CH253088A - Gasturbinenanlage mit mindestens zwei auf verschiedenen Wellen angeordneten, hintereinandergeschalteten Gasturbinen und von diesen angetriebenen, ebenfalls hintereinandergeschalteten Kompressoren. - Google Patents

Gasturbinenanlage mit mindestens zwei auf verschiedenen Wellen angeordneten, hintereinandergeschalteten Gasturbinen und von diesen angetriebenen, ebenfalls hintereinandergeschalteten Kompressoren.

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CH253088A
CH253088A CH253088DA CH253088A CH 253088 A CH253088 A CH 253088A CH 253088D A CH253088D A CH 253088DA CH 253088 A CH253088 A CH 253088A
Authority
CH
Switzerland
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pressure
gas turbine
series
turbine
compressors
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Application number
Other languages
English (en)
Inventor
Cie Aktiengesellschaft Boveri
Original Assignee
Bbc Brown Boveri & Cie
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/30Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description


  Gasturbinenanlage mit mindestens zwei auf verschiedenen Wellen angeordneten,  hintereinandergeschalteten Gasturbinen und von diesen angetriebenen, ebenfalls  hintereinandergeschalteten Kompressoren.    Bei Gasturbinenanlagen mit mindestens  zwei auf verschiedenen Wenen angeordneten,  bintereinandergeschalteten Turbinen und von  diesen angetriebenen, ebenfalls hinterein  andergeschalteten Kompressoren hat man  @is jetzt für stationäre Zwecke sowie auch für  Schiffsantriebe stets nur eine der beiden  Gruppen, bestehend aus Turbine und Kom  pressor bzw.

   Kompressoren, zur Abgabe von  Nutzleistung nach aussen vorgesehen,     einer-          um    eine einfache Anlage zu erhalten,  anderseits, um mit der andern Gruppe in der  Drehzahl frei zu sein, sie bei Teillasten sen  ken und so kleinere Luftmengen fördern zu  können, da sieh dies auf den Teillastwirkungs  grad günstig auswirkt.  



  In weiterer Ausbildung einer solchen An  lage sind gemäss der Erfindung Umgehungs  leitungen und Absperrorgane vorgesehen und  die Zwischendrücke zwischen den einzelnen  Turbinen und Kompressoren bei Normal  betrieb so gewählt, dass jede Gruppe für sieh  allein betrieben werden sowie nach aussen  Nutzleistung abgeben kann. Die Nutzleistun  gen jeder Gruppe können beispielsweise über  ein gemeinsames Getriebe weitergeleitet oder  auch unabhängig voneinander in die die Lei  stung umsetzenden Maschinen abgegeben  werden.  



  Man erreicht hierdurch folgende Vor  teile:    a) Das Getriebe wird leichter, wenn zwei  oder mehrere Kraftangriffe auf das gleiche  Rad wirken.  



  b) Jede Gruppe kann für sich, im Falle  einer Havarie der andern, selbständig betrie  ben werden, so dass jede für die andere eine  Reserve darstellt.  



  Die Erfindung ist auf der Zeichnung in  einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die  Figur zeigt eine Gasturbinenanlage beispiels  weise für Schiffsantrieb. Sie ist zweiwellig,  Wellen p und q, und hat beispielsweise in der  Niederdruckgruppe mit Turbine l zwei Kom  pressoren b, d mit Zwischenkühlern c, e, in  der     Hochdruckgruppe    mit Turbine i nur einen  Kompressor f . Die Luft tritt. bei a in den Kom  pressor b ein, der sie durch den Kühler c in  den zweiten Kompressor d fördert, von wo  sie durch den zweiten Kühler e und bei Hin  tereinanderschaltung in den dritten Kom  pressor<I>f</I> auf der Hochdruckwelle<I>q</I> strömt.  Zu diesem Zweck ist Absperrorgan t geöffnet  und     Absperrorgan        u    geschlossen. Dann tritt.

    die fertig     verdichtete    Luft, nachdem sie im       Luftvorwärmer    g durch Abgase erhitzt  wurde, in die     Hochdruclzbrennkammer        lz    ein,  wo sie zum Teil zur Verbrennung von 01  und der Rest zur Abkühlung der dabei ent  stehenden Gase dient.

   Nachdem diese Gase  in der     lIochdruekga.#-zturbine        i    auf den     g2-          -wünschten        Teildruck    entspannt und abge-      kühlt worden sind, treten sie bei geöffnetem  Absperrorgan v und geschlossenem Absperr  organ w in die Niederdruckbrennkammer k  über, in der vermöge des grossen Luftüber  schusses der Gase wieder so viel Ö1 verbrannt  wird, dass die für deren weitere Expansion in  der Niederdruckturbine l erwünschte Tempe  ratur erreicht wird. Schliesslich strömen die  Abgase durch die Leitung m und den Wärme  austauscher g in die Atmosphäre. So arbeitet  die Anlage bei Normalbetrieb.

   Die Leitung n  mit der Rückschlagklappe o, die nur in der  Richtung des eingezeichneten Pfeils öffnet,  dient der nachbesehriebenen Teillastrege  lung bzw. zur Verhütung des Pumpens. Die       Niederdruckwelle    p     und    die     Hochdruckwelle     q übertragen die Nutzleistung der beiden  Gruppen auf das gemeinsame Getrieberad r  und damit an die Schraube s.  



  Der Hochdruckwelle gibt man zweck  mässigerweise eine höhere Drehzahl und so  mit auch ein kleineres     Ritzel    als der Nieder  druckwelle, welche die grösseren und schwe  reren     Maschinen    vereinigt als die Hochdruck  welle.  



  Aus dem gleichen Grunde kann man die  Hochdruckgasturbine auch mit einer höhe  ren Temperatur betreiben als     dieNiederdruck-          gasturbine.     



  Statt eines einfachen kann man bei  Schiffsantrieben auch ein Doppelgetriebe zur  Übertragung der Leistung an den oder die  Propeller verwenden oder eine aus Generator  und Motor bestehende elektrische Anlage be  kannter Art. Als Schraube wählt man insbe  sondere bei     direktem    Propellerantrieb mit  grossem Vorteil einen Verstellprorpeller, nicht  nur, weil er die Rückwärtsfahrt auf technisch  einfache und einwandfreie Art gestattet, son  dern auch wegen seiner Anpassungsfähigkeit  an die verschiedensten Betriebsbedingungen  bei Vorwärtsfahrt. Ein grosser Vorteil dieser  Anordnung ist der, dass jede Gruppe bei Ha  varie der andern für sich betrieben werden  kann, wie nachstehend erläutert.  



  In diesem Falle wird bei Ausfall der Hoch  druckgruppe i, f auf der Luftseite das Ab-    Sperrorgan t geschlossen und die Welle q vom  Getriebe r abgekuppelt. Die Rückschlag  klappe o wird bei Betrieb der     Niederdruck-          bruppe    durch den Leitung n durchziehenden  Luftstrom geöffnet. Auf der Treibgasseite  wird das Absperrorgan v geschlossen. Bei  Ausfall der Niederdruckgruppe 1, b, d werden  ebenfalls die Organe t und v geschlossen, da  gegen die Organe     u    und w geöffnet. Welle<I>p</I>  wird vom Getriebe r abgekuppelt. Der Hoch  druckkompressor saugt nun Luft bei x an,  während die Abgase der Turbine i durch die  Leitung y entweichen.

   In diesem Fall gibt die       Hochdruckgruppe    eine um so kleinere Nutz  leistung ab, je höher ihr Ansaugedruck im  Normalbetrieb ist. Man lässt daher zweck  mässig das     Druckverhältnis    der in Serie ge  schalteten     Kompressoren    vom ersten bis zum  letzten zunehmen, damit der     Ansaugedruck     der Hochdruckgruppe tiefer gehalten werden  kann, was zur Folge hat, dass, wenn sie allein  läuft, ihre Nutzleistung grösser wird.  



  Man     kann    beim Entwurf der Anlage von       vorneherein    die Nutzleistung durch entspre  chende Wahl der     Zwiscbendriieke    zwischen  den Turbinen und     Kompressoren    von bei  spielsweise zwei     Gruppen    auf diese gleich  oder in bestimmten, durchaus bekannten  Grenzen verschieden verteilen.

   Würde der  Zwischendruck zwischen den hintereinander  geschalteten Kompressoren<I>d</I> und<I>f</I> beispiels  weise 3     ata;    und     zwischen    den hintereinander  geschalteten Turbinen<I>i</I> und<B>16</B>     ata    betragen,  so     wäre    ein getrennter Betrieb der Gruppen,  bei Vorhandensein je eines Generators auf den  Wellen p,     q,    bzw. ein Alleinbetrieb einer       Gruppe,    gar nicht     möglich,-    da der Kompressor  d nicht gegen einen Druck von 6     ata,    für den  die     Niederdruckturbine        ausgelegt    wäre, arbei  ten könnte, sondern ins Pumpen geraten  würde.

   Wird aber zwischen den beiden Tur  binen,ein Druck von 3     a,ta    gewählt, so ist ein  getrennter Betrieb bzw. ein     Alleinbetrieb    der       Niederdruckgruppe    durchaus möglich. Daran       ändern    auch geringe     Abweichungen    der       Drücke    in gewissen Grenzen nichts.  



  Wenn bei     Teilläst    mit gutem Wirkungs  grad gefahren werden soll, so muss die Dreh-      zahl der Gruppen beträchtlich gesenkt werden  können.  



  Solange die einzelnen Gruppen mecha  nisch unabhängig voneinander sind und das  Druckverhältnis pro Gruppe nicht zu hoch  ist, ergibt diese Drehzahlsenkung keine  Schwierigkeiten. Man lässt jede Gruppe mit  ihrer günstigsten Drehzahl laufen.  



  Sind die Druckverhältnisse pro Gruppe  gross oder sind hintereinandergeschaltete  Gruppen wie im Beispiel durch ein Getriebe  starr miteinander verbunden, so werden die  Drehzahlsenkungen durch folgenden Umstand  beschränkt:  Das Verhältnis der Schaufelhöhen der  kompressoren entspricht dem Kompressions  verhältnis bei Vollast und wird bei Teillasten  falsch. Bei Teillasten sind bei reduzierter  Drehzahl die Schaufelhöhen des oder der  Hochdruckkompressorstufen zu klein, was  schlechte Wirkungsgrade und sogar unstetige  Förderung infolge von Ablösungserscheinun  gen in dem oder den Niederdruck-Kompressor  stufen zur Folge hat. Dies beeinträchtigt den  Betrieb.

   Diesem Umstand kann zweckmässig  dadurch entgegengewirkt werden, dass man  bei kleiner werdenden Volumina einen Teil  der von den Niederdruck-Kompressorstufen  geförderten Luft durch die Leitung n direkt  vo rderen Brennkammer h schickt, statt sie  dem zweiten oder weiteren Kompressoren zu  zuführen: dadurch wird bei einer gegebenen  Drehzahl die in dem zweiten oder in weiteren  Kompressoren zu verdichtende Luftmenge  vermindert, wie angestrebt. Es ist dabei nicht  richtig, wie schon vorgeschlagen wurde, schon  von Normallast an abwärts Luft übertreten  zu lasen. Da diese Luft einen Prozess mit  schlechtem thermischem Wirkungsgrad durch  läuft, lässt man die Überströmung besser erst  dann einsetzen, wenn die Drehzahl bereits  etwas abgefallen ist.

   Dies erreicht man da  durch, dass man bei Normaldrehzahl den  Druck nach den von der Niederdruckturbine  angetriebenen Kompressoren niedriger hält  ala denjenigen zwischen den Turbinen. Bei  abnehmender Belastung und sinkender Dreh-    zahl nehmen dann zwar beide Drücke ab, es  steigt jedoch der Druck zwischen den Kom  pressoren relativ gegenüber demjenigen zwi  schen den Turbinen, so dass bei einer im vor  aus bestimmbaren Teildrehzahl das Über  strömen von Luft nach der     Niederdruck-          brennkammer    einsetzt, indem sich die Rück  schlagklappe o in der Leitung n öffnet, die  bis dahin das Überströmen von Gas in die  Luft verhütet hat.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Gasturbinenanlage mit mindestens zwei auf verschiedenen Wellen angeordneten, hin tereinandergeschalteten Gasturbinen und von diesen angetriebenen, ebenfalls hinterein andergeschalteten Kompressoren, dadurch ge kennzeichnet, dass Umgehungsleitungen und Absperrorgane vorgesehen und die Zwischen drücke zwischen den einzelnen Turbinen und Kompressoren bei Normalbetrieb so gewählt sind, dass jede Gruppe für sich allein betrie ben werden sowie nach aussen Nutzleistung abgeben kann. UNTERANSPRÜCHE: 1. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckver hältnis der in Serie geschalteten Kompresso ren vom ersten bis zum letzten zunimmt. 2.
    Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage so ausgelegt ist, dass im Normalbetrieb der Druck auf der Kompressorseite einer Umge hungsleitung tiefer ist als auf der Turbinen seite. 3. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungs leitungen gleichzeitig als Luftüberströmlei- tungen bei kleineren Drehzahlen der Gruppen dienen. 4. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase einer Turbine höheren Druckes wieder erhitzt werden, bevor sie in eine Turbine niedrigeren Druckes übertreten.
    5. Gaeturbinenanlage nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da-ss eine Turbine höheren Druckes mit höherer Temperatur be trieben wird als eine Turbine niedrigeren Druckes. 6. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase der Niederdruckgasturbine in einem Wärme- austauscher die aus dem Kompressor einer andern Gruppe in die zugehörige Brenn kammer übertretende Luft vorwärmen.
CH253088D 1946-10-29 1946-10-29 Gasturbinenanlage mit mindestens zwei auf verschiedenen Wellen angeordneten, hintereinandergeschalteten Gasturbinen und von diesen angetriebenen, ebenfalls hintereinandergeschalteten Kompressoren. CH253088A (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2683964A (en) * 1950-07-03 1954-07-20 Anxionnaz Gas turbine power plant of widely variable output
US2787886A (en) * 1951-11-17 1957-04-09 Garrett Corp Aircraft auxiliary power device using compounded gas turbo-compressor units
US5119624A (en) * 1989-06-15 1992-06-09 Rolls-Royce Business Ventures Limited Gas turbine engine power unit

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US2787886A (en) * 1951-11-17 1957-04-09 Garrett Corp Aircraft auxiliary power device using compounded gas turbo-compressor units
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