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.