DE850680C - Drucktauscher, z. B. fuer Gasturbinenanlagen - Google Patents

Drucktauscher, z. B. fuer Gasturbinenanlagen

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DE850680C
DE850680C DEP25915A DEP0025915A DE850680C DE 850680 C DE850680 C DE 850680C DE P25915 A DEP25915 A DE P25915A DE P0025915 A DEP0025915 A DE P0025915A DE 850680 C DE850680 C DE 850680C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure
cell
gas
distributors
cells
Prior art date
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Expired
Application number
DEP25915A
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English (en)
Inventor
Georges Darrieus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC BROWN BOVERI and CIE
Brown AG
Original Assignee
BBC BROWN BOVERI and CIE
Brown AG
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F13/00—Pressure exchangers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

  • Drucktauscher, z. B. für Gasturbinenanlagen Es ist bekannt, daß im Drucktauseher mit Hilfe eines rotierenden Zellenrades die Drücke eines Gasstromes ihohen Druckes und eines Gasstromes niedrigen Druckes miteinander ausgetauscht werden, wobei das eine Gas durch Verdünnungswellen von höherem auf niedrigeren Druck und das andere durch Verdichtungswellen von niedrigerem auf höheren Druck gebracht wird. Diese Wanderwellen werden erzeugt @durch rasches Öffnen oder Schließen der Zellen :bei stillstehendem oder strömendem Zelleninhalt. Das Offnen und Schließen der Zellen erreicht man durch Drehers eines Zellenrades zwischen zwei stillstehenden Stirnwänden, in denen entsprechende Steueröffnungen ausgespart sind. Die Wellenbildung vollzieht sich also in rotierenden Zellen, ebenso das Verdrängen des einen Gases durch das andere. Diese Vorgänge werden durch Fliehkräfte, unter deren Einwirkung der ganze Zelleninhalt steht, gestört, was zu Verlusten führt. Diese Verluste werden vermieden, wenn die erwähnten Vorgänge in einem feststehenden Kranz von als Schleusen dienenden Zellen ablaufen. Die vorliegende Erfindung betrifft somit einen Drucktauscher, z. B. für Gasturbinenanlagen, der einen Gasstrom von einer unteren Druckstufe auf eine obere Druckstufe verdichtet und im Tausch einen zweiten Gasstrom von einer oberen Druckstufe auf eine iuntere Druckstufe entspannt, rund ist gekennzeichnet durch einen Ieeststehenden Kranz von als Schleusen dienenden Zellen und zwei drehbare Verteiler, die bei ihrer kontinuierlichen Drehung die beiden Enden der Zellen abwechslungsweise mit dien Zufluß- und Abflußleitungen der beiden Gasströme verbinden. Die Fliehkräfte treten jetzt in den sich drehenden Verteilern auf, wo,sie aber keinen schädlichen Einfuß ausüben können.
  • In den Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführung eines erfindungsgemäßen Drucktauschers dargestellt,-- und zwar zeigt die, Fig. i einen solchen im Längsschnitt und Fig. 2 .in axonometrischer Darstellung. Die Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Abwicklung eines zylindrischen Schnittes durch den Zellenkranz (und die Verteiler, wobei der Schnitt etwa gemäß -den Linien III-III der Fig. i geführt ist: Es ist jedoch zu beachten, daß in Fig. i, zwecks Verdeutlichung ihres Aufbaus, die beidseitig des Gellenkranzes angeordneten Verteiler im Schnitt um 9o° gegeneinander verdreht dargestellt sind, während sie im Betrieb ,so gegeneinanderstehen, wie dies aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht. Die letztgenannte Figur dient im folgenden zur Erläuterung der Arbeitsweise des Drucktauschers nach der Erfindung.
  • In allen drei Figuren, sofern. die Hinweiszeichen darin vorkommen, bedeutet i den feststehenden Zellenkranz, 2 und 3 Ibzw. 4 und 5 die konzentrisch ineinander angeordneten und mit dem Zellenkranz fest verschraubten Znzfluß- und Abflußleitungen für die ,beiden Gasströme. 6 :und 7 sind die Verteiler, die die beiden Gasströme steuern. Zweckmäßig wird der Gasstrom höheren Druckes und mithin kleineren Volumens durch eine Leitung kleineren Durchmessers, z. B. Leitung 3, und durch das Innere des jeweiligen Verteilers den Zellen zu- und aus ihnen abgeführt, während der niedriger gespannte Gasstrom außen um den jeweiligen Verteiler herumgeführt und durch eine Leitung größeren Durchmessers, z. B. Leitung 4, albgeleitet wird. Soll beispielsweise .in einer Gasturibinenanlage Abgas eines Verbrennungsvorganges dazu benutzt werden, um die für die Verbrennung nötige Luft zu verdichten, so können die Strömungen im Drucktauschen vorerst kurz wie folgt beschrieben wenden: Das zu entspannende Albgas gelangt beispielsweise durch die Zufiuß1eitu@ng 3 und das Innere des Verteilers 6 in die Zellen des Zellenkranzes i, in welchen es durch die Vorgäavge entspannt wird, die im folgenden an Hand der Fig. 3 näher erläutert werden. Das entspannte Abgas fließt nach Verlassen der Zellen außen um die Arme des Verteilers 7 herum und -wird durch die Leitung 4 abgeführt. Luft niedrigeren Druckes wird durch die Leitung 2 zugeführt, fließt außen .um den Verteiler 6 herum in die Zellen, wird in diesen verdichtet, und verläßt diese als verdichtete Luft durch das Innere des Verteilers, 7, und die Leitung 5.
  • ",.:,his ist ferner vorteilhaft, die Verteiler zum Zweck des Druck- und Massenausgleiches so auszubilden, daß auf eine Umdrehung ,mindestens zwei Arbeitsspiele fallen. Die Figuren zeigen die Verteiler 6 und. 7 für zwei Arbeitsspiele. Sie sitzen fest verkeilt auf derselben Welle 8, die im Tragkörper des Zellenkranzes i gelagert ist. Angetrieben werden sie z. B. durch einen Elektromotor i i, entweder, w die Fig. i darstellt, über ein Kegelräderpaar 9, , i"e i o, oder Über ein herausgeführtes Wellenende.
  • Um den Zellen einen drallfreien Gasstrom zuzuführen, kann man die Kanäle des Verteilers 6 schraubenförmig ausbilden, @so. daß trotz der Rotation der Verteiler durch den ganzen Drucktausaher hindurch eine, drall,freie Strömung erhalten bleibt. Sollte es sich als vorteilhaft erweisen, den Verteilern durch die Gasströmung einen Drehimpuls in Antriebsrichtung zu geben, so wäre auch das durch eine entsprechende Formgebung der Verteilerkanäle möglich.
  • Die ;beispielsweise gezeigte Ausführung der Verteiler 6 und 7 bringt es mit sich, daß diese an ihren an den Zellenkranz anschließenden Enden ikreisrunde Scheiben mit sektorförmigen Steueröffnungen haben, während ihre anderen Enden, die mit den Zufluß- und Abflußleitungen 3 @bzw. 5 in Verbindung stehen, als Rotationszylinder ausgeführt sind. Sind die Verteiler, wie im vorliegenden Beispiel angenommen, für zwei Arbeitsspiele pro Umdrehung ausgebildet, so müssen in jedem Verteiler je zwei Paare von Steueröffnungen vorhanden sein, die mit 12a, 12b ibmw. 13a, i36 bezeichnet sind.
  • Die Anbeits.weise eines Drucktauschens nach der Erfindung ergibt .sich aus der Gesamtheit der Vorgänge, die sich, zeitlich gegeneinander verschoben, in jeder einzelnen Zelle ides Zelletikr@anzes abspielen. Der Ablauf dieser Vorgänge kann an Hand der Figuren, insbesondere der Fig. 3, wie folgt beschrieben werden a) Die betrachtete Zelle sei in der zuerst herausgegriffenen Phase des Arbeitsspiels beidseitig offen; sie ist also, wie z. B. die Zelle a in Fig. 3, hinsichtlich oder Verteiler 6 -und 7 in einer solchen Stellung, daß sowohl eine Steueröffnung 12b des Verteilers 6 als auch eine Steueröffnung 13b des Verteilers 7 den Zufluß und auch den Abfluß des in Betracht kommenden Stoffes gestatten. Das durch die Zuflußleitung 2 zugeführte und zu verdichtende Gas (z. B. Verbrennungsluft für eine Gasturbinenanlage) tritt an einem Ende durch eine SteueröfnUng 12b des Verteilers 6 in,die Zelle ein und verdrängt das entspannte andere Gas (z. B. Abgas einer Gasturbine), das am anderen Ende durch eine Steueröffnung i3b des Verteilers 7 in die Abflußleitung 4 ,austritt. Der soeben beschriebene Vorgang kann als Spülung auf der Unterstufe bezeichnet werden.
  • b) Nach beendeter Spülung wird das Austrittsende der Zelle durch den sich drehenden Verteiler 7 geschlossen. -Dadurch entsteht eine Verdichtungswelle, die die Zelle vom Austritts- zum Eintrittsende durchwandert und den Spülstrom zum Stillstand bringt. Die betrachtete Zelle befindet sich also jetzt in einer Stellung wie die Zelle b in Fig. 3; die Lage der Verdichtungswelle in dieser Zelle .und den ihr (benachbarten Zellen wird hier, wie auch in den nachfolgenden Phasen des Arbeitsspiels, durch die schief über die Abwicklung des Zellenkranzes i laufende strichpunktierte Linie angedeutet.
  • c) Bei der Ankunft der Verdichtungswelle am Eintrittsende der Zelle wird dieses durch den anderen sich drehenden- Verteiler 6 geschlossen, wodurch ein Volumen verdichteten Gases (z. B. Luft) eingefangen wird. Die betrachtete Zelle ist in einer Stellung wie die Zelle c in Fig. 3.
  • d) Das Eintrittsende der Zelle wird durch den sich drehenden Verteiler 6 mit einer Steueröffnung 12, und, dadurch .mit der Zufuhrleitung 3 des zu entspannenden Gases (z. B. Abgas), das unter einem höheren Druck als der Zelleninhalt sein soll, in Verbindung gebracht. Dadurch entsteht eine neue Ver-(lichtungswelle, die die Zelle vom Eintritts- zum Austrittsende durchwandert und den Inhalt der Zelle wieder in Bewegung bringt (vgl. Zelle d in Fig. 3)-e) Bei der Ankunft der Verdichtungswelle am Austrittsende der Zelle wird dieses durch den sich drehenden Verteiler 7 geöffnet. Damit ist die Spülung auf der Oberstufe eingeleitet; das zu entspannende Gas (z. B. Abgas) tritt bei 12" in .die Zelle ein und verdrängt das verdichtete Gas (z. B. Luft) durch eine Steueröffnung 13a,des Verteilers 7 in die Abflußleitung 5 (vgl. Zelle e in Fig..3).
  • f) Am Ende der Spülung wird das Eintrittsende der Zelle durch den Verteiler 6 geschlossen; dadurch wird eine Verdünnungswelle erzeugt, die die Zelle vom Eintritts- zum Austrittsende diurc`hwandert und den Spülstrom zum Stielstand :bringt (vgl. Zelle f in Fig. 3).
  • g) Bei der Ankunft der Verdünn@ungswefle am Austrittsende der Zelle wird dieses durch den Verteiler 7 geschlossen, wodurch ein Volumen entspannten Gases (z. B. Abgas) eingefangen wird (vgl. Zelle g in Fig. 3).
  • h) Das Austrittsende der Zelle wird mit einer Steueröffnung 136 im Verteiler 7 und dadurch mit der Abflußleitung 4 des entspannten Gases (z. B. Abgas), in der ein tieferer Druck herrschen sol'1 als in der Zelle, in Verbindung gebracht; dadurch entsteht eine neue Verdünnungswelle, die die Zelle vom Austritts- zum Eintrittsende durchwandert und deren Inhalt wieder in Bewegung bringt (vgl.Zel'le 1i in Fig. 3).
  • i) Bei der Ankunft der Verdünnungswelle am Eintrittsende der Zelle wird dieses durch eine Steueröffnung 126 des sich drehenden Verteilers 6 geöffnet und dadurch mit der Zuflußleitung 2 des zu verdichtenden Gases (z. B. Luft) in Verbindung gebracht; damit ist der Spülvorgang auf der Unterstufe wieder eingeleitet, und das Arbeitsspiel beginnt von neuem (vgl. Zelle i in Fig. 3, die wieder in der gleichen Stellung zu den Verteilern ist wde die Zelle a, was durch die Beschriftung i = a angedeutet ist).

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Drucktauseher, z. B. für Gasturbinenanlagen, der einen gasförmigen Strom von einer unteren Druckstufe auf eine obere Druckstufe verdichtet und in Tausch einen zweiten Gasstrom von der oberen Druckstufe auf die untere Druckstufe entspannt, gekennzeichnet durch einen feststehenden Kranz (i) von als Schleusen dienenden Zellen und zwei drehbare Verteiler (6, 7), die bei ihrer kontinuierlichen Drehung die beiden Endender Zellen abwechslungsweise mit den Zufluß- und Abflußleitungen (2, 3 bzw. 4, 5) der beiden Gasströme verbinden.
  2. 2. Drucktausoher nach Anspruch i, gekennzeichnet durch je zwei konzentrisch ineinander ,angeordnete Rohrleitungen (2, 3 ibzw. 4, 5) zu beiden Seiten des feststehenden ZelIenkrantzes (i), von denen nie inneren (3, 5) an den Inn°_nrau.m der drehbaren Verteiler (6, 7) angesehlossen sind, während die äußeren (2, 4) diese Verteiler außen umsohtießen: 3. Drucktauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeidh.net, @daß die Verteiler (6, 7) schraubenförmige Kanäle aufweisen, .die trotz der Rotation der Verteiler den Gasströmen keine Rotation aufzw:in gen. . Drucktauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, @daß die Verteiler (6, 7) den Gasstrom so führen, (daß sie von diesem angetrieben werden. 5. Drucktauscher nach Anspruch. i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteiler zum Zwecke des Druck- und Massenausgleiches so ausgebildet sind, daß auf eine Umdrehung mindestens zwei Arbeitsspiele fallen.
DEP25915A 1946-07-29 1948-12-22 Drucktauscher, z. B. fuer Gasturbinenanlagen Expired DE850680C (de)

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CH850680X 1946-07-29

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DEP25915A Expired DE850680C (de) 1946-07-29 1948-12-22 Drucktauscher, z. B. fuer Gasturbinenanlagen

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DE (1) DE850680C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3904806A1 (de) * 1989-02-17 1990-08-23 Asea Brown Boveri Waermepumpe

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3904806A1 (de) * 1989-02-17 1990-08-23 Asea Brown Boveri Waermepumpe

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