Einrichtung zur raschen Inbetriebsetzung von Wärmeanlagen, die zwecks Leistungserhöhung unter Druck arbeiten, der durch einen gasturbinengetriebenen Verdichter geliefert wird. Die bei druckgefeuerten Dampferzeugern (z. B. Velox-Dampferzeuger) bewährte An wendung hoher Brennkammerdrücke, hoher Heizgasgeschwindigkeiten und eines Gas turbine zum Antrieb des Verdichters hat sich auch für andere Anlagen, bei denen Wärme freigemacht, gebunden oder übertragen wird, als zweckmässig erwiesen. Als derartige Vor richtungen kommen in Betracht zum Beispiel Öfen, iindenen chemische Reaktionen ausge führt werden, oder Heizvorriohtungen, die zur Erhitzung eines zweitenStoffes dienen.
Durch die Erhöhung des Druckes oder des Druckes und der Druckes und der Geschwindigkeit werden die Reaktionen beschleunigt und die Wärmeüber gänge erhöht, es lassen sich somit die Reak tionsräume, die Wärmeaustauschflächen und gasführenden Kanäle wesentlich verkleinern. Es sinken die Abmessungen dieser Anlagen und damit auch ihre Anschaffungs- und Be triebskosten. Da diese Vorrichtungen ihre volle Lei stungsfähigkeit aber nur unter dem erhöhten Druck entwickeln können, ist es von Bedeu tung, dass dieser sich rasch und mit billigen Mitteln einstellt, mit andern Worten, dass die Inbetriebsetzungszeit möglichst abgekürzt wird.
Nun können diese Vorrichtungen trotz ihrer Verkleinerung duroh Druck und Gesohwindigkeit doch noch so grosse, Massen haben, dass für ihre Aufheizung grosse Wärmemengen erforderlich sind. Es ist da bei zu berücksichtigen, dass die Leistung der Gasturbine während des Aufheizens nur ge ring sein kann, da Druck und Temperatur des Gases, das ass Treibmittel für die Gas turbine dient, während des Auf heizens nur lamgsam ansteigen, die volle, vom Verdichter zu liefernde Stoffmenge also je nach den aufzuwärmenden;
Massen verhältnismässig spät erreicht wird. Viele Vorgänge sind un ter den während des Anlassens herrschenden Zuständen aber überhaupt nicht durchführ bar. Es ist somit nötig, neben der Gasturbire noch einen Anlassmotor von verhältnismässig grosser Leistung vorzusehen, damit Gas turbine und Verdichter sofort auf nalezu volle Drehzahl gebracht und die während des stationären Betriebes vorherrschenden Be triebsverhältnisse raschestens erreicht wer den.
Anlassmotoren kleiner Leistung, wie solche verschiedentlich zum Anlassen und Hochfahren von Brenskraftmaschinen ver wendetwerden, können allein die Forderung einer raschen Inbetriebsetzung der eingangs erwähnten Anlagen nicht erfüllen.
Vorliegende Erfindung betrifft raun Einrichtung, durch welche das Anlassen der artiger Anlagen, die zw ecks Leistungs erhöhung unter Druck arbeiten, der durch einen gasturbinengetriebenen Verdichter ge liefert wird, erleichtert wird und grosse An lassmotoren und grosse Fremdenenergiever- bräuche vermieden werden. Sie besteht aus einem Anlassmotor, durch welchen die Lade gruppe angeworfen wird, und einer zum Hauptwärmeverbraucher parallel geschalteten Hilfsbrennkammer, durch welche das Treib mittel der Gasturbine so lange erzeugt wird, bis die Ladegruppe auf volle Drehzahl be schleunigt ist.
Da die Massen der Brennkam- mer und der Verbindungsleitungen nur klein sind, erfolgt ihre Aufheizung fast wnmittel- bar. Es stehen also sofort Gase mit hohem Wärmegefälle zur Verfigung, die in der Gasturbine Arbeit leisten und die rasche Be schleunigung der Ladegruppe auf ihre volle Drehzahl herbeiführen.
Ist die Ladegruppe aber auf voller oder nahezu voller Drehzahl Wärme, bei der zum Beispiel in der Kam- und Leistung, so kann ihre Umschaltung auf die Wärmeanlage erfolgen und diese wegen der nun zur Verfügung stehenden grossen Drücke und Wärmemengen selbst rasch in Betrieb genommen werden.
In Fig. 1 der Zeichnung ist als Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung eine derartige Anlage mit einer Einrichtung zum raschen Anfahren schematisch dargestellt. Es ist 1 eine Anlage zur Erzeugung und Abgabe von mer 2 Wärme durch Verbrennung oder ähn liche Reaktionen eine unter Druck stehenden Mediums entwiokelt und in den Wärmeaus- tauschern 3 an einen andern Stoff abgegeben wird. Die Wärmeabgabe ist keine völlige, die Verbrennungs- oder Endprodukte der Reak tion gelangen vielmehr mit einer Temperatur zur Gasturbine 4, wo sie infolge ihres Druckes und ihrer Temperatur noch Arbeit leisten.
Diese Arbeit dient dazu, einen Ver dichter h anzutreiben, durch den der in Kam mer 2 zur Beschleunigung der Reaktion ver langte Druck und die zur Erhöhung der Wärmeübergänge in den Wärmeaustauschern 3 vorgesehene Geschwindigkeit erzeugt wird. Würde diese Anlage nun dadurch in Betrieb gesetzt, dass man mit einem Anlassmotor 6 die Ladegruppe 4, 5 anwirft und zum Bei spiel in Kammer 2 ein Feuer entfacht, so würde die Gasturbine 4 nur sehr langsam auf Drehzahl kommen, da die grossen Massen der Anlage 1 die bei kleiner Verdiehterdrehzahl entwickelte Wärme vollständig absorbieren rnd die Gase stark abgekühlt zur Gasturbine gelangen würden.
Die Anlage 1 ist daher durch eine Verbindungsleitung 7 überbrückt und in diese Verbindungsleitung ist eine Hilfsbrennkammer 8 eingebaut. Es genügt nun sehr wenig Brennluft, um die Verbren nung in der Hilfsbrennkammer S einzuleiten und heile Gase für den Betrieb der Gas turbine zu erhalten. Durch den Hilfsmotor 6 und die rasch zunehmende Leistungsabgabe der Gasturbine infolge der Zunahme der Luft- und Brennstofflieferung (durch Düse 9) wird die Ladegruppe in wenigen Sekunden hochgefahren. Noch bevor die volle Drehzahl erreicht ist, wird der Motor 6 abges ehaltet, entweder von Hand oder selbsttätig, wenn die Kupplung 10 als Überholkupplung ge baut ist. Da der Motor, der z.
B. ein Elektro motor oder eine kleine Dieselmaschine sein kann, nur für das erste Anfahren benötigt wird, wird er so bemessen, dass seine höchste Drehzahl Bereits hei einer Drehzahl der Ladegruppe erreicht wird, die ungefähr der Drehzahl entspricht. die der Verdichter hat. u-enn seiils 1xistungsaitfnalime utigefä.hr gleich der Röchstleistung des Rotors ist.
Als Höchstleistung des Motors genügen etwa 2% der höchsten Leistungsaufnahme des Ver dichters.
Ist die Ladegruppe auf volle oder nahezu volle Drehzahl gebracht, so wird sie mittels Ventile oder Schieber 11 auf die Anlage 1 umgeschaltet. Diese erreicht nun infolge der sofort verfügbaren grossen Wärmemengen in kürzester Zeit ihren normalen Betriebs stand.
Fig. 2 zeigt die Bauweise einer einfachen Hilfsbrennkammer, wie sie sich für den vor liegenden Fall als besonders zweckmässig er wiesen hat. Sie besteht aus einem zum Bei spiel aus hochhitzebeständigem Blech herge stellten Zylinder 20 und dem diesen konzen trisch umgebendem Rohr 21. Der Zylinder 20 ist auf einer Seite abgeschlossen und an die ser Stelle mit einer Brennstoffdüse 22 und Schlitzen 2ss versehen, durch welche, regel bar, die zur Verbrennung nötige Luft zuge führt wird. Weitere Luft wird durch den Ringraum zwischen Brennkammer und Rohr wand hindurchgeleitet, die sich teilweise noch innerhalb des Zylinders 20, hauptsäcb- lieh aber nach diesem mit den heissen Ver brennungsprodukten mischt.
Diese Trennung von Brennluft und Überschussluft ermöglicht es, dass die Verbrennung im günstigsten Mischungsverhältnis stattfindet, sich die EI ndtemperatur der zur Gasturbine gehenden Gase aber weitgehend rebeln lässt, ferner dass durch die Überschussluft die Zylinder wand der eigentlichen Brennkammer gekühlt, die hohen Gastemperaturen von der druck festen Rohrwand aber ganz abgehalten wer den. Das Rohr 21 kann die unmittelbar von Verdichter zur Gasturbine führende Um gehungsleitung 7 (Fig. 1) selbst sein. Die Regeleinrichtungen 24 für den Brennstoff 22 und für die Luft 23 können von Hand oder auch automatisch, z. B. in Abhängigkeit von der Temperatur vor der Gasturbine, einge stellt werden.
Bei grossen Anlagen und guten Wir- kungsgraden von Gasturbine und Gebläse kann dne Leistung der Gasturbine den Lei- stungsbedarf des Verdichters übertreffen. Diese Übeaschussarbeit kann von einem Gene rator 12 aufgenommen und an ein elek trisches Netz zurückgeliefert werden. Dieser Generator lässt sich dann meist auch an Stelle des Hilfsmotors 6 zum Anfahren verwenden. Für das Hochfahren der Ladegruppe bleibt die Hilfsbrennkammer unverändert.
Device for the rapid start-up of heating systems which, in order to increase output, work under pressure supplied by a gas turbine-driven compressor. The tried and tested application of high combustion chamber pressures, high heating gas speeds and a gas turbine to drive the compressor in pressure-fired steam generators (e.g. Velox steam generators) has also proven to be useful for other systems in which heat is released, bound or transferred. Possible devices of this type are, for example, ovens in which chemical reactions are carried out, or heating devices that are used to heat a second substance.
By increasing the pressure or the pressure and the pressure and the speed, the reactions are accelerated and the heat transitions increased, so the reac tion spaces, the heat exchange surfaces and gas-carrying channels can be significantly reduced. The dimensions of these systems and thus also their acquisition and operating costs decrease. Since these devices can only develop their full performance under the increased pressure, it is important that this is achieved quickly and with cheap means, in other words that the commissioning time is shortened as far as possible.
Now, despite their reduction in size, due to pressure and speed, these devices can still have such large masses that large amounts of heat are required for their heating. It must be taken into account that the output of the gas turbine can only be low during heating, since the pressure and temperature of the gas, which is used as the propellant for the gas turbine, increase only slowly during heating, the full one from the compressor Amount of substance to be supplied depending on the amount of substance to be heated;
Masses is reached relatively late. However, many processes cannot be carried out at all under the conditions prevailing during starting. It is therefore necessary to provide a starter motor of relatively high power in addition to the gas turbine so that the gas turbine and compressor are brought up to full speed immediately and the operating conditions prevailing during stationary operation are reached as quickly as possible.
Low-power starter motors, such as those used in various ways for starting and starting internal combustion engines, cannot, on their own, meet the requirement for the systems mentioned above to be started up quickly.
The present invention relates to a raun device, by means of which the starting of such systems, which work with the purpose of increasing performance under pressure supplied by a gas turbine-driven compressor, is facilitated and large starting motors and large external energy consumption are avoided. It consists of a starter motor, through which the loading group is started, and an auxiliary combustion chamber connected in parallel to the main heat consumer, through which the propellant medium of the gas turbine is generated until the loading group is accelerated to full speed.
Since the masses of the combustion chamber and the connecting lines are only small, they are heated almost immediately. So there are immediately gases with a high heat gradient available that do work in the gas turbine and bring about the rapid acceleration of the loading group to its full speed.
However, if the charging group is at full or almost full speed of heat, at which, for example, in the chamber and power, it can be switched to the heating system and this can be quickly put into operation due to the large pressures and amounts of heat that are now available.
In Fig. 1 of the drawing, such a system with a device for rapid start-up is shown schematically as Ausfüh approximately example of the invention. It is 1 a system for generating and releasing more 2 heat through combustion or similar reactions a pressurized medium is developed and released in the heat exchangers 3 to another substance. The heat release is not complete, the combustion or end products of the reac tion rather arrive at a temperature to the gas turbine 4, where they still do work due to their pressure and temperature.
This work serves to drive a Ver denser h through which the pressure in Kam mer 2 to accelerate the reaction and the speed provided to increase the heat transfers in the heat exchangers 3 is generated. If this system were now put into operation by starting the loading group 4, 5 with a starter motor 6 and, for example, lighting a fire in chamber 2, the gas turbine 4 would only come up to speed very slowly because of the large masses of the system 1 completely absorb the heat developed at low engine speed and the gases would reach the gas turbine in a strongly cooled state.
The system 1 is therefore bridged by a connecting line 7 and an auxiliary combustion chamber 8 is built into this connecting line. Very little combustion air is now sufficient to initiate the combustion in the auxiliary combustion chamber S and to obtain healthy gases for operating the gas turbine. Due to the auxiliary motor 6 and the rapidly increasing power output of the gas turbine as a result of the increase in air and fuel delivery (through nozzle 9), the loading group is started up in a few seconds. Even before full speed is reached, the motor 6 is stopped, either by hand or automatically, when the clutch 10 is built as an overrunning clutch. Since the engine that z.
B. an electric motor or a small diesel engine is only required for the first start-up, it is dimensioned so that its highest speed is reached at a speed of the charging group that roughly corresponds to the speed. that the compressor has. Unless the maximum output time is equal to the maximum output of the rotor.
The maximum output of the engine is around 2% of the maximum power consumption of the compressor.
If the loading group is brought to full or almost full speed, it is switched to the system 1 by means of valves or slides 11. As a result of the large amounts of heat available immediately, it now reaches its normal operating status in a very short time.
Fig. 2 shows the construction of a simple auxiliary combustion chamber, as it has been shown to be particularly useful for the case before it. It consists of a cylinder 20 made of highly heat-resistant sheet metal, for example, and the tube 21 surrounding it concentrically. The cylinder 20 is closed on one side and provided at this point with a fuel nozzle 22 and slots 2ss through which, controllable , the air required for combustion is supplied. Further air is passed through the annular space between the combustion chamber and the pipe wall, some of which still mixes within the cylinder 20, but mainly after this with the hot combustion products.
This separation of combustion air and excess air enables the combustion to take place in the most favorable mixing ratio, but the end temperature of the gases going to the gas turbine can be largely rebuilt, and also that the cylinder wall of the actual combustion chamber is cooled by the excess air, the high gas temperatures from the pressure fixed pipe wall but completely kept the who. The pipe 21 can be the bypass line 7 (Fig. 1) leading directly from the compressor to the gas turbine itself. The control devices 24 for the fuel 22 and for the air 23 can be manually or automatically, for. B. depending on the temperature in front of the gas turbine is set.
With large systems and good efficiencies of the gas turbine and blower, the output of the gas turbine can exceed the output requirement of the compressor. This overshot work can be picked up by a generator 12 and returned to an electrical network. This generator can then usually also be used instead of the auxiliary motor 6 for starting up. The auxiliary combustion chamber remains unchanged for starting up the loading group.