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Kraftwerk, insbesondere Spitzenkraftwerk nach Patentanmeldung P 27
02 323.0 Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftwerk, insbesondere Spitzenkraftwerk
mit einer Turbine oder einer Expansionsmaschine, die an eine Druckleitung eines
druckführenden Leitungssystems, insbesondere eine Erdgasleitung, verbrennungsfrei
angeschlossen ist und deren Abgasleitung mit den Verbrauchern der Gase in Verbindung
steht, wobei eine Bypaßleitung zwischen der druckftlhrenden Leitung und der Abgasleitung
vorgesehen ist, durch die die Turbine oder Expansionsmaschine umgangen wird.
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Gemäß der vorangegangenen nicht vorveröffentlichten Hauptpatentanmeldung
ist
bereits ein derartiges Kraftwerk vorgeschlagen worden, bei dem die Abgasleitung
vorzugsweise in einen Zwischenspeicher einmündet, so daß der Fachmann nur zu bestimmten
Zeiten den Zwischenspeicher mit nicht genau geregelten Druckhöhen und Gasmengen
in der Spitzenverbrauchszeit füllen kann.
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Es ist ferner bekannt, zur Gasförderung einen Strahlverdichter zu
verwenden, der im Prinzip genau so arbeitet wie die bekannte Strahlpumpe. Die Leitung
mit dem höheren Druck mündet hierbei in Form einer Treibdüse in die Leitung mit
dem wesentlich niedrigeren Druck. Das aus der Düse austretende Treibgas beschleunigt
hierbei das Gas in der Abgasleitung, mischt sich mit ihm und fördert das Gemisch
bei Geschwindigkeitsabnahme gegen den Förderdruck (Hütte, Teil A, Berlin 1954, Seite
863.) Jer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kraftwerk nac;.
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wer Hauptpatentanmeldung so zu verbessern, daß die Möglichkeit nestehtauf
den erwähnten Zwischenspeicher ganz zu verzichten una dennoch zu erreichen, daß
die Turbine mit in etwa konstanter drehzahl laufen kann, auch wenn der Verbrauch
stark schwankt.
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Die Lösung dieser Aufgabe aurch die Erfindung besteht darin,
daß
in der Bypaßleitung ein Druckminderventil angeordnet ist und daß der Druck in der
Abgasleitung ausschließlich über dieses Druckminderventil geregelt wird, so daß
über die Bypaßleitung nur die zusätzlich benötigten Gasmengen strömen.
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Hierbei ist die Turbine natürlich so ausgelegt, daß sie auch bei einem
wesentlich unter dem Durchschnitt liegenden Verbrauch noch mit voller Drehzahl arbeiten
kann, wobei dann durch die Bypaßleitung im Extremfall gar keine Strömung erfolgt.
Indessen wird auch in diesem Falle die Turbine vorzugsweise als Spitzenkraftwerk
dienen, weil des nachts der Verbrauch so stark abfällt, daß die Turbine dann nicht
mehr mit voller Drehzahl laufen kann. Für diesen Fall sieht die Erfindung vor, daß
der Leitungsstrang, in der die Turbine liegt, bei bestimmtem Drehzahlabfall durch
ein oder mehrere Ventile stillgelegt und erst bei einem bestimmten Durchfluß-Anstieg
wieaer in Betrieb genommen wird.
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Abschaltung und Anlauf der Turbine erfolgen somit völlig automatisch
immer dann, wenn die Mindest-Durchflußmenge in Folge ansteigenden Verbrauches so
liegt, daß die Turbine mit der üblichen Drehzahlregelung auf in etwa konstanter
Drehzahl gehalten werden kann.
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Natürlich ist hierbei nicht zu vermeiden, daß in der Regel eine gewisse,
wenn auch geringe Gasmenge über das bekannte Druckminderventil laufen muß, so daß
die hierdurch verlorengegangene Druckenergie nicht nutzbar gemacht werden kann.
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Um auch noch diesen Nachteil zu beheben, ist in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen, daß eine zusätzliche Bypaßleitung vorgesehen i.t, die
zur Strahiverdichtung in die Abgasleitung einmündet.
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Auf diese Weise wird die über den zusätzlichen Bypaß geleitete Menge
dazu verwendet, das Gas in der Abgasleitung zu beschleunigen oder zu verdichten.
Dadurch besteht natürlich die Möglichkeit1 die Turbine anders auszulegen, nämlich
so, daß der die Turbine verlassende Abgasdruck wesentlich niedriger liegt als andernfalls,
weil eine Druckerhöhung durch den bekannten Strahlverdichter möglich ist, falls
dies erwünscht wird. Diese Schaltung eignet sich natürlich auch besonders gut für
das Einführen in einen Zwischenspeicher, wie nach der Hauptpatentanmeldun-g schon
vorgesehen, weil bei neueren Zwischenspeichern ein bestimmter meist über zehn bar
liegender Druck hierfür erforderlich ist. Die Bypaßleitung mit dem herkömmlichen
Druckminderventil wird in diesem Falle unter anderem dann benötigt, wenn der Druck
nicht mehr ausreicht, die Drehzahl
der Turbine aufrecht zu erhalten.
Dann ist erforderlich, daß, z.B. nachts, ausschließlich in herkömmlicher Weise über
das bekannte Druckminderventil gearbeitet wird.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nun folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung.
In dieser zeigen: Fig. 1 ein Schaltschema nach eine ersten Aus führungs form und
Fig,'2 eine Schaltung nach der zweiten Ausführungsform.
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Oben sieht man eine Erdgasleitung 3, die unter verhältnismäßig hohem
Druck steht. Bei geöffnetem Ventil 14 wird Ueber die Leitung 2 das Gas der Turbine
1 mit dem Druck der Leitung 3 zugeführt, dort bis auf den gewünschten Druck entspannt
und mittels der Leitung 4 dem Verbraucher 6 zugeführt. Wie gemäß der Hauptpatentanmeldung
wird hier über die Welle 7 der Generator 8 angetrieben, der in der üblichen Weise
Strom erzeugt. Dies ist auch gemäß der Hauptpatentanmeldung vorgesehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht Jedoch die Möglichkeit,
die
Drehzahl der Welle 7 weitgehend konstant zu halten, obschon der Verbraucher 6 einen
stark unterschiedlichen Verbrauch zeigen kann. Hierzu ist die Bypaßleitung 12 vorgesehen,
in der ein herkömmliches Druckminderventil 13 liegt, welches die Aufgabe hat, den
Druck in der Abgasleitung 4 in etwa konstant zu halten. Bei geöffnetem Ventil 14
strömt indessen der weitaus größte Teil des Gases durch die Turbine 1, und die Regelung
kann sich nur auf die zusätzlich benötigten oder verringerten Mengen beziehen, die
durch die Bypaßleitung 12 geleitet werden.
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Wenn indessen der Verbrauch des Verbrauchers 6 so stark zurückgeht,
daß durch die Bypaßleitung 12 gar kein Gas mehr strömt, dann wird zwangsläufig bei
weiterem Rückgang des Verbrauches die Drehzahl der Welle 7 zurückgehen. Dies ist
in einem gewissen Ausmaß in der Regel unerwünscht, so daß dann die Möglichkeit besteht,
z.B. durch den Drehzahlregler 18 das Ventil 14 und/oder auch das Ventil 15 am Ausgang
der Turbine m schließen, so daß die Turbine 1 stillgelegt wird. Dies wird in der
Regel nachts der Fall sein, wenn erfahrungsgemäß der Verbrauch sehr stark zurückgeht.
In diesem Falle wird der Verbraucher 6 in herkömmlicher Weise über das Druckminderventil
13 versorgt werden. Erst dann, wenn, z.B. auch automatisch, festgestellt
wurde,
daß wieder ein erheblicher Anstieg des Verbrauchs vorhanden ist, wird das Ventil
14 und/oder das Ventil 15 wieder geöffnet, so daß der Turbinen-Betrieb wie zuvor
wieder aufgenommen wird.
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Diese Schaltung zeigt somit den großen Vorteil, daß in einem sehr
weiten Bereich der Druckschwankungen in der Leitung 3 und auch sehr starken Verbrauchs
schwankungen die Drehzahl der Turbine 1 weitgehend konstant gehalten werden kann,
ohne daß Zwischenspeicher vorgesehen sein müssen.
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Bei der weiteren Aus führungs form nach Fig. 2 ist eine zusätzliche
Bypaßleitung 16 vorgesehen, in der an der Verbindungsstelle mit der Abgasleitung
4 ein Strahlverdichter 17 angeordnet ist. Solche Strahlverdichter sind dem Fachmann
grundzusätzlich bekannt. Da die Bypaßleitung 16 einen wesentlich höheren Druck führt,
mündet diese in die bekannte Treibdüse des Strahlverdichters 17, während die Abgasleitung
4 die bekannte Fangdüse bildet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die die Turbine
1 verlassenden Abgase erheblich beschleunigt werden können.
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Die Arbeitsweise ist im wesentlichen die gleich wie nach Fig. 1, Jedoch
mit dem Unterschied, daß die durch die Bypaßleitung 16
strömenden
Mengen den Vollen Druck der Leitung 3 haben und daher zu einer Drucksteigerung in
der Abgasleitung 4 beitragen. Dies ist z.B. dann wünschenswert, wenn die Leitung
4 in einen Zwischenbehälter 5 Mlhrt, was mit einem bestimmten MindestsklrY geschehen
muß.
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Ein weiterer Unterschied im Vergleich zu Fig. 1 besteht darin, daß
für den Fall der erwähnten Abschaltung der Turbine 1 natürlich nicht der volle Druck
der Leitung 3 durch die Leitung 16 in den Zwischenbehälter 5 eingeleitet werden
darf, weil die Leitung 4 für derart hohe Drücke gar nicht ausgelegt ist. Falls erwünscht
sein sollte, dennoch einiges Gas in den Behälter 5 ohne die Inbetriebnahme der Turbine
1 einzuleiten, so empfiehlt sich wieder die Bypaßleitung 12 gem. Fig. 1 auch in
Fig. 2 in Betrieb zu nehmen.
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Bei einer weiteren nicht dargestellten Auführungsform kann diese Bypaßleitung
12 im Falle der Fig. 2 aber auch ganz entfallen, weil der Fachmann in der Regel
mittels des Ventiles 19 die Bypaßleitung ebenso schließen wird wie die Bypaßleitung
2 mittels des Ventiles 14, wenn kein Gas aus der Leitung 3 in den Zwischenbehälter
5 geleitet werden soll. Dibel stillgelegter Turbine 1 die Bypaßleitung 16 aber nicht
in Betrieb
genommen werden darf, empfiehlt sich dennoch die zusätzliche
Anordnung der Bypaßleitung 12 mit dem herkömmlichen Druckminderventil 13. Selbstverständlich
sind auch Sicherheitsmaßnahmen zu treffen, um zu verhindern, daß die By-Bypaßleitung
16 bei abgeschalteter Turbine 1 betrieben wird.
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In der Bypaßleitung 16 ist lediglich ein bekanntes Regelventil 19
eingeschaltet, das dann die Funktion des Druckminderventils 13 übernimmt, wenn die
Turbine 1 in Betrieb ist, so daß der weitaus größte Teil des Gases durch die Turbine
1 arbeitsleistend in seinem Druck gemindert wird.
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Wenn der Druck in der Leitung 3 stark abfällt, wird natürlich auch
der Druck in der Ab gas leitung 4 von der Turbine 1 kommend, stark gemindert sein.
Die Schaltung nach Fig. 2 zeigt den großen Vorteil, daß dennoch der erforderliche
Druck in der Leitung 4 leicht aufrecht erhalten werden kann, weil durch Offnen des
Regelventils 19 eine erhebliche Druckverstärkung in der Leitung 4 auf die erwähnte
Weise möglich ist. Selbst wenn am Ausgang der Turbine 1 der Druck auf nahezu Null
abgefallen sein sollte, besteht die Möglichkelt, mittels des bekannten Strahlverdichters
17 den Druck erheblich zu verstärken, zumal eine Berechnung dieser Strahlverdichter
ohne
weiteres möglich ist.
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Durch die strichpunktierten Linien 20, 21 und 22 ist angedeutet, daß
die Ventile 14, 19 und 23 miteinander in der Weise in Verbindung stehen können,
daß bei Abschalten der Turbine 1 automatisch das Ventil 23 zu der Bypaßleitung 12
geöffnet wird, in ähnlicher Weise kann auch ein Ventil 24 gleichzeitig geschlossen
werden wenn kein Rückschlagventil in der Abgasleitung 4 vorgesehen ist.