Verfahren und Einrichtung zur Erprobung von Wärmekraftanlagen und ihren Hilfseinrichtungen. Höhenprüfstände für solche Wärmekraft anlagen, welche für ihren Betrieb Verbren nungsluft benötigen, wie Verbrennungskraft maschinen im engeren Sinne oder Dampfma schinen mit Kessel, bestehen im allgemeinen aus zwei getrennten Einrichtungen, von denen die eine dazu .dient, Verbrennungsluft mit einem Druck und einer Temperatur zu liefern, -wie sie in beliebigen Flughöhen vorkommen, während die andere dazu dient, die aus der Anlage austretenden Verbrennungsgase zu kühlen,
abzusaugen und die freie Atmosphäre zurückzufördern. Bei einer solchen Einrich tung können also die innern Arbeitsvorgänge der zu prüfenden Anlage ("des Prüflings") den gewünschten Versuchsbedingungen aus gesetzt werden, die den Verhältnissen des Höhenfluges entsprechen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erproben von Wärmekraftanlagen und deren Hilfseinrichtungen unter grösseren Höhen entsprechenden Druck- und Tempera turverhältnissen und eine Einrichtung zur Durchführung des [Verfahrens. Das. Verfah ren zeichnet sich dadurch aus, dass die Tem peraturerniedrigung der Verbrennungsluft der Anlage durch Entspannen derselben unter Energieabgabe erreicht wird. Das Ent spannen unter Arbeitsleistung kann in einer Expansionsturbine erfolgen.
Hierbei ist aber zu beachten, dass eine Entspannung von At mosphärendruck bis auf den, gewünschten kleinen Absolutdruck unter Umständen nicht ausreichen kann, um die gewünschte niedrige Temperatur zu erzielen. In .diesem Fall wird die Verbrennungsluft von Atmosphärendruck ausgehend zunächst in einer Verdichtungs maschine (Kompressor) verdichtet, auf nor male Temperatur gekühlt und dann in einer Expansionsturbine bis auf den gewünschten kleinen Absolutdruck entspannt.
Das Mass der Verdichtung ist dabei wesentlich von dem in der Entspannungsmaschine und bei der Fortleitung entstehenden Verlusten abhängig.
Um nun zu verhindern, dass bei der Tem peraturerniedrigung die Luftfeuchtigkeit nicht mehr als Wasser, sondern als Eis, und zwar zum Beispiel bei Verwendung einer Expansionsturbine in letzterer selbst anfällt, kann die Luft bereits vor der Entspannung getrocknet werden.
Um dabei eine weitgehende Entfeuchtung zu erreichen, kann dem Luftstrom, wenn eine Verdichtungsmaschine vorgesehen ist, hinter derselben zunächst in einem mit Wasser oder einem sonst verfügbaren Kühlmittel ver sorgten Kühler die mitgeführte Feuchtigkeit. zum grössten Teil entzogen werden, bevor die Trocknung in einer zweiten Stufe zu Ende geführt wird. Mit dieser zweiten Stufe wird die Trocknung dann soweit getrieben, dass eine Gefährdung der Expansionsturbine durch Eis ausgeschlossen ist. Zweckmässig wird dabei für die zweite Stufe der Trock nung ein Adsorptionsverfahren angewendet, bei welchem die Feuchtigkeit durch besonders stark feuchtigkeitsanziehende Stoffe, z. B.
Silica-Gel, festgehalten wird. Da diese Stoffe nur eine beschränkte Menge von Feuchtig keit aufnehmen können, müssen sie nach einiger Betriebszeit regeneriert werden, was durch Zufuhr von Wärme geschieht. Zum Regenerieren des Trockenmittels wird dabei zweckmässig die aus den Abgasen des Prüf lings stammende oder die bei ihrer Verdich tung anfallende Wärme ausgenützt.
Man kann dabei mehrere Adsorber nebeneinander schalten, so dass jeweils einige davon ausser Betrieb sind und das in ihnen befindliche Trockenmittel regeneriert wird, während ein oder mehrere Adsorber die Trocknung der Betriebsluft übernehmen und im ganzen ein pausenloser Versuchsbetrieb ermöglicht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäss der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
In die Zuführungsleitung L für die Ver- brennungsluft der zu prüfenden, hier aus einer Verbrennungskraftmaschine bestehen den Wärmekraftanlage B sind eine Entspan nungsmaschine, und zwar eine Expansions turbine<I>A,
</I> ein 'Kompressor<I>D</I> und zwei Trocknungsstufen E und F eingeschaltet. Die Anlage könnte auch zum Beispiel aus einer Dampfturbine mit Kassel oder aus einer Kolbendampfmaschine mit Kessel bestehen. In der Expansionsturbine A wird die zuströ mende Verbrennungsluft unter Abgabe von Energie, das heisst unter Leistung von Ar beit gleichzeitig aus eine niedrigere Stufe und auf eine niedrigere Temperatur ge bracht.
Die von der Luft bei dieser Entspan nung abgegebene Arbeit wird an der Welle dieser Maschine abgenommen.
Um der Expansionsturbine A das nötige Druckgefälle zur Verfügung zu stellen, wird die Luft in dem Kompressor D vom Atmo sphärendruck ausgehend zunächst kompri- miert. Dieser Kompressor ist als Rotations- kompressor ausgeführt und mit der Welle der Expansionsturbine A gekuppelt, um die in der Expansionsturbine anfallende Arbeit nutzbringend zu verwenden.
Die Luft strömt also aus der freien Atmosphäre in die An saugleitung des Kompressors D, wird in die sem auf einen Überdruck von einigen Atmo sphären verdichtet und strömt dann weiter durch die zwei Trocknungsvorrichtungen E und F, durch die Expansionsturbine A und über die Ansaugventile in die Zylinder der zu prüfenden Kraftmaschine B.
Die die erste Stufe bildende Trocknungs- vorrichtung E ist der Einfachheit halber als Kühler ausgebildet. Dieser soll mit Kühl wasser von normaler Temperatur beauf- schlagt werden und die durchströmende Ver- brennungsluft soweit abkühlen, dass sie den grössten Teil ihrer Feuchtigkeit verliert.
Die nachgeschaltete Trocknungsvorrichtung F arbeitet dann, wie vorher beschrieben, mit feuchtigkeitsanziehendem Stoff, z. B. Silica- Gel, so dass die der Expansionsturbine A zu geführte Luft in hohem Masse getrocknet ist und keine Eisbildung in der Expansions turbine A zu befürchten ist.
Das Adsorptions- mittel der Vorrichtung F wird mit Hilfe der aus den Abgasen der ..Kraftmaschine ent nommenen Abwärme regeneriert. Zu diesem Zweck ist die Anschlussleitung J vorgesehen, die die Mittel bildet, um der Vorrichtung F Abwärme zuzuführen.
Natürlich werden die Abgase nicht während des Versuchsbetriebes durch die Leitung J der Vorrichtung F zu geführt, sondern nur dann, wenn der Ver suchsbetrieb ruht und das Adsorptionsmittel in der Vorrichtung F regeneriert werden soll. Die Vorrichtung F besteht aus mehreren Adsorbern, die so geschaltet sind, dass ab wechselnd ein Teil derselben durch Regenera tion des Adsorptions,mittels wieder gebrauchs fähig .gemacht wird.
Die Abgase der zu prüfenden Kraft maschine B strömen zunächst in einen Kühler G, um von ihrer hohen Temperatur soweit abgekühlt zu werden, dass sie in den Rotationskompressor C eintreten können, ohne diesen zu gefährden. In diesem Rota tionskompressor werden die Abgase auf nor malen Atmosphärendruck komprimiert, so dass sie durch das Ventil H in .die freie At mosphäre ausgestossen werden können (in. der Abbildung gerade Fortsetzung der Leitung). Wird. das Ventil H umgestellt, so strömen die Abgase durch die Leitung J nach der Vor richtung F, um diese zu regenerieren.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Die Luft, welche die Ansaugleitung der Kraftmaschine zuströmt, expandiert in der Expansionsturbine A arbeitsverrichtend. Die Entspannung wird soweit getrieben, dass die Luft den Druck und die Temperatur hat, die in der Höhe herrscht, die der Untersuchung zugrunde gelegt wird. Da nun häufig die Entspannung vom Atmosphärendruck bis auf den gewünschten Absolutdruck nicht aus reicht, um dabei die erforderliche Tempera- tursenkung zu erzielen, wird die Luft in dem Kompressor D verdichtet.
Da nun ander seits bei einer starken Drucksenkung -die Ge fahr besteht, dass infolge der in der Luft ent haltenen Feuchtigkeit sich Eis in der Expan sionsmaschine A bildet, so muss die Luft vorher entfeuchtet werden. Es geschieht das einmal durch den Kühler E, der mit Wasser oder einem andern Kühlmittel beschickt wird, zum andern durch die Vorrichtung F.
Die Trocknung in dieser Vorrichtung F erfolgt nach dem Adsorptionsverfahren. Die so herge stellte Verbrennungsluft wird der Kraft- m a-sc 'hin e zugeführt. D* le, Abgase werden in einem Kühler G gekühlt und, damit sie ab strömen können, durch den Rotationskom pressor C auf Atmosphärendruck verdichtet.
Da die Druckverhältnisse am Auspuff der zu prüfenden Kraftmaschine, sowie Druck und Temperatur der zugeführten Verbren nungsluft etwa den ;Verhältnissen entspre chen, wie sie in grossen Flughöhen auftreten, kann die beschriebene Einrichtung mit Er folg dazu benutzt werden, um zu prüfen, wie sich Kraftmaschinen und ihre Hilfsein richtungen in grossen Flüghöhen verhalten.
Procedure and equipment for testing thermal power plants and their auxiliary equipment. Altitude test benches for those thermal power plants that require combustion air for their operation, such as combustion engines in the narrower sense or steam machines with boilers, generally consist of two separate devices, one of which serves to supply combustion air with a pressure and a temperature deliver - as they occur at any altitude, while the other is used to cool the combustion gases emerging from the system,
sucking off and returning the free atmosphere. With such a device, the internal work processes of the system to be tested ("the test item") can be set to the desired test conditions that correspond to the conditions of high altitude flight.
The invention relates to a method for testing thermal power plants and their auxiliary equipment under greater heights corresponding pressure and tempera ture conditions and a device for performing the [method. The. The process is characterized by the fact that the temperature of the combustion air in the system is lowered by releasing it while releasing energy. The relaxation with work performance can take place in an expansion turbine.
However, it should be noted here that a relaxation of atmospheric pressure down to the desired low absolute pressure may not be sufficient to achieve the desired low temperature. In this case, the combustion air is first compressed from atmospheric pressure in a compression machine (compressor), cooled to normal temperature and then expanded in an expansion turbine to the desired low absolute pressure.
The degree of compression is essentially dependent on the losses occurring in the expansion machine and during the transfer.
In order to prevent the air humidity no longer occurring as water but as ice, for example when using an expansion turbine in the latter itself, when the temperature is lowered, the air can be dried before it is released.
In order to achieve extensive dehumidification, the air flow, if a compression machine is provided, behind the same first in a cooler with water or another available coolant provided the moisture carried along. for the most part are withdrawn before drying is completed in a second stage. With this second stage, the drying process is then carried out to such an extent that the expansion turbine is not endangered by ice. Appropriately, an adsorption process is used for the second stage of the drying, in which the moisture by particularly strong moisture-attracting substances such. B.
Silica gel, is held in place. Since these substances can only absorb a limited amount of moisture, they have to be regenerated after some operating time, which is done by adding heat. To regenerate the desiccant, it is useful to use the heat from the exhaust gases from the test specimen or the heat generated during its compression.
You can switch several adsorbers next to each other so that some of them are out of operation and the desiccant contained in them is regenerated, while one or more adsorbers take over the drying of the operating air and on the whole a non-stop test operation is made possible.
An embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing.
In the supply line L for the combustion air to be tested, here consist of an internal combustion engine, the thermal power plant B is an expansion machine, namely an expansion turbine <I> A,
</I> a 'Compressor <I> D </I> and two drying stages E and F switched on. The system could also consist, for example, of a steam turbine with a Kassel or a piston steam engine with a boiler. In the expansion turbine A, the incoming combustion air is brought to a lower level and to a lower temperature while releasing energy, that is, while performing work.
The work released by the air during this relaxation is taken from the shaft of this machine.
In order to provide the expansion turbine A with the necessary pressure gradient, the air in the compressor D is initially compressed based on the atmospheric pressure. This compressor is designed as a rotary compressor and is coupled to the shaft of the expansion turbine A in order to utilize the work generated in the expansion turbine in a useful manner.
The air flows from the open atmosphere into the suction line of the compressor D, is compressed in this sem to an overpressure of a few atmospheres and then flows through the two drying devices E and F, through the expansion turbine A and the suction valves into the Cylinder of the engine under test B.
The drying device E forming the first stage is designed as a cooler for the sake of simplicity. Cooling water at a normal temperature should be applied to this and the combustion air flowing through should be cooled down to such an extent that it loses most of its moisture.
The downstream drying device F then works, as previously described, with moisture-attracting substance, e.g. B. silica gel, so that the air supplied to the expansion turbine A is dried to a high degree and no ice formation in the expansion turbine A is to be feared.
The adsorbent of the device F is regenerated with the help of the waste heat taken from the exhaust gases of the engine. For this purpose, the connection line J is provided, which forms the means for supplying waste heat to the device F.
Of course, the exhaust gases are not fed through the line J to the device F during the test operation, but only when the test operation is idle and the adsorbent in the device F is to be regenerated. The device F consists of several adsorbers which are connected in such a way that alternately some of them are made usable again by regenerating the adsorption.
The exhaust gases from the engine B to be tested first flow into a cooler G in order to be cooled from their high temperature to such an extent that they can enter the rotary compressor C without endangering it. In this rotary compressor, the exhaust gases are compressed to normal atmospheric pressure so that they can be expelled through the valve H into the free atmosphere (continuation of the line in the figure). Becomes. the valve H is switched, so the exhaust gases flow through the line J to the device F before to regenerate it.
The mode of operation of the device is as follows: The air which flows into the intake line of the engine expands in the expansion turbine A while performing work. The relaxation is driven to such an extent that the air has the pressure and temperature that prevails at the altitude on which the investigation is based. Since the expansion from atmospheric pressure to the desired absolute pressure is often not sufficient to achieve the required temperature reduction, the air in the compressor D is compressed.
Since, on the other hand, if the pressure drops sharply, there is a risk that ice will form in the expansion machine A as a result of the moisture contained in the air, so the air must first be dehumidified. This is done on the one hand by the cooler E, which is charged with water or another coolant, on the other hand by the device F.
The drying in this device F takes place according to the adsorption process. The combustion air produced in this way is fed to the force m a-sc 'hin e. D * le, exhaust gases are cooled in a cooler G and, so that they can flow off, compressed by the rotary compressor C to atmospheric pressure.
Since the pressure conditions at the exhaust of the engine to be tested, as well as the pressure and temperature of the supplied combustion air roughly correspond to the conditions that occur at high altitudes, the device described can be used with success to check how engines operate and their auxiliaries behave at high altitudes.