DE1601527A1 - Gasturbinenanlage - Google Patents

Description

506^Γ

Associated Electrical Industries Limited, London S.\l. I/England

Ga s turbinenanla ge

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage_f wie si© z.B. zum Antrieb von Schiffen oder zur ElektrizitStseraaugung verwendet wird.

Das üblich® Arbeitsverfahren einer Gasturbine besteht darin» daß die Gasturbine Luft ansaugt, komprimiert, erwärmt, expandiert, um die freiwerdendθ Energie svm Antrieb der Belastung einer Abtriebswelle zn verwenden, und eis heißes Gas In die Atmosphäre abläßt. Wie bereits vorgeschlagen wurde, läßt" sich der Gssamtwirkungsgrsd dadurch verbessern, dsS man dem Abgas auf irgendeine Weise Wärme entzieht und diese ausnützt, z.B. in einem Dampferzeuger, dessen Dampf eine Dampfturbine antreibt, die wiederum eine andere Belastung, z.B. einen elektrischen Hilfsgenerator im Fall einer Schiffsantrieböanlags antreibt. Andererseits könnte stich auf der Stromoberseito der Gasturbine Dampf eingespritzt werden, um den Maseandurehsatz au erhShön., ohne die Verdiohterarbeit entsprechend au steigern* *

Bei einer Gasturbine mit Eiiii'ach-ArbsitEvsrfahren druokturbine) wird das heiße koiaprisaiorta Gas in einer einsigen Gasturbine expandiert und in einem einsigcn Verdichter koiapri- · miert, der zusätzlich zur Hauptbelastung von dieser ösaturbint

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angetrioben wird. Sei einem kombinierten Arbeltuverfahren wird in mindestens sswei Verdichtern komprimiert. Diese liegen in Haine, unü werden jeweils von einer Gasturbine angetrieben» von fiensn eine oder eine zusätzliche Gasturbine, häufig Leistungsturbina oder Sretlaufturbine genannt, die Belastung antreibt. In den meisten Fällen, in denen die Abtriebewelle keine konstante Drehzahl zu heben braucht, z.B. bei dem niohtlineoren Drehmoment-Drehaahlver-halten von Propellern oder Sohiffeschrauben, kann eine sowohl die Belastung sie auoh einen Verdichter antreibende Gasturbine in zwei Gaaturblnenabsohnltte unterteilt werden, die getrennt den Verdichter und die Belastung antreiben. Der Begriff "Verdichtersetz" wird sowohl für den einsigen Verdichter einea.Eiafaoh-Arboitaverfahrene als auoh für die beiden Verdichter eines kombinierten Arbeitsverfahrens verwendet, und dieser wird als "Hochdruckverdichter" bezeichnet, unabhängig davon, ob ein oder mehrere Verdichter vorhanden sind. Der Ausdruck "uasturbl&enssts" wird In ähnlicher Weise sowohl für eine Gasturbine mit Einfach-Arbeitsverfahren als auch f\ir Gasturbinen mit kombiniertem Arbeitsverfahren verwendet, und awar in jedem Teile mit oder ohne Aufteilung der Leistungsturbiae*

Obwohl die Erfindung anhand einer Aule ge mit offenem Kreislauf (ä.h« eine Gasturbinenanlage, die aus des Er al en ansaugt und die Abgase In die freie Atmosphäre ausstoßet) beschrieben wird, gilt eie euch für eine Anlage mit geschlossenem Kreislauf« In diesem Falle braucht es eich bsi dem Arbeits«· gas nicht um-Luft und Verbrennungsproditkte «u handeln, sondern um irgendein ausgewählt ©3 Gas, ds ε ständig in ©lasm Kreislau/ umläuft- Um der Kurse und Einfeahfeeit willen wird im folgenden auf Luft als Arbeltsges Bezug genommen, wobei

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natürllcu das Abgas ein Gemisch aus Luft ur.ä Verbrennunsoprodukten ist. Dies soll jedoch nicht besagen, daß bei eines Arbeitsverfahren mit gesohloosenera Kreisleuf kein anderes Arbeitegss verwendet werden kann.

Der Erfindung liegt hauptsächlich die Aufgabe zugrunde» eine (gasturbinenanlage eu schaffen, deren Wirkungagrad bei Telllaat etwa In der gleichen Größenordnung wie bei Tollest liegt. Ob diosea Ziel völlig erreicht wird oder nichtf hängt von dem Bereich ab/ in dem die Erfindung gilt, doch läßt sich ak&e Anlege schaffen,, deren Wirkung«- grsd bei einer Belastung Mit etwa 55 # der maximalen Leistung in der gleichen Größenordnung liegt wie bei einer Belastung mit 100 # Hennleistung. Ferner lä£t Bioh Aurch die Erfindung die Leistung einer Anlage vorgegebener Größe erheblich steigern. Die Erfindung läßt dem Konstrukteur - ssur Brslelung eines hohen Wirkungsgrades und maximaler Leistung - weltgehend freie Band bei der Wahl der Materialien. So kann es beispielsweise thermodynamisch zweckmäßig sein, den ersten oder Hieder-^erdiohter (ND-Verdichter) auf einen verhältnismäßig niedrigen !Temperaturbereich aussulegen« so daS seine Beschaufelung und andere Teile seiner Anordnung aus «yntetiaohe«, harzartigem Grundmeterlei oder einem anderen verhältnismäßig leichten und leicht forabaren (obwohl Tieftemperstur-}Material herzustellen.

Bin sich durch die Erfindung ergebender Torteil betrifft die maximale Betriebstemperatur der Gasturbine« Bei Irgendeiner vorgegebenen Belastung, ausgenommen Tollast, kann die erforderliche Leistung bei verschiedensten Betriebs»

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bedingungen aufgebracht worden. So kenn die maximale Betriebstemperatur bei jeder vorgegebenen Belastug frei gewählt werden, statt der Maschine bei vorgegebenen UmgebungaverhältnlBsen oder Umgebungezuständen innezuwohnen oder eigentümlich zu aein. Aus diesem Grunde kann, ähnlich wie bei Vollast» in einem sehr groseen !üolllaetbereloh mit maximaler Krelslauftemperatur gearbeitet warden. Dies ist einer der Hauptgründe dafür, vrarum oioh erfindungsgemäS ein so gutes Teillastverhalten ergibt. Bekennte aasturbinenarbeiteverfahren (oder -Kreisläufe) mit hohen Maximtltemperaturen bei Teillast haben gewöhnlich den Nachteil, daß Ihre Leistung bei Vollast bei jeder maximalen Kreislauf temperatür sehr stark von der Umgebungstemperatur abhängt. Durch die Erfindung wird dieser Nachteil völlig oder sum (Teil beseitigt.

Sie Erfindung läßt eich vor allem dort mit Vorteil anwenden, wo die Belastung veränderlich 1st, aber die Drehaahl konstant bleiben soll, z.B. beim Generator eines Elektrizitätswerks. Bei anderen Lästerten, 2.B. bei Belastungen, deren Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie der eines Propellers oder Ventilators oder einer Schiffsschraube gleloht, würde aan eine Gasturbine mit einem Rotor sum Antrieb des Eauptverdichters und eine andere (Leietungsturbine oder freilaufturbine) zum Antrieb der Belastung verwenden. Die Erfindung kann gleichermaßen bei gemischten bzw. kombinierten Arbeitsverfahren und bei Einfach-Arbeitsverfahren angewendet werden, und bei dem Arbeltsverfahren können außerdem verschiedene an eich bekannte Mittel sur Verbesserung dee Betriebsverhaltene verwendet werden· So kann z.B. die Wärme des Abgases sur Erzeugung oder sur unterstützung der Erzeugung von Dempf ausgenützt werden,

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der seinerseits in der zuvor erwähnten Weise verwendet werden kann. Ale Alternative oder zusätzlich kann im Abgaasystem ein Verdampfer aur Erzeugung eines Hilfsdeotillate-srorrats oder.^ur Wasseraufbereitung für ©in@n Bempfsrseuger vorgesehen a©iä« Im ¥®rdiüät®rsyet@ia &ean ©in Iwieohenktiiier und zwischen aufeinanderfolgenden Expansionästufen der §0s~ turbinenanlage ein Zwischöntiberhitaer vorgesehen sein usw.

Die Erfindung kann auch mit Vorzug bei einer Anlege verwendet xireden, di@ mit Dampf aus irgendeiner Daiapfq,uelle (a»B. einer anderen Kaachine in dar gleichen Usoiabaraohaft) angelassen werden mud» Sofern ®isie Dampfturbine in die erfindungsgemäße Anlage einbezogen If^ was bei einigen AuefUhrung©E der Pail ist, kann diese von der Abhitze der Gasturbine mit Es©rgie versorgt werden, was oiner von vielen Vorteilen igt, die die Erfindung bietett Die Abhitstf -Dampferzeugung zum Setreiben einer Dampfturbine, was zur Steigerung der Gesamtleistung beiträgt_f ist ein sieh bekannter Vorsohlag bei "Vorwäraturbinen".

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage zur Erzeugung von Wellenleistung (d.h. mechanischer Leistung), bei der ein !PurblneneatE mit verdichteter und erhitzter luft aus einem Ho ehdruolc-Verdient ersatz (HD-Verdi ohter satz) Über eine Lufterwärmungsvorriohtung (gewöhnlich eine Verbrennungskammer) gespeist, der HD-Verdio&teraatζ vom Gasturbinen» satz (oder einem Teil &von) angetrieben und der HD« Verdicht ersatz selbst mit Luft geipeiat wird,- ÜIb duroh einen IFiederdruekyerdichter (SD-Verdiöhter)» der in Heiß© mit dem HD-Sst» liegt, geleitet wir<d« Mess Anortoimg

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auoh eine Anlage, die unter einigen Betriebsbedingungen wie beschrieben arbeitet, sbor bei der unter anderen Umständen die luft unmittelbar dem ED-Verdiohtersatz zugeführt wird. Der HD-Ver dicht ersatz iiann einen oder mehrere hintereinander gescheitete Verdichter enthalten₃

Qemliß der Erfindung wird eine Gasturbinenanlage mit einem Hochdruok-Verdiahtersatz geschaffen? der von einem Turbinensatz angetrieben wird und dem Turbinensatz die Arbeiteluft über eine Lufterhits; ^vorrichtung eufühnt* mit einem Niederdruofcverdiohtei desson Abgea den Hoohdruok-Verdlohtersatz speist, bei dor der- Messendurohsatz der Arbelteluft bei gleichbleibenden Betriebsbedingungen, d„h. gleiohbleibender Belastung, veränderbar T_188x auf oder etwa *uf einen vorgewählten Wert gehalten und des Druokverhältnls deo Siederdruokverdlchtora selektiv etuerbar ist«

In Rahmen des vorstehenden umfaast die Erfindung tinen Siederdruok-Yerdldter, vorsugevelse «Inen mehretufIgen Axialverdichter, dessen Druokverhältnis duroh Indern der Staffelung oder des Staffelungswinkele der Schaufeln wählbar steuerbar let, was bei mehreren aufeinanderfolgenden Stufen des Yerdlohtere durchgeführt wird» Vorzugsweise wird der Staffelungswinicel aller Statorstufen mit Ausnahme der letzten oder dar letzten und der vorletzten derart veränderbar ausgebildet, deß das Ausmaß der Änderung von der ersten Stufe an abnimmt«

In anderer Hinetoht umfaßt die Erfindung auoh tine Anlage, bd der der Nlederdruok-Verdiohter von einer Dampfturbine angetrieben wird, die von einem Abhitze-Dampferzeuger

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gespeist wird. Dies läßt eich auf verschiedene Welse durchführen. So Ice im die Dampfturbine beispielsweise zur UhteratütEung der Wellenleistung odor Brehkraft des Gasturbinendempfea verwendet werden oder nur an dem Niederdruck-Verdichter angeschlossen sein und diese Dampfturbine« die den Hiederdruck-Verdiehter unabhängig antreibt» kenn zum inlaseen und Hochfahren der Anlage verwendet werden.

Se liegt deshalb im Rohrnen der Erfindung, daß der Miesendurchsetz der Anlage in Irgendeinem vorgegebenen gleich* bleibenden Be trieb ecus tend und während T_188x auf einem vorgewählten Vert ttwo konstant gehalten let (der bit elntr Überlastung kurseeltlg tiberaohritton werden kann), duroh das Bruokverhältale dee ffiederdruok-Verdienteve überwaoht let. Venn also irgendein Zustand auftritt, der bestrebt ist, T_mBX zu ändern, wird des· Keesenstroa oder -durchsetz veranlaßt, sich zu ändern, um diesem Zustand entgegenzuwirken. Eine Erhöhung von T_01x wird duroh eine Vergrößerung des HeesendurohBetzes und eine Verringerung auf umgekehrte Welse korrigiert.

Gewöhnlich versteht man unter T_08x die Temperatur¹ der ArbeitBluft am Eintritt dee Geβturbinen«ateeβ.

ErfindungBgernäß ist dee Druckverh&ltnie der fflederdruok-Turbine zwischen seinem maximalen Sennwert, der beispielsweise etwas Über 2 ι 1 liegen kann, und einem mniauu veränderbar, des gleich oder eirwes größer als 1 sein kann, oder wenn die Beschaufelung des Hied er druok-Verdichter β entsprechend ausgebildet 1st, kann sein Druckverhältnla sogar ^Mn0gativⁿ(d.h. kleiner als 1) werden, eo daP der

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Ki e d or druck-Verdichter unter vorbestimmten Bedingungen auch ale lurbfae arbeitet und sich die von lh» erBeugte mechanisch© Leistung zur Ausgangsleistung der Anlage addiert, wobei der im HD-Verdidfter auftretende Druckabfall durch den unteratmosphärischen Einlaß·» oder 3teisohluftdruok des HD-Veröichtersatzes hervorgerufen wird.

In einigen Anvrendungafällen der Erfindung wird der unabhängig vom Gaeturbinensats (s.B. von einer Dampfturbine) angetriebene Verdichter für Anlaß «wecke verwendet. Ee wurde zmv bereite vorgeschlagen, eine "teturbinenanlage durch Zufuhr von Druckluft, a.B« der Druckluft οineβ Gebläses in einem Maschinenraum, anzulassen, gemäß der Erfindung wird jedoch ein einen Verflichterasta einer Gasturbinenanlage speisender HD-Verdiohter, im Oegeneate zu einem Anlaßgebläae» das mit einem sehr niedrigem Druckverhttltnls arbeitet, für diesen Zwaok verwendet.

Wie später noch näher erläutert wird, kann eine Wellenlelatunga-CNieturbinenanlage mit einem Qeeturbintnoatc, der mit konstantem Drehzahlverhältnls lift und von einem Hoohdruek-Verdichter mit Luft gespeist wird, und mit einem Niederdruck-Verdichter versehen sein, der derart angeordnet ist, deS er dem HD-Verdloatev jDuft in Reihe zuführt und direkt oder indirekt von der Wärme der gleichen Luft mit Energie versorgt wird,

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die den Gasturbinensatz mit Energie versorgt hat, entweder durch direkten aeohanischen Antrieb über den Qasturbinensate oder durch ein getrenntes Xrfebwerk, des durch die Abgaswärme der Gasturbine mit Energie versos^ wiri, und mit entweder a) eines¹ Beschaufelung, deren Schaufeln derart verstellbar mi&ä» daß das teiekverhältnis des @?etea ferdiohtera bei vorgegebenes? Drehzahl veränderbar tat, oSer mit b) einer derartigen Vorkehrung versehen sein, daß die Drehzahl des ersten Verdichters relativ zn der des zweiten Verdichters cßer die Drehzahl beider Verdichter veränderbar" ist. So wird der &D-Verdienter in einigen Auwendungsfallen über eine Sranaffiifl8ion@vorrichtu.ng angetrieben, die fflr die Regelung ihrer eigenen Drehsahl sorgt, während in einigen anderts; Jawendungsfallen der IID-Verdiohter mit seiner eigenen individuellen Drchsjahl von einer Dampfturbine angetrieben wird, die durch die Vermittelung eines Dampferzeugers vom Abgas des Sasturbinensatzes mit Energie versorgt wird, mit oder ohne eusfit*liohe Wärme, Eine derartige Dampfturbine kann direkt mechanische Leistung zu der des Gfasturbinensataes beitragen. In ähnlicher Weise kann der HD-Vsrdiohter zum Teil vom Gtasturbinenaatas und zum feil von einer Dampfturbine angetrieben werden« Und diese Maßnahme ist äußerst vorteilhaft bei oder in der Sähe der Vollast«

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Erfindungsgamäß kann der ND~Verdiehter auch ausgekuppelt oder abgetrennt sein, so daß er überhaupt nicht läuft» wenn der Luftdruck nicht erhöht zu werden braucht. Dann kann er durch eins sntsprgnksnde Vsntilvorrichtung kurzgeschlossen werden, so daß die Frischluft des HD-Verdiahtereatzes unmittelbar aus dem Prsian antBomiaen wird-

Die Regel·· oder Steuerung des üruckverhältnieaeB des ND-Verdichtera, die durch irgendeines dar erwähnten Mittel bewirkt wird, kann von irgendeinem oder irgendeiner Kombination der Fakto? w abhängen» die ihrerseits wieder von T _ abhängen (hier ^bfeäBgigkeitsfEktoron" genannt), und diese können sein: Sää Wellenleistung (gerneβaen durch irgendeines der zahlreichem bekennten Mittel), ein HD-Sruckverhältnis, der Istwert „see Drucks, gemessen an einer ausgewählten Stelle des Systems, die Geschwindigkeit der Brennstoffzufuhr, die Temperatur an einer ausgewählten Stelle im System und der Luftmassend^rchsatzo Außerdem kann diese Regelung oder Steuerung von Uogebungezuständen abhängen, z. Bc von dtr Temperatur und de» Druck der Atmosphäreο

In folgenden werden nun Aueführungebeispiele der Erfindung an Hand von Zeichnungen beeehrleben.

fig« 1 zeigt den Fall, daß ein ND-Yerdichter mechanisch vom (Jaaturbineniatz angetrieben wird.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel, bei de» der ND-Verdichter unabhängig von einer Dampfturbine angetrieben wird.

flg. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführung von flg. 2, bei der die Dampfturbine zur abgeführten Leistung der Anlage 'beiträgt.

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Fig» 4 zeigt eine der Pig_o 3 ©stsprechende praktisch® Ausführung einer Schiffeturbinenanlage iß Draufsicht, die zur Verwendung mit einem Revereier-Fropeller sit &ineteilbarer Steigung (Verstellantriebapropell«r) auBg#lsgt ist»

Fig« 5 zeigt eine Tabelle₉ die in der linken Spalte mehrere bekennte Vorschläge für WelleBlexQtuEgs&asturbinenanlegen und in der rechten Spalte entsprechende srfindungsgemäße Ausführungsformen enthält „

Die Anlage nach Pig. 1 enthält ainen NB-Verdichter 1, dessen Auegange- oder Abluft der Reihe nach durch den HD-Verdichter 2, dann durch die VerbrennungskäSHoer 3, wo sie erhitzt wird ( und sieh die Verbrennungsprodukt© ®lt Verdünnungsluft mischen), und dann die Gasturbine 4 durchströmt η Der HD-Verdichter 2 und die Turbine 4 sitzen auf einer Welle 5, deren Wellenleistung odsr Drehkreft Über ein Untersetzungsgetriebe 6 an eine Abtriebswelle 7 übertrugen wird« In das Getriebe greift außerdem noch ständig ©ine HD-Well© 8 ©in, die den HD-Verdichter 1 antreibt« Bsi einer Ausführung der Erfindung 1st der HD-Verdichter 1 ein Axialverdichter, boi dem die Staffelung oder der Staffelungewinkel der Stator- oder Leitichaufel einstellbar let. Ee gibt verschiedene an sich bekannte Ausführungen dtrartiger Verdichter, insbesondere bei Qebläseofen-Gaeturbinenanlagen. Das Druckverhlltnls des HD-Verdlohters ist durch Verstellen dieser Beschaufelung einstell- oder regelbar, Obwohl es nicht dargestellt 1st,,1st es dennoch naheliegend für einen Fachmann, wenn er es für zweckmäßig hält, zwischen den Verdichtern 1 und 2 einen Zwischenkühler vorzusehen«

Als Variante dieses einfachen Beispiels„ und vielleicht statt die Beschaufelung des Verdichters 1 veränderbar aus-

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zuhildsn? kann elna die Drehzahl ändernde Trenamiesionsvorrichtung 9 in der Welle 8 vorgesehen sein« So kann also die Drehzahl des NB-Verdichters 1 geateuert oder geregelt werden, und diese Steuerung oder Regelung kann anstelle der Beschaufelung mit veränderbarer Staffelung oder zusätzlich zu dieser verwendet werden. Pig, 1 ist deshalb ein Beispiel der Anlage, bei der der HD-Verdichter mechanisch und unmittelbar durch den Sasturbinensats angetrieben wird. Wie noch später näher erläutert wird» kann es sich bei dem Gasturbinensatz 4, wie angedeutet« um tine Gasturbine mit einem einzigen Rotor (doh. eine Turbine, die gleichzeitig als Yerdichtungaturbine und leistungsturbine arbeitet) handeln. Bei einer anderen Ausführung kann der Gaeturbinensatss swei in Reihe oder parallel liegende Rotoren enthalten, von denen einer eine Leistungsturbine und der andere eine Verdichtungeturbine ist ο

Fig, 2 zeigt ein weniger einfaches AuefUhrungebeispiel der Erfindung«, In äieeem Falle strömt die Abluft des HD-Verdichters 21 über eine Seite eines Zwischenkühler-Wärmeauetaue Chors 21A zum HD-Verdichter 22 und ron dort nach dem Erhitzen in der Verbrennungskammer 25 zur Turbine 24 auf der Welle 25. Die Welle 25 treibt den HD-Verdichttr 22 an und bildet gleichzeitig die Abtriebsvrelle der Turbine 24. Die Abgase der Turbine 24 durchlaufen einen Abhitee-DampffeT-zeuger 26, der Dampf zum Antrieb einer Dampfturbine 27 erzeugt, die den HD-Verdichter 21 über eine Welle 27A antreibt» Der Abdampf der Dampfturbine 27 durchläuft «inen Kondensator 23, und das Kondensat fließt zurück in den Dampferzeuger 26. Das Dampferzeugerepeiaewaseer kann im Zwischenkühler 21A vorgewärmt werden. Die Dreheahl dee ND-Verdiehtera 21 unci mithin dessen Bruckverhältnie wird durch Steuerung oder Regelung der Drehzahl der Daapfturbins 27 gesteuert oder geregelt

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Pig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel, das die Anordnung nach ■Pig« 1 und 2 mit weiteren Merkmalen umfaßt„ Hier wird die Abluft des ND-Verdienters 31 über einen Zwischenüberhitzer 31A in den HS-Tardichter 32 und von dort über die Brennkammer 53 in die Hoehdruekstufe 34A eine® Turbinensatzes geleitett von dsu? 34B die Leigtungsturfein© b®seiotoet_s die die Walle 35 uid über diese im getriebe 36 antreibt, das dem Sstrieb® 6 naeh FIg₀ 1 entspricht₀ Eina Dampfturbine 37 wird durch Dampf aus einem Abhitsedampf er zeuger 37A gespeist, und es ist auch ein Kondensator 37B vorgesehen« Ein Zwischenkühler 31A kann wiederum das Speisewasser vorwärmen* Die Dampfturbinanwolle 38 greift kraftschlüssig in das Getriebe 36 ein und treibt dem HD»Verdichter 31 über eins Drehsatoländerungavorrichtung 39, z.Bo ein Wechselgetriebe, an» Der &P-» Verdicht er 31 kann eine Beschaufelung mit verstellbarer Staffelung^/enthalten» Dieses Beispiel veranschaulicht also die Vielzahl der Hegel- oder Steuer-Hjöglichkeiten der Erfindung,, Die Drehzahl des KD-Verdichters kann von deii Vorrichtung 39 gesteuert werden,, oder sein Schaufelstaffelungswinkel kann gesteuert werden. Die Leistung der Dampfturbine kann zur Cresamtwellenleistungsabgabe der ganzen Anlage beitragen, oder der HD-Verdichter wird, wenn die Dampfleistung ungenügend ist, um den Anforderungen des ND-Verdichters zu genügen, zum feil von der Dampfturbine und zum Teil von der Gasturbine 34B angetrieben« Die Vorrichtung.39 kann eine ausrückbar« Kupplung enthalten oder sein, die im ausgerückten Zustand ermöglicht, daß sich die gesamte M®$fl@istung zu üev der Turbine 34B addiert, wobei der HS-Verdichter leerläuft*» ±M@w ein Ventil ins Preis geöffnet wird,, dag an ©in®r Stall® 32A angeordnet ist und atmosphärische luft direkt ia üen HD» .Verdienter läßt»

Eine entsprechend dem Beispiel nach Fig« 5 aufgebaut© Schiffsturbinenanlage ist in Pig» 3 ausführlicher gezeichnet,. In äieaeiB Falle seien als Beispiels einigt wesentliche

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Konstruktionaäeten angegeben. I'ie Anlage lot für Schifffahrts- oder ähnliche Zwsclco gedacht, bei denen ein schnelles Starten, hoher Wirkungsgrad bei TsillBBt, gedrängto" Bauweise und ein hohes LeiB^mge/eev/icht-Verhältnis verlangt wird. Sie soll mit eines Propeller_v deosen Steigung veränderbar und uiDsteuerbe? is'c. (auch Vsrotellentriebepropeller genannt) betrieben verden. EIe i-snn euch Ifiinpf für andoro Zwecke außer für eich scibnt err.eugon, ζ ^B. nicht für Antriebe sweoke» Dio in Pigο 4 gezeigte Anlage ist auf eine maximale Wsllenleistung von 20 COO PS bei AQf* Cesatatwirkungsgrad und eines» .- i. diesem Wert bis auf 35?<> der MaximalleiBtung herunter koi^t&nt bleibenden ieillastwirkungegrad ausgelegt,- Dies let eine Folg© des Hauptmerkmals dor Erfindung, das ee ermt5glicht_{ Ί: iTs gesaoten Leietungabereich zwischen der Eininelen noneelexi Teillaet und der maxi mal en Belastung konstant su halten^ wobei der HassendurchsatB (euch Mengenetro© genannt) Etfeiierbar verändert ist ο Bei Verwendung von dtstilliertsK- Brensetoff ergibt sich eine Hßun- und Gewichtsverringerung; bei dieser Anlege (ohne Abhitse-Daispfersseiiger} im Tergleiclj su larigsaiBen handelsüblichen BieeelkraftBsschiiien gleiclicr Msxiiaalleisturig, die in der Größenanordnusig von 8Qfs liegt, (ä_nh» eine Verringerung von 80$).

Bei Pig» 4 iet der ND-Teröichter 41 eine vier- oder fünfstufige axialäurchBtrömte Maschine Dit eteuarbar veränderbaren Lei ta chaufel;) bei allen außer der letzten Stufe« Er läuft mit einor Mexiaaldrehzahl von 6 000 UpM₀ Seine Abluft» dessen Druckverhältnis bsi etwa 2,5 * 1 liegt, durchläuft einen Zwiech&nküliler 41A, der aerodynamisch derart ausgebildet sein kann, daß er ebenfalls ein Schaufelgitter bildet, UD aerodynamische Verirrte in einem Bogen in der NT-Luftleitung 41B zu verringern* An der Stelle 410 kann ein nicht im einzelnen dargestelltes großflächiges Luftansaugventil vorgesehen sein, um die insgesamt erforderliche

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direkt zue) HP-Verdichter 42 e insu?, ease«.. Der HD-Verdichter let ein 13-stufiger Axialveidichter mit einsn Druckverhälinie in der Größonörduuiiti voji Gi 1 un£ einer laaxiuirlen Ixehzanl von 8400 TJpM₀ Der Auelaß dee HD-Verdichters ist mit einer Verbrennungskanaer verbunden, die von einem Gehäuas 43A über einen Verbrennungsraum BU einem Turbineneinlaß 4OB führte Eine HD-Verdichterantriebs·- turbine 4-4A sitzt auf der Well* des HD-Verdi clrfc ere 42> und eine Bl·- Ieistungsturbine 4413,derer· maximale Irehzahl bei etwa 6 000 UpK liegt, führt unmittelbar in ein Unter^etzunge- und Kupplungegetriebe 46ν auB den die Propellerwelle 46A herauiiragt* Ferner et ;ht mit dem Getriebe 46 e^J.»intUg die Welle 48 oiner laispf turbine 47 kraftechltissig in Eingriff. lias andere Ende aer Welle 48 führt zu einer eteuerbaren Fluesigkeitsküpplung 49, durch die der !^Verdichter 41 angetrieben wird» IAe Kupplung 49 gestattet ein vollständiges Auskuppeln, wenn das Ventil an der Stelle 4TC zur Atmosphäre hin geöffnet ist. In diesem Zustand wird der Verdiohter 41 angehaltene

Zwischen der Dampfturbine 47 und dem Getriebe 46 kann eine ausrltokbare Kupplung 48A angeordnet seine Wenn dann eine geeignete unabhängige Dampfquelle vorhanden ist, kann die Dampfturbine 47 vom Getriebe 46 getrennt und unabhängig mit des WD-Verdichter In Eingriff gebracht werden. Dieser ^etEt nur daropfbetriebene Verdichter kann zum Anlassen der Gasturbine verwendet werden, da die KD-Lüftabgabe auareioht, die Verdichterturbine 44A und den Verdichter 42 au drehen und eu beschleunigen.

Um die Erfindung besser zv. verstehen, let βε zweckmäßig, ihre verschiedenen Ausführungen mit bekennten, die bis eu einem gewissen Grade äquivalent sind, zu vergleichen. Dies wird an Eand von Pig. 5 demonstriert, in deren linker Spelte einige an eich bekannte Arbeitsverfahren dargestellt sind« Diese sind einzeln durch Buchstaben A bis G bezeichnete In der rechten Spalte sind cd entsprechende erfindungsgemäße Arbeitsverfahren gezeigt, wobei die Korrespondenz durch die Verwendung gleicher Bucheteben ^ mit einem zusätzlichen Stern als Beeugszeichen angedeutet let. -J In allen Fällen cind ein Verdichter oder die Verdichter und die ο Gasturbine oder Gasturbinen in Üblicher Weite eehematiseh darge- ^ stellt. Eine Dampfturbine wird durch ein Trepen, eine Kupplung mit *" steuerbarer Drehcahl durch parallele senkrechte Linien und ein Verdichter, dessen Schsufelstaffelungswinkel veränderbar ist, durch einen diagonal verlaufenden Ffeil dargestellt. A seigt eine ..-infa-

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ehe Gasturbine mit offenem Kröiolauf, unterstützt durch eine Abhitze- oder Vorwärn-Danipfturbine auf der gleichen Welle, ale Antrieb für eine mechanische Bslastungo

B zeigt eine kombinierte Turbinenanlage mit zwei Wellen, bei der der HD-Verdiohfcr von der HD-Turbine_t die auoh die Belastung «treibt, der HD-Verdionter von der HD-Turoint angetrieben wird, und eine Vorvrärmdampfturbine, die BD-Turbine, vorzugsweise eine drehzahlveränderbare Anlage unterstützt.

C zeigt eine Konstantdrehaohl-Wecliaelßtromeriseuger-Anlege mit HD- und HD-Verdichteq die mit verschiedenen aber konstanten Drehzahlen von einer Gasturbine angetrieben werden, die von einer Vorwärmdampfturbine unterstützt wird.

D iat die an eioh bekannte Variante von A für variable Drehzahl, bei der einer Einprozeee- oder GHeiohdruok-GFesturbine eine unabhängige Leiatungaturbine folgt, die von einer Vorwärmdampfturbine unterstützt wird*

E zeigt eine Sohiffeturbinenanlage, bei dar dit gvei Wellen einer kombinierten Zweivrel langes turbine getrennt Bind. Der erste Verdichter wird von einer HD-Tur/bine

angetrieben, die In Beine in Stromdiohtung unterhalb der HD-Turbine angetrieben wird, während der «weite

Verdichter von der HD-Turbine angetrieben wird. Dar Abgasetrom sue der HD-Turbine teilt sich auf, »o daB.

der andere Zweig die Arbeitoturbins speiet, auf dtren

Welle eine Vorwärmdempftürbine aitat. F zeigt das Arbeitaverfahren von A mit einem Untereetaung·-

gotr*ieb©.

G zeigt ass ArbaitGverfahron von 3 mit üntereetzungegetriebe.

Und nun zur rechten Spalte:

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A* ähnelt A, jedoch wird in diesem felle ein SD-VordiolrMr von der Dampfturbine angetrieben und dadurch hinsichtlich der von ihm geleisteten Arbeit leicht veränderbar₉ und aner durch Steuern der Dampfturbine«

zeigt die gleiche Änderung, angewandt auf die kombinierte Turbine naoh B.

G* ähnelt O hinsichtlich der JHinktion. darin* daß der ND-Vordichter mit einer Drehzahl angetrieben wird, die von der Drehzahl der Gasturbine bestimmt wird, und die Dampfturbine liegt in der UD-Wellej der ÄD-VerdioJiter Jiat eine Beschaufelung mit verstellbarem Stsffelungawinkel.

D* ist das gleioae wie C*_t nur daß, wie bei 2>* eine unabhängige Leistungaturbine vorgesehen ist, was für drehzahlveranderbare Antriebe(a.B. für Sohiffe) vorteil* hefter ist*

ähnelt 3? jedooh ist »ine 3)r eiize hl oiias teil träne « mission zwischen der Dampfturbine und dem HEMTerdichter angeordnet_f der deshalb keine vsratellbaren Sohaufein zu haben braucht«

D*** ist die offensichtliche Tariante von D**_t bei 4«? eine Leistungsgasturbine vorgesehon ist.

G* entspricht dem Kreislauf oder Arbeitevorfahren von d mit der Abwandlung, daß eh sretor ND-Yardichter vorgesehen ist, der über eine DrsMablefasttlltra&eaieiion übtr uino Welle angetrieben wird, die au einer Vorwäntdaapfturbine gehört, die Itraftochlüeeig in das Abtriebigetriebe eingreift. In diesen ?aHo kann es besonders vorttilhsft

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Ββΐη, den ND-Kompresaor nioJit laufen ßu lassen und das Frischgas zum kombinierten Gaaturbinensata su leiten.

G** zeigt das gleiche kombinierte Arbeitsverfahren wie G*, jedoch mit einer getrennten Leie tungsturbint.

Bei allen erflndungsgeaäSen Vorlauten na oh Fig. 5 sind Torwärmdampfturbinen vorgesehen· Dies soll nioht hell·*, daß diee für die Erfindung wesentlich 1st» obwohl es für die meisten großen furblnenanlagen vorzustellen tat. Erfinüungowes ent lieh 1st, deO ein HMTerdlahttir vorgesehen ist» dessen auegeführte Arbeit steuerbar ist·

Die Mittel aur Steuerung oder Regelung sind hier nioht beschrieben, da es einen Faofcaann uberlaesen bleiben kann, darartige Einzelheiten aim der groSen inssahl star Terfugitng stehender Vorrichtungen auBfüwtthleii, nögon sie nun auf den Druok, die Temperatur, die Wellealelstimg oder der·» Kombinationen ansprechen, in einigen lallen kann ea auch zweckmäßig sein, einfach cino Handsteuerung eu verv»nd«il· So gibt es beispielsweise bei Schiffsturbine!!. »in*n sehr klaren Ohtersohied swlsohan einem "eruieisg" od«r feillastbetrleb und einem Volleiatnngsbetrieb {Auebeuleistuneebetrleb) Zn diesem lalle ISSt sieh vorhersehen, daß die mit Hilfe eines Stuf «wechselgetriebe© (s.3. eines elnfeohen Zweistufengetriebes) und einer Kupplung oder hydraulischen. Kopplung, um OetrlebtaohsltstuSs au vtrmelden, erfolgt. Sine teilweise Handsteuerung keim vorteilhaft sei»,» wenn beispielsweise der IB-T«rdiohter xwt Anlas sen getrennt angetrieben wird.

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Claims (1)

1. Pat entansprüche

   1 ) Wellenleiatungö-GaBturbinenanlage, bei der ein Hochdruck-Verdichter sat ζ krafteehlüasig von einem Turbinensatz angetrieben wird und dem Turbinensatz über eine lufterwärmungevorricMiing die Arbeiteluft zuführt und die Abluft eines Niederdruck-Verdichters den Hochdruck-YerdichtersatE speist« dadurch gekennzeichnet, dafl der Maeeendurchsatz der Arbeiteluft bei gleichbleibenden Betriebsbedingungen und unter Konstanthaltung von ^_max auf oder etwa auf einem vorgewählten Wert dadurch veränderbar let, daß Torrichtungen zur wählbaren Steuerung des Bruckverhältnlseea des Niederdruck-Verdichters (1) vorgesehen sind.

   2.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ι daß des Bruckverhältnis des Niederdruck-Verdichters bei irgendeiner vorgegebenen Belastung der Anlage »lachen einem Maximum, das der maximalen Arbelt des Niederdruck-Verdichters entspricht, und einem niedrigeren Wert, der weltgehend einer nicht brauchbaren Arbeit oder einer negativen Arbeit dieses Verdichters entspricht, steuerbar veränderbar ist.

   3.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Niederdruck-Verdichter von einer steuerbaren Erehsahlämdarungetraneraleeionsvorricfetung (9*39) angetrieben ist. die ihn mechanisch mit dem Gasturbinensatz verbinde^ ( wodurch der Luftmassendurchsatz der Anlage steuerbar ist K

   4c) Anlege nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Niederdruck-Verdichter von einer Dampfturbine (27,37) angetrieben ist, die aus einem Abhitze-Barapfersettgsr (26,373) gespeist wird, der von der Wärme des Abgasas des Sasturbinensatzes geheizt wird=

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   5 a) Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekenn· zeichnet» daß die Dampfturbine derart angeordnet und verbunden ist, daß sie mechanische Leistung zu der des Gasturbinensatzes beiträgt. (z.B. Pig,. 3)

   6.) Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruck-Verdichter ein mehrstufiger Axialverdichter 1st und in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen alt in an sich bekannter Waise in der Staffelung veränderbaren Leit ■· schaufelreihen versehen ist*

   7.) Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dad der Niederdruck-Verdichter angehalten werden kann, während der Hochdruck-Verdichtersatζ läuft, und daß sie mit Vorrichtungen (z.B. 32A) versehen ist, durch die die Arbeiteluft unter diesen Umständen unmittelbar dem Hochdruck-Verdichter sat ζ zufuhrbar ist.

   8.) Anlage nach einem oder mehreren der vorstehenden AnaprUohe, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruck-Verdichter derart angeschlossen ist, daß er gleichzeitig Leistung vom Gasturbinensatz und einer abgasgetriebenen Dampfturbine erhält. (z.B. 91g. 3)

   90 Anlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß das Druckverhältnis des Niederdruck-Verdichters in Abhängigkeit von irgendeinem "Abhängigkeitsfaktor" derart wählbar gesteuert oder geregelt ist, daß ein Ansteigen von Τ_ηβχ ein Ansteigen des Kassendurchsatzes und ungekehrt zur Folge hat.

   10.) Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekenn zsichE.8t , saß diase Abhängigkeit das Messen oder Abfühl en eines Unigebim£52U9t8ttdes insfaßt.

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   11o) Anlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruck-Verdichter unabhängig von einer Dampfturbine antreibbar ist, die so ausgebildet und angeordnet iat, daß die Abluft dee Verdichters/ wenn er auf diese Weise angetrieben wird, zum Anlassen und Hochfahren des Gaeturbinenaatzos verwendbar ist« (s.B= nach Pig. 2)

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