DE177535C

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Publication number: DE177535C
Application number: DE1905177535D
Authority: DE
Filing date: 1905-05-22
Anticipated expiration: 1925-05-23

Description

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMTPATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- JVIl77535 KLASSE 46 d. GRUPPE 10.- JVIl77535 CLASS 46 d. GROUP 10.

Verfahren zum Betriebe von mehrstufigen Gasturbinen.
Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Mai 1905 ab. Method for operating multi-stage gas turbines.
Patented in the German Empire on May 23, 1905.

Es ist bekannt, bei mit Druckstufen arbeitenden Wärmekraftmaschinen, wie Verbunddampfmaschinen, Dampf- und Gasturbinen usw., dem Treibmittel zwischen den einzelnen Druckstufen Wärme durch Übertragung mittels Heizflächen zuzuführen, ohne daß die Menge des Arbeitsmittels dadurch geändert würde, indem man z. B. den Receiver einer Dampfmaschine heizt oder den Abdampf derIt is known in the case of heat engines operating with pressure stages, such as compound steam engines, steam and gas turbines etc., the propellant between the individual pressure stages heat by transfer means To supply heating surfaces without the amount of working fluid would be changed by z. B. the receiver one Steam engine heats or the exhaust steam

ιό Primärturbine in einem Überhitzer von neuem überhitzt.ιό primary turbine in a superheater all over again overheated.

Demgegenüber soll nach vorliegender Erfindung diese Zwischenüberhitzung des Treibmittels von mit Druckstufen betriebenen Gasturbinen durch Einführung von hocherhitzten Verbrennungsgasen bezw. durch unmittelbare Verbrennung eines Brennstoffluftstromes im Treibmittel bewirkt werden, also durch Innenheizung, wobei der heizende Körper selbst mit in den Arbeitsprozeß eintritt. Die Menge der Arbeitsflüssigkeit bleibt somit nicht konstant, sondern nimmt von Stufe zu Stufe, entsprechend der in den Zwischenstufen zuzuführenden Wärme zu.In contrast, according to the present invention, this intermediate superheating of the propellant is intended of gas turbines operated with pressure stages by the introduction of highly heated combustion gases respectively. through immediate Combustion of a fuel air flow in the propellant can be effected, i.e. by internal heating, whereby the heating body itself enters into the work process. The amount of working fluid therefore does not remain constant, but increases from level to level, corresponding to the level to be added in the intermediate levels Warmth too.

Der Vorteil, der durch dieses Verfahren erzielt werden soll, ist gegenüber der bisherigen Zwischenheizung mit Wärmeübertragflächen darin begründet, daß man die Wärmezufuhr auf kleinerem Raum und für viel höhere Endtemperaturen vornehmen kann. Gegenüber mehrstufigen Gas- und Gasdampfturbinen, bei denen die ganze Brennstoffluftmischung vor der ersten Stufe verbrannt und in den Arbeitsprozeß eingeführt wird, kommt noch der Vorteil dazu, daß man nur einen Teil des Brennstoffluftgemisches auf den Höchstdruck zu verdichten braucht, während der Rest nur auf den jeweiligen Druck der einzelnen Druckstufen verdichtet wird. Man hat somit eine erhebliche Ersparnis an negativer Arbeit gegenüber einer einfachen Gasdampfturbine mit gleichem Höchstdruck.The advantage to be achieved by this method is over the previous one Intermediate heating with heat transfer surfaces is based on the fact that the heat supply in a smaller space and for much higher final temperatures. Compared to multi-stage gas and gas steam turbines, in which the entire fuel-air mixture is burned before the first stage and introduced into the work process, there is also the advantage that you only have a part of the fuel-air mixture needs to compress the maximum pressure, while the rest is only at the respective pressure of the individual pressure levels is compressed. So you have a considerable saving negative work compared to a simple gas steam turbine with the same maximum pressure.

Andererseits ist durch. dieses Verfahren die Möglichkeit gegeben, die stufenweise Verdichtung mit Vorteil anzuwenden, indem man das zur Zwischenüberhitzung dienende Arbeitsmittel den einzelnen Druckstufen eines Stufenkompressors entnimmt.On the other hand is through. this procedure gave the possibility of the gradual Compaction can be used to advantage by adding the one used for reheating Takes working fluid from the individual pressure stages of a stage compressor.

Eine gemäß diesem Verfahren arbeitende Druckstufenturbine ist schematiseh . in der Zeichnung in Fig. 1 veranschaulicht. Fig. 2 ist ein vergleichendes Diagramm der Kompressionsarbeiten. A pressure stage turbine operating according to this method is schematic. in the Drawing illustrated in Fig. 1. Fig. 2 is a comparative diagram of the compression works.

a_v a₂, CZ₃ und a_i sind die vier Stufen einer Druckstufenturbine, C₁, C₂, C₃ und C₄ sind die den einzelnen Turbinenstufen vorgeschalteten Verbrennungs- bezw. Expansionsdüsen. a _v a ₂ , CZ ₃ and a _i are the four stages of a pressure stage _{turbine, C 1} , C ₂ , C ₃ and C ₄ are the combustion and / or upstream of the individual turbine stages. Expansion nozzles.

Bei dieser Turbine wird die erste Turbinenstufe von der letzten Stufe des Kompressors gespeist, die zweite Turbinenstufe erhält den Auspuff der ersten Turbine sowie den der vorletzten Stufe des Kompressors entnommenen neuen Brennstoff. Die dritte Turbinenstufe durchströmen die Abgase der ersten zwei Stufen, welche durch den der zweiten Kompressorstufe entnommenen neuen Brennstoff überhitzt werden usw.In this turbine, the first turbine stage becomes the last stage of the compressor fed, the second turbine stage receives the exhaust of the first turbine as well as that of the penultimate stage of the compressor removed new fuel. The third turbine stage is flowed through by the exhaust gases first two stages, which are replaced by the new one taken from the second compressor stage Fuel is overheated, etc.

Das Verfahren spielt sich folgendermaßen ab:The procedure is as follows:

₁ q_x ₁ q _x

Die Düse C₂ der zweiten Turbinen»I. Der Turbinenstufe a_x wird aus der letzten Kompressorstufe b_i k₁ kg Arbeitsflüssigkeit zugeführt, enthaltend a_x cal. Wärmeenergie, in der Düse. C₁ erfolgt die Verbrennung bei der zulässigen Höchsttemperatur T₁, hierauf Abkühlung durch Expansion auf die Temperatur T₂, wobei ß₁ cal. in kinetische Energie verwandelt werden. Der Auspuff der Turbinenstufe a_x enthält also U₁ kg mit ίο «j — ß₁ = q_x Wärmeeinheiten.The nozzle C _{2 of} the second turbine »I. The turbine stage a _x is fed from the last compressor stage b _i k ₁ kg of working fluid, containing a _x cal. Thermal energy in the nozzle. C ₁ , the combustion takes place at the maximum permissible temperature T ₁ , followed by cooling by expansion to the temperature T ₂ , with ß ₁ cal. Being converted into kinetic energy. The exhaust of the turbine stage a _x thus contains U ₁ kg with ίο «j - ß ₁ = q _x thermal units.

2. D D d2. D D d

stufe a₂ erhält den Auspuff der ersten Turbine, enthaltend Q₁ cal., ferner werden zugeführt k₂ kg neuen Brennstoffes, enthaltend a₂ cal.; hierauf erfolgt Verbrennung und. dann Umwandlung der Wärmeenergie in kinetische, innerhalb der Temperaturgrenzen T₁ — T₂ ; es werden dabei ß₂ cal. in Arbeit umgesetzt; somit bleiben im Auspuff der zweiten Turbinenstufe k₁ -f- &₂ kg ^{mit a}i + ^a2— ßi — ßi ⁼ Ii Wärmeeinheiten.stage a ₂ receives the exhaust of the first turbine, containing Q ₁ cal., furthermore k ₂ kg of new fuel are supplied, containing a ₂ cal .; this is followed by combustion and. then conversion of the thermal energy into kinetic, within the temperature limits T ₁ - T ₂ ; there are ß ₂ cal. in work implemented; thus remain in the exhaust of the second turbine stage k -F- ₁ & ₂ kg ^{and a} i + ^a 2 SSI - SSI ⁼ Ii heat units.

3. Die Arbeitsflüssigkeit besteht nach der Arbeitsleistung in a₃ aus Zi₁ -f- ^₂ + ^₃ kg mit «1 + «2 + H — ßi — ß-2 — ßs ^cal-4. Die Arbeitsflüssigkeit besteht nach der Arbeitsleistung in a_t aus k₁ -f- k₂ -f- k₃ + k_t kg mit A₁ + a₂ + a₃ -J_ra_i — ß_i— ß₂ — ß₃ — ß₄ cal. Im Druckvolumendiagramm (Fig. 2) bedeutet die Fläche 1, 2, 3, 4 die Verdichtungsarbeit, welche erforderlich wäre, wenn man den gesamten zu verarbeitenden Brennstoff auf den Höchstdruck verdichten wollte. Die für dieses Verfahren tatsächlich erforderliche negative Arbeit ist im Diagramm schraffiert dargestellt.3. According to the work performed in a _3, the working fluid consists of Zi ₁ -f- ^ ₂ + ^ ₃ kg with «1 +« 2 + H - ßi - ß-2 - ßs ^cal -4. According to the work performed in a _t, the working fluid consists of k ₁ -f- k ₂ -f- k ₃ + k _t kg with A ₁ + a ₂ + a ₃ -J _r a _i - ß _i - ß ₂ - ß ₃ - ß ₄ cal. In the pressure volume diagram (Fig. 2) the area 1, 2, 3, 4 means the compression work that would be required if you wanted to compress all the fuel to be processed to the maximum pressure. The negative work actually required for this procedure is shown hatched in the diagram.

Die einzelnen Druckstufen der Turbinen können beliebig viele Geschwindigkeitsstufen enthalten.The individual pressure levels of the turbines can have any number of speed levels contain.

Selbstredend ist es für das Wesen der Erfindung belanglos, ob die Verbrennung des zur Zwischenüberhitzung eingeführten neuen Arbeitsmittels vollständig im Auspuff der Vorderstufe oder in einer wärmegeschützten Kammer zum Teil oder ganz bereits vor Vermischung mit dem Auspuff erfolgt.It is of course irrelevant for the essence of the invention whether the combustion of the new working fluid introduced for reheating is completely in the exhaust of the Front step or in a heat-protected chamber partially or completely in front of it Mixing with the exhaust takes place.

Claims

Sponsorship claims:

I. A method for operating multi-stage gas turbines, characterized in that that the overheating of the gases before each pressure stage through the introduction and combustion of a fuel-air mixture is effected in the gases.

. 2. The method according to claim 1, characterized in that the overheating the propellant used for the gases is taken from the individual pressure stages of a compressor.

1 sheet of drawings.