DE818960C - Circulating regenerative heat exchanger - Google Patents

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.Recirculating Regenerative Heat Exchanger The invention relates to on heat exchangers for gas turbines of all types of the regenerative drum design which is the rotor, which consists of a hollow drum made of metal or ceramic material consists, circulates inside a housing, through which both the exhaust gases and the compressed cold air flow. The paths of exhaust gases and compressed air are separated by seals that run along and around the ends of the drum and so divide the drum into a hot gas and cold air side, in which the gases flow alternately in countercurrent through the hollow bodies. Give the hot exhaust gases their heat to the hollow bodies as it flows through the hot gas side of the drum in this part of the drum, so that the hot hollow body as the drum rotates pass into the cold air side, where the heat from the hollow bodies to the cold, compressed air is released. With this type of regenerator, the length of the Gas or air path through the hollow body can be very small, but the temperature difference between the inside diameter and the outside diameter of the drum is the full one Temperature difference between the temperatures of the hot gas and the cold one Air, so that the different parts of the drum very large temperature differences are subject. To maintain an effective seal along the drum, it is important to keep the drum as cylindrical as possible in its shape, The object of the present invention is to provide a drum that can as a result of the temperature differences in the metal of the drum Tensions are not forgiven.

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.The arrangement of the regenerative heat exchanger according to the invention for gas turbines is the following: Are in a rotating hollow drum the concentric inner and outer walls by a number of radial, in uniform Spaced ribs connected which form the drum in a number divide by longitudinal chambers.

Die Innen- und Außenwände der Kammer besitzen Löcher oder Schlitze, durch welche die Heißgase und die Kaltluft fließen.The inner and outer walls of the chamber have holes or slots, through which the hot gases and cold air flow.

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.The through the gas-tight ribs and through the inner and outer walls The longitudinal chambers formed in the drum contain hollow bodies through which the hot gases and the cold air flows through it and which flows from the hot gases to the cold Absorb heat to be given off by air.

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.The drum is divided into several annular compartments in the longitudinal direction divided, which z. B. are connected by bolts on their cold side, while they have an axial play on the hot side to accommodate any expansion of the hot Side in relation to the cold side, without changes in relation to it Concentricity can arise. There are also radial ones on the hot side of the drum Slits are provided in the ribs between the chambers, so that a relative expansion in the circumferential direction between the hot and cold sides of the drum with a Minimum of changes in the concentricity of the wall of the drum added can be.

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.In the schematic drawing showing an embodiment of the present Invention illustrates, Fig. I shows a cross section of a slotted Drum and FIG. 2 shows a section along the line 2-2 of FIG. I in the direction of the arrows seen.

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.In putting the invention into practice in the illustrated embodiment, a drum is divided into four compartments c in length, the compartments being held together by bolts or similar means between two end plates a and b . Each compartment c of the drum consists of a number of separate chambers d formed by a series of ribs e which radially connect the inner and outer walls of the drum. The separate compartments c of the full drum are combined in such a way that the ribs e are aligned so that the chambers d'extend over the entire length of the drum. Hollow bodies made of metal gauze or ceramic material are fitted into these chambers d in such a way that the cold air or the hot gas can flow from the inside to the outside of the drum or vice versa. The inner and outer walls of the drum are pierced by holes or slots f and g through which the hot gas or cold air can flow.

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.Assuming that the cold air is in one half of the drum flows from the inside to the outside, while in the other half of the Then drum the hot gases will flow from the outside to the inside the outer wall of the drum have a correspondingly higher temperature than the inner wall. This creates a tendency for the outer wall in relation to the inner wall in the To expand circumferential direction. This expansion of the outer wall in relation to the inner wall is made possible by slots h in the longitudinal direction in the Ribs e are provided. Because the outer wall of the drum forcibly by the ribs e is held, any excessive expansion of the outer wall tends to to close the gap of the slots h.

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.The compartments c are through a series of longitudinal bolts passing through the coldest wall, in the case in question the inner wall, the drum go, with the end plates attached. This will cause the bolts to move as a result of any Forgive temperature fluctuations as little as possible.

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.In operation, the outer walls tend to expand in a longitudinal direction in relation to the inner walls, and in order to allow little or no distortion of the end plates a and b , the compartments c of the drum are made in such a way that they have an intermediate gap i which is closed when the temperature of the outer wall of the drum reaches the operating temperature.

Claims (5)

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. PATENT CLAIMS: i. Circulating regenerative heat exchanger in the form of a cylindrical hollow drum for gas turbines, characterized in that the concentric inner and outer walls are connected by a number of radial, evenly spaced ribs (e) which divide the drum into a number of longitudinal chambers (d ) share. 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. 2. Circulating heat exchanger according to claim i, characterized in that the inner and outer walls of the longitudinal chambers have holes or have slots (f, g) through which the hot gases and cold air flow. 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. 3. Circulating heat exchanger according to claim i or 2, characterized in that that the longitudinal chambers (d) contain hollow bodies through which the hot gases and cold air Hindurrh flow and thereby the to be given off by the hot gases to the cold air Absorb heat. 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. 4. Circulating heat exchanger according to claim i, 2 or 3, characterized characterized in that the drum is longitudinally divided into a plurality of annular compartments is divided, which are connected by bolts on their cold side while they are have an axial play on the hot side. 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.5. Circulating heat exchanger according to claim i, 2, 3 or 4, characterized in that the drum on its hot side has radial slots (h) in the ribs between the chambers.