AT151197B

AT151197B - Verfahren zur Leistungsregelung von Wärmekraftanlagen, in welchen ein gasförmiges Arbeitsmittel, vorzugsweise Luft, dauernd einen geschlossenen Kreislauf unter Überdruck beschreibt, und Anlage zur Ausführung dieses Verfahrens.

Info

Publication number: AT151197B
Authority: AT
Original assignee: Tech Studien Ag
Priority date: 1935-07-12
Filing date: 1936-07-01
Publication date: 1937-10-25

Description

Verfahren zur Leistungsregelung von Wärmekraftanlagen, in welchen ein gasförmiges Arbeitmittel, vorzugsweise Luft, dauernd einen geschlossenen Kreislauf unter Vberliruek besehreibt, und Anlage zur Ausführung dieses Verfahrens.
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Druck verdichtet wird. 12 bezeichnet eine Kühlwasserpumpe. An die Leitung 11 ist über eine Leitung 111 ein Ventilkasten 10 mit Einlassventil 101 und Auslassventil 102 angeschlossen.

Die Regelung von Leistungsschwankungen, die in einer Anlage der beschriebenen Art auftreten, erfolgt in der Weise, dass bei unveränderter Drehzahl von Turbine 3 und Verdichter o die Dichte der umlaufenden Luft angenähert proportional zur jeweiligen äusseren Leistungsabgabe der Turbine. 3 geändert wird. Dabei können die Temperaturen durch Regelung des dem Erhitzer 1 zugeführten Brennstoffes, oder bei Kohlenfeuenmg durch Beschickungsregelung oder Abschirmen des Rostes, unverändert bleiben. Eines dieser letzteren Regelungsmittel ist weiter unten noch näher beschrieben. Es wird somit der Druck bzw. das Durchflussgewicht (/c < //sec.) des den geschlossenen Kreislauf beschreibenden Arbeitsmittels geändert.

Dabei ändern sich die Drücke an den verschiedenen Stellen des Kreislaufes im wesentlichen proportional-zur jeweiligen äusseren Leistungsabgabe und die Wärmegefälle sowie Strömungsgeschwindigkeiten in der Turbine 3 und im Verdichter S bleiben praktisch konstant.

Um eine solche Regelungsweise zu erreichen, wird dem Kreislauf vorübergehend Arbeitsmittel zugeführt bzw. entzogen. Zu diesem Zwecke sind bei der gezeigten Ausführungsform Speicher 24, 241 vorgesehen. Der Speicher 24 ist an einen Verdichter 23, der aus der Umgebung angesaugte Luft in denselben fördert, sowie durch Leitung 244 an das Einlassventil 101 angeschlossen. Der Speicher 241 ist dagegen durch Leitung 245 an das Auslassventil 102 und zweckmässig durch Leitung 246 an die Saugleitung 231 des Verdichters 23 angeschlossen. Je nach der Einstellung der Ventile 101, 102 strömt Luft aus dem Speicher 24 in den geschlossenen Kreislauf bzw. aus letzterem in den Speicher 241.

Die Einstellung der genannten Ventile 101, 102 erfolgt selbsttätig in Abhängigkeit von der augenblicklichen Leistung, welche die Turbine. 3 nach aussen abgibt ; diese Einstellung kann zweckmässig vom Regler 31 der Turbine 3, ebentuell aber auch vom Regler der von der Turbine angetriebenen Maschine 4, durch ein Ölsteuerungssystem 32 mit Steuerkolben 33 bewirkt werden. Je nach der Einstellung des Steuerkolbens 33 gelangt Drueköl unter den Kolben 103 oder 104, so dass das Ventil 101 bzw. 102 geöffnet wird.

Die Mittel, welche in Abhängigkeit von der augenblicklichen Leistungsabgabe nach aussen auch den Gang der Feuerung an der Stelle beeinflussen, wo eine äussere Wärmezufuhr (Erhitzer 1) in den Kreislauf erfolgt, bestehen aus einem Ventil 4. 3, welches an das Ölsteuerungssystem- angeschlossen ist und die Luftmenge beherrscht, welche dem Erhitzer 1 zuströmen kann.

Stossweise Belastungsschwankungen unterhalb der Höehstlast können zusätzlich durch Änderung der Drosselung des Arbeitsstromes mittels eines Regelventiles 40, das vor der Turbine 3 angeordnet ist, erfolgen. Dieses Ventil 40 wird ebenfalls vom Geschwindigkeitsregler 31 aus über das Ölsteuerungssystem 32 betätigt. Unter Umständen kann es zweckmässiger sein, ein solches Drosselventil nach der Turbine 3 anzuordnen.

Die beschriebene Regelungsart, wonach dem geschlossenen Kreislauf in Abhängigkeit von der jeweiligen äusseren Leistungsabgabe Luft entzogen oder zugeführt wird, um bei unveränderter Drehzahl von Turbine und Verdichter die Dichte des umlaufenden Arbeitsmittels angenähert proportional zur erwähnten Leistungsabgabe der Turbine zu ändern, ist sehr wirtschaftlich. Sowohl die Turbine als auch der Verdichter werden nämlich in einem solchen Falle unter den neuen Belastungsbedingungen immer bei den der Berechnung dieser Maschinen zugrunde gelegten Verhältnissen (gleiche Sehaufelwinkel, Gesehwindigkeitspläne u. dgl. ) arbeiten, so dass der Wirkungsgrad, abgesehen von kleinen mechanischen Verlusten, bis zu den kleinsten Belastungen praktisch unverändert bleibt.

Die Querschnittsverhält- nisse der Leit-und Laufsehaufeln stimmen genau für alle Betriebspunkte im Gegensatz zu den Verhältnissen bei allen bekannten Wärmekraftanlagen mit Turbomaschinen, wie Dampf-oder Gasturbinen.

Die Mittel, welche in Abhängigkeit von der augenblicklichen Leistungsabgabe nach aussen selbsttätig eine Zufuhr von Arbeitsmitteln in bzw. einen Entzug aus dem geschlossenen Kreislauf ermöglichen, können grundsätzlich an jeder Stelle des Kreislaufes angeordnet sein.

Der Druck in der Einrichtung, welche bei einer augenblicklichen Leistungszunahme zusätzliches Arbeitsmittel in den Kreislauf liefert, muss grösser sein als der, welcher an derjenigen Stelle des geschlossenen Kreislaufes herrscht, wo das zusätzliche Arbeitsmittel in den Kreislauf einzuführen ist.

Wie in der Figur gezeigt, kann eine solche Einrichtung zweckmässig als Druckspeicher ausgebildet sein. Sie könnte aber auch nur aus einem Verdichter bestehen, der unmittelbar aus der Atmosphäre oder aus einem Zwischenbehälter, z. B. dem Behälter 241, angesaugte Luft in den geschlossenen Kreislauf fördert. Diese Luft kann durch Abwärme der Anlage vorgewärmt werden. In dem Speicher, in welchen bei einer augenblicklichen Leistungsabnahme Arbeitsmittel aus dem geschlossenen Kreislauf zu entweichen hat, hat dagegen ein niedrigerer Druck als an der Stelle zu herrschen, wo sich dieser Speicher an den geschlossenen Kreislauf anschliessen lässt.

An Stelle eines solchen Speichers 241 kann aber auch eine Vorrichtung 41 zur Verwendung kommen, die in Abhängigkeit von einer augenblicklichen Leistungabnahme Arbeitsmittel aus dem geschlossenen Kreislauf unmittelbar ins Freie entweichen lässt. Es kann sogar zusätzlich eine Vorrichtung 42 vorgesehen werden, welche bei einer Leistungsabnahme Arbeitsmittel zwangsläufig aus dem Kreislauf unmittelbar ins Freie hinausfördert.

An Stelle von Luft können erforderlicherweise andere Gase, vorzüglich solehe mit hohen Wärme- übergangszahlen, wie z. B. Helium, Wasserstoff, Stickstoff, als Arbeitsmittel in einer Anlage der beschriebenen Art verwendet werden.

Als Wärmekraftanlagen, die sich zur Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens eignen, kommen in Betracht, z. B. ortsfeste Krafterzeugungsanlagen aller Art, ferner Anlagen zum Antrieb von Flugzeugen, Schiffen und Lokomotiven. Da namentlich bei Lokomotiven die Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit eine schlechte ist, lassen sich bei solchen Fahrzeugen gegenüber den bisherigen Ausführungen bei Anwendung des neuen Verfahrens bereits Verbesserungen erzielen, wenn das Arbeitsmittel im Oberflächenwärmeaustauscher nur auf verhältnismässig niedrige Temperatur erhitzt wird.

Um eine Inbetriebsetzung der Anlage zu ermöglichen, werden zweckmässig Mittel vorgesehen, welche das erforderliche Gefälle in der den Verdichter antreibenden Turbine zu erzeugen gestatten.

Als ein solches Mittel kann der Behälter 24 in Frage kommen, wobei er dann durch eine Leitung 44 unmittelbar an die Turbine 3 anzuschliessen ist.

Als weiteres Mittel für das Anfahren kann eine Hilfsgruppe 45 vorgesehen werden, welche den Verdichter 5 antreiben kann, um das Umwälzen des Arbeitsmittels einzuleiten. Diese Hilfsgruppe kann als Motor, Verbrennungskraftmaschine od. dgl. ausgebildet sein.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Leistungsregelung von Wärmekraftanlagen, in welchen ein gasförmiges Arbeitsmittel, vorzugsweise Luft, dauernd einen geschlossenen Kreislauf unter Überdruck beschreibt, wobei das durch äussere Wärmezufuhr erhitzte Arbeitsmittel unter äusserer Leistungsabgabe in mindestens einer Turbine expandiert und hierauf in mindestens einem Turboverdiehter wieder auf höheren Druck gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des umlaufenden Arbeitsmittels bei unver- änderter Drehzahl von Turbine (. 3) und Verdichter (5) derart geändert wird, dass sie angenähert proportional zur jeweiligen äusseren Leistungsabgabe der Turbine (3) ist, wobei sieh die Drücke an
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im wesentlichen unverändert bleiben.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Änderung der Leistungsabgabe nach aussen dem Kreislauf vorübergehend Arbeitsmittel zugeführt bzw. entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass kurzdauernde Belastungsschwankungen unterhalb der Höchstlast durch Änderung der Drosselung (z. B. bei 40) des Arbeitsmittelstromes vor oder hinter der Turbine erfolgen.

4. Wärmekraftanlage, bei welcher die Leistungsregelung nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass einstellbare Absperrvorrichtungen (10, 101, 102) vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit von Schwankungen in der Belastung der Turbine (3) selbsttätig eine Zufuhr von Arbeitsmittel in bzw. einen Entzug aus dem geschlossenen Kreislauf ermöglichen.

5. Wärmekraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (101) in Abhängigkeit von einer Zunahme der von der Turbine (3) abgegebenen Leistung selbsttätig die Verbindung zwischen einer zusätzliches Arbeitsmittel liefernden Einrichtung (24) und dem geschlossenen Kreislauf beherrscht.

6. Wärmekraftanlage nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die das zusätzliche Arbeitsmittel liefernde Einrichtung als Druckspeicher (24) ausgebildet ist.

7. Wärmekraftanlage nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die das zusätzliche Arbeitsmittel liefernde Einrichtung als Verdichter (2 : 3) ausgebildet ist.

8. Wärmekraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher (241) vorgesehen ist, dessen Verbindung mit dem geschlossenen Kreislauf in Abhängigkeit von einer Abnahme der von der Turbine (3) abgegebenen Leistung beherrscht wird und in welchem ein niedrigerer Druck als an der Stelle (111) herrscht, wo sich dieser Speicher (241) an den geschlossenen Kreislauf anschliessen lässt.

9. Wärmekraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine einstellbare Absperrvorrichtung (41) in Abhängigkeit von einer Leistungsabnahme der Turbine (3) Arbeitsmittel aus dem geschlossenen Kreislauf ins Freie entweichen lässt.

10. Wärmekraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Ventile (101, 102), welche in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe der Turbine (.'3) selbsttätig eine Zufuhr von Arbeitsmittel bzw. einen Entzug aus dem Kreislauf ermöglichen, mit einstellbaren Organen (z. B. in Wirkungverbindung stehen, welche den Gang der Feuerung bzw. der Brennstoffzufuhr an der Stelle (1, 2) äusserer Wärmezufuhr beeinflussen.