Gasturbinenanlage. Die Erfindung bezieht sich auf eine Gass- turbinenanlage, bei der ein Teil des gas- förmigen Arbeitsmittels unter Verdichtung in mindestens einem Verdichter und Ent- spannung in mindestens einer Turbine in einem Kreislauf umströmt,
aus welchem ständig eine Teilmenge entnommen und in mindestens einer Turbine entspannt wird und in welchen als Ersatz für die Entnahme durch mindestens einen Verdichter Luft wieder eingeführt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, da.ss die Turbine, welche die Nutzleistung erzeugt, durch den aus dem Kreislauf entnommenen Teil des.
Arbeitsmittels beaufschlagt ist und zusätz lich mindestens einen der Verdichter an treibt. Solche Gasturbinenanlagen eignen sich insbesondere zum Antrieb von Schiffen, weil bei diesen die Drehzahl der Nntz- leistungsturbine mit der Leistung steigt.
Zweckmässig wird die Nutzleistungslur- bine zusätzlich denjenigen Verdichter an treiben, welcher Luft als Ersatz für die entnommene Teilmenge in den Kreislauf einführt. Es könnte aber in besonderen Fällen auch einer der Kreislaufverdichter durch die Nutzleistungsturbine angetrieben werden.
Die Nutzleistungsturbine kann in zwei Teile aufgeteilt sein, zwischen denen das Arbeitsmittel in einem Gaserhitzer erhitzt wird. Hierbei können die beiden Teile in einem gemeinsamen Gehäusie untergebracht oder durch separate Turbinen gebildet sein, in deren Verbindungsleitung ein Gaserhitzer augeordnet ist. Diese beiden Turbinen sind dann auf der gleichen Welle angeordnet.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs- gegenstandes ist auf der Zeichnung verein facht dargestellt.
Die durch die Verdichter 1 und 2 unter Zwischenkühlung im Kühler <B>3</B> verdichtete Luft wird zum einen Teil durch eine Leitung 4 dem Wärmeaustau'scher 5 und zum andern Teil durch eine Leitung 6 dem Wärmeaus- tauscher 7 zugeführt. Die beiden parallel im Luftstrom liegenden Wärmeaustauscher 5 und 7 kommen als
Vorwärmer zur Wir- kung. Die Verteilung der Luft auf die beiden Wärmeaustauseher wird durch in die Leitungen 4 und 6 eingebaute Durchfluss- organe 8 und 9 den B:etriebse.rfordernissen angepasst. Die beiden Teilmengen der Luft vereinigen sich in vorgewärmtem Zustand in der Leitung 10, um erneut an der Stelle 11 in zwei Teile aufgeteilt zu werden. Der eine Teil strömt durch die Leitung 12 in den die Rohre 13 des Lufterhitzers 14 um gebenden Raum.
In erhitztem Zustand ge langt dann die verdichtete Luft durch die Leitung 15 in. die Turbine 16, wo sie unter Entspannung und Abkühlung einen wesent lichen Teil ihrer Energie an den Läufer abgibt.
Die entspannte Luft strömt durch die Leitung 17 in den Wärmeaustauschex 5, in welchem sie beim Durchströmen der Rohre 18 die durch die Leitung 4 zugeführte Teilmenge der verdichteten Luft vorwärmt. Nach Austritt aus dem Wärmeaustausscher 5 wird in. einem Kühler 19 der entspannten Luft ein weiterer Teil ihrer Restwärme ent zogen.
Anschliessend strömt die Luft durch die Leitung 20 in den Verdichter 1 zurück, um hier den beschriebenen Kreislauf von neuem zu beginnen.
Dem Luftkreislauf wird an der Stelle 11 ständig seins Teilmenge entnommen und durch die Leitung 21 in den Brennraum 22 des Lufterhitzern 14 eingeführt. Hier dient sie zur Verbrennung des durch den Brenner 23 zeristäubten Brennstoffes. Das. Gemiseh aus Luft und Verbrennungsgas strömt als dann durch <RTI
ID="0002.0030"> die Wärmeaustauschrohre 13, wobei die im Kreislauf umströmende Luft erhitzt wird. Nach dem Austausch eines Ten1s seiner Wärme strömt das Gasgemisch durch die Leitung 24 in die Turbine 25 und aus, dieser durch die Leitung 2'6 in den Wärmeaustauscher 7.
Beim Durchströmen durch die Rohre 27 des Wärmeaustauschers 7 wird,ein Teil der Restwärme des Gasge misches an die durch die Leitung 6 zuge führte: Teilmenge der verdichteten Luft des Kreislaufes übertragen.
Nach Verlassen des Wärmeaustausohers 7 strömt das Gas gemisch durch die Leitung 28 an weitere nicht gezeichnete Verbrauchsstellen, zum Beispiel in Abwärmeverwertar oder unmittel- bar ins Freie.
Zum Ersatz für den dem Kreislauf an der Stelle 11 entnommenen Teil der Luft wird durch den Verdichter 29 Luft aus der : Atmosphäre entnommen, verdichtet und durch die Leitung 30 in die den Wärmeaus= tauscher 5 mit -dem Kühler 19 verbindende Leitung 31 des Kreislaufes eingeführt.
Beim Betrieb mit normaler Last wird durch den Verdichter 29 die Luft auf etwa 3 atü ver dichtet, mit welchem Druck sie dem Nieder- druckverdicUter 1 zuströmt. Am Austritt aus dem Hochdruckverdichter 2 ist die Luft des Kreislaufes auf einen Enddruck von ungefähr 12 atü verdichtet. Mit diesem Druck strömt die Luft in die Turbine 16, um unter Arbeitsleistung wieder auf den ursprünglichen Druck von ungefähr 3 atü entspannt zu werden.
Zur Veränderung der Leistung wird beispielsweise durch Ver ändern der Drehzahl des Verdichters 29 oder Verstellen seines Leitapparates oder Einstellen eines Drosselorganes der Verdich- tungsenddruck in der Leitung 30 verändert. Bei Leerlauf wird die Ersatzluft ungefähr mit 0,2 atü, bei höchster Überlast ungefähr mit 3,
5 atü durch die Leitung 30 in den Kreislauf des Arbeitsmittels eingeführt. Die Höchstdrücke im Kreislauf stellen sich dann am Austritt des Verdichters 2 auf 3 bezw. 16 atü. Das Verdichtungsverhältnis im Kreislauf wird somit bei Veränderung der Leistung !ebenso verändert, und zwar ist es bei niedriger Leistung wesentlich kleiner als bei grosser Leistung.
Durch Ver- änderung des Verdichtungsverhältnisses im Kreislauf lässt sich der Regelbereich ohne Inkaufnahme wirtschaftlicher Nachteile be deutend erweitern. Kann auf besonders hohe Wirkungsgrade verzichtet werden, so kann die Leistung der Anlage noch weiter erhöht werden, indem der Druck der Ersatzluft schon bei Normallast, z. B. auf 4-5 atü, erhöht wird. Der höchste Druck im Kreislauf bei Normallast wird dann ebenso über 12 atü z. B. auf 20 atü oder noch höher ansteigen.
Die durch die Luft des Kreislaufes be- aufschlagte Turbine 16 treibt die Kreislauf- verdichter 1 und 2. Mit der aus den Ma sehinen 1, 2 und 16 bestehenden Maschinen- gruppen ist noch eine elektrische Hilfsma- schiene 32 gekuppelt,
welche nach Bedarf als Motor oder als Generator zur Wirkung kom men und so zum Anlassen der Anlage und zum Ausgleich eines Leistungsmangels oder eines Leistungsüberschusses an der Turbine 16 herangezogen werden kann. Die durch das Gasgemisch des Lufterhitzers beauf- schlagte Turbine 25 erzeugt die Nutz leistung. Sie treibt über das Getriebe 33 und die Welle 34 eine als; Verstellpropeller aus- gebildesbe Schiffsschraube 35.
Gleichzeitig treibt die Turbine 25 auch den die Ersatz luft in den Kreislauf einführenden Verdich ter 29. Die Turbine 25 könnte in zwei Teile auf geteilt sein, zwischen denen das Gasgemisch in einem Gaserhitzer nochmals erhitzt wird. Diese beiden Teile könnten unter Umständen durch separate Turbinen gebildet sein, die miteinander auf der gleichen Welle ange ordnet sind. Der Gasierhitzer wäre dann in die Verbindungsleitung eingebaut.
Der Gas- erhitzer kann in diesem Fall aus einer ein fachen Brennkammer bestehen, in welcher mit dem im Gasgemisch noch enthaltenen Sauerstoff Brennstoff verbrannt wird. Durch die Nutzleistungsturbine 25 könnte gegebenenfalls auch einer der Kreisläufver- dichter 1 oder 2 angetrieben werden.
Der die Ersattzluft fördernde Verdiohter 29 müsste dann durch eine weitere Turbine oder durch die Turbine 16 angetrieben werden.
Gas turbine plant. The invention relates to a gas turbine system in which part of the gaseous working medium flows around in a circuit with compression in at least one compressor and expansion in at least one turbine,
from which a partial amount is continuously withdrawn and expanded in at least one turbine and in which air is reintroduced as a replacement for the withdrawal by at least one compressor. The invention is characterized in that the turbine, which generates the useful power, through the part of the that is removed from the circuit.
Working medium is acted upon and additionally Lich drives at least one of the compressors. Such gas turbine systems are particularly suitable for driving ships, because in these, the speed of the power turbine increases with the power.
The useful power turbine will also drive that compressor which introduces air into the circuit as a replacement for the partial amount withdrawn. In special cases, however, one of the cycle compressors could also be driven by the power turbine.
The power turbine can be divided into two parts, between which the working fluid is heated in a gas heater. In this case, the two parts can be accommodated in a common housing or formed by separate turbines, in the connecting line of which a gas heater is arranged. These two turbines are then arranged on the same shaft.
An embodiment of the subject matter of the invention is shown simplified on the drawing.
The air compressed by the compressors 1 and 2 with intermediate cooling in the cooler 3 is supplied on the one hand through a line 4 to the heat exchanger 5 and on the other hand through a line 6 to the heat exchanger 7. The two parallel heat exchangers 5 and 7 in the air flow come as
Preheater to take effect. The distribution of the air to the two heat exchangers is adapted to the operating requirements by means of flow organs 8 and 9 built into the lines 4 and 6. The two partial quantities of the air combine in the preheated state in the line 10, in order to be again divided into two parts at the point 11. One part flows through the line 12 into the tubes 13 of the air heater 14 to give space.
In the heated state, the compressed air then reaches through the line 15 in. The turbine 16, where it releases a wesent union part of its energy to the rotor while relaxing and cooling.
The relaxed air flows through the line 17 into the heat exchange ex 5, in which it preheats the partial quantity of the compressed air supplied through the line 4 as it flows through the tubes 18. After exiting the heat exchanger 5, a further part of its residual heat is withdrawn from the relaxed air in a cooler 19.
The air then flows back through the line 20 into the compressor 1 in order to start the cycle described again here.
The air circuit is constantly withdrawn its partial amount at the point 11 and introduced through the line 21 into the combustion chamber 22 of the air heater 14. Here it is used to burn the fuel atomized by the burner 23. The. A mixture of air and combustion gas then flows through <RTI
ID = "0002.0030"> the heat exchange tubes 13, the air flowing around the circuit being heated. After a portion of its heat has been exchanged, the gas mixture flows through the line 24 into the turbine 25 and out, and this through the line 2'6 into the heat exchanger 7.
When flowing through the tubes 27 of the heat exchanger 7, part of the residual heat of the Gasge mixture to the fed through the line 6: transferred part of the compressed air of the circuit.
After leaving the heat exchanger 7, the gas mixture flows through the line 28 to other consumption points (not shown), for example in waste heat recovery or directly into the open.
To replace the part of the air removed from the circuit at point 11, the compressor 29 removes air from the atmosphere, compresses it and introduces it through line 30 into line 31 of the circuit connecting the heat exchanger 5 to the cooler 19 .
During operation with normal load, the compressor 29 compresses the air to approximately 3 atmospheres, at which pressure it flows to the low-pressure compressor 1. At the outlet from the high-pressure compressor 2, the air in the circuit is compressed to a final pressure of approximately 12 atmospheres. At this pressure, the air flows into the turbine 16 in order to be expanded again to the original pressure of approximately 3 atmospheres while performing work.
To change the power, the final compression pressure in the line 30 is changed, for example, by changing the speed of the compressor 29 or adjusting its guide apparatus or adjusting a throttle element. When idling, the substitute air is approximately 0.2 atmospheres, with maximum overload approximately 3,
5 atü introduced through line 30 into the circuit of the working medium. The maximum pressures in the circuit then arise at the outlet of the compressor 2 to 3 respectively. 16 atü. The compression ratio in the circuit is thus also changed when the power is changed, and in fact it is much smaller at low power than at high power.
By changing the compression ratio in the circuit, the control range can be significantly expanded without accepting economic disadvantages. If particularly high levels of efficiency can be dispensed with, the performance of the system can be increased even further by increasing the pressure of the substitute air even at normal load, e.g. B. to 4-5 atm, is increased. The highest pressure in the circuit at normal load is then also over 12 atü z. B. to 20 atm or even higher.
The turbine 16 acted upon by the air in the circuit drives the circuit compressors 1 and 2. An auxiliary electrical machine 32 is also coupled to the machine group consisting of the machines 1, 2 and 16,
which come into effect as a motor or generator as required and can thus be used to start the system and to compensate for a lack of power or an excess of power on the turbine 16. The turbine 25 acted upon by the gas mixture of the air heater generates the useful power. It drives via the gear 33 and the shaft 34 as a; Variable pitch propeller designed like propeller 35.
At the same time, the turbine 25 also drives the compressor 29 introducing the replacement air into the circuit. The turbine 25 could be divided into two parts, between which the gas mixture is heated again in a gas heater. These two parts could possibly be formed by separate turbines which are arranged with one another on the same shaft. The gas heater would then be built into the connecting line.
In this case, the gas heater can consist of a simple combustion chamber in which fuel is burned with the oxygen still contained in the gas mixture. One of the rotary compressors 1 or 2 could optionally also be driven by the power turbine 25.
The compressor 29 which supplies the replacement air would then have to be driven by a further turbine or by the turbine 16.