CH256649A - Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit Nutzleistungsturbine und nachgeschalteter Abgasturbine und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens. - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit Nutzleistungsturbine und nachgeschalteter Abgasturbine und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

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CH256649A
CH256649A CH256649DA CH256649A CH 256649 A CH256649 A CH 256649A CH 256649D A CH256649D A CH 256649DA CH 256649 A CH256649 A CH 256649A
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Aktiengesellschaft Gebr Sulzer
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Sulzer Ag
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    • 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
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F02C1/08Semi-closed cycles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description


  Verfahren zum Betrieb einer     Gasturbinenanlage    mit     Nutzleistungsturbine     und nachgeschalteter Abgasturbine und Einrichtung zur     Ausführung    des Verfahrens.    Die- Erfindung bezieht sich auf ein Ver  fahren zum     Betrieb    einer     Gasturbinenanlage,     in welcher     Arbeitsmittel    in mindestens       einem    Verdichter     verdichtet,    dann erhitzt,       weiter    mindestens     in    einer Turbine     entspannt     und wieder zum Verdichter zurückgeführt  wird,

   wobei diesem Kreislauf des Arbeitsmit  tels ständig eine Teilmenge     entnommen    und  in einer     Nutzleistungsturbine        und    einer nach  geschalteten Abgasturbine entspannt wird,  während ein von der Abgasturbine angetrie  bener Verdichter frisches     Arbeitsmittel    als  Ersatz dem Kreislauf wieder     zuführt    und  auf eine Einrichtung zur     Ausführung    des  Verfahrens.  



  Eine     Umführung        von.        Arbeitsmittel    um  die     Nutzleistungsturbine        isst    notwendig, um  bei kurzzeitiger     Verminderung    oder bei Un  terbrechung der Nutzleistung den Betrieb der  übrigen Anlage     ?n    einem Mass aufrechterhal  ten zu     können,    um bei Steigerung der     Ble-          lastung    die Abgabe von Nutzleistung ohne  Verzögerung wieder aufnehmen bzw. ver  stärken zu können.

   Wird das     Arbeitsmittel     durch eine Umgehungsleitung um die Nutz  leistungsturbine     umgeführt,    so erhält die     Ab-          P   <B>0-</B>     tsmittel    von     wesentlicli          sturbine        Arbei     höherer Temperatur als im     Normalbetrieb,     weil eine     arbeitleis.tende        Entspannung    fehlt.

    Dies ergäbe die Notwendigkeit, die Abgas  turbine ebenso wie die     Nutzleistungsturbhie     aus hochhitzebeständigem     Baustoff    herzu  stellen, um die mechanischen BeanspruQhun-    gen wie bei der     Nutzleistungsturbine    inner  halb     niedriger        Grenzen    zu halten.

   Zur Ver  meidung des     geschilderten    Nachteils wird  gemäss     Erfindung        vorgeschlagen,    während  der     Verminderung    oder Unterbrechung der       Nutzleistung    in einer die     Nutzleistungstur-          bine    umgehenden und     in    die     Abgasturbine     führenden     Leitung    dem     umgeführten    Teil  des     Arbeitsmittels,

      Luft von niedrigerer       Temperatur        beizumischen.    Die     Einrichtung     zur Ausführung des Verfahrens nach der       Erfindung    ist dadurch     gekennzeichnet,    dass  in     einer    die     Nutzleistungsturbine        umgehen=     den und in die Abgasturbine führenden Lei  tung eine     Mischvorrichtung    angeordnet ist,

    in welcher dem     umgeführten    Teil des     Ar-          beitsmittels    Luft von geringerer     Temperatur          beigemischt    werden kann.  



  Durch eine     Zufuhrvorrichtung    kann der  Mischvorrichtung Luft aus dem     Arbeitsmit-          telkreisIauf    der Anlage zugeführt werden.  Diese     Zufuhrvorrichtung        wird    zweckmässig  am Austritt aus dem     Kreislaufverdichter    an  den     $reislauf        angeschlossen..     



  Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel  der     Einrichtung    zur Ausführung des Ver  fahrens nach der     Erfindung    an Hand     der     Zeichnung     beschrieben,    und gleichzeitig     wird     das. Verfahren gemäss der Erfindung bei  spielsweise     erläutert.     



  Der Verdichter 1 verdichtet das aus der       Leitung    2 zuströmende     Arbeitsmittel,    wobei       im,    Kühler 3 eine     Zwischenkühlung    erfolgt,           und    fördert es in verdichtetem Zustand     teil-          weise    durch die     Leitung    4 in     einen        Wärme-          austauscher    5 und     teilweise    durch die     Lei-          tung    6     in    einen     Wärmeaustauscher    7.

   Das im       Wärmeamtauscher    5 vorgewärmte     Arbeits-          mittel        strömt    durch die     Leitung    8     in    den das       Rohrsystem    9 des Gaserhitzers 10 umgeben  den Raum. Das erhitzte     Arbeitsmittel    strömt  dann durch die     Leitung    11 in die Turbine 12       weiter    und gelangt nach Entspannung durch  die     Leitung    13 in     dass,    Rohrsystem 14 des       Wärmeaustausehers    5.

   Hier     wird    ein Teil  der     im:        entspannten        Arbeitsmittel    noch ent  haltenen Wärme an das     durch    die Leitung 4  aus dem     Verdichter    1     ankommende        Arbeits-          mittel        überträgen.    In     einem        Kühler    15 wird  ein     weiterer        Teil    der Restwärme dem     Ar-          beitsmittel    entzogen.

       In    gekühltem Zustand  gelangt das     Arbeitsmittel    durch die     Leitung     2     wieder,        in    den Verdichter 1 zurück, wo es  den beschriebenen     Kreislauf    von neuem     be,-          ginnt:     Der durch     die    Leitung 6 dem Kreislauf  entzogene Teil des Arbeitsmittels gelangt  durch den     Wärmeaust'auscher    7 und     die    Lei  tung 16. als     Verbrennungsluft        zum    Brenner  17 des     Gaserhitzers.    10.

   Das Verbrennungs  gas strömt .durch das     Ro-hrsystem    9 und gibt  dabei einen Teil seiner Wärme an das     aus     der     Leitung    8     ankommende        Arbeitsmittel    ab.  Mit     verminderter        Temperatur    strömt das,       Verbrennungtsgasi    durch     die,        Leitung    18 in die       Nutzleistungsturbine    19.

   Die     Abgasleitung     20     besitzt        eine    -aus zwei     Durchilussorganen     21 und 22 bestehende     Umschaltvorrichtung,          mit    deren     Hilfe    das Abgas der     Nutzleistimgs-          turbine    19 nach Bedarf das,     eine    Mal dem       Wärmeaustauscher    7 und das andere Mal der       Abgasturbine    23 zugeführt werden kann.

    Das Abgas     gelangt    also     entweder        durch    den  das     Rohrsystem    24 des.     Wärmeaustausähers     7     umgebenden    Raum oder durch die     Abgas-          turbine,    23     in    die Ableitung 25.  



  Als Ersatz für     das:    dem     Kreislauf    ent  nommene     Arbeitsmittel    wird     durch    die     Lei-          tung    26 Luft der Anlage zugeführt.

   Diese  Luft kann je nach der     Einstellung    der aus  den <      1rchilussorgauen    27 und 28 bestehen-    den     Umschaltvorrichtung    entweder durch die       Leitung    20     unmittelbar    der Atmosphäre ent  zogen oder durch die     Leitung    30     in.        vorver-          dichtetem    Zustand durch den     Verdichter    31  zugeführt werden.

   Der Verdichter 31 erhält  die Luft     seinerseitsi    durch     di-e        Leitung    3-2 aus  der     Atmosphäre.    Während der     Verdichtung          im.        Verdichter    31     findet    in einem     Kühler    33       eine        Zwischenkühlung        ;statt.     



  Die     durch    reine Luft     beaufschlagte    Tur  bine 12 treibt den     Kreislaufverdichter    1. Mit  dem aus der Turbine 12     und    dem Verdichter  1 bestehenden Aggregat     ist        ausserdem    eine  elektrische Maschine 34 gekuppelt;

       mit    deren  Hilfe die Anlage in     Betrieb    gesetzt, wäh  rend des     Betriebes    ein     Energiemangel    ersetzt  oder     überschüssige    Energie abgeführt wer  den     kann.    Die     Nutzleistung    der Turbine 19       wird    über das Getriebe 35 und die Welle 36  auf den     Schiffspropeller    37 übertragen.

    Durch die     Abgasturbine    23     wird    der Ver  dichter 31     angetrieben.       Zur raschen     Verminderung    oder zur voll  ständigen Unterbrechung der     Nutzleistung          ist    die     Nutzleistungsturbine    19 mit einer  Umgehungsleitung 3;8 ausgerüstet; durch  welche     Arbeitsmittel    aus der Leitung 18     un-          mittelbar    in die     Leittang    20 geführt wer  den kann.

   Von dem durch die Leitung     3'8    um  die Turbine 19     umzuführenden    Arbeitsmit  tel kann ein Teil durch die     Leitung    39 aus  der     Anlage        unmittelbar    in die     Ableitung        2'5     geführt werden.

   Dem nicht     abgeführten    Rest  wird durch die Leitung 40 Kühlluft aus der       Förderleitung    6 des Verdichters 1 in -der       Mischkammer    41 beigemischt: In der Lei  tung 18 ist ein     Durchilussorgan    42,     in.    der       Leitung    38     ein        Durchflussorgan    43 und in  der     Leitung    39 ein     Durchilussorgan    44 an  geordnet.

   Mit     Hilfe    dieser     Durchflussorgane     kann     einerseits    die Menge des um die Nutz  leistungsturbine 19 umströmenden     Arbeits-          mittels:    und     anderseits    die Menge des durch  die Leitung 39 aus der Anlage abgeführten       Arbeitsmittels        bestimmt    werden.

   Mit Hilfe  des     Durchflussorganes    45     in    der Leitung 40       wird    endlich die     Menge,der    dem umgeführ-           ten        Arbeitsmittel    zur     Kühlung    beizumischen  den Luft     festgelegt.     



  Die dargestellte Anlage eignet sich be  sonders     zum    Antrieb von Kriegsschiffen. Die  einzelnen Maschinen und     Wärmeaustauscher     sind so ausgelegt, dass bei einer für die       Marschfahrt        bestimmten    Leistung ein höch  ster Wirkungsgrad erzielt wird. Das     Durch-          flussorgan    2'1 ist     dann    geöffnet; die Durch  flussorgane 22 und 28 sind     geschlossen    und  das     Durchflussorgan    27     ist    geöffnet.  



  Das Abgas der     Nutzleistungeturbine    19  strömt durch den das     Rohrsystem    24 um  gebenden Raum des     Wärmeaustauschers    7 in  die     Abgasleitung    25. Dadurch wird die für  den Gaserhitzer 10     bestimmte    Verbrennungs  luft vorgewärmt     und    damit die     Restwärme     des, aus der Anlage abströmenden Arbeits  mittels weitgehend     wieder    zurückgewonnen.

    Die zum Ersatz für diese abgeführte     Ar-          beitsmittelmenge    in den     Kreislauf    frisch ein  zuführende Luft wird unmittelbar durch die       Leitungen    29 und 26 in die Anlage einge  führt. Die Anlage arbeitet ,so mit niedrigem       Druckniveau    des     Kreislaufes,    für     welches     die Schaufelform und     die    Durchgangsquer  schnitte der     Strömungsmaschinen    ausgelegt  sind, so dass ein bestmöglicher Wirkungsgrad  sichergestellt     ist.     



  Zur Erhöhung der Leistung werden die       Durchflussorgane:    21, 22 und 27, 28     umge-          stellt,    wie in der Zeichnung gezeigt. Die  Abgase der     Nutzleistungsturbine    19 strömen  dann durch die Abgasturbine 23 in die Ab  gasleitung 25. Die Abgasturbine treibt den  Verdichter 31, welcher durch die Leitung 32  Luft aus der Atmosphäre ansaugt und diese  je nach Bedarf mehr oder weniger stark ver  dichtet durch die Leitung 30 in den Kreis  lauf einführt.  



       Das,    Druckniveau im Kreislauf wird so ent  sprechend     gehoben.    Auf diese Weise lässt  sich die Nutzleistung     der    Anlage auf ein  Mehrfaches. -     zum    Beispiel den fünf- bis  zehnfachen Wert - steigern, wobei noch an  nehmbare Wirkungsgrade erzielt werden  können.    Soll die Abgabe von     Nutzleistung    durch       die    Turbine 19 vermindert oder unterbrochen  werden, so wird das     Durchflussorgan    43 mehr  oder weniger stark geöffnet und der Durch  flussquerschnitt des     Durchflussorganes    42  vermindert, bzw. es wird ganz geschlossen.

    Ein Teil oder alles durch die     Leitung    18     aus     dem     Gaserhitzer    10     ankommende    Arbeitsmit  tel strömt dann durch die Umgehungsleitung  38 zum Teil in die     Leitung    20 und zum an  dern Teil über das mehr oder     weniger    stark       geöffnete        Durchflussorgan    44     unmittelbar    in  die     Ableitung    25. Gleichzeitig wird auch das       Durchflussorgan    45 geöffnet, so dass aus dem  Verdichter 1 Luft in     die        Mischkammer    41  gelangt.

   Der     Durehflussquersehnitt    der Or  gane 42 bis 45 wird so gewählt, dass einer  seits die Turbine 19 die verlangte     vermin-          derte    Leistung noch abgibt und     anderseits     das in die Leitung 20     umgeführte        Arbeits-          mittel    auf eine Temperatur gekühlt ist, bei  der Schäden in der     Äbgasturbine    23 ausge  schlossen sind. Sowohl die Leitung 22 als  auch die Turbine 28 können dann aus einem  Baustoff hergestellt werden, welcher nicht  besonders für hohe     Temperatur    geeignet sein  muss.

   Nur die Leitung 39,     welche        einen    ge  ringen Querschnitt aufweist     und    ein ein  faches; nicht umfangreiches Element dar  stellt; muss aus     hochhitzebeständigem        Bgu-          etoff    hergestellt     sein.     



  Das Verfahren kann für jede Art von       Gas,turbinenanlagen    verwendet werden, bei  denen eine Turbine zum Antrieb einer oder  mehrerer Hilfsmaschinen hinter eine     Nut.z-          leistungsturbine        geschaltet    ist.

Claims (1)

  1. <B>PATENTANSPRÜCHE:</B> I. Verfahren zum Betrieb einer Gastur binenanlage, in welcher Arbeitsmittel in min destens einem Verdichter verdichtet, dann erhitzt, weiter mindestens in einer Turbine entspannt und wieder zum Verdichter zu rückgeführt wird, wobei diesem Kreislauf des Arbeitsmittels ständig eine Teilmenge entnommen und in einer Nut.zleistungstur- bine und einer nachgeschalteten Abgastur bine entspannt wird,
    während- ein von der Abgasturbine angetriebener Verdichter fri- sches Arbeitsmittel als Ersatz dem Kreislauf wieder zuführt, dadurch gekennzeichnet,
    dass während der Verminderung oder Unterbre chung der Nutzleistung in. einer die Nutz- leistungsturbine umgehenden und in die Ab gasturbine führenden Leitung dem umgeführ ten Teil des Arbeitsmittels Luft von niedri gerer Temperatur- beigemischt wird. II. Einrichtung zur Ausführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet,
    dass in einer die Nutzleistungs- turbine umgehenden und in die Abgasturbine führenden Leitung eine Mischvorrichtung angeordnet ist, in welcher dem umgeführten Teil des. Arbeitsmittels Luft von geringerer Temperatur beigemischt werden kann. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1.
    Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet -durch eine Zufuhrvorrich- tung, mittels welcher der Mischvorrichtung Luft aus dem Arbeitsmittelkreislauf der An lage zugeführt werden kann. 2, Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet,
    dass die Zufuhrvor- richtung an eine Stelle des Kreislaufes an- geschlossen. ist, in. welcher das; im Kreislauf umströmende Arbeitsmittel wohl verdichtet, aber noch nicht erhitzt ist:
    3. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Zufuhrvor- richtung am Austritt aus dem Kreislaufver dichter an den Kreislauf angeschlossen .ist.
CH256649D 1945-05-16 1945-05-16 Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit Nutzleistungsturbine und nachgeschalteter Abgasturbine und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens. CH256649A (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE969004C (de) * 1952-09-26 1958-04-17 C A Parsons & Company Ltd Heat Gasturbinenanlage mit Einrichtung zur Abwaermeverwertung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE969004C (de) * 1952-09-26 1958-04-17 C A Parsons & Company Ltd Heat Gasturbinenanlage mit Einrichtung zur Abwaermeverwertung

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