richtungen der Pfeile c und d. Die Abgase heizen den Rotor 12 auf, der seinerseits die durch den Rotor hindurchgehende Druckluft aufheizt, und auf diese Weise tritt der Wärmeaustausch ein. Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine Dichtung 24, und Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Dichtung 26.

Die Druckluft, die in der angegebenen Pfeilrichtung strömt, bewegt sich zugleich in der Richtung des Pfeiles e in Fig,1 zu einem Bereich um die äußere Umfangsflache des Rotors 12 herum und übt einen Druck P auf diese aus, so daß ein Druckausgleich entsteht. In diesem Falle wird die Achse 16 selbst dann keinem großen Biegemoment ausgesetzt, wenn sie nur an einem Ende abgestützt wird. Die Achse 16 wird jedoch Verformungen ausgesetzt, wie sie durch die gestrichelte Linie in Fig.5 angedeutet sind, da ein Druckabfall zwischen der Druckluft und den auf niedrigerem Druck befindlichen Abgase auftritt und das Material aufgrund hoher Temperaturen erweicht wird. In der Praxis ist jedoch der Druckverlust der Abgase größer als derjenige der Druckluft, Daher wird der Rotor 12 in einem Bereich in der Nähe der Dichtung 26 auf der Hochtemperaturseite erweicht. In diesem Falle wird das flache Metallblech 18 in größerem Maße verformt, so daß das Maß h in Fig,6 auf das Maß h' in Fig. 7 abnimmt und der Rotor entsprechend den strichpunktierten Linien in Fig. 5 verformt wird. Da in diesem Falle die Dichtung beweglich ange-

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ordnet ist, wird eine geringe Verformung des Rotors 12 durch Verschiebung der Dichtung aufgenommen, so daß die .~ Abdichtung beibehalten wird. Wenn jedoch der Rotor zu stark verformt wird, entsteht eine Lücke zwischen der Dichtung 24 und dem Rotor 12, die einen erhöhten Gasdurchtritt zur Folge hat, durch den die Gasturbine zum Stillstand kommt.

Wenn zur Überwindung dieses Problems der Rotor 12 durch Erhöhung der Dicke des flachen Bleches 18 und des gewellten Bleches 2o verstärkt wird, wird die wirksame öffnung des Rotors 12 verringert, so daß erhöhte Druckverluste auftreten und die Effektivität des Rotors 12 beeinträchtigt wird.

Die Erfindung zielt darauf ab, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, ohne andere Schwierigkeiten hervorzurufen. Sie geht aus von dem Gedanken, daß die Verformung des Rotors durch die Verformung des flachen Bleches hervorgerufen wird. Entsprechend einem wesentlichen Merkmal der Erfindung hat das flache Blech 18 eine Dicke t, die zwischen dem 1 1/2- und dem 2-fachen der Dicke t' des gewellten Bleches 2o liegt. Bei der Festlegung der Dicke des flachen Bleches 18 wird die Dicke dieses Bleches vorzugsweise entsprechend einem Wert bestimmt, der einem minimalen Festigkeitswert entspricht, der für das flache Blech 18 erforderlich ist. Eine erheblich größere Dicke des flachen Bleches 18 ist nutzlos und verringert die wirksame öffnung des Rotors 12.

Da erfindungsgemäß die Nachteile der bekannten Lösung durch Erhöhung der Dicke des flachen Bleches überwunden werden, wird die wirksame öffnung des Rotors nicht beeinträchtigt. Zugleich wird zuverlässig die Verformung des flachen Bleches auf der Hochtemperaturseite verhindert. Daher entsteht kein Spalt zwischen dem Rotor und der Dichtung.

Es sei darauf hingewiesen, daß es nicht notwendig ist, die Dicke des flachen Bleches über den gesamten Bereich zu er-

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höhen, und daß dasselbe Ergebnis erzielt werden kann, indem ein Teil des flachen Bleches auf der Hochtemperaturseite dicker ausgebildet wird.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Rotor für einen umlaufenden Wärmetauscher einer Gasturbine, gekennzeichnet durch eine drehbar auf einer Achse (16) des Wärmetauschers angebrachten Nabe (22), um die eine fest verbundene Einheit aus einem flachen Metall-Blech (18) und einem gewellten Blech (2o) gewickelt ist, sowie dadurch, daß wenigstens ein Teilbereich des flachen Bleches (18) eine Stärke des 1 1/2-bis 2-fachen des gewellten Bleches (2o) aufweist.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher ein Gehäuse (1o) mit einer feststehenden Wand (1oa) auf der Hochtemperaturseite und einer feststehenden Wand (1ob) auf der Niedertemperaturseite aufweist, daß eine erste, ringförmige Dichtung (24) zwischen einer Oberfläche des Rotors (12) und der feststehenden Wand (1oa) auf der Hochtemperaturseite angeordnet ist, und daß eine zweite, ringförmige Dichtung (26) zwischen der anderen Oberfläche des Rotors (12) und der feststehenden Wand (1ob) auf der Niedertemperaturseite angeordnet ist.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens derjenige Teilbereich des flachen Bleches (18), der Gasen hoher Temperatur und hohen Druckes ausgesetzt ist, eine Stärke des 1 1/2- bis 2-fachen des gewellten Bleches (2o) aufweist.

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