Gasturbinenanlage. Die Erfindung bezieht sich auf eine Gas turbinenanlage mit mindestens einer Turbine zur Abgabe der Nutzleistung und mindestens einer Turbine zum Antrieb mindestens eines Verdichters. Die Erfindung besteht darin, dass die Turbinen durch ein Getriebe mit verstellbarem Übersetzungsverhältnis mitein ander gekuppelt sind.
Zweckmässig wird das Übersetzungsver hältnis nach Massgabe der Nutzleistung der Gesamtanlage verändert. Die Turbinen kön nen zum Beispiel durch einen hydraulischen Drehmomentwandler mit einstellbarem Leit- apparat oder .durch eine elektrische Kupplung miteinander gekuppelt sein.
Besondere Vor teile bietet die Erfindung, wenn: ein Teil des Arbeitsmittels der Anlage einen Kreislauf durch einen Verdichter und die ihn antrei bende Turbine ausführt, während eine andere Teilmenge dem Kreislauf entnommen und dafür eine Ersatzmenge zugeführt wird, und die entnommene Teilmenge als Verbrennungs- 1nft bei der Erhitzung des im Kreislauf umströmenden Arbeitsmittels herangezogen wird.
Dann lässt sich nämlich die Wirkung erzielen, dass' ein unzulässiges Ansteigen der Drehzahl der Verdichterturbine verhindert wird.
Die Erfindung isst nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dass Arbeitsmittel, von dem ein Teil im Kreislauf umströmt, wird vom Verdichter 1 in verdichtetem Zustand in den Rekuperator 2 ,geführt.
Aus diesem .gelangt ein Teil in ,den Oberflächengaserhitzer 3., um anechlie- ssend in die Turbine 5 weiterzuströmen. Das aus der Turbine 5 abströmende Arbeitsmittel gelangt schliesslich durch den Rekuperator -2 und über den, Kühler 7 wieder in den Ver dichter 1 zurück.
Aus dem beschriebenen Kreislauf wird ein Teil des. Arbeitsmittels abgezweigt und durch die Leitung 4 in ,den Brennraum des Gaserhitzers 3-.geleitet, worauf die Brenngase in die Turbine 6 gelangen und schliesslich ins Freie abströmen.
Zum Ersatz des ,durch die Leitung 4 dem Kreislauf entzogenen Arbeitsmittels wird durch =den Verdichter 8 Luft angesaugt und in verdichtetem Zustand im Rekuperator 2 dem Kreislauf beigemischt. Zur Regelung der vom Verdichter 8 geförderten Luftmenge kann eine grössere oder kleinere Menge durch die mittels des Organeis 10 einstellbare L"m- gehungAeitung y wieder in .die Saugleitung des Verdichters zuriickgeführt werden.
Die Turbine 5 treibt den Ha.uptverdieh- ter 1 und den Vorverdichter 8, während die Turbine 6 über die Zahnräder <B>19</B> und ?0 < lie Schiffsschraube 1'-) antreibt. Der Anlassmotor 11 dient zum Inbelri.ebsetzen der Anlage.
Zwischen der Turbine 5 und den Zahn rädern 18 und 20 ist ein rlüs-sigkeitsgetriebe mit verstellbarem Übersetzungsverhältnis eingeschaltet, durch welches die Turbine 5 und die Turbine 6 miteinander gel,:upl)(,lt werden können. Die Kupplung besitzt (-in Schaufelrad 14, welches atü der 'Welle der Turbine aufgekeilt ist und ein Scliaufelraal 15, das auf der Welle des Zahnrades 18 auf gekeilt ist.
Zwischen den Schaufelrädern 14 und 15 befindet sich ein Leitapparat 16 mit drehbaren Schaufeln, die mit Hilf < : eines Ringes 17 den Betriebsbeditigungengemäss (z. B. nach @lassgabe der Nutzleistung der Ge samtanlage) eingestellt werden können. Ilie- für kann beispielsweise der Ring 17 durch einen Drehzahlregler gesteuert werden, wel cher durch die Nutzleistungsturbine 6<I>ange-</I> trieben wird.
Mit Hilfe des Vorverdiohters 8 wird der über den Verdichter 1, den Gaserhitzer 3 und die Turbine 5 führende Kreislauf auf ein Druckniveau aufgeladen, dessen Höhe sich nach der jeweiligen Anlagenbelastung rieb- tet. Bei grösserer Leistung wird ein höheres Druckniveau eingestellt als bei kleinerer Lei stung.
Gleichzeitig mit der Veränderung der Höhe des Druckniveaus wird die Brennstoff zufuhr zum Lufterhitzer 3 und die durch die Leitung 4 dem Kreislauf für die Verbrennung im Lufterhitzer entnommene Luftmenge ent sprechend eingestellt.
Die Anlage wird so betrieben, dass die Temperatur des in die Turbine 5 gelangen .den Arbeitsmittels innerhalb eines weiten Belastungsbereichs unveränderlich bleibt. Bei niedrigerem Druckniveau läuft die Turbine 5 und damit die Verdichter 1 und 8 mit grö sserer Drehzahl als bei einem höheren Druck niveau.
Die Veränderlichkeit dieser Wellen drehzahl wirkt sich insofern nachteilig auf den Betrieb der Anlage aus, als der Wir kungsgrad der Gesamtanlage nur innerhalb eines kleinen Belastungsbereichs günstig ist, ausserhalb diese:, Bereichs aber rasch abfällt.
Weiter ergibt sich bei der wesentlieli erhöh ten Drehzahl der Turbine 5, die bei vermin- derter Last eintritt, eine wesentlich erhöhte 13-eanspruchung des Turbinenläufers. Die ge schilderten Nachteile können vermieden wer den. wenn zwischen der Turbine 5 und der Turbine 6 Mittel zur Leistungsübertragung vorli,mden sind, welche eine Übertragung ge statten, bei der - unabhängig von der Dreh zahl der Turbine 6 - die Turbine 5 auf der für sie und die Verdichter 1 und 8 günstig sten Drehzahl drehen.
Mit Hilfe der Ver stellung der Leitschaufeln 16 ist es möglichy entweder von der Turbine 5 auf die Turbine 6 oder umgekehrt von der Turbine 6 auf die Turbine 5 die Leistung so zu eiübertragen, dass die Turbine 5 mit der für sie und für die Verdichtung 1 und 8 günstigsten Dreh zahl läuft. Damit wird verhütet, dass bei ab nehmender Belastung die Drehzahl der Tur bine 5 unzulässig steigt oder bei zunehmender Belastung zu stark sinkt.
Der Betrieb kann im Gegenteil so eingestellt werden, dass bei kleiner Belastung die Drehzahl sinkt und bei grösserer Belastung steigt. Der Verlauf des Wirkungsgrades wird dadurch in der Weise gehoben, dass er über einen grossen Bela- stungsbereich fast gleichmässig hoch bleibt und dann nur langsam abfällt.
Anstatt hydraulische Getriebe können auch elektrische oder gegebenenfalls mecha- nische verwendet werden. Auch mit einer elektromagnetischen Kupplung oder mit einer einfachen hydraulischen Kupplung ohne Leitapparat könnte eine Le.istungsäber- tragung mit veränderlichem Übersetzungs verhältnis im Sinn der Erfindung erreicht werden.
Gas turbine plant. The invention relates to a gas turbine system with at least one turbine for delivering the useful power and at least one turbine for driving at least one compressor. The invention consists in that the turbines are coupled to each other by a gearbox with an adjustable transmission ratio.
The translation ratio is expediently changed according to the useful performance of the overall system. The turbines can, for example, be coupled to one another by a hydraulic torque converter with an adjustable control device or by an electrical coupling.
The invention offers particular advantages if: a part of the working fluid of the system carries out a cycle through a compressor and the turbine driving it, while another part is removed from the cycle and a replacement amount is supplied, and the part taken as combustion 1nft is used when heating the working medium flowing around the circuit.
The effect can then be achieved that an unacceptable increase in the speed of the compressor turbine is prevented.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. The working medium, some of which flows around in the circuit, is fed from the compressor 1 into the recuperator 2 in a compressed state.
A part of this reaches the surface gas heater 3, in order to then flow on into the turbine 5. The working medium flowing out of the turbine 5 finally passes through the recuperator -2 and via the cooler 7 back into the compressor 1.
Part of the working medium is branched off from the circuit described and passed through the line 4 into the combustion chamber of the gas heater 3 - whereupon the fuel gases enter the turbine 6 and finally flow out into the open.
To replace the working medium withdrawn from the circuit through the line 4, air is sucked in by the compressor 8 and added to the circuit in the compressed state in the recuperator 2. To regulate the amount of air conveyed by the compressor 8, a larger or smaller amount can be fed back into the suction line of the compressor through the flow line y adjustable by means of the organ 10.
The turbine 5 drives the main compressor 1 and the pre-compressor 8, while the turbine 6 drives via the gears 19 and the propeller 1'-). The starter motor 11 is used to blast the system.
Between the turbine 5 and the gears 18 and 20, a fluid transmission with an adjustable transmission ratio is switched on, through which the turbine 5 and the turbine 6 can be connected to one another,: upl) (, lt. The clutch has (-in paddle wheel 14 , which atü the 'shaft of the turbine is keyed and a Scliaufelraal 15, which is keyed on the shaft of the gear 18 on.
Between the paddle wheels 14 and 15 there is a diffuser 16 with rotatable vanes that can be adjusted with the aid of a ring 17 in accordance with the operating conditions (e.g. depending on the useful power of the entire system). For example, the ring 17 can be controlled by a speed controller, which is driven by the power turbine 6.
With the aid of the pre-digester 8, the circuit leading via the compressor 1, the gas heater 3 and the turbine 5 is charged to a pressure level, the level of which varies according to the respective system load. With greater power, a higher pressure level is set than with lower power.
Simultaneously with the change in the height of the pressure level, the fuel supply to the air heater 3 and the amount of air withdrawn through line 4 for the combustion in the air heater is adjusted accordingly.
The system is operated in such a way that the temperature of the working fluid that enters the turbine 5 remains unchangeable within a wide load range. At a lower pressure level, the turbine 5 and thus the compressors 1 and 8 run at a greater speed than at a higher pressure level.
The variability of this shaft speed has a detrimental effect on the operation of the system, as the efficiency of the overall system is only favorable within a small load range, but outside this range it drops rapidly.
Furthermore, at the substantially increased speed of the turbine 5, which occurs when the load is reduced, a substantially increased load on the turbine rotor results. The ge disadvantages can be avoided. if between the turbine 5 and the turbine 6 means for power transmission are provided, which provide a transmission in which - regardless of the speed of the turbine 6 - the turbine 5 on the most favorable for them and the compressors 1 and 8 Rotate speed.
With the help of the adjustment of the guide vanes 16, it is possible either from the turbine 5 to the turbine 6 or vice versa from the turbine 6 to the turbine 5 to transfer the power so that the turbine 5 with the for it and for the compression 1 and 8 cheapest speed is running. This prevents the speed of the turbine 5 from increasing impermissibly with decreasing load or from decreasing too much with increasing load.
On the contrary, the operation can be set in such a way that the speed decreases with low loads and increases with higher loads. The course of the degree of efficiency is increased in such a way that it remains almost consistently high over a large load range and then only drops slowly.
Instead of hydraulic gears, electrical or, if necessary, mechanical ones can also be used. A power transmission with a variable transmission ratio within the meaning of the invention could also be achieved with an electromagnetic clutch or with a simple hydraulic clutch without a guide apparatus.