CH224146A - Gas turbine plant in which part of the working fluid is circulated while another part is removed from the cycle. - Google Patents

Gas turbine plant in which part of the working fluid is circulated while another part is removed from the cycle.

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CH224146A
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CH
Switzerland
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gas turbine
air
recuperator
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fresh air
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German (de)
Inventor
Aktiengesellschaft Gebr Sulzer
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Sulzer Ag
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F02C1/08Semi-closed cycles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air Supply (AREA)

Description

  

      Gasturbinenanlage,    in welcher ein Teil des Arbeitsmittels einen Kreislauf ausführt,  während ein anderer Teil     dein    Kreislauf entnommen wird.    Die Erfindung betrifft eine Gasturbinen  anlage, bei der das Arbeitsmittel verdichtet,  dann erhitzt und hernach in mindestens einer  die Nutzarbeit leistenden Turbine entspannt  wird, wobei ein Teil dieses Arbeitsmittels  einen Kreislauf ausführt, während eine an  dere Teilmenge dem Kreislauf entnommen  und dafür eine Ersatzmenge zugeführt wird,  wobei die aus dem Kreislauf abgeführte Teil  menge als     Verbrennungsluft    bei der Erhit  zung des im Kreislauf umströmenden Ar  beitsmittels herangezogen wird, und besteht  darin,

   dass der ohne Zwischenkühlung arbei  tende     Aufladekompressor    Frischluft direkt in  den     Rekuperator    der Anlage fördert. Die  Abgase des Lufterhitzers werden dabei  zweckmässig ohne Zwischenschaltung eines       weiteren        Wärmeaustauschers    direkt in die  Abgasturbine geleitet. Die Frischluft kann       an    derjenigen Stelle in den     Rekuperator    ein  geführt werden, an der die in der Turbine  entspannte, den     Rekuperator    durchströmende  Luft mindestens annähernd die gleiche Tem  peratur hat wie die Frischluft.

      Die     Erfindung    stellt eine weitere Ausbil  dung einer     Gasturbinenanlage    gemäss dem  Patentanspruch des Hauptpatentes Nr. 212917  dar und hat den Zweck, mit einer einfachen  Schaltung einen gleich guten Anlagewir  kungsgrad zu erreichen.  



  Ein     Ausführungsbeispiel    des     Erfindungs-          gegenstandes        ist    in     Fig.    2 der Zeichnung  schematisch dargestellt.  



       Fig.    1 stellt     ein    Beispiel der Anlage nach  dem Hauptpatent Nr. 212917 dar, wobei als  Arbeitsmittel Luft angenommen ist.  



  In     Fig.    1 bezeichnen 1 und 1' den Nie  der- und Hochdruckteil des     Hauptkompres-          sors,    4 den Zwischenkühler, 5 den Haupt  rekuperator     und    5' den     Nebenrekuperator,    6  den Lufterhitzer, 7 und 9 die Hoch- und Nie  derdruckturbine,     11    den     Rückkühler,    14 die  Abgasturbine. 15 und 15' das     Niederdruck-          und    Hochdruckgehäuse des     Aufladekompres-          sors,    13 den Zwischenkühler desselben, 28 die  Stelle, an der die Frischluft in den Kreislauf  eingeführt wird;

   19 ist die angetriebene Ma  schine (elektrischer Generator) und 17 die           Leistungsausgleichsmaschine    des     Auflade-          aggregates.     



  Das Turbogebläse 15 verdichtet das Ar  beitsmittel, das durch die Leitung 30 an  gesaugt wird. Die Verdichtung erfolgt unter  Zwischenkühlung im Zwischenkühler 13. Die  verdichtete Luft strömt alsdann     aus    dem  Turbogebläse 15' zur Stelle 28, wo in der       Leitung    29 die in der     Niederdruckturbine    9  entspannte und über den     Hauptrekuperator    5  geleitete Luft strömt. Die Luft wird im  Rückkühler 11 gekühlt und tritt in den  Hauptkompressor 1 und 1' ein, wobei zwi  schen dem Hauptkompressor 1 und 1' ein  Zwischenkühler 4 eingeschaltet ist.

   Die ver  dichtete Luft wird durch den     Hauptrekupe-          rator    5 und durch den     Nebenrekuperator    5'  geleitet, also vorgewärmt, und dann in dein  Lufterhitzer 6 erhitzt. In der Hochdruck  turbine 7 erfolgt der erste Teil der Ausdeh  nung, in der     Niederdruckturbine    9 ein wei  terer Teil. Nach der     Niederdruckturbine    9  wird ein Teil der Luft     einerseits    durch die  Leitungen 31, 32 in den     Hauptrekuperator     geleitet. Der andere Teil strömt durch die  Leitung 33 in den Erhitzer 6, in welchen  Brennstoff durch eine Leitung 34 einge  spritzt wird.

   Das hierbei     entstehende    heisse  Verbrennungsgas erhitzt die in den Rohrbün  deln des Lufterhitzers 6 strömende Luft,  kühlt sich dabei selbst ab und wird hernach  in den     Nebenrekuperator    5' geleitet. Alsdann  erfolgt die vollständige Entspannung in der  Abgasturbine 14.  



  Die     Arbeitsweise    der Anlage ist an sich  bekannt. Der Leistungsausgleich am Auf  ladeaggregat 14, 15, 15' kann natürlich auch  durch andere Mittel bewerkstelligt werden  als durch die gezeichnete elektrische Maschine  17, z. B. durch mechanische Kupplung mit  der     Hauptmaschinengruppe    1, 1', 7, 9 der  Anlage.

   Der     Nebenrekuperator    5' hat den  Zweck, die Temperatur der Abgase möglichst  zu verringern und den gesamten     Arbeitspro-          zess    damit zu     "carnotisieren".    Der Zwischen  kühler 13 dient ebenfalls zur Wirkungsgrad  verbesserung der Anlage, denn er reduziert    den Leistungsverbrauch des     Aufladekompres-          sors    15, 15'.  



  Die     Berechnung    zeigt, dass die beiden Ap  parate 5' und 13 zwar kleine Abmessungen  erhalten, hingegen eine sehr     unerwünschte     Komplikation der Anlage     darstellen,    nament  lich weil die     Leitungsführung    kompliziert  wird und der     Aufladekompressor    konstruk  tiv kaum anders als     zweigehäusig    ausgebildet   erden kann.  



  Würde man die Schaltung dadurch zu  vereinfachen suchen, dass man den Neben  rekuperator 5' einfach     weglässt,    so würde  zwar die Turbine 14 etwas mehr Leistung ab  geben, doch würde im Lufterhitzer 6 mehr  Brennstoff gebraucht, da die Luft in weniger  hoch vorgewärmtem Zustand in die Rohr  bündel treten würde, so dass der Nachteil  überwiegt.  



  Eine weitere Vereinfachung bestände  darin, den Kühler 13     wegzulassen,    wobei  gleichzeitig der     Aufladekompressor    15, 15'       eingehäusig    gebaut werden kann. Dies erhöht  aber     dessen    Leistungsaufnahme und ver  schlechtert den     Wirkungsgrad    weiter.  



  Bei der Anlage, die     in        Fig.    2 dargestellt  ist und deren Arbeitsweise analog der in       Fig.    1 dargestellten Anlage ist, sind nun der       Nebenrekuperator    5' und der     Zwischenkühler     13     (Fig.    1) weggelassen, hingegen ist die  Stelle, an der die Frischluft in den Kreislauf  eingeführt wird, anders gewählt, nämlich die  Stelle 35 anstatt 28.

       Das        Erfinderische    liegt  nun darin, dass die Frischluft nicht in die       Übertrittsleitung    zwischen     Rekuperator    5 und  Rückkühler 11 eingeführt wird, sondern an       geeigneter    Stelle in den     Rekuperator    5 selbst.  Bei Weglassung des Zwischenkühlers 13 hat  die Luft nach dem Austritt aus dem Auf  ladekompressor 15 bereits eine solche Tem  peratur, dass ein Teil der Wärme dieser Luft  im     Rekuperator    5 zurückgewonnen werden  kann.

   Dieser Rückgewinn, der dadurch zu  stande kommt, dass die Frischluft direkt in  den     Rekuperator    5 eingeführt wird, ist so  gross, dass die     Verschlechterung,    die durch  Weglassen des     Hilfsrekuperators    5'     (Fig.    1)  und des     Zwischenkühlers    13 entstanden ist,      fast vollständig rückgängig gemacht ist. Eine  ganz geringfügige Vergrösserung des     Reku-          perators    5 gestattet sogar, einen vollständig  gleich guten Wirkungsgrad zu erreichen. Es  ist damit eine Anlage geschaffen, die bei be  trächtlich einfacherem Aufbau den gleichen  Wirkungsgrad erreicht wie die bisherige  Schaltung.



      Gas turbine plant, in which part of the working fluid carries out a cycle, while another part is removed from the cycle. The invention relates to a gas turbine system in which the working fluid is compressed, then heated and then expanded in at least one turbine performing the useful work, part of this working fluid executing a cycle, while another subset is removed from the cycle and a replacement quantity is supplied for it , whereby the partial amount discharged from the circuit is used as combustion air when heating the working fluid flowing around the circuit, and consists of

   that the charging compressor, which works without intermediate cooling, conveys fresh air directly into the recuperator of the system. The exhaust gases from the air heater are expediently fed directly into the exhaust gas turbine without the interposition of a further heat exchanger. The fresh air can be introduced into the recuperator at that point at which the air flowing through the recuperator, relaxed in the turbine, has at least approximately the same temperature as the fresh air.

      The invention represents a further development of a gas turbine system according to the patent claim of the main patent No. 212917 and has the purpose of achieving an equally good degree of investment efficiency with a simple circuit.



  An embodiment of the subject matter of the invention is shown schematically in FIG. 2 of the drawing.



       Fig. 1 shows an example of the system according to the main patent no. 212917, wherein air is assumed as the working medium.



  In Fig. 1, 1 and 1 'denote the low and high pressure part of the main compressor, 4 the intercooler, 5 the main recuperator and 5' the auxiliary recuperator, 6 the air heater, 7 and 9 the high and low pressure turbine, 11 the Dry cooler, 14 the exhaust gas turbine. 15 and 15 'the low-pressure and high-pressure housing of the supercharging compressor, 13 the intercooler of the same, 28 the point at which the fresh air is introduced into the circuit;

   19 is the driven machine (electrical generator) and 17 is the power equalization machine of the charging unit.



  The turbo blower 15 compresses the working medium that is sucked through the line 30. The compression takes place with intercooling in the intercooler 13. The compressed air then flows out of the turbo blower 15 'to the point 28, where in the line 29 the air relaxed in the low pressure turbine 9 and passed over the main recuperator 5 flows. The air is cooled in the dry cooler 11 and enters the main compressor 1 and 1 ', with an intercooler 4 being switched on between the main compressor 1 and 1'.

   The compressed air is passed through the main recuperator 5 and through the secondary recuperator 5 ′, that is to say is preheated, and then heated in the air heater 6. In the high pressure turbine 7, the first part of the expansion takes place, in the low pressure turbine 9 a further part. After the low-pressure turbine 9, some of the air is passed through the lines 31, 32 into the main recuperator. The other part flows through the line 33 into the heater 6, in which fuel is injected through a line 34.

   The resulting hot combustion gas heats the air flowing in the tube bundles of the air heater 6, cools itself down and is then passed into the auxiliary recuperator 5 '. The complete expansion then takes place in the exhaust gas turbine 14.



  The way the system works is known per se. The power equalization on the charging unit 14, 15, 15 'can of course also be accomplished by other means than by the electric machine 17 shown, for. B. by mechanical coupling with the main machine group 1, 1 ', 7, 9 of the system.

   The secondary recuperator 5 'has the purpose of reducing the temperature of the exhaust gases as much as possible and thus "carnotizing" the entire work process. The intermediate cooler 13 also serves to improve the efficiency of the system, because it reduces the power consumption of the supercharging compressor 15, 15 '.



  The calculation shows that the two devices 5 'and 13 have small dimensions, but represent a very undesirable complication of the system, namely because the wiring is complicated and the supercharging compressor can hardly be constructed in any other way than two-housing.



  If one were to try to simplify the circuit by simply leaving out the secondary recuperator 5 ', the turbine 14 would give a little more power, but more fuel would be needed in the air heater 6, since the air in the less highly preheated state in the Tube would occur so that the disadvantage outweighs.



  A further simplification would be to omit the cooler 13, and at the same time the supercharger 15, 15 'can be built in a single housing. However, this increases its power consumption and further deteriorates the efficiency.



  In the system shown in FIG. 2 and whose mode of operation is analogous to the system shown in FIG. 1, the secondary recuperator 5 'and the intercooler 13 (FIG. 1) are now omitted, but the point at which the fresh air is is introduced into the circuit, selected differently, namely the point 35 instead of 28.

       The inventive thing is that the fresh air is not introduced into the transfer line between recuperator 5 and recooler 11, but at a suitable point in recuperator 5 itself. If the intercooler 13 is omitted, the air after exiting the charging compressor 15 already has a such Tem temperature that part of the heat of this air in the recuperator 5 can be recovered.

   This recovery, which comes about because the fresh air is introduced directly into the recuperator 5, is so great that the deterioration caused by the omission of the auxiliary recuperator 5 '(FIG. 1) and the intercooler 13 is almost completely reversed is made. A very slight enlargement of the recuperator 5 even makes it possible to achieve a completely equally good level of efficiency. This creates a system that achieves the same efficiency as the previous circuit with a considerably simpler structure.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Gasturbinenanlage, bei der das Arbeits mittel verdichtet, dann erhitzt und hernach in mindestens einer die Nutzarbeit leistenden Turbine entspannt wird, wobei ein Teil dieses Arbeitsmittels einen Kreislauf ausführt, wäh rend eine andere Teilmenge dem Kreislauf entnommen und dafür eine Ersatzmenge zu geführt wird, wobei die aus dem Kreislauf abgeführte Teilmenge als Verbrennungsluft bei der Erhitzung des im Kreislauf umströ menden Arbeitsmittels herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, PATENT CLAIM: Gas turbine system in which the working medium is compressed, then heated and then expanded in at least one turbine that performs the useful work, with part of this working medium executing a cycle, while another partial amount is removed from the cycle and a replacement amount is supplied for it, wherein the partial amount discharged from the circuit is used as combustion air when the working medium circulating in the circuit is heated, characterized in that, dass der ohne Zwi- schenkühlung arbeitende Aufladekompressor Frischluft direkt in den Rekuperator der Anlage fördert. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab gase des Lufterhitzers ohne Zwischenschal tung eines weiteren Wärmeaustauschers direkt in die Abgasturbine geleitet werden. that the charging compressor, which works without intermediate cooling, conveys fresh air directly into the recuperator of the system. <B> SUBClaims: </B> 1. Gas turbine system according to patent claim, characterized in that the exhaust gases from the air heater are fed directly into the exhaust gas turbine without the interposition of a further heat exchanger. 2. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Frischluft an derjenigen Stelle in den Re kuperator eingeführt wird, an der die in der Turbine entspannte, den Rekuperator durch strömende Luft mindestens annähernd die gleiche Temperatur hat wie die Frischluft. 2. Gas turbine system according to patent claim, characterized in that the fresh air is introduced into the Re kuperator at that point at which the relaxed in the turbine, the recuperator by flowing air has at least approximately the same temperature as the fresh air.
CH224146D 1941-10-11 1941-10-11 Gas turbine plant in which part of the working fluid is circulated while another part is removed from the cycle. CH224146A (en)

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