Verfahren zum Betrieb von Gasturbinenanlagen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zum Betrieb von Gasturbinenanlagen; die zum Antrieb von Fahrzeugen, insbeson dere Schienenfahrzeugen mit mechanischer Kraftübertragung, dienen und bei denen Wasser im Arbeitsmittel verdampft wird. Die Erfindung besteht darin, dass die Erzeu gung der Leistung in der Weise aufgeteilt wird, dass in einem ersten Entspannungs abschnitt des erhitzten Arbeitsmittels nur die Leistung für die Verdichtung des noch nicht erhitzten Arbeitsmittels und in einem zwei ten Entspannungsabschnitt nur die Nutz leistung erzeugt wird.
Es wurde schon vorgeschlagen, bei Gas turbinenanlagen, die zum Antrieb von Fahr zeugen dienen und bei denen Wasser im Arbeitsmittel verdampft wird, die Erzeu gung der Leistung derart aufzuteilen, dass in einem ersten Entspannungsabschnitt des Arbeitsmittels die Leistung nur für die Hochdruckverdichtung und in einem weite ren Entspannungsabschnitt nicht allein die Nutzleistung, sondern zusätzlich noch die Leistung für die Niederdruckverdichtung erzeugt wird.
Mit dieser Aufteilung der Lei stungserzeugung kann wohl auf einfachere Art das Wasser dem Arbeitsmittel nach der Verdichtung oder frühestens in einer Zwi schenstufe der Verdichtung - nämlich zwi schen Niederdruck- und Hochdruckverdichter - dem schon erwärmten Arbeitsmittel zu geführt werden.
Es war weiter mit der ge nannten Aufteilung auch möglich, in einem weiten Teillastbereich das Verhältnis der Leistungen in den nacheinanderfolgenden Entspannungsabschnitten ohne besondere Vorkehrungen praktisch unveränderlich zu halten. Diesem Vorschlag haftet aber ein schwerer Nachteil an, weil die Erzeugung der Nutzleistung und die Erzeugung der Ver- dichterleistung untrennbar miteinander ver knüpft sind.
Gasturbinen, welche nach die sem bekannten. Vorschlag betrieben werden, lassen sich z. B. für den Antrieb von Fahr zeugen. mit direkter Kraftübertragung gar nicht verwenden und auch bei Fahrzeugen mit anderer Kraftübertragung entstehen Be- triebsstörungen bei plötzlichem Betriebs unterbruch. Wenn z. B. bei Stillstand des Fahrzeuges die Nutzleistung vollständig unterbrochen und die Nutzleistungsturbine stillgesetzt werden sollte, können die Ver dichter nicht selbständig im Betrieb gehalten werden.
Ein Leerlaufbetrieb der Anlage und eine Bereitschaftstellung für die sofortige Anfahrt des Fahrzeuges ist also nicht mög- lieh. - Durch die gemäss der Erfindung vor geschlagene Lösung zur Leistungsaufteilung wird es möglich, das Turbinenverdichter aggregat unabhängig vom Betriebszustand der Nutzleistungsturbine selbständig im Leerlauf zu betreiben, während die Nutz leistungsturbine stillsteht.
Anlagen, die nach dem Verfahren gemäss Erfindung betrieben werden, eignen sich ins besondere für Schienenfahrzeuge mit direk tem mechanischem Antrieb. Sie können jedoch auch für Fahrzeuge mit mittelbarer Kraft übertragung, z. B. durch elektrische oder hydraulische Getriebe, verwendet werden.
Schliesslich lässt sich die Erfindung auch anwenden bei Antriebsanlagen für Wasser- und Luftfahrzeuge, insbesondere solche, bei denen die Propellerwelle mechanisch ange trieben wird.
Zwei Gasturbinenanlagen zur Ausfüh rung des Verfahrens nach der Erfindung sind auf der Zeichnung vereinfacht dar gestellt, an Hand welcher das Verfahren bei spielsweise erläutert wird.
Dem Verdichter 1 strömt durch die Lei tung 2 Luft z. B. aus der Atmosphäre zu, welche in verdichtetem Zustand durch die Leitung 3 in die Brennkammer 4 gelangt. Ein Teil dieser Luft strömt zur Verbrennung des durch den Brenner 5 zugeführten flüssi gen Brennstoffes unmittelbar in den Brenn- raum 6. Ein anderer Teil strömt durch den Ringraum 7 dem Mantel des Brennraumes entlang und mischt sich im Raum 8 mit den aus dem Brennraum ankommenden hoch erhitzten Verbrennungsgasen. Das Gas gemisch, dessen Temperatur nach der Mi schung auf einen für die Baustoffe zulässi gen Wert gesenkt ist, strömt durch die Lei- tung 9 in die Hochdruckturbine 10 weiter und gelangt aus dieser durch die Leitung 11 in die Niederdruckturbine 12.
In der Leitung 11 befindet sich ein Absperrorgan 13. Ausser dem ist an diese Leitung 11 eine Abström- leitung 14 mit einem Abblaseventil 15 an geschlossen, welches durch den Servomotor 16 gesteuert wird. Nach Entspannung des Arbeitsmittels in den beiden Turbinen ver lässt es die Anlage durch die Leitung 17 und kann dann noch an weitere nicht gezeichnete Verbrauchsstellen, z. B. in Wärmeaustauscher oder unmittelbar ins Freie, geführt werden.
Mittels einer Wasserpumpe 20 wird durch die Leitungen 21 den Düsen 22 und 23 Was ser zugeführt. Das in die Luft eingespritzte Wasser verdampft während ihrer Verdich tung und trägt so zur Vermehrung der Ar beitsmittelmenge unter gleichzeitiger Küh-. lung des Verdichters bei. Die Menge -des ein gespritzten Wassers wird durch ein Regel organ 24 in der Leitung 21 eingestellt.
In den Brennraum 6 der Brennkammer 4 ist eine Düse 25 eingebaut, welcher von der Pumpe 20 durch die Leitung 26 Wasser zugeführt werden kann. Die -Menge dieses in den Brennraum eingespritzten Wassers kann mit Hilfe des Regelorganes 27 den aus dem Betrieb sich ergebenden Bedürfnissen ent sprechend eingestellt werden.
Die Hochdruckturbine 10 treibt den Ver dichter 1. Zur Abführung eines Leistungs überschusses oder einer Ergänzung einer feh lenden Leistung und zum Anlassen ist die aus der Hochdruckturbine 10 und dem Ver dichter 1 bestehende -Maschinengruppe ausser dem noch mit einer elektrischen Maschine 18 gekuppelt. Die Niederdruckturbine 12 führt ihre Leistung an eine Welle 19 ab, die zum Getriebe eines Schienenfahrzeuges führt.
Dadurch, dass die Turbine 10, in welcher der erste Entspannungsabschnitt des erhitzten Arbeitsmittels .sich abspielt, nur zur Verdich tung des noch nicht erhitzten Arbeitsmittels im Verdichter 1. und die Niederdruckturbine 12, auf die der zweite Abschnitt der Arbeits- mittelentspannung entfällt, nur zur Erzeu- gung der Nutzleistung herangezogen wird, kann die Anlage zum Antrieb von Fahr zeugen, insbesondere solchen mit mecha nischer Kraftübertragung, verwendet werden.
Zur Inbetriebsetzung der Anlage wird die Niederdruckturbine 12 durch die Absperr klappe 13 von der Anlage abgeschaltet und das Arbeitsmittel aus der Hochdruckturbine unmittelbar durch das Abblaseventil 15 und die Leitung 14 aus der Anlage abgeführt. Die aus dem Verdichter 1 und der Turbine 10 bestehende Maschinengruppe wird zu nächst durch die elektrische Hilfsmaschine 18 angetrieben, so dass die Brennkammer 4 verdichtete Luft erhält, worauf in deren Brennraum Brennstoff zur Entzündung ge bracht werden kann. Die Verbrennungsgase der Brennkammer treiben dann die Turbine 10, wonach die elektrische Hilfsmaschine 18 ausgeschaltet werden kann und die Anlage sich somit im Leerlauf befindet. Zum Übergang auf Nutzleistung wird die Absperrklappe 13 geöffnet und das Abblase ventil 15 geschlossen.
Die Abgase der Hoch druckturbine 10 strömen dann durch die Lei tung 11 in die Niederdruckturbine 12, die ihre Leistung an die Nutzleistungswelle 19 ibt. Die Einstellung der Leistung erfolgt durch Einstellen der Brennstoffmenge. Hier durch wird zunächst die Leistung der Hoch druckturbine 10 und damit die durch den Verdichter 1 geförderte Luftmenge beein flusst. Die hieraus sich ergebende Einstellung der Arbeitsmittelmenge legt entsprechend die Leistung der Nutzleistungsturbine 12 fest. Bis zur Normalleistung der Gesamtanlage wird nur durch die Düsen 22 und 23 Wasser in das Arbeitsmittel eingespritzt.
Dieses Wasser wird schon im Verdichter 1 und gegebenenfalls noch in der Brennkammer 4 verdampft und überhitzt und strömt als überhitzter Dampf mit dem gasförmigen Arbeitsmittel gemeinsam durch die beiden Turbinen. Soll die Leistung über die Normal leistung hinaus gesteigert werden, so wird auch durch die Düse 25 Wasser in den Brennraum 6 eingespritzt und dem Brenner 5 in vermehrtem Mass Brennstoff zugeführt. Hierbei entsteht eine um die Dampfmenge vermehrte Arbeitsmittelmenge, welche die Leistung bis ungefähr auf den 1,5 fachen Wert der Normalleistung zu steigern ge stattet.
Soll die Leistung sofort unterbrochen werden, so wird das Abblaseorgan 15 geöff net und die Absperrklappe 13 geschlossen. Die aus der Turbine 10 und dem Verdichter 1 bestehende Maschinengruppe kann an schliessend auf Leerlaufbetrieb übergehen und die Nutzleistungsturbine 12 kann, wenn notwendig, stillgesetzt werden.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anlage wird das dem Arbeitsmittel zugeführte Was ser nicht beim Durchströmen des Arbeits mittels durch die Verdichterschaufelung ver dampft, sondern in besonderen Verdamp- fungskammern 28 und 29, welche ringförmig um den Verdichter herum gelegt sind. Die Wasserpumpe 20 führt das Wasser durch die Leitungen 21 zu den Düsen 30 und 31.
Im Strom der durch die Verdichtung erhitzten Luft wird das Wasser zerstäubt und an schliessend in den Räumen 28 und 29 ver dampft und gegebenenfalls überhitzt. Es können auf diese Weise Einflüsse auf die Turbinenschaufeln verhindert werden.
Die dargestellten Gasturbinenanlagen haben den Vorteil,. dass infolge der beson- deren Aufteilung der die Nutzleistungsturbine mit Arbeitsmittel von niedriger Temperatur beaufschlagt wird.
Da im Fahrzeugbetrieb die Nutzleistung oft aussergewöhnlich rasch verändert werden muss, können infolge der ohnehin schon geringen Temperaturen keine gefährlichen Temperaturspannungen im Läufer und im Gehäuse entstehen.