DE818960C

DE818960C - Umlaufender Regenerativ-Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE818960C
Application number: DEP34173A
Authority: DE
Inventors: Andrew Thomson Bowden; Paul Kolb
Original assignee: CA Parsons and Co Ltd
Current assignee: CA Parsons and Co Ltd
Priority date: 1949-02-15
Filing date: 1949-02-15
Publication date: 1951-10-29

Description

Umlaufender Regenerativ-Wärmeaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher für Gasturbinen aller Art der Regenerativtrommelbauart, bei welcher der Rotor, der aus einer Hohltrommel aus Metall oder keramischem Material besteht, im Innern eines Gehäuses umläuft, durch welches sowohl die Abgase als auch die verdichtete kalte Luft strömen. Die Wege der Abgase und der verdichteten Luft sind durch Abdichtungen getrennt, die entlang und um die Enden der Trommel laufen und so die Trommel in eine Heißgas- und Kaltluftseite teilen, in welchen die Gase abwechselnd im Gegenstrom durch die Hohlkörper fließen. Die heißen Abgase geben beim Durchströmen durch die Heißgasseite der Trommel ihre Wärme an die Hohlkörper in diesem Teil der Trommel ab, so daß beim Umlauf der Trommel die heißen Hohlkörper in die Kaltluftseite übertreten, wo die Wärme von den Hohlkörpern an die kalte, verdichtete Luft abgegeben wird. Bei dieser Regeneratorbauart kann die Länge des Gas- oder Luftweges durch die Hohlkörper sehr klein sein, aber der Temperaturunterschied zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser der Trommel ist der volle Temperaturunterschied zwischen den Temperaturen des heißen Gases und der kalten Luft, so daß die verschiedenen Teile der Trommel sehr großen Temperaturdifferenzen unterworfen sind. Um eine wirksame Abdichtung entlang der Trommel aufrechtzuerhalten, ist es wichtig, die Trommel so zylindrisch wie möglich in ihrer Form zu halten, Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, eine Trommel zu schaffen, die sich infolge der durch die Temperaturdifferenzen in dem Metall der Trommel entstehenden Spannungen nicht verzieht.
Die Anordnung des erfindungsgemäßen Regenerativ- Wärmeaustauschers für Gasturbinen ist folgende: In einer umlaufenden Hohltrommel sind die konzentrischen Innen- und Außenwände durch eine Anzahl radialer, in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordneter Rippen verbunden, welche die Trommel in eine Anzahl von Längskammern teilen.
Die Innen- und Außenwände der Kammer besitzen Löcher oder Schlitze, durch welche die Heißgase und die Kaltluft fließen.
Die durch die gasdichten Rippen und durch die Innen- und Außenwände der Trommel gebildeten Längskammern enthalten Hohlkörper, durch welche die Heißgase und die Kaltluft hindurchströmen und welche die von den heißen Gasen an die kalte Luft abzugebende Wärme aufnehmen.
Die Trommel wird in der Längsrichtung in mehrere ringförmige Abteilungen unterteilt, welche z. B. an ihrer kalten Seite durch Bolzen verbunden sind, während sie an der heißen Seite ein axiales Spiel aufweisen, um jede Ausdehnung der heißen Seite in bezug auf die kalte Seite aufzunehmen, ohne daß Änderungen bezüglich ihrer Konzentrizität entstehen können. Außerdem sind an der heißen Seite der Trommel radiale Schlitze in den Rippen zwischen den Kammern vorgesehen, so daß eine Relativausdehnung in der Umfangsrichtung zwischen den heißen und kalten Seiten der Trommel mit einem Minimum von Änderungen hinsichtlich der Konzentrizität der Wandung der Trommel aufgenommen werden kann.
In der schematischen Zeichnung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, stellt dar Fig. i einen Querschnitt einer geschlitzten Trommel und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. i in Richtung der Pfeile gesehen.
Bei der Umsetzung der Erfindung in die Praxis in der veranschaulichten Ausführungsform ist eine Trommel in vier Abteilungen c in ihrer Länge unterteilt, wobei die Abteilungen durch Bolzen oder ähnliche Mittel zwischen zwei Endplatten a und b zusammengehalten werden. Jede Abteilung c der Trommel besteht aus einer Anzahl von getrennten Kammern d, die durch eine Reihe von Rippen e gebildet sind, die radial die Innen- und Außenwände der Trommel verbinden. Die getrennten Abteilungen c der vollen Trommel sind in der Art vereinigt, daß die Rippen e so ausgerichtet sind, daß die Kammern d sich'über die ganze Länge der Trommel erstrecken. In diese Kammern d sind Hohlkörper aus Metallgaze oder keramischem Material derart eingepaßt, daß die kalte Luft oder das Heißgas von der Innenseite nach der Außenseite der Trommel fließen kann oder umgekehrt. Die Innen- und Außenwände der Trommel sind durch Löcher oder Schlitze f und g durchbohrt, durch welche das Heißgas oder die kalte Luft fließen können.
Wenn angenommen wird, daß in einer Hälfte der Trommel die Kaltluft von der Innenseite nach der Außenseite strömt, während in der anderen Hälfte der Trommel die heißen Gase von der Außenseite nach der Innenseite strömen, dann wird die Außenwand der Trommel eine entsprechend höhere Temperatur haben als die Innenwand. So entsteht ein Bestreben für die Außenwand, im Verhältnis zu der Innenwand in der Umfangsrichtung sich auszudehnen. Diese Ausdehnung der Außenwand im Verhältnis zu der Innenwand wird dadurch ermöglicht, daß Schlitze h in der Längsrichtung in den Rippen e vorgesehen sind. Da die Außenwand der Trommel zwangsweise durch die Rippen e gehalten wird, so hat jede übermäßige Ausdehnung der Außenwand das Bestreben, den Spalt der Schlitze h zu schließen.
Die Abteilungen c sind durch eine Reihe von Längsbolzen, die durch die kälteste Wand, in dem in Frage stehenden Fall der inneren Wand, der Trommel gehen, mit den Endplatten befestigt. Dadurch werden die Bolzen sich infolge irgendwelcher Temperaturschwankungen so wenig als möglich verziehen.
Im Betriebe haben die Außenwände das Bestreben, in einer Längsrichtung im Verhältnis zu den Innenwänden sich auszudehnen, und um keines oder nur ein geringes Verziehen der Endplatten a und b eintreten zu lassen, sind die Abteilungen c der Trommel derart hergestellt, daß sie einen Zwischenspalt i besitzen, der geschlossen wird, wenn die Temperatur der Außenwand der Trommel die Betriebstemperatur erreicht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Umlaufender Regenerativ-Wärmeaustauscher in der Form einer zylindrischen Hohltrommel für Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Innen- und Außenwände durch eine Anzahl radialer, in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordneter Rippen (e) verbunden sind, welche die Trommel in eine Anzahl von Längskammern (d) teilen.
2. Umlaufender Wärmeaustauscher gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen-und Außenwände der Längskammern Löcher oder Schlitze (f, g) besitzen, durch welche die Heißgase und die kalte Luft fließen.
3. Umlaufender Wärmeaustauscher gemäß Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskammern (d) Hohlkörper enthalten, durch die die Heißgase und die Kaltluft hindurrhströmen und dabei die von den heißen Gasen an die kalte Luft abzugebende Wärme aufnehmen.
4. Umlaufender Wärmeaustauscher gemäß Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel in der Längsrichtung in mehrere ringförmige Abteilungen unterteilt ist, die an ihrer kalten Seite durch Bolzen verbunden sind, während sie an der heißen Seite ein axiales Spiel aufweisen.
5. Umlaufender Wärmeaustauscher gemäß Anspruch i, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel an ihrer heißen Seite radiale Schlitze (h) in den Rippen zwischen den Kammern hat.