Wärmekraftanlage mit mindestens zwei in Reihe geschalteten und mit voneinander unabhängigen Drehgeschwindigkeiten laufenden Verbrennungsturbinen. Die Erfindung betrifft eine Wärmekraft anlage mit mindestens zwei in Reihe geschal teten und mit voneinander unabhängigen Dreh geschwindigkeiten laufenden Verbrennungs turbinen, zwischen denen die Treibgase wieder aufgeheizt werden.
Bei solchen Anlagen wird für gewöhnlich ein Verdichter zum Fördern der benötigten Verbrennungsluft vorgesehen, der mindestens zwei in verschiedenen Gehäusen angeordnete Teile aufweist. Die zwei Verdichterteile wer den zweckmässig ebenfalls mit voneinander unabhängigen Drehgesehwindigkeiten ange trieben. Der Antrieb kann dabei so erfolgen, dass die eine der in Reihe geschalteten Ver brennungsturbinen entweder nur einen der Verdichterteile, oder gleichzeitig einen Ver dichterteil und einen Nutzleistungsempfänger, der z. B. als Generator ausgebildet sein kann, antreibt, während die zweite Verbrennungs turbine dann den zweiten Verdichterteil und einen Nutzleistungsempfänger bezw. nur den zweiten Verdichterteil antreibt.
Die maximale Leistungsabgabe solcher Wärmekraftanlagen wird nun in erster Linie durch die Fliehkraftbeanspruchung der Schau feln in den letzten Niederdruckstufen der Ver brennungsturbinen begrenzt. Bei den heute zur Verfügung stehenden Werkstoffen liegt die Grenze bei etwa 15 000 kW, wenn Ver brennungsluft aus der Umgebung angesogen und die Abgase der Verbrennungsturbinen ins Freie strömen, also nach dem sogenannten #offenen Prinzip" gearbeitet wird. Zweck der Erfindung ist nun, bei Wärmekraftanlagen der hier in- Frage kommenden Art vorüber gehend eine Erhöhung der Grenzleistung, also die Erzeugung einer Überlast zu ermöglichen, ohne dass dadurch die Betriebssicherheit ge fährdet wird.
Erreicht wird dies gemäss der Erfindung .dadurch, dass der Wärmekraft anlage einer Überlastgruppe zugeordnet ist, die einen Verdichter und eine Verbrennungs turbine aufweist, wobei letztere einer der übrigen Turbinen der Anlage parallel geschal tet ist und von der gleichen Brennkammer wie die zu ihr parallel geschaltete Turbine gespienen wird.
Auf den beiliegenden Zeichnungen sind zwei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes in. vereinfachter Dar stellungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Wärmekraftanlage, bei welcher der die Verbrennungsluft liefernde Verdichter dreigehäusig ausgebildet ist und der Verdich ter der Überlastgruppe sich mit dem erstge nannten Verdichter in Reihe schalten lässt.
Fig. 2 zeigt eine Wärmekraftanlage, bei welcher der die Verbrennungsluft liefernde Verdichter zweigehäusig ausgebildet und der Verdichter der Überlastgruppe zu jenem Ver dichter parallel geschaltet ist.
In Fig. 1 bezeichnen 1, 2 und 3 die drei Teile eines dreigehäusigen Verdichters, der Verbrennungsluft durch eine Leitung 4 aus der Umgebung ansaugt und sie nach erfolgter Verdichtung durch eine Leitung 5, von wel cher ein Teil in einem Wärmeaustauscher 6 untergebracht ist, in eine Brennkammer 7 för dert. Letzterer wird durch eine Leiturig 8 der benötigte Brennstoff zugeführt. 9 bezeichnet eine in die Leitung 4 eingebaute Rückschlag klappe, und 10, 11 sind Zwischenkühler für die zu verdichtende Verbrennungsluft.
Die in der Brennkammer 7 erzeugten Treibgase wer den in einer Verbrennungsturbine 12 ent spannt, welche den Hochdruckteil 3 des er wähnten Verdichters, sowie einen als Gene rator 13 ausgebildeten Nutzleistungsempfän ger antreibt. Die aus der Turbine 12 strömen den Treibgase gelangen durch eine Leitung 14 in eine zweite Brennkammer 15, der durch eine Leitung 16 auch Brennstoff zugeführt wird. Die zufliessende Brennstoffmenge lässt sich mittelst eines Ventils 17, das in Abhän gigkeit vom Betriebszustand in irgendeinem Teil der Anlage eingestellt wird, regeln.
Die Treibgase werden somit in der Brennkammer 15 wieder aufgeheizt und strömen alsdann nor malerweise durch eine Leitung 18 in eine zweite Verbrennungsturbine 19, wo sie sich weiter entspannen. Die Verbrennungsturbine 19 ist somit der Turbine 12 nachgeschaltet und sie treibt die zwei Verdichterteile 1 und 2 an. Die zwei Turbinen 12 und 19 können mit von einander unabhängigen Drehzahlen laufen.
Der beschriebenen Wärmekraftanlage ist eine Überlastgruppe zugeordnet, welche einen Verdichter 20 und eins Verbrennungsturbine 21 aufweist, wobei letztere zum Antreiben des Verdichters 20 dient. In die Austrittsleistung 22 der Verbrennungsturbine 21 ist ein Ab sperrorgan 23 eingebaut, dessen Einstellung von einem Drehzahlregler 25 der Maschinen gruppe 1, 2, 19 beherrscht wird. Solange die Drehzahl dieser Gruppe nicht über einen fest gesetzten Wert steigt, ist das Absperrorgan 23 g eschlossen und die Verbrennungsturbine 21 gibt keine Leistung ab.
Sobald aber jener fest gesetzte Drehzahlwert überschritten wird, so dass eine weitere Steigerung der von der Gruppe 3, 12 erzeugten Leistung durch Er höhender Drehzahl der Gruppe 1, 2, 19 nicht mhr möglich ist, so bewirkt der Regler 25 das Öffnen des Absperrorganes 23. Es gelangen nun Verbrennungsgase aus der Brennkammer 15 durch eine Leitung 24 auch in die Ver brennungsturbine 21, wo sie sich unter Lei stungsabgabe entspannen.
Die Verbrennungs turbine 21 ist dann der Verbrennungsturbine 19 parallel geschaltet, und sie wird von der gleichen Brennkammer 15 wie diese Turbine 19 gespiesen. Die Verbrennungsturbine 21 gibt ihre Leistung an den Verdichter 20 ab, der Luft aus der Umgebung ansaugt und in die Leitung 4 des Verdichters 1, 2, 3 fördert, also mit letzterem in Reihe geschaltet ist. Dadurch wird der Ansaugedruck des Verdichters 1, 2, 3 erhöht und folglich der Enddruck der von letzterem geförderten Verbrennungsluft auf ein höheres Niveau gebracht.
Die Verbren nung in den Brennkammern 7 und 15 geht somit unter höherem Druck vor sich, so dass für die Turbinen 12 und 19 nun ein grösseres Wärmegefälle zur Verfügung steht und sie daher mehr Leistung abgeben können.
Da die Abwärme der aus der Verbren nungsturbine 21 der Überlastgruppe strömen den Gase nicht weiter ausgenutzt wird, wird die mit Hilfe der Gruppe 20, 21 erzeugbare Überlast mit einem verhältnismässig ungünsti gen Wirkungsgrad erzeugt, was sich aber in Kauf nehmen lässt, da ja die Überlastgruppe 20, 21 nur so lange in Betrieb ist, als die Lei stung, für welche die eigentliche Wärmekraft anläge ausgelegt ist, zu überschreiten ist.
26 bezeichnet einen Drehzahlregler der Gruppe 3, 12, 13, welcher auf das Brenn stoffventil 17 einwirkt. 27 und 28 sind Hilfs motoren zum Inbetriebsetzen .der Anlage.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungs- form weist der die Verbrennungsluft fördernde Verdichter der Wärmekraftanlage zwei auf -veschiedenen Wellen angeordnete Teile 30, 31 auf. Die in diesem Verdichter 30, 31 auf den vorgeschriebenen Druck verdichtete Verbren nungsluft strömt durch eine Leitung 32 und anschliessend durch einen Wärmeaustauscher 43 in eine Verbrennungskammer 34, der durch eine Leitung 35 der erforderliche Brenn stoff zufliesst. Die in der Verbrennungskam- mer 34 erzeugten Treibgase strömen durch eine Leitung 36 in eine Verbrennungsturbine 57, welche den Verdichterteil 31 antreibt.
Die in der Turbine 37 zum Teil entspannten Ver brennungsgase gelangen durch eine Leitung 38 in eine zweite Brennkammer 39, der durch eine Leitung 40 Brennstoff zuströmt. Die in der Brennkammer 39 erzeugten Treibgase treten normalerweise durch eine Leitung 41 in eine zweite Verbrennungs turbine 42 über, welche den Verdichterteil 30 und einen als Generator 43a ausgebil deten Nutzleistungsempfänger treibt. Die Ab gase der Verbrennungsturbine 42 durchströ menden Wärmeaustauscher 43, wo sie Wärme an die durch die Leitung 32 strömende Ver brennungsluft abgeben.
Auch in diesem Fall ist der Wärmekraft anlage eine Überlastgruppe zugeordnet, wel- ehe eine Verbrennungsturbine 44 und einen von letzterer angetriebenen Verdichter 45 auf weist. Die Eintrittsleitung 46 der Verbren nungsturbine 44 ist bei 47 an die Leitung 41 angeschlossen, und die Austrittsleitung 48 die ser Turbine 44 mündet in einen Raum eines Wärmeaustauschers 49; an diesen Raum ist auch eine Ableitung 50 mit einstellbarem Ab schlussorgan 51 angeschlossen. Die Einstellung des Abschlussorganes 51 wird vom Drehzahl regler 54 der Maschinengruppe 37, 31 be herrscht. 55 bezeichnet einen Drehzahlregler der Gruppe 30, 42, 43a, welcher auf das Brennstoffventil in der Leitung 35 einwirkt.
Bei offenem Abschlussorgan 51, was der Fall sein wird, wenn die von der Gruppe 30, 42, 43a bei einem Höchstwert der Drehzahl der Gruppe 31, 3 7 verlangte Leistungsabgabe noch zunimmt, können Treibgase aus der Lei tung 41 durch die Leitung 46 auch zur Ver brennungsturbine 44 der Überlastgruppe ge lingen, so dass diese Turbine nun Leistung an den Verdichter 45 abgibt. Die Turbine 44 ist jetzt der Turbine 42 parallel geschaltet, und diese beiden Turbinen werden dabei von der gleichen Brennkammer 39 gespiesen.
Der Ver dichter 45 saugt nun durch die Leitung 52 Luft aus der Umgebung an und fördert sie durch eine Leitung 53 und anschliessend durch den Wärmeaustauscher 49 unmittelbar in die Brennkammer 39, in welcher die Treibgase zwischen den zwei Verbrennungsturbinen 37 und 42 aufgeheizt werden, so dass diese Kam mer 39 zusätzlich aufgeladen wird.
Dadurch wird einmal das in der Turbine 37 verarbeitete Gefälle verkleinert, wobei: zweckmässig der Leistungsausgleich durch erhöhte Brennstoff zufuhr durch Leitung 35 ausgeglichen wird, anderseits wird aber das in der Turbine 42 erzeugte Gefälle vergrössert und damit die normale Drehzahl der Gruppe 30, 42, 43a auf recht erhalten bezw. wenn der Generator 43a mit einem Netz parallelläuft, die gewünschte Leistungsabgabe erzielt.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 arbeitet die Überlastgruppe 44, 45 mit besserem Wir kungsgrad als bei der Anordnung nach Fig. 1, da bei jener die Abgase der Verbrennungstur bine 44 im Wärmeaustauscher 49 noch Wärme an die vom Verdichter 45 :durch die Leitung 53 in die Brennkammer 39 geförderte Ver brennungsluft abgeben.
Zweckmässig wird das Abschlussorgan, welches den Durchfluss von Treibgasen durch die Verbrennungsturbine der Überlastgruppe beherrscht, so ausgebildet, dass es auch in der Schliesslage dauernd noch so viel Treibgase aus einer der Verbrennungskammern der Wärmekraftanlage durch jene Verbrennungs turbine strömen lässt, dass letztere, und somit auch der von ihr angetriebene Verdichter, dauernd mit geringer Drehzahl läuft und stets vorgewärmt bleibt, so dass sich die Überla.st gruppe jederzeit sofort voll belasten lässt.