Regeleinrichtung an mit Gleichdruckverbrennung arbeitenden Gasturbinen-Anlagen mit einer Kompressorantriebsturbine und einer Turbine für die Nutzleistung, insbesondere für Schiffsantrieb. Um bei mit Gleichdruckverbrennung ar beitenden Gasturbinenanlagen die geforderte Arbeitsleistung bei einer gewünschten Dreh zahl ohne übermässige Verluste zu erhalten, muss man bekanntlich zwei Gasturbinen ver wenden,
von denen die eine den Kompressor (im nachfolgenden kurz gompressorturbine genannt) und die andere die zum Antrieb vor gesehene Arbeitsmaschine antreibt (im nach folgenden kurz Nutzleistungsturbine ge nannt).
Es ist ferner bekannt, hierbei durch einen Leistungsregler die Gesamtleistung durch Veränderung der Brennstoffzufuhr und durch einen zweiten Regler,die Verteilung der Lei stung zwischen gompressorturbine und Nutzleistungsturbine zu regeln, indem bei.
Belastungsänderung die Beaufschlagung einer Turbine verändert wird oder .auch un ter Umständen die zuströmenden Treibmittel- mengen zu beiden Turbinen verändert wer- den.. Da wegen des in den heutigen Gastur binen zur Verarbeitung kommenden .geringen Gefälles und der verhältnismässig grossen Treibgasmenge in erster Linie Reaktions turbinen in Frage kommen,
so wird der Fach mann zwischen der reinen Drosselregelung und der stufenweisen Überbrückung eine Wahl zu treffen suchen.
Beide Arten haben aber im vorliegenden Fall schwerwiegende Nachteile.
1. Bei der reinen Drosselregelung muss die Turbine für das grösste Gasvolumen <B>(100%</B> Belastung) bemessen werden. Teil belastungen werden dadurch erreicht, dass -der Anfangsdruck so abgedrosselt wird, dass das Eintrittsvolumen demjenigen für Vollast ent spricht. Durch die Drosselung wird das Wärmegefälle und die durchgehende Gas menge kleiner.
Eine Drosselung ist jedoch immer mit einem grossen Wärmegefällever- lust verbunden und ein guter Wirkungsgrad ist nur bei Vollast möglich. Darum. werden jetzt fast alle Reaktions.dampfturbinen mit einer Aktionsregulierstufo versehen. Bei Gas turbinen ist das Wärmegefälle zu klein, um eine Aktionsregulierstufe ohne bedeutende Wirkungsgradverschlechterung anwenden zu können.
?. Die stufenweise Überbrückung wird jetzt bei reinen Reaktionsturbinen (Ljung- strömturbinen) allgemein im Dampfturbinen- bau verwendet. Dabei wird .die Turbine für eine Teillast entworfen; grössere Gasmengen werden dadurch erreicht, dass man eine oder mehrere der ersten Stufen überbrückt. Da durch wird die Schluckfähigkeit so erhöht. dass die Gasmenge, die für 100 % Belastung nötig ist, in den nichtüberbrückten Stufen arbeiten kann.
Die überbrückten Stufen müssen allerdings leer mitlaufen und wirken durch die Ventilationsverluste stark brem send.
Bei Turbinen, hei denen das Wärme gefälle sehr klein ist, wie bei Cxasturbinen, -erden die Gasvolumina sehr gross. Die Quer- s -,ehnitte für den Gasstrom werden auch sehr gross. Bei Gasturbinen ist eine Regelung durch Überbrückung einer oder mehrerer Stufen mit grossen baulichen Schwierigkei ten verbunden, weil die Überbrückungsleitun gen und die Ein- und Austritte der Mer- brückungsleitungen ausserordentlich viel Platz brauchen.
In baulicher Hinsicht ist somit eine stufenweise Überbrückung bei Gaetur- binen kaum möglich.
Gemäss der Erfindung wird nun aber die Leistungsverteilung zwischen @ompressor- furbine und Nutzleistungsturbine durch min destens in .der ersteren angeordnete drehbare Leitschaufeln geregelt.
Die Vorteile dieser Regeleinrichtung gerade für diesen Sonderfall einer solchen Gasturbinenanlage für Fahrzeugantrieb, z. B. Schiffsantrieb oder ähnliche Anforderungen stellende Anlagen, liegen darin, dass die Tur bine, wie bei Drosselregelung, für das grösste bei höchster Luftansaugtemperatur gebrauchte Gasvolumen gebaut wird.
Bei Be lastungen kleiner als 100% wirken auch die drehbaren Leitschaufeln genau wie die Dros- selregelung, nur wird das Drosselungswärme- gefälle in den Leitschaufeln ausgenützt und erzeugt dort eine hohe Eintritt.sge@chwindig- keit für .die Laufschaufeln. Diese hohe Ein- trittsgeschwindigkeit wird hier mit einem verhältnismässig guten Wirkungsgrad aus genützt.
Werden die Laufschaufeln hei 100 Belastung für axialen Eintritt vorgesehen, so treten bei kleineren Belastungen grössere Ein trittsgeschwindigkeiten auf und das Gas kommt unter einer gewissen Stosswirkung in den Laufschaufeln an. Die Stosskomponente tritt; als Bauchstoss auf und wird. wie Ver suche zeigen, gut ausgenützt.
Die vorgeschlagene Rege:.einrichtung ist also der Pros-selregeleinrichtiuig bezüglich der Wirtschaftlichkeit weit überlegen.
Aus baulichen Gründen ist sie auch der l.lberbrückungsregeleinrzehtung, deren An wendung bei Gasturbinen, wie schon oben er wähnt, kaum möglich erscheint, überlegen.
Die Zeichnung stellt eine mit Gleich druckverbrennung arbeitende Sehiffgastur- hinenanlage mit einer heispielsweisen Regel einrichtung gemäss der Erfindung dar. 1 ist ein Luftkompressor von axialer Bauart, \? eine Verhrennungskammer, in die von erste rein her die Kompressionsluft und mit der Ein spritzdüse 3 der Brennstoff eingeführt wer den.
Nach der Verbrennung expandieren die heissen Gase in einer Kompres-sorturbine 4 und einer Nutzleistungsturbine 5 und strö men durch die Abgasleitungen fi und 7 zur Atmosphäre.
Die Grasmengen sollen zwischen Kompressorturbine 4 und Nutzleistungstur- bine 5 so verteilt werden, dass' die Regelein richtung 12 nicht eine höhere Gastemperatur einstellen muss, um genügend Iaeistung für die Kompression zu erhalten, als dies für das Schaufelmaterial noch gerade zulässig ist.
Die mittlere Gastemperatur wirkt über eine Thermostateinrichtung 8 auf einen Ö1 druckregler 9, .der einen Druckölservomotor 10 einstellt. Der Servomotor 10 dreht die Leitschaufeln 11 der Kompressorturbine, und zwar so, dass eine zu hohe Gastemperatur die Leitschaufeln öffnet und eine, zu niedrige Gastemperatur sie schliesst.
Die Leitschaufeln 11 und die Turbine 4 werden für die grösste Gasmenge gebaut, die bei höchster Luft- ansaugtemperatur gebraucht wird. Bei nie- drigerer Lufttemperatur wird die Kompres- sionsleistung kleiner und die nötige Gas menge der Kompressorturbine ebenso.
Da die Leistung der Kompressorturbine zunächst un verändert ist, würde bei niedriger Ansaug temperatur die Turbinenleistung ,die Kom- pres:sorlei@stung übersteigen.
Es wird sich also am Thermostat 8 wegen der gelieferten grö sseren Luftmenge eine niedrigere Gastempera tur einstellen. Die Temperaturerniedrigung wirkt, wie schon oben erwähnt, in dem Sinne über Regler J und Servomotor 10 auf die Leitschaufeln 1f1, @dass diese etwas geschlos sen werden, also weniger Treibgase zulassen und damit das Gefälle in den Leitschaufeln 11. erhöhen. Die Eintrittsgeschwindigkeit in der ersten Laufschaufelreihe wird grösser.
In der Turbine, die für axiale Einströmung in die Laufschaufeln mit maximaler Leitschau- felstellung gebaut ,sei, tritt bei kleineren Gasmengen und Lestschaufelstellungen ein sogenanüter Bauchstoss in der ersten Lauf schaufelreihe ein. Weil der Bauchstoss mit verhältnismässig kleinem Verlust verbunden ist, nützt diese Mengenregelung mit dreh baren Leitschaufeln das vorhandene Wärme gefälle bedeutend besser aus, als eine Drossel regelung und ist in baulicher Hinsicht bei Gasturbinen der Überbückungsregelung über legen.
Es kann zweckmässig sein, auch die Nutz leistungsturbine mit einer Regeleinrichtung auszuführen. In der Zeichnung ist diese als eine einfache, durch einen Kraftkolben be wegte Dross -alklappe 1.3, .dargestellt, es kann aber ebensobgut auch hier eine Vorrichtung mit drehbaren Leitschaufeln in Betracht kommen.
Die Leistung der Turbine 4 kann durch Gasmengen- oder Wärmegefälleregelung ein gestellt werden. Will man mit konstantem Wärmegefälle fahren, muss Druck und Tem peratur vor der Turbine konstant gehalten werden. Dies würde annähernd konstante Kompressordreh.,zahl voraussetzen.
Bei Teil- last würde bei einer solchen Anordnung der 'Wirkungsgrad sehr schlecht sein, weil die er- forderliGhe Kompressionsleistung fast ebenso gross wie bei Vollast sein müsste. Wird der Leistungsbedarf an der Propellerwelle ge ändert, so wird sowohl die NutzIeistungs- turbine als auch die Kompressorturbine mit voller Beaufschlagung ohne Drosselung ar beiten,
was besonders beim Antrieb von Strö- mungsmaschinen mit variablen Drehzahlen vorteilhaft ist, da sich dann die Parsons'sche Zahl unabhängig von der Belastung fast konstant hält.
Die an die Propellerwelle abzugebende Leistung bestimmt also primär die Kompres- sordrehzahl und den Brennkammerdruck. Um die Kompressordrehzahl zu steigern, muss die Leistung der Kompressorturbine vorüber gehend die Kompressorleistung überwiegen.
Diese vorübergehende Leistungssteigerung kann dadurch erreicht werden, dass die Gas temperatureine kurze Zeit erhöht wird., was in Hinsacht auf die Schaufelfestigkeit .schon erlaubt ist, weil für die Kriechfestigkeitdie mittlere Dauertemperatur entscheidend ist und momentane Temperaturänderungen bei Belastungsänderungen kaum diese Festig- keitsgrenze beeinflussen.
In der Zeichnung ist 8 die früher erwähne Thermostateinrich- tung,,die über den,01.druckregler 12, die Lei tung 14 und den Servomotor 115 (ganz rechts in der Figur) die Brennstoffmenge in einem gewissen Verhältnis zur Luftmenge einstellt und dadurch die Gastemperatur konstant hält.
Der Einstelleistungsregler 16 der Nutz leistungsturbine regelt den 0ldruck in der Leitung 17 und wirkt dadurch auf einenVer- stellkolben 17a zwischen dem Thermostat und dem Oldruckregler 12. Mit dem Leistungs regler 16 kann also die Brennstoffmenge und damit die Gastemperatur vorübergehend erhöht oder heruntergesetzt werden.
Die Ver änderung der Gastemperatr führt eine Ände rung der Kompresso:rdrehzahl herbei, welche eine Druckänderung und damit eine Nutz leistungsänderung verursacht. Der Leistungs regler 16 wirkt durch die Regelvorrichtungen 17a, 12, 15 durch vorübergehende Änderun- gen der Gastemperatur auf die Kompressor- drehzahl und den Brennkammerdruck und regelt somit die Nutzleistung.
18 ist ein Überströmventil, 19 ein Grenz- drehzahlregler, 20, 211 Auslilinkvorrichtun- gen der üblichen Art. Die Nutzleistungstur- bine 5 treibt über ein Getriebe 22 den Pro peller 23 an. 24 ist ein Anfahrmotor für die Gruppe 1.. 4; die Ölpumpe 25 versorgt sämt liche Ölleitungen. 2,6 sind Drosselstellen der Ölleitungen.