Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zum Betrieb einer Gasturbiuenanlage und auf eine Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens. In der hiefür in Betracht kommenden Gasturbinenanlage wird ein gas förmiges Arbeitsmittel verdichtet, dann er hitzt und in mindestens einer Turbine ent spannt und mindestens bei erhöhten Leistun gen eine Zwischenkühlung des Arbeitsmittels während der Verdichtung durchgeführt.
Das Verfahren nach der Erfindung be steht darin, dass die Zwischenkühlung bei geringeren Leistungen vermiudert wird. Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Ausfüh rung des Verfahrens besitzt Mittel, mit deren Hilfe die Zwischenkühlung während der Ver dichtung des Arbeitsmittels nach Massgabe der Leistung der Anlage beeinflusst werden kaun. Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Das Diagramm nach Fig. 1 zeigt den Verlauf der Wirkungsgrade bei normaler Zwischenküh lung und unterbrochener Zwischenkühlung. Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele der Einriehtung zur Durchführung des Verfah rens nach der Erfindung.
Im Diagramm nach Fig. 1 ist als Ab szisse das Verhältnis des maximalen Druckes des Arbeitsmittels
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in der Anlage zum Eintrittsdruck des Arbeitsmittels in die Anlage und als Ordinate der Ge- samtwirkungsgrad n der Anlage in % aufge tragen. Kurve a gilt für volle Zwischenküh lung, Kurve b für vollständig unterbrochene Zwischenkühlung. Der höchste Wirkungs grad mit Zwischenkühlung lässt sich im Be reich mit einem Druckverhältnis vom Wert 10, derjenige ohne Zwischenkühlung
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beim Verhältnis
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erwarten.
Wenn auch der maximale Wirkungsgrad für unge kühlten Betrieb wesentlich unter dem maxi malen Wirkungsgrad für gekühlten Betrieb liegt, so ergibt sich doch, dass die Kurve b in einem weiteren Bereich im Gebiet höherer Werte für den Wirkungsgrad n als die Kurve a verläuft. Greift man beispielsweise das Bild für das Verhältnis
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her aus, so ergibt sich bei Betrieb mit Zwischen kühlung ein Wirkungsgrad von ungefähr 22,4%; ohne Zwischenkülung erhöht sich aber wider Erwarten der Wirkungsgrad auf ungefähr 24,0.
Wird nämlich bei geringen Druckverhältnissen die Kühlung weggelas sen, so wird wohl eine Vergrösserung des Lei stungsbedarfes für die Verdichtung verir- sacht. 'Glechzeitig wird aber auch eine gerin gere Energiemenge in Form von Kühlwärme ,aus der Anlage abgeführt.
Es ergibt sieh nun, dass in einem Bereich geringerer Dru:clz- verhältnisse der Betrag der bei Kühlung ab zuführenden Verlustwärme .den Betrag für die Mehrleistung infolge wegfallender Küh- lung übertrifft, so dass trotz urgekühlter Verdichtung ein besserer Gesamtwirkungs grad der Anlage erzielt werden kann.
Die Verbesserung beim Betrieb ohne Kühlung wird überdies dadurch noch weiter gesteigert, als die Punkte A und B nicht ein und der selben Leistung entsprechen. Wird bei einem Druckverhältnis
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bei urgekühltem Betrieb im Punkt B eine bestimmte Leistung erreicht, so wird beim gleichen Druckverhält nis
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bei gekühltem Betrieb im Punkt A eine grössere Leistung erreicht. Um bei ge kühltem Betrieb die gleiche Leistung zu ent wickeln wie im Punkt B bei ungekühltem Betrieb, ist nur ein Druckverhältnis von un gefähr 4,9 notwendig. Diesem Druckverhält nis entspricht ein Punkt A' auf der Kurve a mit einem Wirkungsgrad von ungefähr 20,2% .
Es ergibt sich also schliesslich, dass ein und dieselbe Leistung bei gekühltem Betrieb nur mit einem Wirkungsgrad von 20,2% , bei un gekühltem Betrieb aber mit einem Wirkungs grad von 24,0% erreicht werden kann. Würde man zwischen der Kurve a für Betrieb mit Kühlung und der Kurve b für Betrieb ohne Kühlung auch alle Kurven für verschiedene Teilkühlungen eintragen, so erhält man als Hüllkurve eine Kurve e, welche den best möglichen Wirkungsgraden bei verschiedenen Teilleistungen entspricht. Es ergibt sich, dass bis zu einem Druckverhältnis
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der Betrieb zweckmässig ganz ohne Zwischen kühlung durchgeführt wird. Bei einem Druckverhältnis
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über 10 wird vorteil haft die volle Zwischenkühlung verwendet.
Im Zwischenbereich wird eine den einzelnen Werten der Druckverhältnisse und den zu gehörigen Teilleistungen entsprechende Teil kühlung angewendet.
In den Gasturbinenanlagen nach Fig.2 und 3 wird mittels eines Niederdruckverdich ters 1 Luft aus der Atmosphäre angesaugt und durch eine Leitung 2 über den Zwischen kühler 3 in den Hochdruckverdichter 4 ge- führt. Aus dem Hochdruckverdichter gelangt die Luft mit einem Druck von zum Beispiel 10 atü und mehr in eine Brennkammer 5. Das hierin entstehende Gemisch aus Luft und Verbrennungsgasen beaufschlagt eine Roch druckturbine 6 und eine Mitteldruckturbine 7, um anschliessend durch eine Leitung 8 in eine Niederdruckturbine 9 geführt zu werden. Die Mitteldruckturbine 7 treibt den Niederdruck verdichter 1 und die Hochdruckturbine 6 den Hochdruckverdichter 4. Die Niederdrucktur bine 9 erzeugt die Nutzleistung.
Zum Anlas sen der Anlage ist eine elektrische Hilfs maschine 10 mit dem durch die Hochdruck turbine 6 und dem Hochdruckverdichter 4 gebildeten Aggregat gekuppelt. Die Hilfs maschine 10 kann wenn nötig auch zum Erzeugen von elektrischer Energie heran gezogen werden. Dem Brenner 11 der Brenu- kammer 5 wird durch die Leitung 12 Brenn stoff zugeführt, dessen Menge durch das Regelorgan 13 eingestellt werden kann.
Die in Fig.2 dargestellte Gasturbinen anlage treibt als stationäre Kraftanlage einen Stromerzeuger 14, welche die Nutzleistung in Farm von elektrischer Energie an ein Netz 15 abgibt. Der Zwischenkühler 3 besitzt ein System von Kühlrohren 16, durch welches Kühlwasser geführt wird. Mittels einer Um- gehuugsleitung 17 kann eine Teilmenge des Arbeitsmittels der Zwischenkühlung ent zogen werden. Diese Teilmenge wird durch die Regelorgane 18 und 19 der Belastung der Anlage entsprechend eingestellt.
Bei unter einer bestimmten Grenzteillast liegender Lei stung wird die ganze Arbeitsmittelmenge .der Zwischenkühlung dadurch entzogen, -dass das Regelorgan 18 vollständig geschlossen und das Regelorgan 19 vollständig geöffnet. ist.
m einem zweiten Teillastbereich über der erwähnten Grenzteidlast, aber unter einer zweiten Grenzteillast, wird in mit der Teil last wachsendem 'Mass 4a.s Regelorgan 18 g o eöffnet und das Regelorgan 19 entsprechend geschlossen. Bei -der zweiten Grenzteil'last durchströmt die ganze
Arbei@ts:mittelmenge ,den Zwischenkühler 3. Im dritten Bereich bei noch höherer Tcillas:t, bei Vollast und bei Überlast wird die volle Zwischenkühlung an gewendet. Es kann so erreicht werden, dass die Verdichtungsendtemperatur das Arbeits mittel vor Eintritt in die Brennkammer für alle Lasten ungefähr gleich hoch ist.
Die Anlage nach Fig. 3 dient zum An trieb eines Fahrzeuges, zum Beispiel einer Lokomotive. Die Nutzleistung wird von der Niederdruckturbine 9 auf die Welle 20 und von dieser auf mechanischem, elektrischem oder pneumatischem Weg auf die Triebachsen übertragen. Der Zwischenkühler 3 wird durch Luft gekühlt, welche mittels eines Ventila tors 21 an den Kühlflächen vorbeigeführt wird. Der Ventilator wird über ein Getriebe 22 von der Hochdruckturbine 6 angetrieben. Die Flügel 23 des Ventilators können um ihre Achse gedreht werden, wodurch die Saug wirkung in weiten Grenzen verändert wird. Die Hebel 24 der Flügel greifen in ein Ge stänge 25, welchesdurch den Servomotor 26 verstellt werden kann. Der Schieber 27 des Servomotors wird über ein Gestänge 28 vom Regelorgan 13 für die Brennstoffmenge aus betätigt.
Bei erhöhter Brennstoffmenge wird eine vergrösserte Kühlleistung und bei ernie drigter Brennstoffmenge eine verkleinerte Zwischenkühlung eingestellt. Damit wind bei erhöhter Leistung eine grössere Zwischenküh lung als bei niedrigerer Leistung durchge führt. Eine Besonderheit der Anlage nach Fig. 3 besteht darin, dass die Hochdrucktur bine 6 und die Mitteldruckturbine 7 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, ihre Läufer aber voneinander unabhängig gela gert sind.
Die Verminderung der Kühlung bei ab nehmender Leistung und die Erhöhung bei steigender Leistung kann, wie beschrieben, kontinuierlich erfolgen. Sie könnte aber auch absatzweise durchgeführt werden; es wäre sogar möglich, von einem bestimmten Teil lastbereich an abwärts überhaupt keine Zwi schenkühlung zu verwenden, aufwärts aber gleich die volle Zwischenkühlung zur Wir kung kommen zu lassen. Beim Anlassen und im Leerlaufbetrieb der Anlage könnte eine verminderte Zwischenkühlung zur Anwen- dung kommen; bei Steigerung der Leistung würde die angewendete Kühlung vorerst aber wieder vermindert oder ganz unterbrochen, um erst von der ersten Grenzteillast an auf wärts wieder eingesetzt zu werden.
Die beschriebenen Anlagen eignen sich wegen ihrer hohen Leistung bei kleinem Platzbedarf insbesondere für Fahrzeuge. Infolge des erhöhten Druckes ist die pro Ein heit des Arbeitsmittels erzeugte Leistung gross, während die Volumina im Gebiet der hohen Temperaturen sehr klein sind, so dass die baulichen Abmessungen im Hochtempera- tuxteil der Anlage besonders klein werden. Es ist so möglich, für diese Teile hochwertige Baustoffe zu verwenden, welche es wiederum erlauben, die Temperatur bis zu Höchstwer ten zu steigern. Ein ganz besonderer Vorteil der beschriebenen Anlage besteht darin, dass beachtliche Wirkungsgrade auch ohne Ver wendung von Rekuperatoren erzielt werden können.