Verfuhren zum Betriebe von Verbrennungsturbinen mit mehreren Druckstufen. Um hei Verbrennungsturbinen eine gute Ausnutzung des verfügbaren Wärmegefälles zu erreichen, ist schon vorgeschlagen worden, dieselben mehrstufig auszuführen, ähnlich wie die Dampfturbinen. Wie bei der mehr stufigen Dampfturbine mit Zwischenüber hitzung, ist dann auch bei solchen Verbren nungsturbinen mit mehreren Druckstufen die Möglichkeit gegeben, die Temperatur des be reits teilweise expandierten Treibmittels je zwischen zwei aufeinanderfolgenden Druck stufen oder Druckstufengruppen wieder zu steigern, wodurch der thermische Wirkungs grad der Turbine eine weitere Verbesserung erfahren muss.
Das bei der Dampfturbine mit Zwischen überhitzung angewendete Mittel der Ober flächenbeheizung des Treibmittels zum Zweck der Temperatursteigerung versagt nun aber bei der Verbrennungsturbine mit mehreren Druckstufen, denn es lassen sich auf diesem Wege die zur Erreichung eines guten Wir kungsgrades nötigen hohen Temperaturen nicht erzielen.
Es ist deshalb schon der Vorschlag ge macht worden, in die erste Druckstufe der Verbrennungsturbine ein Treibmittel mit so grossem Luftüberschuss einzuführen, dass die ser Luftüberschuss nachher genügt, um neuen flüssigen oder festen Brennstoff, welcher je zwischen zwei aufeinanderfolgende Druck stufen oder Druckstufengruppen in das be reits teilweise expandierte Treibmittel ein geleitet wird, zu verbrennen. Abgesehen von andern Mängeln hat aber dieses bekannte Ver fahren den schweren Nachteil, dass sich der Brennstoff, welcher zwischen zwei aufein anderfolgenden Druckstufen oder Druck stufengruppen in das bereits teilweise expan dierte Treibmittel eingeleitet wird, mit der erforderlichen Verbrennungsluft nur unv oll kommen mischt, was eine schlechte Verbren nung zur Folge hat.
Der gleiche Nachteil haftet auch dem ent gegengesetzten Verfahren an, bei dem in die erste Druckstufe oder Drucl#.sttifengruppe der Verbrennungsturbine ein Treibmittel einge führt \wird, welches einen Eberschuss an brennbaren Bestandteilen, dabei aber Luft mangel hat.
und bei dem dann je zwischen zwei aufeinanderfolgenden Druckstufen oder Druckstufengruppen in das bereits teilweise expandierte Treibmittel nur noch neue Ver brennungsluft eingeleitet wird, die an jeder solchen stelle einen weiteren Teil der brenn- baron Bestandteile des Treibmittels ver brennt.
Um die Temperatur des bereits teil weise expanclierten Treibmittels je zwi schen zwei aufeinanderfolgenden Druckstu fen oder Druckstufengruppen einer Turbine mit mehreren Druckstufen wieder zu stei gern, ist auch noch folgendes Verfahren in Vorschlag gekommen: Der gesamte für die Turbine verwendete Brennstoff wird mit der erforderlichen Verbrennungsluft bei einem Drucke verbrannt, welcher gleich dem vor der ersten Druckstufe herrschenden Druck ist.
Ein Teil der erzeugten Verbrennungs gase kann dann als Treibmittel in die erste Druckstufe der Verbrennungsturbine einge führt werden, währenddem der übrige Teil der heissen Verbrennungsgase zur stufenwei sen Einführung in das bereits teilweisse ex pandierte Treibmittel verwendet wird. Die- Verfahren hat aber neben an dern Mängeln den schweren Nachteil, dass bei der Einführung der zur Temperatursteige rung verwendeten Verbrennungsgase in das bereits teilweise expandierte Treibmittel be deutende Drosselungsverluste entstehen, die den Wirkungsgrad der Verbrennungsturbine in unzulässiger Weise herabdrücken.
Die Nachteile der bekannten Verfahren werden nun durch vorliegende Erfindung vermieden, lind es wird dabei ein hoher ther mischer Wirkungsgrad angestrebt. Das We sen der Erfindung besteht darin, dass wenig stens zwei Brennstoff-Luftgemische unter ver schieden hohen Drucken gebildet und je bei gleichbleibendem Drecke verbrannt werden, und dass von den so entstandenen Verbren nungsgasen das Gas mit dem höchsten Drucke der ersten Drückstufe und jedes Gas mit niedrigerem Druck einer seinem Druck ent sprechenden späteren Druckstufe als Treib mittel zugeführt wird, wobei die Temperatur des einer späteren Druckstufe zuzuführenden Verbrennungsgases höher gehalten wird als die düs bereits teilweise expandierten Treib- mittels,
welches aus der vorhergehenden Druckstufe herströmt und zwischhen diesen beiden Stufen mit dem voll aussen zugeführ ten Verbrennungsgase gemischt wird, worauf die so entstandene Treibmittelmischung im folgenden Turbinenteil expandieren gelassen wird. Das Druck-Temperaturdiagramm des expandierenden Treibmittels weist also we nigstens bei einer späteren, (las heisst nach der ersten Druckstufe kommenden Druckstufe ein sprunghaftes Ansteigen der Temperatur auf.
Dieses Verfahren kann auch so ausge führt werden, dass als Treibmittel in die erste Druckstufe ein Gemisch aus dem mit deal höchsten Druck erzeugten Verbrennungsgas und aus Wasserdampf voll ungefähr gleichem Druck eingeführt wird. Hierdurch erreicht man einerseits den Vorteil, dass die Tempe ratur des in die erste Druckstufe eingeführ ten Verbrennungsgases auf das für den Tur binenbetrieb zulässige Mass herabgesetzt wird, und anderseits ist auch der Nutzen einer Temperatursteigerung zwischen zwei aufein anderfolgenden Druckstufen um so grösser, je mehr Wasserdampf in dem bereits teilweise expandierten und dann wieder erviirmten Treibmittel enthalten ist.
Bei dem Verfahren nach vorliegender Er findung führt nun zwar die aus der Turbine abziebende Treillniittcliriiscliung eine gross abwärme mit sich. In an sich bekannter Wehe kann man aber diese abwärme wieder nutzbar machen, indem man sie zum Beispiel zur Erzeugung von Wasserdampf verwendet.
Dieser Wasserdampf bann dann zu einem beliebiben Zwecke verwenden werden. Da man aber doch in den meisten Filleu zur Temperaturerniedrigung des in die erste Druckstufe der Turbine einzuführenden Ver brennungsgases auf das im Turbinenbetriebe zulässige Mass, wie oben beschrieben ist. Wasserdampf beimischt, so ist es v orzuziellen. den ans der Abwärme erzeugten Wasser- clampf selbst zu diesem Zwecke zu benützen. Dabei erreicht man dann den besonderen Vor teil, dass eine zusätzliche Dampfkesselanlage, im Gegensalze zu andern Verbrennungstur- binenanlagen, nicht mehr nötig ist, weil die zur Verfügung stellende Abwärme allein schon genügt, um den erforderlichen Wasser dampf zu erzeugen.
Das Verfahren gemäss vorliegender Erfin dung kann ferner so ausgebildet werden, dass das einer späteren Druckstufe zuzufüh rende heisse Verbrennungsgas in so grosser Menge zwischen dieser und der vorhergeben den Druckstufe eingeführt wird, dass die Temperatur der zwischen diesen Stufen ge bildeten Mischung ungefähr derjenigen des Treibmittels vor der ersten Druckstufe der Turbine entspricht.
Eine weitere Ausführungsform der Er findung kann darin bestehen, dass das Treib mittelgemisch im letzten Turbinenteil auf Vakuum expandieren gelassen wird. Diese letztgenannte Form des Verfahrens kann so ausgeführt werden, dass zwischen zwei auf einanderfolgenden Druckstufen, wo heisses Verbrennungsgas als Treibmittel in die Tur bine eingeführt wird, etwa atmosphärische Spannung aufrechterhalten wird. In diesem halle benötigt man bei der Bildung der un ter atmosphärischer Spannung stehenden Verbrennungsgase keinen Verdichter für die Verbrennungsluft.
Ein Beispiel für eine Turbinenanlage, die nach dem vorliegenden Verfahren arbei tet, ist in der Zechnung durch Fig. 1 sche matisch dargestellt; Fig. 2 zeigt das Druck- Tempei;aturdiagramm dieser Turbinenanlage. Als Abszissen sind von links nach rechts die in einem mittleren Stromfaden herrschenden Drücke, als Ordinaten die zugehörigen Tem peraturen aufgetragen.
Die Turbine ja enthält drei Stufengrup pen I, II und III, bestehend aus je zwei Einzel-Druckstufen 1 und 2, bezw. 3 und 4, bezw. 5 und G. Die erste Stufengruppe I er hält durch die Leitvorrichtung 7 ans der Mischkammer 8 als Treibmittel ein Chemisch von Verbrennungsgas und Wasserdampf. Das Verbrennungsgas strömt der Mischkam mer 8 aus der vorgebauten Verbrennungs kammer 9 zu. Dieser Verbrennungshammer wird der Brennstoff durch das Rohr 10 und die erforderliche Verbrennungsluft durch das Rohr 11 mittelst des Hochdruckluftver dichters 12 zugeführt. Inn Raume 9 werden beide miteinander gemischt und verbrannt.
Das gebildete Verbrennungsgas trat nun aber noch eine ztt grosse Temperatur, als dass es unmittelbar in der mehrstufigen Turbine als Treibmittel verwendet werden könnte. Des halb wird dem Verbrennungsgase vor dessen Verwendung in der Turbine in der an die Verbrennungskammer angeseschlossenen Misch kammer 8 noch eine so grosse Menge gesättig ten Wasserdampfes beigemischt, dass eine Treibmittelmischung von für die Turbine zu lässiger Temperatur entsteht. Diese soll im vorliegenden Ausführungsbeispiel 1200 ab solut betragen. Der erforderliche Wasser dampf wird der Mischkammer 8 durch das Rohr 14 zugeführt unter einem Drucke, der ungefähr gleich gross ist wie der Druck des Verbrennungsgases.
Im vorliegenden Bei möge dieser Druck 16 Atmosphären ab solut betragen. Dieser Zustand wird im Dia gramme Fig. 2 durch den Punkt A darge stellt.
Das aus der Mischkammer 8 kommende Gas-Dampfgemisch expandiert dann in der ersten Stufengruppe I der Turbine unter Ar beitsleistung auf einen Druck von 4 Atmo sphären absolut. Die Temperatur des Ge misches ist, hierbei auf etwa 890 absolut gesunken (Punkt T in Fig. 2). Um auch für die folgenden Druckstufen den thermischen Wirkungsgrad hochzuhalten, wird nun zwi schen den Stufengruppen I und II der in der Gruppe I bereits auf 4 Atmosphären expandierten Treibmittelmisehung aus der Verbrennungskammer 15 so viel heisses Ver brennungsgas von ebenfalls 4 Atmosphären Druck beigemischt, dass ein Gemisch entsteht, welches eine Temperatur hat, die etwa gleich gross ist wie die Anfangstemperatur vor der ersten Stufengruppe, also 1200' absolut (Punkt C in Fig. 2).
Das zur Mischung die nende heisse Verbrennungsgas wird in der @'erbrennungsl:ammer 15 erzeugt;, welcher durch ein Rohr<B>16</B> der Brennstoff und dureli ein ssolir <B>17</B> mittelst des Niederdruck-Luft- verdichters 13 die erforderliche Verbren nungsluft zugeführt wird.
Das Gemisch aus dem Treibmittel der ersten Stufengruppe und dem neu zugeführten heissen Verbrennungs gase wird nun in die Stufengruppe II ein geführt und expandiert daselbst unter Ar beitsleistung auf einen Druck (Punkt D in Fig. 2), der um einen geringen Betrag d klei ner ist als der Atmosphärendruck (Punkt E in Fig. 2). Dabei ist die Temperatur der Treibmittelmischung auf etwa 880 absolut gesunken. Nun wird zur Hochhaltung des thermischen Wirkungsgrades neuerdings so viel Heisses Verbrennungsgas der teilweise ex pandierten Treibmittelmischung beigemischt, dass für die weitere Expansion in \der Stu fengruppe III eine neue Treibmittelmischung entsteht, deren Anfangstemperatur wieder etwa so hoch ist wie die Anfangstemperatur des Treibmittels in der ersten Stufengruppe, also 1200 absolut (Punkt F in Fig. 2).
Die Erzeugung des beizumischenden heissen Verbrennungsgases, das atmosphärischen Druck haben muss, geschieht in der Ver brennungskammer 18. Der Brennstoff wird derselben durch das Rohr 19 und die erforder liche Verbrennungsluft aus dem Freien durch das Rohr 20 zugeführt. Ein besonderer Ver dichter für die Verbrennungsluft ist hier nicht erforderlich, da in der Verbrennungs kammer ein ganz geringer Unterdruck herrscht.
Das Gemisch aus dem Treibmittel der Stufengruppe 1I und dem neu aus der Kam mer 18 zugeführten heissen Verbrennungs gase wird nun in den die Stufengruppe III aufweisenden Turbinenteil, der hier den letzten Turbinenteil bildet, eingeführt und expandiert daselbst unter Arbeitsleistung auf einen Druck von 0,25 Atmosphären, also 75 % Vakuum, das ist in Fig. 2 gesehen, nach der Kurve F-G.
Dieses Vakunm wird durch eine Konden sationseinrichtung 20a und einen Abgasver dichter 21 erzeugt. Bevor aber die aus der Turbine abziehende Treibmittelmischung in den Kondensator 20a gelangt, gibt dieselbe an den Dampferzeuger 22 einen grossen Teil ihrer Abwärme ab. Diese Abwärme ist nun gerade genügend gross, um eine solche Menge von Wasserdampf zu erzeugen, wie sie zur Mischung in der Mischkammer 8 benötigt wird. Die Zuleitung des Wasserdampfes vom Dampferzeuger 22 zur Mischkammer S ge schieht durch das Rohr 14. Der Verdampfer 22 erhält Speisewasser durch das Rohr 23.
An den Dampferzeuger 22 kann auch noch ein Dampfüberhitzer angeschlossen sein, so dass das in der Verbrennungskammer 9 ge bildete Verbrennungsgas mit überhitztem statt mit gesättigtem Wasserdampf gemischt werden kann.
Nachdem nun die aus der Turbine kom mende Treibmittelmischung den grössten Teil ihrer Abwärme im Dampferzeuger 22 abge- beben bat, gelangt sie in den Oberflächen kondensator 20a, wo sie bis zur Kondensa tionstemperatur des Wasserdampfes abge kühlt und durch Kondensation von dem gröss ten Teil des beigemischten Wasserdampfes befreit wird. Diesem Oberflächenkondensator wird Kühlwasser durch das Robr 24 zuge führt. Das warme Wasser strömt dann durch das Rohr 25 ab. Das niedergeschlagene Kon densat wird durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Pumpe durch das Rohr 26 abgesaugt. Der nicht kondensierte gasförmige Bestandteil der Treibmittelmischung wird durch den mehrstufigen Kreiselverdichter 21 auf Atmosphärendruek verdichtet und durch das Rohr 27 ins Freie geleitet.
Die Kreisel verdichter 13 und 12 sind hintereinander geschaltet. Ersterer saugt Luft aus dem Freien durch die Leiteng 28 an. Von der in ihm verdichteten Luft gelangt ein Teil durch das Rohr 17 zur Verbrennunsgkammer 15. Der übrigbleibende Teil der Luft wird im Hochdruckverdichter 12 weiter verdichtet und durch das Rohr 11 zur V erbrennungskam- mer 9 geleitet.
Der Ab-asverdiehter 21, sowie der 1Nie- derdruck-Luftverdiehter 13 und der Hoch druck-Luftverdichter 12 können durch be liebige I1'raftmasebineii angetrieben werden. Als solche können natürlich auch wieder Tur binen verwendet werden, deren Bauart und Arbeitsverfahren mit derjenigen der Turbine ja übereinstimmt, oder es kann sogar die Tur bine 1a selbst zum Antriebe dienen.