Wärmekraftanlage. Die Erfindung betrifft eine Wärmekraft anlage, in welcher mindestens der grössere Teil eines gasförmigen Arbeitsmittels, vor zugsweise Luft, einen Kreislauf unter Über druck beschreibt, wobei das durch äussere Wärmezufuhr erhitzte Arbeitsmittel in min destens einer Turbine unter äusserer Lei stungsabgabe entspannt und hierauf in min destens einem Kreiselverdichter wieder auf höheren Druck gebracht wird, und in wel cher in Abhängigkeit von der Belastung der Anlage selbsttätig gesteuerte Mittel bei 'Än derung der Leistungsabgabe Arbeitsmittel an einer Stelle hohen Druckes des Kreislaufes in diesen einzuführen bezw. .daraus zu entneh men gestatten.
Leistungsänderungen können bei einer sol chen Anlage bekanntlich durch Änderung des Absolutdruckes im Kreislauf bezw. des im Kreislauf enthaltenen Arbeitsmittel gewichtes herbeigeführt werden. Der ge änderte Druckzustand zeigt daher, bezogen auf den ursprünglichen Zustand, an jeder Stelle des Kreislaufes im gleichen Verhältnis geänderte Drücke. Der Druck an jeder Stelle des Kreislaufes ist jeweils im wesentlichen proportional zu der in der Anlage erzeugten Leistung.
Eine eindeutige Zuordnung von Leistung und Drehzahl der Anlage ist bekanntlich zu erreichen, wenn die Steuerung der in Ab hängigkeit von der Drehzahl der Anlage be tätigten Mittel zum Einlass und Auslass von Arbeitsmittel in den bezw. aus dem Kreislauf durch den an einer Stelle des Kreislaufes herrschenden Druck erfolgt. Eine rasche Wirkung der Reglung ist dabei zu erzielen, wenn der Ein- bezw. Aüslass von Arbeits mittel an einer Stelle höhen Druckes -des Kreislaufes erfolgt.
Dann wird nämlich zum Beispiel beim Einlassen von Arbeitsmittel das Druokgefäl:le in der Anlage sofort vergrö- sseTt, so dass die Turbine, wie gefordert, rasch mehr Leistung, abgibt.
Das Verhältnis von Höchst- zu Tzefetdruck dar Anlage wird da bei vorübergehend vergrössert, um erst all mählich wieder auf den normalen Wert zu rückzugehen, wenn die Anlage sich selbst überlassen wird, das heisst wenn der Einlass- vorgang beendet ist.
Beim Einlassen von Arbeitsmittel wird sich somit der Druck vor der Turbine im er sten Augenblick stärker ändern als der Ge stendruck der Turbine, da dieser erst steigt, nachdem ein gewisser Ambeitsmittel-Über- schuss gegenüber der Förderung des Verdich ters in den Teil des Kreislaufes zwischen Turbinenaustritt und Verdichtereintritt ge langt ist.
Die Erfindung macht sich nun diese Tat sache zunutze, indem sie sie dazu verwendet, die Drehzahlregelung der Anlage möglichst stabil zu gestalten, das heisst zu erreichen, dass durch eine Leistungsänderung eingelei tete Drehzahlschwankungen möglichst rasch abklingen.
Eine bekannte Massnahme zur Verbesse rung der Stabilität besteht bekanntlich darin, die Steuerung durch die von der Rege lung erzeugte Wirkung vorübergehend mehr zurückzuführen, als der Endzustand nach Beendigung des Regelvorganges erfordern würde. Man spricht in diesem Zusammen bange von einer "beschleunigten" Rückfüh rung.
Nach der Erfindung wird nun eine solche "beschleunigte" Rückführung dadurch erzielt, dass die Rückführung der selbsttätig gesteuerten Mittel, die den Ein- und Auslass von Arbeitsmittel in den bezw. aus dem Kreislauf beherrschen, in Abhängigkeit von der Änderung des höchsten jeweils. im Kreis lauf vorhandenen Druckes und unter Gegen- wirkung der Änderung des tiefsten im Kreislauf vorhandenen Druckes erfolgt.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung form des Erfin dungsgegenstandes in vereinfachter Darstel- lungsweise veranschaulicht.
In der gezeigten Wärmekraftanlage durchströmt das Arbeitsmittel des Kreis laufes nacheinander, in an sich bekannter Weise, einen Verdichter 1, einen Wärmeaus- taüscher 2, einen Erhitzer 3, eine Turbine 4, hernach wieder den Wärmeaustauscher 2 und dann einen Vorkühler 5, worauf es wieder vom Verdichter 1 angesaugt wird. Als Nutz- leistungsempfänger ist ein von der Turbine 4 angetriebener Generator 6 vorgesehen, mit dessen Welle ein Fliehkraftpendel 7 in Ver bindung steht. Dieses Fliehkraftpendel 7 lei tet bei Drehzahländerungen den Einlass von Arbeitsmittel in den Kreislauf oder eine Ent nehme von Arbeitsmittel aus dem Kreislauf ein.
Zu diesem Zweck steht dieses Pendel 7 über einen Balken 8, eine Stange 9 und einen Balken 10 mit einem an letzterem bei 11 an gelenkten Steuerschieber 12 in Wirkung ver- bindüng. Dieser Schieber 12 beherrscht den Zufluss von Druckmittel zu einem Hilfsmotor 13, welcher bei seiner Bewegung einen Schie ber 14 betätigt, der bei Verschiebung aus sei ner Mittellage entweder Arbeitsmittel aus einem Speicher 15 hohen Druckes an der Stelle 16 in den Arbeitsmittelkreislauf ge langen lässt, oder dem an dieser Stelle dem Kreislauf entnommenen Arbeitsmittel in einen Speicher 17 niedern Druckes zu gelan gen ermöglicht.
Die Einfuhr- bezw. Ent nahmestelle 16, welche zwischen dem Austritt des Verdichters 1 und adem Eintritt der Tur bine 4 gelegen ist, befindet sich somit an einer Stelle des Kreislaufes, wo das Arbeits mittel einen hohen Druck (p$) aufweist.
An das rechte Ende 18 des Balkens 8 ist eine Lasche 19 aasgelenkt, .die durch ein Gelenk 2-0 mit einem Balken 21 verbunden ist, für weachen die Stelle 22 einen festen Drehpunkt bildet. Mit dem Balken 21 sind ferner zwei Kolben 23 und 24 verbunden, auf deren Unterseite die Kreislaufdrücke Pb bezw. pN wirken, welche von der Arbeits mittel hohen Druckes enthaltenden Stelle 25 bezw. von der Arbeitsmittel niedern Druckes enthaltenden Stelle 26 des Kreislaufes über tragen werden.
Auf den Balken 21 wirkt ausserdem beim. Gelenk 20 eine. Feder 2,7 ein.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Wärmekraftanlage ist folgende: Beim Steigen der Leistungsaufnahme des Verbrauchers 6 und damit sinkender Dreh zahl der Maschinengruppe 1, 4, 6 wird der Hebel $ im- Gegenuhrzeigerdrehsinn um den vorerst noch ruhenden Punkt 1'8 geschwenkt. Die Folge davon ist, dass sich der Schieber 12 senkt und der Kolben des Hilfsmotors 13 nach oben bewegt und mit ihm auch der Schieber 14, welcher nun Arbeitsmittel aus dem Hochdruckspeicher 15 nach der Stelle 16 des Kreislaufes strömen lässt. Damit steigt vorerst der Druck pg in diesem Teil des Kreislaufes.
Diese Druckerhöhung pflanzt sich durch die bei 25 vom Kreislauf ab zweigende Leitung nach der Unterseite des Kolbens 23 fort und verursacht eine Drehung des Balkens 21 entgegen der Wirkung der Feder 27 im Uhrzeigerdrehsinn. Das Gelenk 18 wird nun nach Massgabe des Druckanstie ges angehoben, so dass auch die Stange 9 wie der angehoben, die Steuerung also rückge führt und der Arbeittsmitteleinlass an der Stelle 16 in den Kreislauf wieder vermindert wird.
Sobald dann ein entsprechender Teil des eingelassenen Arbeitsmittels unter Arbeits abgabe in der Turbine 4 auch in den Nieder druckteil des Kreislaufes (der sich bis zum Eintritt des Verdichters 1 erstreckt) gelangt, so steigt der in diesem Teil herrschende Druck pN an; diese Steigerung überträgt sich auf den Kolben 24, wirkt also der durch die Änderung von pH über den Kolben 23 hervorgerufemen Drehung des Balkens 21 ent gegen.
Die Rückführung der selbsttätig gesteuer ten Mittel zum Einlasseen von Arbeitsmittel in den Kreislauf erfolgt also in Abhängig keit von der Änderung des höchsten jeweils im Kreislauf vorhandenen Druckes pH und unter der Gegenwirkung der Änderung des tiefsten im Kreislauf vorhandenen Druckes pN.
Bei sinkender Leistungsaufnahme des Verbrauchers 6 und damit zusammenhängen der steigender Drehzahl der Maschinengruppe 1, 4, 6 werden umgekehrte Bewegungen der Steuerorgane wie die beschriebenen hervorge rufen. Der Schieber 14 wird jetzt gesenkt und gibt daher den Auslass von Arbeitsmittel von der Stelle 16 des Kreislaufes in den Nie derdruckspeicher 17 frei. Das hat zur Folge, dass der Druck pg sinkt, so dass sich die Fe der 27 entspannen kann und der Hebel 21 daher im Gegenuhrzeigerdrehsinn gedreht wird. Die infolge Ausschlagens des Fliehkraftpendels 7 erfolgte Aufwärtsbewegung der Stange 9 wird also wieder rückgeführt. Diese durch die Senkung des Druckes pH bedingte Wir kung wird wiederum gemildert durch die mit Verzögerung g. nachfolgende Senkung des Druckes pN im Niederdruckteil des Kreis laufes.
Um nach Beendigung eines Regelvorgan- ges in einer Wärmekraftanlage der hier in Betracht kommenden Art eine solche Zuord nung von Drehzahl und Last zu erhalten, dass der tieferen Last eine höhere Drehzahl und einer höheren Last eine kleinere Dreh zahl entspricht, sind die Flächen der Kolben 23 und 24, auf welche der Druck pg bezw. pN einwirkt, so zu bemessen und ferner sind die Längen der Hebelarme des Balkens 21 zwi schen Drehpunkt 22 und Angriffspunkt der Stangen der Kolben 23 und 24 so zu wählen, dass bei Änderung der Drücke pH und pN im gleichen Verhältnis der Einfluss der Änderung von pH gegenüber dem Ein fluss der Änderung von pN stets überwiegt.
Dann ist im Gleichgewichtszustand,' also wenn seich die Schieber 12 und 14 in ihrer Mittellage befinden, einer tiefen Last, also einem tiefen Druckpegel, eine höhere Dreh zahl zugeordnet, und umgekehrt. Falls sich die Wirkung der Drücke pH und pz auf idie Rück führung bei Änderung im gleichen Verhält nis gerade aufhebt,
so ergibt sich eine Iso- deOmregelung. ' Bei einer W.rämekraftandage nach der Er findung ergibt sich also infolge der Ver schleppung der Änderung von pN ge-genüber der Änderung von pH vorübergehend eine Rückführung, welche den für .den Endzu stand erforderlichen Rückführungsbetrag übersteigt und somit in bekannter Weise eine günstige Einwirkung auf die Stabilität der Regelung.
Dabei wird .die erfolgte zu starke Rückführung wieder durch Eigenschaften der Anlage selbst (die erwähnte Verschilep- pung) ausgeglichen, wobei sich unabhängig etwa von Zähigkeitsänderungen eines gedros selten Ölstromes stets die gleichen, der An- lage angepassten Eigenschaften der Regelung ergeben.