AT364581B - Gasturbinenanlage zur gewinnung von elektrischem strom - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage zur Gewinnung von elektrischem Strom, mit einer mit einem Generator gekoppelten Gasturbine und einem Strahlapparat zur Verbrennung von gasförmigen oder flüssigen Kraftstoffen, der eine Ansaugleitung für die zur Mischung mit dem Kraftstoff zugeführte Verbrennungsluft aufweist. Gasförmige Kraftstoffe werden in flüssigem oder gasförmigem Zustand in Fässern, Flaschen oder Rohrleitungen gelagert bzw. transportiert. Die darin enthaltenen Drücke variieren in der Regel zwischen 2 und 60 bar. Bei Verwendung in Dreh- oder Hubkolbenmotoren werden diese Drücke durch einen oder mehrere Regler bis auf wenige mm Wassersäule Unterdruck reduziert. In vielen Fällen ist   dafür-bedingt   durch die Entspannungstemperatur-eine entsprechende Aufheizung erforderlich.

   Die gespeicherte Druckenergie geht meistens verloren, wodurch Wärmeenergie zum Aufheizen notwendig wird. 



   Verschiedene Anlagen ermöglichen mittlerweile, diese Druckenergie auszunutzen und dadurch den Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine zu verbessern bzw. das Triebwerk einfacher und billiger auszuführen. 



   So ist die Verbrennung von Kraftstoffen in Strahlapparaten bekannt, wobei die Abgase aus dem Strahlapparat über eine Turbine zur Stromerzeugung geführt sind. Dies bringt jedoch Nachteile auf Grund der hohen Temperaturen der Abgase und auf Grund der notwendigen Verdichtung der Verbrennungsluft mit sich. 



   Aus der DE-PS Nr. 908734 ist eine Saugluftturbinen-Kraftanlage bekannt, bei der die in einer Brennkammer durch die Verbrennung von Druckluft und Brennstoff erzeugten Druckgase durch einen oder mehrere Ejektor (en) geleitet werden, der (oder die) Luft durch eine vorgeschaltete Turbine hindurch   ansaugt (en),   die neben dem Luftverdichter noch eine leistungsaufnehmende Maschine,   z. B.   einen elektrischen Stromerzeuger, antreibt. Dabei kann die den Druckgasen nach dem Ejektor innewohnende Wärme unter Zwischenschaltung eines Wärmetauschers zum Teil an die Brennkammerluft abgegeben werden. 



   Aus der DE-PS   Nr. 1083086   ist ein Strahltriebwerk mit einem Gehäuse bekannt, das an seinem vorderen Ende einen Lufteinlass und an seinem rückwärtigen Ende einen Auslass für die abströmenden Gase hat und das innerhalb des Gehäuses wenigstens eine Verbrennungskammer oder einen Brenner enthält, ferner einen Kompressor, durch den ein erster Luftstrom in die Verbrennungskammer oder in den Brenner geführt wird, sowie eine Turbine, die mit dem Kompressor mechanisch verbunden ist und die durch den in einem Strahlapparat von dem über den Kompressor geführten ersten Luftstrom induzierten zweiten Luftstrom angetrieben wird, wobei der erste Luftstrom bereits vor Eintritt in den Strahlapparat in der Brennkammer oder dem Brenner erhitzt wird. 



   Erfindungsgemäss ist eine Anlage der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine, insbesondere Heissluftturbine, in der Ansaugleitung für die dem Strahlapparat zugeführte Verbrennungsluft angeordnet und von der angesaugten Verbrennungsluft getrieben ist und dass gegebenenfalls die den Strahlapparat verlassenden Verbrennungsgase in an sich bekannter Weise durch bzw. über einen Wärmetauscher für die vom Strahlapparat angesaugte Verbrennungsluft zu deren Vorwärmung geführt sind. Mit dieser Gasturbinenanlage werden wesentliche Vorteile erzielt. 



  Die Temperatur der Turbine bzw. der durch sie strömenden Luft kann niedriger gehalten werden, wodurch die Lebensdauer der Turbine erhöht wird und billigere Materialien verwendet werden können. Überdies kann ein Wellenverdichter entfallen, welcher einen grossen Teil der tatsächlichen Turbinenleistung verbraucht und in seiner Herstellung aufwendig ist. Ferner ist die Anzahl der beweglichen Teile geringer als bei den üblichen Turbinen bzw. Anlagen, wodurch weniger Wartungsaufwand und geringere Wartungskosten anfallen. 



   Bei Reaktionsgasturbinen ist eine Teilbeaufschlagung der Turbine nicht möglich, da, bedingt durch den Überdruck, das Rauchgas durch alle Spalten, ausfliessen würde. Bei der erfindungsgemässen Anlage sind die Verhältnisse umgekehrt ; es strömt die Umgebungsluft von aussen in die Turbine, was leichter beherrschbar ist. Durch die Teilbeaufschlagung ist es möglich, die Turbinenschaufeln derart zu gestalten, dass sie in der Warmluftzone Leistung abgeben und in der Kühlzone Frischluft fördern, so dass die Oberfläche der Schaufeln direkt gekühlt wird. Dies ergibt den wirksamsten Kühleffekt. 



   Bevorzugt ist es, wenn zur Leistungserhöhung die den Strahlapparat verlassenden Verbrennungsgase durch bzw. über einen Wärmetauscher für den in den Strahlapparat eingespeisten Kraft- 

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 stoff zu dessen Vorwärmung geführt sind. 



   Die Leistungsabgabe der Turbine und ihre Anpassung an den Strahlapparat sind dann besonders günstig, wenn der Druck der vom Strahlapparat angesaugten Verbrennungsluft nach Verlassen der Turbine vor der Ansaugung in den Strahlapparat auf etwa 0, 5 bar eingeregelt ist. Dabei soll der Druck der den Strahlapparat verlassenden Verbrennungsgase auf mehr als 1 bar eingeregelt sein, um den Druckverlust in den Wärmetauschern für den Kraftstoff und die angesaugte Umgebungsluft zu kompensieren. Zur Regelung des Verbrennungsverhaltens des Strahlapparates ist es zweckmässig, wenn in der Kraftstoffzufuhrleitung von einem Kraftstoffbehälter zum Strahlapparat zur Einstellung eines stöchiometrischen oder überstöchiometrischen Verhältnisses von angesaugter Verbrennungsluft zu Kraftstoff eine Drossel vorgesehen ist. 



   Im folgenden wird die erfindungsgemässe Anlage beispielsweise an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fig.   !   zeigt den schematischen Aufbau und Fig. 2 eine spezielle Ausführungsform der Anlage. 



   In Fig. l ist der schematische Aufbau einer Heissluftturbine mit Strahlabsaugung dargestellt. 



  Aus einem Druckbehälter-l- (oder   z. B.   auch einer Gassonde) strömt gasförmiger Kraftstoff mit Drücken bis zu 60 bar durch einen   Wärmetauscher --2-- und   wird darin durch das ausströmende   Verbrennungs- bzw.   Rauchgas erwärmt. Die damit verbundene Volumensvergrösserung ergibt eine entsprechend hohe Einströmgeschwindigkeit in einen   Strahlapparat --3--,   die erforderlich ist, um die notwendige Verbrennungsluft anzusaugen. Im mittleren Teil des Strahlapparates --3-- kommt es zur Mischung von Kraftstoff und Luft und danach erfolgt die Verbrennung. Das Rauchgas strömt sodann durch den Diffusor, in welchem die Geschwindigkeitsenergie in Druck umgesetzt wird. Dies bewirkt einen Unterdruck am Saugstutzen des Strahlapparates --3-- und somit ein Druckgefälle zwischen Umgebungsluft und Saugstutzen.

   Dieses Druckgefälle wird von einer Turbine --5-- mittels eines angekuppelten Generators --6-- in elektrische Energie umgesetzt. Eine Umsetzung in mechanische Energie ist auch denkbar. Aus dem   Strahlapparat --3-- strömt   das Rauchgas durch die Wärmetauscher --2 und   4-- in   die Umgebungsluft aus. Eine Erwärmung der Verbrennungsluft im Wärme- tauscher --4-- ist zweckmässig, da durch den Druckabfall in der Turbine --5-- eine Temperaturabnahme eintritt und es leicht zu einer Temperatur unter   0 C   kommen kann. Dies würde zu einer Vereisung in der   Turbine --5-- führen   und meist auch zu einer Zerstörung derselben. Ausserdem ist es günstiger, die Turbineneintrittstemperatur hoch zu halten, um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen.

   Mit der Drossel --11-- kann durch Veränderung der Kraftstoffzufuhr der Verbrennungsablauf im Strahlapparat geregelt werden. 



   In Fig. 2 ist eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemässen Anlage dargestellt. Kraftstoff wird aus einem   Druckbehälter-l-über   einen   Wärmetauscher --2-- in   den Strahlapparat an einer mittleren Einspritzstelle-14-- eingespritzt. Verbrennungsluft wird über den Wärmetauscher --4-- und die mit einer Welle --10-- versehene Turbine --5-- in einen Turbinendiffusor --13-angesaugt. Die Turbine kann beispielsweise eine Nennleistung von 20 PS bei 60000 Umdr/min aufweisen. In einer Mischkammer --15-- erfolgt die Vermischung. Die Verbrennung erfolgt in einem   Diffusor, --16-- bei   gleichzeitiger Drucksteigerung.

   An den   Diffusor --16-- schliessen   Umlenkgit-   ter an,   die in einen weiteren   Diffusor --26-- münden,   Dieser   Diffusor --26-- führt   zu den   Wärmetauschern --2   und 4--, die somit nahe der Einspritzstelle-14-- und der Turbine gelegen sind und durch die Verbrennungsgase erwärmt werden, wodurch die angesaugte Umgebungsluft und der Kraftstoff vorgewärmt werden. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Gasturbinenanlage zur Gewinnung von elektrischem Strom, mit einer mit einem Generator gekoppelten Gasturbine und einem Strahlapparat zur Verbrennung von gasförmigen oder flüssigen Kraftstoffen, der eine Ansaugleitung für die zur Mischung mit dem Kraftstoff zugeführte Verbrennungsluft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (5), insbesondere Heissluftturbine, in der Ansaugleitung für die dem Strahlapparat (3) zugeführte Verbrennungsluft angeordnet und von der angesaugten Verbrennungsluft getrieben ist und dass gegebenenfalls die den Strahlapparat (3) <Desc/Clms Page number 3> verlassenden Verbrennungsgase in an sich bekannter Weise durch bzw. über einen Wärmetauscher (4) für die vom Strahlapparat (3) angesaugte Verbrennungsluft zu deren Vorwärmung geführt sind.

   EMI3.1 eingespeisten Kraftstoff zu dessen Vorwärmung geführt sind.

   3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der vom Strahlapparat (3) angesaugten Verbrennungsluft nach Verlassen der Turbine (5) vor der Ansaugung in den Strahlapparat (3) auf etwa 0, 5 bar eingeregelt ist.

   4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der den Strahlapparat (3) verlassenden Verbrennungsgase auf mehr als 1 bar eingeregelt ist.

   5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kraftstoffzufuhrleitung von einem Kraftstoffbehälter (1) zum Strahlapparat (3) zur Einstellung eines stöchiometrischen oder überstöchiometrischen Verhältnisses von angesaugter Verbrennungsluft zu Kraftstoff eine Drossel (11) vorgesehen ist.