Gasturbinenanlage. Bei Gasturbinenanlagen mit mindestens zwei hintereinander schaltbaren, von einan der getrennte Wellen aufweisenden Gastur binen, wobei wenigstens eine zur Abgabe von Nutzleistung nach aussen dient und wenigstens eine andere mindestens mit einem zur Verdichtung der Turbinenbrennluft die nenden Kompressor gekuppelt ist, bestellt die Gefahr, dass die Anlage unstabil wird, wenn die Nutzleistung abgebende Turbine im Leerlauf betrieben wird.
In diesem Fall wird nämlich die Temperatur der die Nutz leistungsturbine verlassenden Gase so nie drig, dass sie in der der Kompressorturbine in der Regel vorgeschalteten Wiedererwär mungsvorrichtung den eingespritzten Brenn stoff nicht mehr mit ausreichender Sicher heit zu zünden vermögen. Bei Turbinenan lagen der erwähnten Art, bei welchen zwi schen der Nutzleistungs- und der Kompres- sorturbine keine Wiedererwärmungsvorrich tung vorhanden ist, besteht bei Leerlauf und bei niedrigsten Lasten die Gefahr der Un- stabilität, weil die bei Leerlauf die Nutz leistungsturbine verlassende Treibmittel menge weder ihrer Menge noch ihrer Tem peratur nach ausreicht, um die nachgeschal tete Kompressorturbine zu betreiben.
Die Erfindung, die eine Gasturbinean lage der eingangs erwähnten Art zum Ge genstand hat, bezweckt, diesen Mangel zu be seitigen und erreicht dies durch mindestens einen Regelkompressor, der von der Nutzlei stungsturbine antreibbar ist und allein oder mit den zur Verdichtung der Turbinen- brennluft dienenden Kompressoren zusam menarbeiten kann.
In den Zeichnungen, sind Ausführungs beispiele der Erfindung dargestellt.
1 bedeutet eine Gasturbine, die im ge zeichneten Ausführungsbeispiel als, gegen läufige Radialturbine ausgebildet ist. Ihre Abgase gehen durch den Auslass 2 ab zu einer Wiedererwärmungsvorrichtung 3, in welcher durch Einspritzung von Brennstoff in die Abgase eine Wiedererwärmung auf die für eine nachgeschaltete Turbine er wünschte Betriebstemperatur erfolgt. Von der Wiedererwärmungsvorrichtung geht durch die Doppelleitungen 4, 5 das wiederer wärmte Betriebsmittel zu einer zweiten Tur bine, die ebenfalls beispielsweise als gegen läufige Radialturbine 6 ausgebildet ist.
Von hier gehen die Abgase durch die Leitung 7 zu einem Regenerator 8 und, nachdem sie in demselben einen Teil ihrer Wärme an die komprimierte Luft abgegeben haben, durch die Ableitung 9 ins Freie. Die Turbine 1 dient zur Abgabe von Nutzleistung nach aussen, sie treibt zwei rechts und links von ihr angeordnete Stromerzeuger 10 und 11 und die ihr nachgeschaltete Kompressor turbine treibt zwei zur Verdichtung der Tur- binenbrennluft dienende Kompressoren 12, 14, die in Serie geschaltet sind, derart, dass der rechts liegende Kompressem 12 der Nie derdruckkompressor ist, der die in Richtung der eingezeichneten Pfeile einströmende Luft ansaugt und zum zweiten Kompressor 14 hinüberdrückt.
Von diesem geht die ver dichtete Luft durch die Leitung 15 zu einem Regelkompressor 16. Dieser ist auf dem Welle der Turbine 1 aufgesetzt und läuft somit bei allen Belastungen, insbesondere also auch bei Leerlauf und niedrigsten Be lastungen mit. In Serie mit den Kompres soren 12 und 14 geschaltet wirkt er als Hochdruckkompressor, von diesen Kompres soren 12 und 14 abgeschaltet als einziger Kompressor. Die von ihm verdichtete Luft geht durch die Leitung 17 zunächst zu einer Einspritzvorrichtung 18, in welche, wie durch den Pfeil und die kleine Ein- führungsleitung 19 angegeben, Wasser ein gespritzt wird. Durch diese Wasserein spritzung wird die Temperatur der ver dichteten Luft wesentlich herabgesetzt und gleichzeitig Wasserdampf gebildet.
Das ver dichtete Gemisch gelangt nun nach dieser Temperaturerniedrigung in die eine End- kammer 20 des Regenerators, durchströmt diesen von unten nach oben bis zur End- kammer 21 und gelangt von hier durch die Leitung 22 zur Erhitzungsvorrichtung 23. Diese besteht aus einer Verbrennungskam mer, in welche durch die Leitung 24 Brenn stoff eingespritzt wird, der nach Zündung mit der verdichteten Luft das hocherhitzte Treibmittel für die Gasturbine 1 liefert, .der es durch die beiden Leitungen 25 und 26 zu geführt wird.
In die von der Primärturbine 1 zur Wiedererwärmungsvorrichtung 3 füh rende Leitung ist eine Abzweigleitung 27 und ein Absperrventil 28 eingesetzt, weiter in die Leitung 27 ein Absperrventil 29, hin ter dem die Leitung 27 fort geht, bis sie in die heisse Abgasleitung 7 der Sekundär turbine einmündet.
In die Leitung 15, welche die verdich tete Luft vom Kompressor 14 zum Regel kompressor 16 führt, ist ebenfalls eine Lei tungsabzweigung 30 und ein Absperrventil 30a eingebaut.
Im Normalbetrieb sind die Ventile 30a und 29 geschlossen, das Ventil 28 offen. Die Abgase der Primärturbine gehen also direkt zur Wiedererwärmungsvorrichtung 3, in welcher sie durch Einspritzung von Brenn stoff durch die Einspritzleitung 32 wieder erwärmt werden, von hier zur Sekundär turbine 6 und durch die Abgasleitung 7 und den angeschlossenen Regenerator 8, wie oben beschrieben, ins Freie oder zu irgend einem Abwärmeverwe@rter. Die zu verdichtende Luft wird im Kompressor 12 augesaugt, im Kompressor 14 weiter verdichtet und durch die Leitung 15 zum Regelkompressor 16, der jetzt als Hochdruckkompxessor arbeitet,
über geschoben, von wo sie auf dem Wege über die Wassereinspritzungsvorrichtung 1:8, den Regenerator 8 und die Verbrennungskammer 23 zur Primärturbine 1 gelangt.
Wird jetzt .die Leistung in der Primär- turbine derartig abgesenkt, dass diese nur im Leerlauf oder in allerniedrigster Leistung läuft und reichen infolgedessen .die aus ihr austretenden Abgase nicht mehr aus, um die Sekundärturbine, sei es mit oder ohne Wie d,ererw ärmung zu betreiben, .dann wird das Ventil 28 geschlossen, aber die Ventile 29 und 30a werden geöffnet.
Die Abgase der Primärturbine gehen jetzt .also durch die Leitung 37 zur Abgasleitung 7 und von hier durch den Regenerator, während der mit der Primärturbine 1 ständig umlaufende Kom. pressor 16 nunmehr durch das offene Ventil 30a Luft ansaugt, die er verdichtet und dann über die Einspritzvorrichtung 18, den Reger nerator 8 und die Verbrennungskammer 23 an die Primärturbine liefert. Der Regel kompressor ist also derart bemessen, dass er die für den Leerlaufbetrieb oder in der Nähe des Leerlaufes liegenden Leistungen die ausreichende Verdichtungsluft liefert.
Es besteht somit keine Gefahr, dass bei niedrigsten Leistungen die Anlage aussetzt, da die Einschaltung des Regelkompressors den Ausfall an ausreichendem Betriebsstoff für die Sekundärturbine durch einfache Um schaltung zu regeln gestattet.
In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist nur ein Regelkompressor vorgesehen. Es können jedoch auch mehrere Regelkompres soren vorgesehen sein, die von der Primär turbine angetrieben werden und die für ihre Leerlaufleistung ausreichende Verdichtungs- luftmenge liefern.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist gezeigt, wie der Regelkompressor mit dem Nutzleistungskompressor ständig um läuft bezw. bei Belastung der Anlage in Serie mit den andern Kompressoren geschal tet als Hochdruckkompressor arbeitet. Es ist jedoch möglich, den Regelkompressor für gewisse Belastungen auszuschalten bezw. überhaupt von der Nutzleistungsturbine zu trennen, woraus sich weitere Regelmöglich keiten zur Erhöhung der Elastizität der An lage ergeben. Eine Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist der Kompressor l6 an die Welle der Nutzleistungsturbine durch eine lösbare Kupplung 39 angekup pelt. Sein Einlassstutzen isst mit 31 bezeich net und öffnet einerseits über das Ventil 33 an die Aussenluft oder durch das Ventil 34 zur Verdichterleitung 15.
Von dieser zweigt eine Umgehungsleitung 35 mit darin ange ordnetem Ventil 36 ab zu einem an die Ein- spritzvorrichtung 18 angeschlossenen Lei tungszwischenstück 37, das einerseits an die Leitung 35 und durch ein Ventil 38 an den Auslasskanal des Regelkompressors 16 an geschlossen ist. Die Betriebsmöglichkeiten der Anlage nach Fig. 2, in welcher auch wieder die Turbine 1 zwei Generatoren an treibt, sind folgende: a) Die Ventile 33 und 36 sind abge schlossen, die Ventile 34 und 38 offen.
Dann strömt die von den Kompressoren 12 und 14 gelieferte Luft durch die Verdichterlei tung 16, das offene Ventil 84 zum Regel kompressor 16, der die Hochdruckverdich tung übernimmt und die verdichtete Luft über das Ventil 38 zur Wassereinspritzvor- richtung 18 und von dort über den oben be schriebenen Weg zur Nutzleistungsturbine 1 liefert. In diesem Betriebsfalle ist der Re gelkompressor durch die Kupplung 39 mit der primären Turbinenwelle verbunden. Die Anlage arbeitet eo wie die der Fig. 1.
b) Die Ventile 33, 34, 38 sind ge schlossen, das Ventil 36 offen. Dann liefert der Kompressor 14 durch die Leitung 15 über das Ventil 36, die Leitung 35 die Luft unter Umgehung des Regelkompressors 16 in die Einspritzvorrichtung. Der Regelkom- pressor ist in diesem Fall aus dem Luftwege aus:ges.chaltet und wird zur Vermeidung von Ventilationsverlusten mit Hilfe der Kupp lung 39 zweckmässig von :der Turbine 1 ab gekuppelt.
c) Das Ventil 34 ist abgeschlossen, die Ventile '33, 36, 38 sind offen. Dann ist der Regelkompressor mit .dem Kompressor 14 parallel geschaltet.
d) Die Ventile 28, 34 und 36 sind\ ge schlossen, die Ventile 29, 33 und 38 sind of fen, der Regelkompressor 16 ist durch die Kupplung 39 mit der Turbine 1 gekuppelt. Dann ist,die Kompressorturbine 6 ausser Be trieb gesetzt und der Regelkompressor lie fert allein die für den Leerlauf oder nie drigste Leistungen der Primärturbine erfor derliche Luftmenge.
Ob zwischen :der Nutzleistungsturbine 1 und der Kompressorturbine 6 eine Wiederer- wä.rmungsvorrichtung 3 angeordnet ist oder nicht, oder ob .der Kompressor 16 ständig mit der Primärturbine umläuft oder durch eine ein- und ausschaltbare Kupplung mit ihr verbunden ist, ändert au der Bedeutung des Regelkompressors nichts, da er in jedem Falle die Regelung und weitestgehende An passung der zu liefernden Luftmenge an den jeweiligen Belastungszustand der Anlage gestattet.
Statt einer Kompressorturbine können auch mehrere hintereinander geschaltete Kompressorturbinen in geeigneter Schaltung und entsprechender Anzahl von Kompres soren angeordnet sein.