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Einrichtung zum Inbetriebsetzen von Wärmekraftanlagen, in welchen ein gasförmiges Arbeits- mittel dauernd einen geschlossenen Kreislauf unter Überdruck beschreibt.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Inbetriebsetzen von Wärmekraftanlagen, in welchen ein gasförmiges Arbeitsmittel 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 Turboverdichter wieder auf höheren Druck gebracht wird.
Zweck der Erfindung ist, bei einer Wärmekraftanlage dieser Art eine einfache Einrichtung zur Einleitung des Arbeitsmittelumlaufes bei der Inbetriebsetzung und damit zur Betriebsaufnahme zu schaffen. Zum Inbetriebsetzen von Wärmekraftanlagen der hier in Betracht kommenden Art sind bereits Hilfsgruppen, bestehend aus Elektromotoren, Verbrennungskraftmaschinen u. dgl., vorgeschlagen worden, um das Umwälzen des Arbeitsmittels einzuleiten.
Im Gegensatze dazu ist für die Inbetriebsetzung der Ange gemmas vorliegender Erfindung eine Anfahrturbine vorgesehen, welche mit der Normalturbine und dem Turboverdichter kuppelbar ist, und welche über einen Lufterhitzer an einen Druckluftbehälter angeschlossen ist, aus dem dieser Anfahrturbine bei der Inbetriebsetzung im Erhitzer erwärmte Triebluft zuströmt. Die Anfahrturbine kann hiebei zweckmässig während des normalen Betriebes der Anlage abgekuppelt sein ; das Abkuppeln kann selbsttätig erfolgen, sobald das von der Anfahrturbine auf die Normalturbine und den Turboverdichter übertragene Drehmoment einen festgelegten Mindestwert überschreitet.
In Verbindung mit dem Erhitzer, in welchem die Triebluft für die Anfahrturbine erwärmt wird, sind erfindungsgemäss einstellbare Absperrorgane vorgesehen, welche die Wärmezufuhr zu diesem Erhitzer in Abhängigkeit von der jeweils von der Anfahrturbine benötigten Luftmenge ändern.
Auf der Zeichnung ist in Fig. 1 schematisch eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindunggegenstandes in vereinfachter Ausführungsform und in Fig. 2 eine Einzelheit in grösserem Massstab gezeigt.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Erhitzer, in welchem das gasförmige, dauernd einen geschlossenen Kreislauf unter Überdruck beschreibende Arbeitsmittel durch Zufuhr äusserer Wärme erhitzt wird. Die eigentliche Erhitzung des Arbeitsmittels erfolgt in einer Schlange 2, welche von Feuergasen umspült wird. Das so erhitzte Arbeitsmittel gelargt durch eine Leitung 3 in eine mehrstufige Turbine 4, wo es unter gleichzeitiger Arbeitsabgabe an einen Generator 5 und einen Turboverdichter 6 expandiert. Die Arbeitsabgabe an den Turboverdichter 6 erfolgt über ein Übersetzungsgetriebe 7.
Das aus der Turbine 4 ausströmende Arbeitsmittel gelangt durch eine Leitung 8 in einen als Gegenstromapparat ausgebildeten Wärmeaustauscher 9, wo dasselbe ein Röhrensystem durchströmt und dabei Wärme an den Teil höheren Druckes des Arbeitsmittels abgibt, welcher durch eine Leitung 10 aus dem Turboverdichter 6 in den Wärmeaustauscher 9 und aus diesem durch eine Leitung 11 in die Schlange 2 gelangt.
Der im Wärmeaustauscher 9 abgekühlte Teil des Arbeitsmittels gelangt durch eine Leitung 12 in den
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höherer Druck als in der Leitung 12, so dass bei einer bestimmten Stellung eines zweiten im Ventilkasten 13 vorgesehenen Absperrorgans Druckmittel aus dem Behälter 15 in die Leitung 12 übertreten kann. 16 bezeichnet einen Verdichter, der den Behälter 15 mit Luft zu laden gestattet.
17 bezeichnet eine Luftturbine, welche sich mittels einer Kupplung 18 mit den Maschinen 4, 5, 6 der W Wärmekraftanlage, u. zw. im besonderen mit der Welle des Turboverdichters 6, kuppeln lässt. Diese Luftturbine 17 ist durch eine Leitung 19 an den Behälter 15 angeschlossen. In die Leitung 19 sind ein Lufterhitzer 20 und ein Absperrventil 22 eingeschaltet. Bei offenem Ventil 22 kann der Luftturbine 17 aus dem Behälter 15 im Erhitzer 20 erwärmte Triebluft zuströmen. Die Kupplung 18 lässt sich mittels einer Einrichtung 23 von Hand oder sonstwie mechanisch ein-oder ausschalten.
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Wärmezufuhr zum Lufterhitzer 20 in Abhängigkeit von der jeweils von der Anfahrturbine 17 benötigten Luftmenge geregelt wird.
Diese Mittel weisen einen verstellbaren Schieber 24 auf, der den Brennstoffzufluss zum Erhitzer 20 oder den Zufluss der in diesem benötigten Verbrennungsluft beherrscht. Der Schieber 24 steht über eine Stange 26 mit einem federbelasteten Kolben 25 in Wirkungsverbindung. Die Stange 26 ist ihrerseits gelenkig mit einem Hebel 27 verbunden, der bei 28 drehbar gelagert und über ein Hebel-und Stangensystem 29 sowie einem Hebel 30 mit einer Hülse 31 (s. auch Fig. 2) in Wirkungsverbindung steht. Diese Hülse 31 ist am linken Ende, das gegen die rechte Hälfte der Kupplung 18
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durch letztere erstreckt sieh ein Torsionsstab 33, der drehfest sowohl mit der rechten Hälfte der Kupplung 18 als auch mit einem Flansch 34 verbunden ist. Dieser ist seinerseits starr mit einem Flansch der Welle 35 des Verdichters 6 verbunden.
Bei eingeschalteter Kupplung 18 erfährt der Torsionsstab 33 eine Verdrehung gegenüber der Hohlwelle 32, so dass die Hülse 31 auf der Hohlwelle 32 verschoben wird. Diese Bewegung wird durch den Hebel 30 auf einen Steuerschieber 36 übertragen, der den Zufluss einer Druckflüssigkeit zu den Räumen zu beiden Seiten des Kolbens 25 und somit die Lage des Schiebers 24 beherrscht.
Da die Verdrehung des Torsionsstabes 33 abhängig von der Leistungabgabe der Anfahrturbine 17 ist, so ist auch der gewünschte Zusammenhang zwischen dieser Leistungsabgabe
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Soll die beschriebene Wärmekraftanlage in Betrieb genommen werden, so wird vorerst die Kupplung 23 eingerückt und dann das Ventil 22 geöffnet, worauf aus dem Druckluftbehälter 15 entnommene und im Erhitzer 20 erwärmte Triebluft auf das Laufrad der Anfahrturbine 17 trifft. Diese Luft wird im Erhitzer 20 beispielsweise auf etwa 400-500 C überhitzt und kommt somit mit grösserem Energieinhalt, als ihn die im Behälter 15 aufgespeicherte kalte Druckluft besitzt, zur Turbine.
Infolge dieser Erhitzung muss somit für eine durch die gesamte Wärmekraftanlage bedingte Anfahrleistung weniger Luftgewieht zum Anfahren aufgebracht werden, so dass der Speicher 15 verhältnismässig klein bemessen sein kann. Zudem wird eAA1e allzu starke Abkühlung unter 0 C der in der Anfahrturbine 17 expandierenden Luft mit damit verbundener Reifbildung auf den Schaufeln vermieden. Die mit erhitzter Luft betriebene Anfahrturbine 17treibt das aus der Normalturbine 4 und dem Turboverdichter 6 der Wärmekraftanlage bestehende Maschinenaggregat samt dem Generator 5 an. Das dabei im geschlossenen Kreislauf der Wärmekraftanlage umgewälzte Arbeitsmittel der letzteren wird nun im Erhitzer 1 allmählich erwärmt und fängt so an, in der Turbine 4 Arbeit zu leisten.
Bei kleiner Drehzahl überwiegt am Anfang der Kraftbedarf des Verdichters 6 gegenüber der von der Turbine 4 abgegebenen Leistung. Die fehlende Leistung wird dabei durch die Anfahrturbine 17 gedeckt. Mit der Erhöhung
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von einem gewissen Punkte an überwiegt die von dieser Turbine abgegebene Leistung den Leistungsbedarf des Verdichters 6, so dass sich dann das Maschinenaggregat 4, 5, 6 selbsttätig weiter hochfährt, ohne dass es erforderlich ist, weitere äussere Leistungen einzuführen, abgesehen von der Wärme, die im Erhitzer 1 zuzuführen ist, und vom erwähnten Punkte an die Anfahrturbine 17 nunmehr abgekuppelt werden kann.
Während der Inbetriebsetzung der Wärmekraftanlage wächst somit die benötigte Anfahrleistung, welche die Anfahrturbine 17 abzugeben hat, zuerst an, um dann nach Erreichen eines Höchstwertes mit steigender Drehzahl des Masehinenaggregates 4, 5, 6 wieder abzunehmen. Der Verlauf des Leistungsbedarfes, für den die Anfahrturbine aufzukommen hat, hängt von den Charakteristiken der Normalturbine 4 und des Turboverdichters 6 ab, sowie von den Massen dieser Maschinen und der mit ihnen gekuppelten Kraftmaschine und kann auf Grund dieser Grössen berechnet werden.
Anstatt die Anfahrturbine so anzuordnen, dass sie mit der rascherlaufenden Welle des Verdichters 6 gekuppelt werden kann, kann sie auch so angeordnet werden, dass sie sich mit der Welle der Normalturbine kuppeln lässt. Erforderlichenfalls kann die Anfahrturbine ihre Leistung auch über ein Getriebe
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Anfahrturbine vorzusehende Kupplung derart auszubilden, dass sie sich ausrücken lässt. Wird aber die Anfahrturbine während des Normalbetriebes der Wärmekraftanlage mitgeschleppt, so erzeugt das eine Bremsleistung und bedingt somit eine Verringerung des Wirkungsgrades der Anlage.
Das Auskuppeln der Anfahrturbine kann selbsttätig erreicht werden, beispielsweise dadurch, dass eine Torsionskupplung vorgesehen wird, deren Drehmoment auf eine Ausrückvorrichtung einwirkt. Sobald das Drehmoment verschwi. det, was der Fall ist, wenn keine Leistungsabgabe von der
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Anfahrturbine mehr verlangt wird, so bewirkt die erwähnte Torsionskupplung selbsttätig eine Trennung der Anfahrturbine von dem Maschinenaggregat 4, 5, 6 der Wärmekraftanlage.
Die Einrichtung kann zweckmässig derart ausgebildet werden, dass mit dem Abkuppeln der Anfahrturbine auch die Luftzufuhr zu dieser selbsttätig unterbrochen wird, um ein Durchbrennen derselben zu verhindern.
Im weiteren können auch Mittel vorgesehen werden, welche die Regelung der Triebluftzufuhr zur Anfahrturbine in Abhängigkeit von dem von dieser Turbine an das aus der Normalturbine und dem Turboverdichter bestehenden Maschinenaggregat übertragenen Drehmoment bewirken, u. zw. derart, dass bei wachsendem Drehmoment die Luftzufuhr vergrössert, bei fallendem Drehmoment verkleinert wird.
Damit der Leistungsbedarf beim Anfahren der Wärmekraftanlage klein ist, und somit auch die von der Anfahrturbine abzugebende Leistung, kann der geschlossene Kreislauf vor dem A fahren evakuiert werden, so dass das in demselben während des Anfahrens, z. B. durch eine Pumpe oder einen als Pumpe laufenden Verdichter umzuwälzende Gewicht an Arbeitsmittel klein ist. Während des Hochfahrens der Anlage können dann durch allmähliches Einführen von weiterem Arbeitsmittel wieder normale Betriebsverhältnisse hergestellt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Inbetriebsetzen von Wärmekraftanlagen, in welchen ein gasförmiges Arbeitsmittel dauernd einen geschlossenen Kreislauf unter Überdruck beschreibt, wobei das durch äussere Wärmezufuhr erhitzte Arbeitsmittel unter äusserer Leistungsabgabe in mindestens einer Turbine (4) expandiert und hierauf in mindestens einem Turboverdichter (6) wieder auf höheren Druck gebracht wird, gekennzeichnet durch eine für die Inbetriebsetzung der Anlage mit den erwähnten Maschinen (4, 6) kuppelbare Anfahrturbine (17), welche über einen Lufterhitzer (20) an einen Druckluftbehälter (15) angeschlossen ist, aus dem dieser Turbine (17) bei der Inbetriebsetzung im Erhitzer (20) erwärmte Triebluft zuströmt.