Verfahren zur Regelung einer Gasturbinenanlage und Einrichtung zu dessen Ausführung. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Regelung einer Gasturbinen anlage mit mindestens einer Nutzleistungss- turbine zum Antrieb einer Arbeitsmaschine und mindestens einer davon mechanisch unabhängigen Gasturbine zum Antrieb eines Verdichters, sowie auf eine Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, die Regelung von Gas turbinenanlagen ausser durch Regelung der Wärmezufuhr an das die Anlage durchströ mende Arbeitsmittel auch durch Beeinflus sung des Druckzustandes der Anlage vorzu nehmen. Dieses Verfahren zeitigt aber we sentliche Nachteile, die insbesondere bei An lagen zum Antrieb von frequenzgeregelten Stromerzeugern für Wechselstromnetze be sonders ausgeprägt sind. Die Belastungskurve der heute meist üblichen grossen Wechsel stromnetze zur Speisung einer Vielzahl von einander unabhängigen Verbrauchergruppen zeigt Schwankungen, die teils rasch ansteigen und wieder zurückgehen, teils langsam anstei gen und eine längere Zeitdauer bestehen blei ben.
Trotzdem muss von den Stromerzeugern eine genau geregelte Frequenz eingehalten werden; ihr Antrieb stellt also hohe Anforde rungen hinsichtlich der Einhaltung einer konstanten Drehzahl.
In modernen Gasturbinenanlagen ist der Gesamtinhalt an Arbeitsmittel infolge der vie len Verbindungsleitungen und der zur Erzie lung eines hohen thermischen Wirkungs- grades notwendigen grossen Wärmeaustau- schern sehr beträchtlich. Eine Regelung, ver bunden mit einer ständigen raschen Verände rung des Druckzustandes zur Ausregulierung der nur kurze Zeit andauernden Belastungs schwankungen, würde grosse Verluste mit sich bringen, da dies eine ständige Verände rung des Energieinhaltes der Anlage bedingt. Auch kann der Druckzustand infolge des grossen Arbeitsmittelvolumens nur langsam verändert werden.
Es ist deshalb notwendig, rasch vorübergehende Schwankungen in der Belastung der Arbeitsmaschine durch Ände rungen der Wärmezufuhr an das Arbeits mittel vor den Antriebsturbinen zu kompen sieren. Eine solche Regelung kann jedoch den Nachteil besitzen, dass die Temperatur des Arbeitsmittels sich verändert. Bei Sen kung der Arbeitsmitteltemperatur für län gere Zeit wird der thermische Wirkungsgrad der Anlage verschlechtert, während einer Er höhung der Temperatur durch die Wärme festigkeit des Schaiüelmaterials enge Gren zen gesetzt. sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist da durch gekennzeichnet, .dass die Wärmezufuhr zu einer der Nutzleistungsturbine vorgeschal teten Erhitzungsvorrichtung unmittelbar und der Druckzustand in der Anlage zeitlich ver zögert nach Massgabe einer Grösse des Be triebszustandes der Arbeitsmaschine beein- flusst %rerden. Diese Verzögerung bewirkt, dass nur eine verhäRnismässig lange, beisgiels- weise etwa 60 Sekunden andauernde Last änderung, die Druckzustand-Einstellvorrich tung zum Ansprechen bringt,
womit eine län gere Zeit andauernde Belastungsschwankung endgültig durch die Veränderung des Druck zustandes in der Anlage aufgenommen wird und eine eingetretene Temperaturänderung des Arbeitsmittels durch Verminderung bzw. Vergrösserung des umgesetzten Arbeitsmittel volumens wieder aufgehoben wird.
Die Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Wärmezufuhrvorrichtung, mittels welcher dem Arbeitsmittel vor dem Eintritt in die Nutzleistungsturbine Wärme zugeführt wird, ferner durch eine Druckzustand-Einstellvor richtung, welche den Druckzustand der Gas turbinenanlage beeinflusst, weiter durch einen Impulsgeber, der durch eine Grösse des Betriebszustandes der Arbeitsmaschine beein flusst wird und welcher durch Impulsleitun gen Impulse an die Wärmezufuhrvorriehtung und an die Druckzustand-Einstellvorrichtung abgibt und schliesslich durch eine Verzöge rungsvorrichtung, welche in die Impuls leitung vom Impulsgeber zur Druckzustand- Einstellvorrichtung eingeschaltet ist.
Dabei kann die als Brennkammer ausge bildete Wärmezufuhrvorrichtung, durch wel che das Arbeitsmittel strömt, eine Vorrich tung aufweisen, durch welche die Wärme zufuhrvorrichtung zusätzlich in Abhängig keit vom Druck des Arbeitsmittels in der Brennkammer beeinflusst wird. Die Ein trittsleitung einer Wärmezufuhrvorrichtung kann ein durch die Druckzustand-Einstellvor richtung beeinflusstes Drosselorgan aufweisen. In Gasturbinenanlagen, bei denen minde stens eine der Turbinen eine Umführungs leitung mindestens für die erste Stufe be sitzt, kann die Druckzustand-Einstellvorrich tung ein in der Umführungsleitung angeord netes Durchflussregelorgan beeinflussen.
Die Verzögerungsvorrichtung kann ein in die Impulsleitung eingebautes Drosselorgan oder einen an die Impulsleitung angeschlos senen Windkessel aufweisen. Das Verfahren nach der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung bei spielsweise erläutert. Fig. 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsbeispiele der zur Ausfüh rung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Einrichtung.
Die durch den Verdichter 1 aus der Lei tung 2 angesaugte und anschliessend verdich tete Luft gelangt durch die Leitung 3 in den das Rohrsystem 4 des Wärmeaustauschers 5 umgebenden Raum. Ein Teil der vor gewärmten Luft wird an dem zum Wärme austauscher 5 parallel geschalteten Wärme austäuscher 6 auf eine nochmals erhöhte Temperatur gebracht, um sich anschliessend in der Leitung 7 mit der .den Wärmeaustau- scher 5 direkt verlassenden Teilmenge der Luft zn vereinigen.
Ein Teil der so vor gewärmten Luft strömt durch die Leitung 8 in den das Rohrsystem 9 des Gaserhitzers 10 umgebenden Raum und der andere Teil durch die Leitung 11 in .den Brennraum 12 des Gas- erhitzers 10. Die aus der Leitung 8 zuge strömte und im Rohrsystem 9 erhitzte Teil menge wird durch die Leitung 13 in die Tur bine -14 geleitet und gelangt nach erfolgter Entspannung durch die Leitung 15 in das Rohrsystem 4 des Wärmeaustauschers 5.
Hier wird ein Teil der in der entspannten Luft noch enthaltenen Wärme .an .die durch die Leitung 3 aus dein Verdichter 1 kom mende Luft abgegeben. Anschliessend strömt die entspannte Luft durch die Leitung 16 in einen Kühler 17, um in gekühltem Zustand durch die Leitung 2 dem Verdichter 1 wie der zuzuströmen und den Kreislauf von neuem zu beginnen.
Ein Teil der dem beschriebenen Kreislauf durch die Leitung 11 entnommenen Luft dient zur Verbrennung des durch die Lei tung 18 zugeführten und mittels der Düse 19 zerstäubten Brennstoffes. Zur Einstellung der Brennstoffzufuhr ist ein durch den Servomotor 20 betätigtes Durchflussregel- organ 21 in die Brennstoffleitung 18 ein gebaut.
Das heisse Gemisch aus Luft und Verbrennung gasen strömt durch das Rohr system 9 des Gaserhitzers 10 und gibt dabei einen Teil seiner Wärme an die durch die Leitung 8 dem Rohrsystem 9 aus den Wärme- austauschern 4 und 6 zugeführten Luft ab. Anschliessend strömt es in die Ladeturbine 22 und nach erfolgter Entspannung auf einen Zwischendruck durch die Leitung 23 in den Zwischengaserhitzer 24.
Hier dient ein wei terer Teil des in den Verbrennungsgasen noch enthaltenen Sauerstoffes zur Verbren nung des durch die Leitung 25 zugeführten und mittel der Düse 26 zerstäubten Brenn stoffes, dessen Menge mit Hilfe des in die Leitung 25 eingebauten Durchflussregel- organes 27 eingestellt werden kann. Das wieder erhitzte Gemisch wird durch die Lei tung 29 in die Nutzleistungsturbine 30 gelei tet, in der es unter Abgabe von Nutzleistung an die Arbeitsmaschine 31 - im vorlie genden Beispiel ein Drehstromgenerator auf Atmosphärendruck entspannt wird.
Die Abgase gelangen durch die Leitung 32 in das Rohrsystem 33 des Wärmeaustau- schers 6, wo ihnen ein restlicher Teil an Wärme zur Vorwärmung der aus dem Kreis laufverdichter 1 kommenden Luft entzogen wird, um schliesslich die Anlage durch den Stutzen 34 zu verlassen.
Als Ersatz für die dem Kreislauf durch die Leitung 11 entnommene Menge Luft wird durch den von der Ladeturbine 22 angetrie benen Ladeverdichter 35 Luft aus der At mosphäre angesaugt und in verdichtetem Zustande durch die Leitung 36 dem Kreis lauf zugeführt.
Zur Einstellung der durch die Nutzlei stungsturbine 30 strömenden Arbeitsmittel menge dient einerseits eine die ersten Stufen umgehende Umführungsleitung 37, welche ein Durchflussregelorgan 38 aufweist, ander seits ein in die Leitung 23 eingebautes Dros selorgan 39. Der Servomotor 40 des Durch- flussregelorganes 38 wie der Servomotor 41 des Drosselorganes 39 können beide über die Impulsleitung 42, durch welche ein Druck mittel - z. B. Drucköl - geleitet werden kann, mittels der Regelvorrichtung I betä tigt werden.
Diese Regelvorrichtung ist im Gehäuse 43 bzw. 43a untergebracht und wird durch den von der Leitung 44 übertragenen Druck des Arbeitsmittels in der Austritts leitung des Ladeverdichters 35 beeinflusst. Die Federkonstanten der Rückstellfedern 45 bzw. 46 sind derart gewählt, dass bei einem allmählichen Druckanstieg des Druckmittels in der Impulsleitung 42 der Servomotor 41 das Drosselorgan 39 ganz öffnet, bevor eine Vergrösserung des Durchflussquerschnittes mit tels des vom Servomotor 40 betätigten Durch- flussregelorganes 38 eintritt.
Eine Vergrösse rung des Durchflussquerschnittes in der Lei tung 23 mittels des Drosselorgans 39, bzw. in der Umführungsleitung 37 mittels des Durch- flussregelorganes 38 bewirkt ein Absinken des Druckes hinter der Ladeturbine 22 und da mit eine Erhöhung des vori dieser Turbine verarbeiteten Wärmegefälles. Die Folge da von ist eine Drehzahlsteigerung des mit der Turbine 22 gekuppelten Ladeverdichters 35 und damit eine Erhöhung des von dieser Turbine erzeugten Förderdruckes.
Umge kehrt bewirkt eine Verminderung des Durch flussquerschnittes ein Abnehmen dieses För- derdruckes.
Zum Anlassen der Anlage dient der mit dem Kreislaufverdichter 1 gekuppelte An wurfmotor 133.
Zur Einstellung der durch die Kreislauf- Verdichterantriebsturbine 14 strömenden Ar beitsmittelmenge besitzt diese Turbine eben falls eine die ersten Stufen umgehende Um führungsleitung 47, welche mit einem Durch flussregelorgan 48 ausgerüstet ist. Der Servo motor 49 des Durchflussregelorganes wird über die Impulsleitung 50, durch welche wie derum ein Druckmittel, z. B. Drucköl, gelei tet werden kann, mittels der Regelvorrich tung II betätigt., die ebenfalls im Gehäuse 43 bzw. 43a untergebracht ist; sie wird durch den Impulsgeber III beeinflusst.
Die Einstellung der BrennstoffzLüuhr zur Düse 26 des Gaserhitzers 24 erfolgt durch Verschieben des Hebels 51, der drehbar am Ventilstössel des Regelorganes 27 gelagert ist. Das linke Ende des Hebels 51 ist mit dem Kolben 121 des Servomotors 52 verbunden, dessen Oberseite durch den mittels der Lei- tung 53 übertragenen Druck des Arbeitsmit tels in der Eintrittsleitung der Ladeturbine 22 beeinflusst wird. Seine Unterseite wird von dem vom Impulsgeber III eingestellten und durch die Leitung 54 in den Servomotor geleiteten Druckmittel beeinflusst; unter dem Einfluss der Feder 55 wird der Kolben im Beharrungszustand gegen seine mittlere Stel lung zurückgeführt.
Das rechte Ende des Hebels 51 ist mit dem Kolben 122 des Servo motors 56 verbunden, dessen Unterseite ent gegen dem Einfluss der Federkraft der Fe der 57 von dem über die Leitung 58 über- traäenen Druck des Arbeitsmittels im Zwi schengaserhitzer 24 beeinflusst wird.
Die Brennstoffzufuhr in den Gaserhitzer 10 kann mittels des vom Servomotor 20 betä tigten Regelorganes 21 eingestellt werden, dessen Kolben auf der Oberseite durch den über die Leitung 59 übertragenen Druck des Kreislaufarbeitsmittels in der Eintritts leitung 13 der Kreislaufturbine 14 beauf schlagt wird.
Der Impulsgeber III weist einen mit der Welle der Arbeitsmaschine 31 gekuppelten Fliehkraftregler 60 auf, dessen Muffe 61 über die Feder 62 mit einem Steuerschieber 63 verbunden ist. Unter diesem stellt sich in be kannter Weise ein der Federspannung der Feder 62 und damit auch der Drehzahl der Arbeitsmaschine 61 entsprechender Druck des dem Schieber durch die Leitung 64 zu- bzw. durch die Leitung 65 abgeführten Druckmittels, z. B. Drucköl, ein.
Jede Drehzahländerung der Arbeitsma schine 31 infolge einer Belastungsänderung bewirkt eine Druckänderung des Druckmit tels unterhalb des Steuerschiebers 63, welche über die Leitung 54 auf die Unterseite des Kolbens des Servomotors 52 übertragen wird. Dieser beeinflusst das Regelorgan 27 in dem Sinne, dass eine Drehzahlverminderung der Nutzleistungsgruppe infolge einer Bela stungszunahme eine erhöhte Brennstoffzufuhr und eine Drehzahlsteigerung infolge einer Belastungsabnahme eine Verminderung der Brennstoffzufuhr in den Zwischengaserhitzer 24 zur Folge hat,
Damit wird jede Belastungsänderung der Nutzleistungsturbine durch entsprechende Be einflussung der Temperatur des durch sie strömenden Arbeitsmittels unmittelbar ausge glichen, indem ein eintretender Belastungs stoss durch Erhöhung der Temperatur auf genommen wird und eine Belastungsvermin derung ein Absenken der Temperatur zur Folge hat..
Nun wäre es aber nicht. zulässig, diese Temperatur dauernd auf dem so einregu lierten Wert zu belassen, weil eine stark erhöhte Temperatur eine thermische Über- beanspruehimg des Schaufelmaterials und eine wesentlich unter den Sollwert gesenkte Temperatur einen verschlechterten Wirkungs grad der ganzen Anlage zur Folge hat. Jede bleibende Belastungsveränderung wird daher vorteilhaft durch Beeinflussung des Druck zustandes in der Anlage aasreguliert.
Dazu wird der vom Steuerschieber 63 in Abhängigkeit der Drehzahl der Arbeits maschine eingestellte Druck des Druckmittels ausserdem über das Drosselorgan 66 und die Leitung 67 auf .die Oberseite des Kolbens 68 des Servomotors 69 übertragen.
Das Drossel orkan 66 dient dazu, eine Verzögerung in der Impulsübermittlung vom Impulsgabeorgan III an die Regelvorrichtung II herbei zuführen, so dass eine Verschiebung des Kol bens 68 nur ganz allmählich erfolgen kann und nur eine zeitlich bleibende Belastungs änderung diese Regelvorrichtung zum An sprechen bringt. Gemäss dem vom Steuer schieber 63 eingestellten Druck verschiebt der Kolben 69 die mit diesem über die Stange 70 verbundene Kurvenscheibe 71.
Diese legt die Stellung des gegen sie gedrückten Rollen- stössels 72 feist, welcher an seinem untern Ende die Feder 73 trägt, die ihrerseits mit dem Steuerschieber 74 verbunden ist. Der Stellung der Kurvenscheibe 71 entsprechend wird die Feder 73 mehr oder weniger ziLsam- mengedrückt und damit durch den Steuer schieber 74 in dem durch eine Leitung mit ihm verbundenen Zylinderraum des Servo motors 75 ein der Spannung der Feder 73 entsprechenden Dmek .des den Steuexschie- bern durch die Leitung 76 zu- bzw. durch die Leitung 77 abgeführten Druckmittels, z. B. Drueköl, eingestellt.
Der Kolben 78 des Servomotors 75 wird auf seiner Unterseite von dem über die Leitung 79 übertragenen Druck des Arbeitsmittels in der Eintritts leitung der Ladeturbine 22 beaufschlagt; im Beharrungszustand wird er unter dem Ein fluss der beiden Rückstellfedern 80 und 81 in seiner Mittellage gehalten. Er steht ferner mit dem den Schieber 82 und den Servo motor 83 aufweisenden übrigen Teil der Re gelvorrichtung II in Verbindung, die zur Vermeidung von Überregelung und damit zusammenhängender Pendelengen mit einer nachgiebigen Rückführung ausgerüstet ist.
Der Kolben 83 verschiebt während des Regel vorganges über den starr mit ihm verbun denen Schleppzlinder 84 und den im ersten Moment mit dem Zylinder 84 wie ein starres Ganzes wirkenden Kolben 85 auch den Hebel 86, dessen Drehpunkt durch die mit dem Kol ben des Servomotors 75 verbundenen Stange 87 gehalten ist. Unter dem Einfluss der Fe der 88 wird der Schieber 82, der gleichfalls mit dem Hebel 86 durch eine Stange 89 ge lenkig verbunden ist, gegen seine mittlere Stellung zurückgeführt, in welcher weder dem unter noch dem über dem Kolben 83 liegenden Zylinderraum Druckmittel aus der Leitung 90 zufliessen kann.
Die Spannung der Feder 88 verschiebt den Kolben 85 gegenüber dem Schleppzylinder 84 unter Verdrängung der Flüssigkeit im Zylinder raum auf der einen Seite des Kolbens 85 über das Drosselorgan 91 in den gegenüber liegenden Zylinderraum.
Eine solche Regelvorrichtung mit nach giebiger Rückführung kann nur in ihrer neu tralen Lage zur Ruhe kommen. Dieser Fall tritt ein, wenn der Druckzustand in der An lage einen solchen Wert erreicht hat, dass der auf die Unterseite des Kolbens 78 geleitete Druck des Arbeitsmittels in der Eintritts leitung der Turbine 22 den gleichen Wert be sitzt, wie der vom Impulsgeber eingestellte Druck des Druckmittels im Zylinderraum über dem Kolben 78. Die auf der rechten Seite des Kolbens 83 befestigte Stange trägt eine Feder 92, welche mit einem weiteren Steuerschieber 93 verbunden ist.
Je nach der durch den Kolben 83 auf die Feder aus geübten Kraft stellt sich damit in bekannter Weise ein der Federspannung entsprechender Druck des dem Steuerschieber durch die Lei tung 94 zu, bzw. durch die Leitung 95 ab geführten Druckmittels ein, der sich durch die Impulsleitung 50 auf die Unterseite des Kolbens des Servomotors 49 fortpflanzt. Die Kurvenscheibe 71 ist derart geformt, dass bei einer Abwärtsbewegung der Stange 70 in folge Druckanstieg des Druckmittels im Zy linderraum oberhalb des Kolbens 68 der Rollenstössel 72 in dem Sinne ausgelenkt wird, dass unter dem Steuerschieber 74 und damit auch über dem Steuerschieber 93 in der Impulsleitung 50 der Druck des Druck mittels ansteigt.
Damit wird das Durehfluss- regelorgan 48 durch den Impulsgeber III über das Verzögerungsorgan 66, die Regel vorrichtung II und die Impulsleitung 50 der art beeinflusst, dass eine Drehzahlabnahme des Nutzleistungsempfängers infolge eines eintretenden Belastungsstosses eine allmäh- liche Vergrösserung des Durchflussquer- schnittes in der Umführungsleitung der Kreislaufturbine 14 und ,damit eine Be schleunigung des mit ihr gekuppelten Ver dichters 1 zur Folge hat.
Eine Drehzahlstei gerung des Kreislaufverdichters bringt den Druck in der ganzen Anlage und damit die verfügbare Nutzleistungsabgabe allmählich zum Steigen. Umgekehrt bewirkt ein Anstei gen der Drehzahl der Arbeitsmaschine 31 eine Verminderung des Druckes in der Im pulsleistung 50;
das Diuchflussregelorgan 48 vermindert den Dtuchflussquerschnitt in der Umführungsleitung der Kreislaufturbine 14, deren Drehzahl und damit auch diejenige des mit ihr gekuppelten Verdichters 1 abfällt, was eine Druckverminderung ,des Arbeitsmit tels in der ganzen Anlage zur Folge hat.
Der so eingestellte Druck wirkt einerseits über die Leitung 59 derart auf den Kolben des Servomotors 20 ein, dass dieser mittels des von ihm betätigten Regelorgans 21 die Brennstoffzufuhr zum Gaserhitzer 10 in dem Masse vergrössert bzw. vermindert, wie der Druck im Kreislauf steigt bzw. fällt. Ander seits wird der Druck im Kreislauf durch die Leitungen 79 und 53 auch unter die Kolben der Servomotoren 52 bzw. 75 geleitet; in dem Masse wie der Druck steigt, bzw. fällt, werden diese Kolben wieder in ihre Mittel lage zurückgeführt.
Der untere Zylinderraum des Servo motors 75 der Regelvorrichtung II ist durch eine Verbindungsleitung mit dem entspre chenden Zylinderraum des Servomotors 96 der Regelvorrichtung I verbunden; sein Kol ben 98 wird damit ebenfalls von dem durch die Leitung 79 übertragenen Druck des Ar beitsmittels in der Eintrittsleitung der Lade turbine 22 beaufschlagt. Anderseits steht der Kolben 98 mit dem den Schieber 99 und den Servomotorkolben 100 aufweisenden weiteren Teil der Regelvorrichtung I in Verbindung, die wiederum mit einer nachgiebigen Rück- führulng ausgerüstet ist.
Der Kolben 100 ver schiebt während des Regelvorganges über den starr mit ihm verbundenen Schleppzylinder 101 auch den Hebel 102, an dessen einem Ende die von der Stange 103 übertragene Kraft des Kolbens 98 angreift. Am andern Ende des Hebels 102 ist eine Feder 104 an gebracht; unter ihrem Einfluss wird -der He bel 102 in seine Mittellage zurückgeführt und damit der gelenkig mit dem Hebel 102 durch die Stange 105 verbundene Schieber 99 in eine solche Lage gebracht, dass weder dem unter noch dem über dem Kolben 100 liegenden Zylinderraum Druckmittel aus der Leitung 90 zufliessen kann.
Die Spannung der Feder 104 verschiebt den Kolben 106 gegenüber dem Schleppzylinder 101 unter Verdrängung der Flüssigkeit im Zylinder raum auf der einen Seite des Kolbens 106 über das Drosselorgan 107 in den gegenüber liegenden Zylinderraum. Eine Verschiebung des Kolbens 100 verursacht eine Änderung der Spannung der mit ihm mittels der Stange 108 verbundenen Feder 109, so dass auch der Steuerschieber 110 seine Stellung verändert.
Dabei stellt sich unter diesem Steuerschieber ein der Spannung der Feder 109 entspre chender Druck des dem Schieber durch die Leitung 94 zu, bzw. durch die Leitung 95 abgeführten Druckmittels ein, welcher durch die Impulsleitung 42 auf die Servomotoren der Regelorgane 38 und 39 übertragen wird;
deren Rückstellfedern sind so gewählt, dass bei einem allmählichen Druckanstieg in der Impulsleitung 42 eine Vergrösserung des Durchflussquerschnittes in der Umführungs- leitung 37 der Nutzleistungsturbine 30 erst eintritt, nachdem ,das Drosselorgan 39 die Stellung für ungehinderten Durchfluss des Arbeitsmittels durch die Leitung 23 erreicht hat.
Eine Linksverschiebung des Kolbens 98 beeinflusst den eben beschriebenen Teil der Regelvorrichtung I derart, dass der von .die ser mittels des Steuerschiebers 110 einge stellte Druck in der Impulsleitung 42 zu nimmt und der umgekehrt bei einer Versehie- bung des Kolbens nach rechts abfällt.
Damit beginnen bei steigendem Arbeitsmitteldruck in der Eintrittsleitung der Ladeturbine 22 die Regelorgane 39 und. 38 nacheinander zu öff nen und bewirken :dadurch ein Absinken des Arbeitsmitteldruckes hinter der Ladeturbine und deshalb eine Vergrösserung des von ihr verarbeiteten Wärmegefälles. Die Turbine 22 und der mit ihr gekuppelte Ladeverdichter 35 beschleunigen sich, womit letzterer einen stei genden Ladedruck erzeugt.
Umgekehrt beeinflusst eine Druckabnahme in der Eintrittsleitung der Ladeturbine 22 mittels der Regelvorrichtung I und den von ihr eingestellten Regelorganen 39 und 38 den Arbeitsmitteldruck hinter der Turbine 22 derart, dass diese infolge Verminderung des Druckgefälles ein kleineres Wärmegefälle verarbeitet. Dies verursacht ein Sinken der Drehzahl des mit dieser Turbine gekuppelten Ladeverdichters 35 und damit eine Abnahme seines Förderdruckes.
Im Beharrungszustand wird der Kolben 98 unter dem Einfluss der beiden Rückstell- federn 111 und 112 in seiner Mittellage ge halten.
Der so durch die Regelvorrichtung I ein gestellte Förderdruek des Ladeverdichters wird nun aber durch die Leitung 44 auf die Oberseite des Kolbens 113 des Servomotors 114 der Regelvorrichtung I geleitet, den er entgegen der Spannung der Feder 115 zu ver schieben vermag. Die mit dem Kolben 113 durch die Stange 116 verbundene Kurven scheibe 117 legt die Stellung des gegen sie gedrückten Rollenstössels 118 fest. Dieser trägt an seinem untern Ende die Feder 119, welche ihrerseits mit dem Steuerschieber 120 verbunden ist.
Der Stellung der Kurven seheibe 117 entsprechend wird die Feder 119 mehr oder weniger zusammengedrückt und durch den Steuerschieber 120 im Zylinder raum oberhalb des Servomotorkolbens 98 ein der Spannung der Feder 119 entsprechender Druck des dem Steuerschieber durch die Lei tung 76 zu- bzw. durch die Leitung 77 abge führten Druekmittels eingestellt. Die Steuer fläche der Kurvenscheibe 117 kann keilför mig oder zur bessern Anpassung des Regel vorganges an die Betriebscharakteristik der Anlage eine gekrümmte Form aufweisen. Unter dem Einfluss dieses Druckes wird der Kolben 98 des Servomotors 97 wieder in seine mittlere Stellung zurückgeführt, aus der er unter dem Einfluss der durch die Leitung 79 übertragenen Druckänderung in der Ein trittsleitung der Ladeturbine 22 ausgelenkt worden ist.
Die beiden mit je einer nachgiebigen Rückführung ausgerüsteten Regelvorrichtun gen I und II kommen nur dann zur Ruhe, wenn die Servomotorkolben 78 und 98 sieh in ihrer Mittellage befinden. Dieser Fall tritt ein, wenn die infolge einer Belastungsände rung auftretende Drehzahländerung der Ar beitsmaschine 31 durch entsprechende all mähliche Änderung des Druckzustandes der ganzen Anlage mittels der beschriebenen Re geleingriffe ausreguliert worden ist.
Jede Druckschwankung des Arbeitsmit tels im Zwischengaserhitzer 24 wird durch die Leitung 58 auch auf die Unterseite des Kolbens 122 des Servomotors 56 übertragen. Dieser steuert in Abhängigkeit des Druckes in dem Zwischengaserhitzer 24 mittels des Re- gelorganes 27 die Brennstoffzufuhr für den Beharrungsfall. Im Verlaufe des Überganges von kleinerer zu grösserer Leistung - bei spielsweise während des Ausregulierens eines Belastungsstosses - wächst der vom Impuls geber III eingestellte Druck des durch die Leitung 54 auf den Kolben 121 des Servo motors 57 geführten Druckmittels.
Damit ver schiebt sich dieser Kolben nach oben und be wirkt eine sofortige Vergrösserung der Brenn- stoffzufuhr mittels ..des von ihm über den Hebel 51 betätigten Regelorganes 27 in der Brennstoffleitung 25.
Gleichzeitig steigt aber allmählich der durch die Regelorgane 48, 39 und 38 beeinflusste Arbeitsmitteldruck in der ganzen Anlage, so dass der durch die Leitung 53 auf die Oberseite des Servomotorkolbens 121 übertragene wachsende Arbeitsmittel- druck in der Eintrittsleitung der Turbine 22 eine Verminderung der vorher erhöhten Brenn stoffzufuhr verursacht. Unterdessen hat sich aber schliesslich auch der Arbeltsmitteldruck im Zwischengaserhitzer vergrössert,
der sei nerseits auf die Unterseite des Servomotor kolbens 122 durch die Leitung 58 geleitet wird, was eine erneute Vergrösserung der Brennstoffzufuhr zur Folge hat. Die Brenn stoffzufuhr in den Zwischengaserhitzer erfolgt also unter Überlagerung zweier zeitlich ver- sehobener Regeleingriffe.
Auch der zeitliche Verlauf des Dritekes hinter der Ladeturbine 22 entsteht durch Überlagerung zweier Regeleingriffe. Einer seits bewirkt das bei der Aufnahme eines Belastungsstosses eingeleitete Öffnen der Re gelorgane 39 und 38 ein Absinken dieses Druckes, anderseits aber steigt der Druck in der gesamten Anlage infolge der erwähnten Regeleingriffe stetig an, was auch eine ent sprechende Vergrösserung des Arbeitsmittel- druckes hinter der Ladeturbine verursacht.
Dabei überwiegt dieser Druckanstieg die vor gängige Drucksenkung. Trotzdem vergrössert sich aber das Druckverhältnis der Lade turbine, da ja auch der Druck in der Ein trittsleitung sich um einen entsprechenden Betrag erhöht hat-.
Eine plötzliche Vergrösserung der Brenn stoffzufuhr in dem Zwischengaserhitzer 24 bei der Aufnahme eines Belastungsstosses ist natürlich nur in gewissen Grenzen zulässig, um schädliche thermische Überbeanspruchun gen des Schaufelmaterials zu vermeiden. Wo besonders hohe Belastungsstösse aufgenom men werden müssen, wird zweckmässig der Energieinhalt der Anlage unmittelbar mittels einer Zusatzvorrichttung vergrössert. Diese be steht aus einem Reserveluftbehälter 123, aus dem mit Hilfe des Ventils 124 Druckluft in die Anlage eingeführt werden kann. Dieses Ventil 124 kann mittels des Servomotors 125 betätigt werden, dessen Kolben 126 auf seiner Unterseite durch das ihm aus der Leitung 127 bzw. 127a zugeführte Druckmittel beauf schlagt ist.
Steigt infolge plötzlichen Drehzahlabfalls der vom Impulsgabeorgan III mittels des Steuerschiebers 63 in den Leitungen 54 und 127 eingestellte Druek des Druckmittels, so hebt sich vorerst der Kolben 121 des Servo motors 55 bis zu seinem Anschlag. Genügt eine erhöhte Wärmezufuhr noch nicht zur Aufnahme des Belastungsstosses, so dass der Druck unter dem Steuerschieber 63 noch weiter ansteigt, vermag dieser den Kolben 126 des Servomotors entgegen der Spannung der Feder 128 nach rechts zu verschieben und damit das Ventil 124 zu öffnen. Dadurch tritt Druckluft in die Anlage über, was eine rasche Erhöhung des Druckzustandes herbei führt.
Umgekehrt muss natürlich auch dafür ge sorgt werden, dass eine sehr schroffe Bela- stungsabnahme keine schädliche Drehzahl erhöhung der Arbeitsmaschine 30 verursacht. Es sind daher an dieselbe Leitung 127 zwei weitere Servomotoren 129 bzw. 130 ange schlossen, die das Abblaseventil 131 bzw. Ab sperrorgan 132 steuern. Sinkt der Druck in der Leitung 127 infolge schroffen Drehzahl abfalls der Nutzleistungsgruppe, so öffnet sich das Abblaseventil 131, während sich das Absperrorgan 132 gleichzeitig schliesst. Da durch wird der Arbeitsmittelzutritt zur Nutzleistungsturbine 30 vermindert bzw. unterbrochen.
Es ist auf diese Art eine Regelung ge schaffen, die bei hoher Wirtschaftlichkeit rasches Reagieren gewährleistet, da kleine, rasch vorübergehende Fluktuationen der Lei stung durch nahezu trägheitsfreie Wärme zufuhränderung an das Arbeitsmittel auf genommen werden, während der Druck zustand der Anlage sieh nur langsam än dert und dem zeitlichen Verlauf der Bela stung in grossen Zügen nachfolgt. Damit. können die bei einer raschen Veränderung des Druckzustandes der Anlage verursachten Verluste infolge ständiger Änderung des Energieinhaltes der Anlage vermieden werden.
Vomteilhaft kann das erfindungsgemässe Verfahren auch auf eine offene Anlage (Fug. 2) angewendet werden. Die durch den Verdichter 140 aus der Atmosphäre ange saugte Luft gelangt in verdichtetem Zu stand durch die Leitung 141 in den Wärme- austauscher 142, um .anschliessend durch den Stutzen 143 in den Brennraum des Gas- erhitzers 144 zu strömen. Hier dient ein Teil des in der verdichteten Luft enthaltenen Sauerstoffes mir Verbrennung des dem Gaserhitzer durch die Leitung 145 zuge führten und durch die Düse 146 zerstäubten Brennstoffes.
Ein Teil des im Gaserhitzer 144 hoch erhitzten Arbeitsmittels gelangt durch die Leitung 147 in die Nutzleistungs- turbine 148, in der .eine Teilmenge -unter Ab gabe von Nutzleistung an die mit der Tur bine 148 gekuppelte Arbeitsmaschine 149 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Drehstromgenerator - -auf Atmosphären druck entspannt wird.
Eine zweite Teilmenge des Arbeitsmittels strömt durch die Leitung<B>150</B> in die Turbine 151, in der es unter Abgabe von Antriebs leistung an den mit dieser Turbine gekop pelten Verdichter ebenfalls auf Atmosphären druck entspannt wird. Die in den beiden Turbinen expandierten Arbeitsmittelmengen vereinigen sich in der Leitung 152 und strö men gemeinsam in den Wärmeaustauscher 142, wo ihnen ein restlicher Teil der in ihnen noch enthaltenen Wärme mir Vor- wärmung der dem Wärmeaustauseher durch die Leitung 141 zugeführten komprimierten Luft entzogen wird, bevor sie die Anlage durch den Stutzen 153 verlassen.
Das in die Brennstoffleitung 145 einge baute Regelorgan 178 dient zur Einstellung der dem Gaserhitzer 144 zugeführten Brenn stoffmenge; es kann mittels des Servomotors 154 betätigt werden. Dessen Kolben 155 wird auf seiner Oberseite von dem durch die Lei tung 156 zugeführten Druckmittel, z. B. Drucköl, belastet, dessen Druck durch den Impulsgeber IV eingestellt werden kann.
Der mit dem Verdichter 140 gekuppelte Anwurfmotor ist als Gleichstrommaschine ausgebildet. Seine Bürsten können durch das Gestänge 158 mittels des Servomotors 159 in dem Sinne verstellt werden, dass eine Bewe gung des Kolbens 160 nach oben in der Rich tung von - nach + die Gleichstrom maschine aus dem Generatorbetrieb in Mo torbetrieb überführt. Die Stromzufuhr bzw. -abfuhr erfolgt durch die Leiter 161, die mit. den Klemmen einer weiteren Gleichstrom maschine 162 verbunden sind, welche mit der Arbeitsmaschine 149 gekuppelt ist.
Durch diese Anordnung kann ein gegenseitiger Lei stungsaustausch zwischen der Nutzleistungs gruppe und der Verdichtergruppe erzielt werden, indem je nach der Bürstenstellung der Gleichstrommaschine 157 diese als Motor der Verdichtergruppe zusätzliche, von der Nutzleistungsgruppe erzeugte Arbeitsleistung zuführt und umgekehrt bei Generatorbetrieb zugunsten der Nutzleistungssgruppe der Ver dichtergruppe Arbeitsleistung entzieht.
Der für die Bürstenverstellung vorgese hene Servomotor 159 steht ebenfalls unter dem Einfluss des vom Impulsgeber IV ein gestellten Druckes des auf die Oberseite des Kolbens 160 durch die Leitung 163 zuge führten Druckmittels. Dabei ist in die Lei tung 163 ein Drosselorgan 164 eingebaut, und hinter diesem an die Leitung 163 ein Windkessel 165 angeschlossen, die gemeinsam eine Verzögerung der Impulsübertragung vom Impulsgeber IV an den Servomotor 159 bewirken. Der von der Arbeitsmaschine 149 erzeugte Drehstrom wird über die Leiter 166 in das Verbrauchernetz 167 geleitet.
Der vom elektrischen Widerstand 168 in einem der drei Phasenleiter in Abhängigkeit des vom Drehstromgenerator 149 erzeugten Stromes verursachte Spannungsabfall dient zur Beeinflussung des Impulsgebers IV. Der Widerstand 168 ist über die Spule 169 kurz geschlossen, so dass der in dieser Spule flie ssende Strom ein durch den Weicheisenkern 170 verstärktes Magnetfeld erzeugt, welches den im Gehäuse geführten Weieheisenbolzen 172 entgegen der Spannung der Feder 173 zu verschieben vermag. Jede Verschiebung des Bolzens 172 wird durch eine weitere Fe der 174 auf den Steuerschieber 175 über tragen. Unter diesem stellt sich in bekannter Weise ein der Spannung der Feder 174 ent sprechender Druck des dem Schieber 175 durch die Leitung 176 zu-, bzw. durch die Leitung 177 abgeführten Druckmittels, z. B. Drucköl, ein.
Jeder erhöhte Stromdurchfluss durch die Leiter 168 infolge eines eintretenden Bela- stungsstosses bewirkt also eine Druckände rung des Druckmittels unterhalb dem Steuer schieber 175, welche über die Leitung 186 auf die Oberseite des Kolbens 155 des Servo motors 154 übertragen wird. Dieser beein flusst das Regelorgan 178 in dem Sinne, dass eine Belastungszunahme der Nutzleistungs gruppe eine sofortige Erhöhung der Brenn stoffzufuhr und eine Belastungsabnahme eine augenblickliche Verminderung der Brenn stoffzufuhr in den Gaserhitzer 144 zur Folge hat.
Damit wird jede Belastungsänderung der Nutzleistungsgruppe durch entsprechende Beeinflussung der Temperatur des durch die 1\TUtzleistimgsturbine 148 und des durch die Verdiehterantriebsturbine 151 strömenden Arbeitsmittels ausgeglichen, indem ein ein tretender Belastungsstoss durch Erhöhung der Temperatur, infolge vergrösserter Wärme zufuhr, .aufgenommen wird und eine Bela stungsverminderung ein Absinken .der Tem peratur, infolge verminderter 'V#Tärmeziifuhr, zur Folge hat.
Nun wäre es aber wiederum nicht zuläs sig, die Arbeitsmitteltemperatur dauernd auf dem so einregulierten Wert zu belassen, bis die Belastung zufällig wieder einen dem Sollwert der Eintrittstemperatur des Ar beitsmittels für diese beiden Turbinen ent sprechenden Wert angenommen hat, weil eine länger andauernde, stark erhöhte Tempe ratur eine thermische Überbeanspruchung des Schaufelmaterials und eine wesentlich unter den Sollwert gesenkte Temperatur einen ver schlechterten Wirkungsgrad der Anlage zur Folge hat.
Jede längere Zeit andauernde Be lastungsänderung wird daher wiederum vor teilhaft durch Beeinflussung des Drüek- zustandes in der Anlage ausreguliert und die vorgängig erfolgte Temperaturerhöhung des Arbeitsmittels durch Vergrösserung bzw. Ver- minderung des die Anlage durchströmenden Arbeitsmittelvolumens rückgängig gemacht. Dazu wird der vom Steuersehieber 175 in Ab hängigkeit der Belastung des Generators 149 eingestellte Druck des Druckmittels durch die Leitung 163 über die aus Drosselorgan 164 und Windkessel 165 bestehende Verzöge- nuzgsvorrichtung auf die Oberseite des Kol bens 160 des Servomotors 159 geleitet.
Diese Verzögerungsvorrichtung dient wiederum dazu, eine zeitliche Verschiebung der Impuls übermittlung vom Impulsgeber IV an die zum Leistungsaustausch zwischen Nutzlei- stungs- und Verdichtergruppe vorgesehene Bürstenverstellvorrichtung der Gleichstrom maschine 157 herbeizuführen, so dass eine Verschiebung dieser Verstellvorrichtung nur ganz allmählieh erfolgen kann. Sinkt bei einem eintretenden Belastungs stoss der vom Impulsgeber IV eingestellte Druck des Druckmittels in der Leitung 163, bewegt sich der Kolben 160 des Servomotors 159 allmählich nach oben und verschiebt die Bürsten der Gleichstrommaschine im Sinn eines Überganges auf Motorbetrieb dieser Maschine. Damit erhält die Verdichtergruppe zusätzliche, von der Nutzleistungsgruppe erzeugte Antriebsleistung.
Die Folge .davon ist eine allmähliche Drehzahlsteigerung des Verdichters 140, wodurch der Arbeitsmittel- druck in der ganzen Anlage erhöht wird, wobei gleichzeitig die durch die vergrösserte Brennstoffzufuhr in den Gaserhitzer 144 be dingte Temperaturerhöhung durch allmäh liche Vergrösserung des umgesetzten Arbeits mittelvolumens mittels Veränderung des Druckzustandes in der Anlage aufgehoben wird.
Umgekehrt bewirkt, eine Belastungsver minderung der Nutzleistungsgruppe ein Sin ken der Drehzahl der Verdichtergruppe und damit eine Verminderung des Arbeitsmittel druckes, unter gleichzeitiger allmählicher Verkleinerung .des umgesetzten Arbeitsmittel- voliunens mittels Veränderung des Druck- m istandes in der Anlage, wodurch die vor gängig erfolgte Temperatursenkung des Ar beitsmittels wieder rückgängig gemacht wer den kann.
Durch geeignete Wahl der Ver- dichtercharakteristik kann dabei die Tempe ratur des Arbeitsmittels zusätzlich in Abhän gigkeit des umgesetzten Arbeitsmittelvolu- mens beeinflusst werden, so dass auch bei Teillast die Arbeitsmitteltemperatur vor Ein tritt in die Turbine immer den für einen guten Wirkungsgrad günstigsten Sollwert ein nimmt.
Damit kann auch bei diesem Ausfüh rungsbeispiel eine Regelung erzielt werden, bei der die kleinen, rasch vorübergehenden Laständerungen durch die nahezu trägheits- freie Wärmezufuhrveränderung an .das Ar beitsmittel aufgenommen werden, während der Druckzustand der Anlage sich nur lang sam ändert und dem zeitlichen Verlauf der Belastung in grossen Zügen nachfolgt. Damit.
können die mit einer Veränderung des Druckzustandes .der Anlage bei rasch vor übergehenden Lastschwankungen verursach ten Verluste, bedingt durch ständige Ände rung des Energieinhaltes, ebenfalls vermie den werden.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Ausführungs beispiele beschränkt. Vielmehr ist es einem Fachmann ohne weiteres möglich, das be schriebene Regelverfahren und die Einrich tung zu .dessen Ausführung auf eine Gas- turbinenanlage mit mindestens einer Nutz leistungsturbine zum Antrieb einer Arbeits maschine und mindestens einer davon me chanisch unabhängigen Gasturbine zum An trieb eines Verdichters anzuwenden, in der der Strömungsweg des Arbeitsmittels einen Kreislauf bildet.
Das erfindungsgemässe Ver fahren und die Einrichtung zu dessen Aus führung können auch bei Gasturbinenanlagen zum Antrieb des Propellers von Schiffen oder irgendeines andern Fahrzeuges oder Maschine verwendet werden.
Aueh können insbesondere zur Ausfüh rung des beschriebenen Verfahrens an dere, mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigte Organe verwendet werden.