DE2008599A1

DE2008599A1 - Kompressor-Gasturbine-Anlage

Info

Publication number: DE2008599A1
Application number: DE19702008599
Authority: DE
Inventors: Pleter van Pijnacker Staveren (Niederlande)
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek ten behoeve van Nijverheid, Handel en Verkeer, Den Haag (Niederlande)
Priority date: 1969-02-26
Filing date: 1970-02-24
Publication date: 1970-09-10
Also published as: FR2032987A5; BE746499A; NL6903027A; CH522822A; GB1278405A; DE2008599B2; US3668867A; CA924520A; SE363374B

Description

Χ7Γ⁹⁹

Nederlandse Organisatie voor Toegepast- ^fc "^{ιβϋι u} Natuurwetenschappelitjk Onderzoek ten behoeve van Nijverheid, Handel en Verkeer

Den Haag (Holland)

Kompressor-Gasturbine-Anlage

Gegenstand der Erfindung ist eine Kompressor-Gastur— bine-Anlage mit einem Wärmetauseher zur- Wärmeübertragung der Auspuffgase der Gasturbine auf das verdichtete Arbeitsmedium und einer Brennkammer mit einer automatischen Regelung der Brennstoffzufuhr zur Konstanthaltung der Turbinenauspufftemperatur.

Es ist allgemein bekannt, daß eine mit einem Wärmetauscher versehene Kompressor-Gasturbine-Anlage ein wirtschaftlich akzeptabeles Rendement abgibt, aber daß sie bei der Variierung der abgegebenen Leistung besonders träge ist.

Es ist auch bekannt, daß bei einer an einen elektrischen Generator angeschlossenen Kompressor-Gasturbine-Anlage diese Trägheit bei der Variierung der abgegebenen Leistung aufgehoben v/erden kann, indem deren nicht abgenommener Teil in der Form von Wärme in den Gasturbinen— zyklus zurückgeführt wird, wobei die Regelung der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer automatisch die Turbinen— auspufftemperatur konstant hält.

Die Erfindung ermöglicht nun auch bei einer Kompressor-Gas turbine-Anl age, ohne daß diese an einen elektrischen Generator angeschlossen ist, die vollständige Aufhebung der Trägheit bei der Variierung der abgegebenen Leistung.

Zu diesem Zweck wird in cfier erfindungsgemäßen Kompres- eor-Gasturbine-Anlage ein Zentrifugalkompressor mit Flüsßigkeitsbändern zur Verdichtung eines gasförmigen

009837/1S01

Mediums verwendet. In dsm bereits früher vom Patentanmelder eingereichten,, nicht vorpublizierten Patentgesuch Nr. 69 02892 Niederl. wird dieser beschrieben.

Bei diesem Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbad— dern wird in effizienter V/eise eine i'rennung von Flüs— sigkeits- und gasförmigem Medium erhalten und die in der Flüssigkeit noch vorhandene überschüssige Energie zurückgewonnen.

Eine oder beide der den Raum für die Flüssigkeitsbänder begrenzenden parallelen Wände ist zu diesem Zweck mit einem Schaufelkranz besetzt und kann konzentrisch mit dem angetriebenen Rotor frei rotieren. Diese Wand wird nachstehend als sekundärer Rotor bezeichnet werden.

Das gasförmige Medium wird von dem Schaufelkranz, dessen Vorderseiten der Schaufeln durch eine Gazewand miteinander verbunden sind, seitlich abgeführt und die Flüssigkeit wird durch die Gazewand geschleudert und trreibt den sekundären Rotor an.

Für die Zufuhr der Flüssigkeit zum Kompressor ist eine kleine Pumpe erforderlich, die von der Turbine angetrieben werden kann.

Der Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern ist derart entworfen, daß die von der Gasturbine abgegebene Nutzleistung der Welle des sekundären Rotors zur Verfügung kommt, d.h., daß die am Ende des Verdichtungsvorganges noch in der Flüssigkeit vorhandene Leistung, abgesehen von einigen Verlusten, also der der von der Gasturbine abzugebenden Leistung entspricht.

Die Regelung der abgegebenen Leistung kann nun überraschenderweise durch die Regelung der Flüssigkeitszufuhr zum Kompressor stattfinden.

Die erfindungsgemäße Kompressor-Gasturbine-Anlage ist

009837/1601

dadurch gekennzeichnet, daß als Kompressor mindestens ein Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern mit sekundärem Rotor Anwendung findet, bei dem der primäre Rotor an die Turbine angeschlossen ist und in die Flüssigkeitsleitung zum Kompressor eine Regelvorrichtung für die Flüssigkeitszufuhr aufgenommen worden ist, mit der die von der Kompressor-Gasturbine-Anlage abgegebene Leistung geregelt werden kann.

Die Auspufftemperatur der Turbine wird unter allen Umständen auf die bekannte Weise durch eine automatische Regelung der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer konstant gehalten.

Verringert sich über die Regelvorrichtung die Flüssigkeitszufuhr zum primären Rotor des Kompressors, so resultiert dies in einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis des Kompressors, was zusammen mit der obenumsch riebenen Brennstoffzufuhrregelung wieder zu einer geringeren durch die Gasturbine strömenden Menge des gasförmigen Mediums führt.

Dabei sind die Verluste, die mit der stattfindenden Drosselung in der Regelvorrichtung zusammengehen, gegenüber den übrigen Leistungen vernachlässigbar gering.

Als Folge dieser Regelung strömt nun auch weniger Flüssigkeit durch den sekundären Rotor des Kompressors, so daß darin weniger Leistung abgegeben wird.

Soll bei laufender Anlage keine Leistung abgegeben werden, so wird die Zufuhr von Flüssigkeit zum Kompressor gänzlich geschlossen. Die Gasturbine arbeitet dann mit dem geringen Druckverhältnis, das der primäre Rotor durch die auf ihm angeordneten für den stoßfreien Eintritt des gesförmigen Mediums in den Rotor erforderlichen Schau-

009837/1601

fein noch abgibt.

Ferner kann der Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern und die Turbine derart entworfen werden, daß bei jeder abgenommenen Leistung, von Nullast bis Volllast, also bei jeder Einstellung der Regelvorrichtung für die Flüssigkeitszufuhr zum Kompressor, die Tourenzahl des primären Rotors und der Turbine konstant bleibt» Dadurch fällt somit auch die Trägheit, die durch das Beschleunigen und Verlangsamen der Anlage entsteht, fort»

Durch die Konstanthaltung der Temperatur wird die Lebensdauer der Anlage und insbesondere die der Turbine ψ ansehnlich verlängert. Es ist aber auch möglich die Temperatur nun zu erhöhen. Dadurch fällt der Vorteil der längeren Lebensdauer dann wohl wieder fort, aber das Gesamtrendement der Anlage wird ansehnlich höher.

Auch kann auf derselben Turbinenwelle mehr als ein Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern mit sekundärem Rotor verwendet werden, oder mindestens einer, der mit mindestens einem traditionellen Kompressor in Serie geschaltet ist. Dies kann sich nämlich im Zusammenhang mit dem Gesamtzyklusrendement vorteilhaft auswirken,

Schließlich läßt sich die Erfindung selbstverständlich bei Kompressor-Gasturbine-Anlagen mit einem offenen Zyklus, einem geschlossenen Zyklus oder einem offenen Zyklus mit Anlasser und Spitzenleistung anwenden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen, in denen beispielsweise eine Ausführungsform schematisch dargestellt ist, erläutert.

Dabei zeigt

Fig« 1 einen Querschnitt durch einen schematisch dargestellten Zentrifugalkompressor mit

009837/1601

FlüssigkeitStändern;

Fig. 2 eine schematisch dargestellte Kompressor-Gasturbine:; Anlage .

Fig. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Zentrifugalkompressors mit Flüssigkeitsbändern dar, der dem nicht vorpublizierten Patentgesuch Nr. 69 02892 Niederl. entspricht.

Dieser besteht aus einem Gehäuse 1 mit zwei parallelen Wänden 2 und 3» einem Eintrittskanal 4 für das gasförmige Medium, einem Sammelraum 5 mi^ einem Austrittskanal 6 für das verdichtete gasförmige Medium und einem fest mit einer angetriebenen Welle verbundenen Rotor 8, der mit Schaufeln 9 versehen ist zum Ansaugen <äes zu verdichtenden gasförmigen I-iediums und mit Düsen 10 zur Bildung der Flüssigkeitsbänder. Ein fest mit einer Welle 11 verbundener sekundärer Kotor 12 ist frei drehend um die Welle 7 des Rotors 8 angeordnet und am Umfang mit einem Schaufelkranz 15 versehen. Die Schaufeln sind über ihre ganzen Vorderseiten durch eine herumgehende Gazewand 14 miteinander verbunden. Diese Gazewand begrenzt den seitlichen Austritt 15 des gasförmigen Mediums. Die Flüssigkeit wird, nachdem sie den Schaufelkranz 13 passiert hat, durch die Zentrifugalkraft gegen die Innenseite 16 des Verdichtungsgehäuses geschleudert und nach einem Kurbelgehäuse 17 abgeführt, von wo sie mit Hilfe einer Pumpe 18 über eine Flüssigkeitsleitung 19 zum Rotor 8 geführt wird. Die Flüssigkeitsbänder werden zwischen der Wand 2 und dem sekundären Rotor 12 gebildet. Das von den Flüssigkeitsbändern mitgeführte und verdichtet© Medium wird durch den seitlichen Austritt 15 weitergeleitet, während die Flüssigkeit durch die Gazewand 14 in den Schaufelkranz 13 tritt, wo die in der Flüssigkeit noch vorhandene überschüssige i>e±-

009837/1601

stung, abgesehen von einigen kleinen Verlusten, aufgenommen wird und dadurch den sekundären Rotor 12 antreibt. Diese zurückgewonnene Leistung kann von der Welle 11 abgenommen werden.

In der in Fig. 2 schematisch dargestellten Kompressor-Gasturbine-Anlage wird ein derartiger Zentrifugalkom— pressor mit Plüssigkeitsbändern mit sekundärem Rotor verwendet, wobei mit 20 der Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern und mit 21 der sekundäre Rotor sehe— matisch angedeutet werden. Von diesem Kompressor an ist eine Abführungsleitung 22 für das verdichtete gasförmige Medium (zum Beispiel Luft) mit einem Wärmetauscher 25 * verbunden, dessen Ausgang über eine Leitung 24 mit einer Brennkammer 25 verbunden ist, die über eine Leitung 26 an den Eintrittskanal einer Turbine 27 angeschlossen ist. Der Austrittskanal dieser Turbine ist über eine Leitung 28 an den Wärmetauscher 23 angeschlossen, von wo die Auspuffgase weiter über einen Austrittskanal 29 abgeführt werden. In eine Brennstoffzuführleitung 30 ist eine Regelvorrichtung 31 für die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer 25 aufgenommen worden.

Der primäre Rotor des Zentrifugalkompressors mit Flüssigkeit sbändern 20 ist mit einer Welle 32 der Turbine 27 fest verbunden.

Die Flüssigkeit (zum Beispiel Wasser) wird über eine Flüssigkeitszufuhrleitung 33, in die äine Regelvorrichtung 34 aufgenommen ist, aus einem Flüssigkeitsbehälter 35 mit Hilfe einer Pumpe 36 dem primären Rotor des Zentrifugalkompressors mit Flüssigkeitsbändern 20 zugeführt.

Die Flüssigkeit gassiert unter Arbeitsabgabe die Schaufeln des sekundären Rotors 21 und wird danach zum Flüssigkeitsbehälter 35 zurückgeführt.

009837/1601

Der sekundäre Rotor 21 ist mit einer vielle 37, von der Leistung abgenommen werden kann, fest verbunden.

Durch die Regelung der Regelvorrichtung 3^ wird die von der Gasturbine-Anlage abgegebene Leistung geregelt.

009837/1501

Claims

Pate ntansprüche

(Λ- Kompressor-Gasturbine-Anlage, versehen mit einem ^—-^wärmetauscher zur Wärmeübertragung der Auspuffgase der Gasturbine auf das verdichtete Arbeitsmedium und einer Brennkammer mit einer automatischen Regelung der Brennstoffzufuhr zur Konstanthaltung der Turbinenauspufftemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß als Kompressor mindestens ein Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitshänäeni mit sekundärem Rotor verwendet wird, bei dem der pxi- W märe Rotor an die Turbine angeschlossen ist und in

die Flüssigkeitsleitung zum Kompressor eine Regelvorrichtung für die Flüssigkeitszufuhr aufgenommen ist, mit der die von der Kompressor-Gasturbine-An-rlage abgegebene Leistung geregelt werden kann·
2. Kompressor-Gasturbine-Anlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf derselben Turbinenwelle mindestens ein Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeit sbändern mit sekundärem Rotor, der mit mindestens einem traditionellen Kompressor in Serie geschaltet ist, Anwendung findet.

009837/1501