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Verfahren zur Leistungsregelung von leistungsabgebenden Brennkraftturbinen
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Leistungsregelung von leistungsabgebenden
Brennkraftturbinen, deren Spül- und Ladeluft durch von diesen getrennt angetriebene
Kreiselverdichter erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird zur Durchführung der Leistungssteigerung
oder Leistungsverminderung die Drehzahl der Kreiselverdichter so geändert, daß Menge
oder Druck oder Menge und Druck der von diesen an die leistungsabgebenden Turbinen
gelieferten Luft verändert wird, wobei bei Änderungen der Menge die Zahl der arbeitenden
Brennkammern oder die Steuerdrehzahl oder beides verändert wird.
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Ein derartiges Verfahren hat vor einem Verfahren, bei dem die Drehzahl
der Kreiselverdichter unveränderlich gehalten und die überschüssige Lieferluftmenge
abgeblasen wird, den Vorteil höherer Wirtschaftlichkeit, Das Verfahren wird so durchgeführt,
daß bei Änderungen allein der Lieferluftmenge des Kreiselverdichters die Zahl der
arbeitenden Brennkammern oder die Steuerdrehzahl der leistungsabgebenden Turbinen
gleichsinnig verändert wird. Bei Änderungen allein des Druckes der von dem Kreiselverdichter
gelieferten Spül- und Ladeluft bleibt die Zahl der arbeitenden Brennkammern oder
die Steuerdrehzahl der leistungsabgebenden Turbinen unverändert. Bei Änderung des
Drukkes der von dem Kreiselverdichter gelieferten Spül- und Ladeluft und gleichsinniger
Veränderung der Lieferluftmenge wird die Zahl der arbeitenden Brennkammern bzw.
die Steuerdrehzahl der leistungsabgebenden Turbinen ebenfalls gleichsinnig verändert.
Während diese Verfahren besonders geeignet sind, die Leistung -der Turbinenanlage
außerordentlich schnell zu steigern, wie dies beispielsweise notwendig wird, wenn
bei Schiff santriebsanlagen die Marschgeschwindigkeit auf volle Geschwindigkeit
gesteigert werden soll, läßt sich die Leistungssteigerung besonders dadurch wirtschaftlich
gestalten, daß bei Änderung des Druckes der von dem Kreiselverdichter gelieferten
Spül- und Ladeluft und gegensinniger Änderung der Lieferluftmenge die Zahl der arbeitenden
Brennkammern bzw. die Steuerdrehzahl der leistungsabgebenden Turbinen gegensinnig
verändert wird.
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Es ist zwar schon bekannt geworden, eine Leistungsänderung von Brennkraftturbinen
durch Änderung der Steuerdrehzahl durchzuführen, um den Verpuffungsdruck in derselben
Höhe erhalten zu können. Zum Ausgleich gegen die Änderung in der Gemischzusammensetzung
wurde dabei der Gasverdichter in Abhängigkeit von der Steuerdrehzahl gebracht, z.
B. mit der Steuerwelle unmittelbar gekuppelt, so daß bei Änderungen der Steuerdrehzahl
gleichsinnige Änderungen in der Menge des zugeführten Brennstoffes eintraten. Die
gemäß vorliegender Erfindung
notwendig erachteten Bedingungen zwischen
Zustandsänderungen der Spül- und Ladeluft einerseits, Änderungen der Steuerdrehzahl
oder Anzahl der arbeitenden Brennkammern andererseits, blieben also bei diesem Vorschlag
unbeachtet.
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Die Leistungsänderung der Brennkraftturbinen, welche gegebenenfalls
zum Antrieb des Kreiselverdichters dienen, kann in der Weise erfolgen, daß bei beabsichtigten
Drehzahländerungen des Kreiselverdichters, Brennstoffzufuhr und die Zahl der arbeitenden
Brennkammern und die Steuerdrehzahl der Antriebsturbine geändert werden. Werden
Brennkammern zu- bzw. abgeschaltet, so müssen selbstverständlich die diesen Kammern
zugeteilten Brennstoff liefervorrichtunggen, insbesondere die Brennstoffpumpe, an-bzw.
abgestellt werden. Bei Verminderung oder Erhöhung der Steuerdrehzahl erhöht bzw.
vermindert sich die Zahl der Brennstoffzuführungen in unmittelbarer Abhängigkeit
selbsttätig.
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Es liegt weiter im Wesen der Erfindung, daß bei Anordnung mehrerer
Kreiselverdichter die Zu- bzw. Abschaltung je eines oder mehrerer dieser Verdichter
in dem gleichen Sinne wirksam wird wie die Erhöhung bzw. Verminderung der Lieferluftmenge.
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Die Zeichnung zeigt die beispielsweise Ausführungsform einer zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Schiffsantriebsanlage.
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Fig. z zeigt eine schematische Darstellung dieser Anlage, während
Fig.2 das p-v-Diagramm der Kreiselverdichteranlagewiedergibt. In Fig. z bezeichnet
A die leistungsabgebenden Brennkraftturbinen mit den Getrieben D und den durch sie
angetriebenen Schraubenwellen F. Es bezeichnet B die zum Antrieb des Kreiselverdichters
C dienende Brennkraftturbine. Eine Leitung H liefert der Brennkraftturbine B die
erforderliche Spül- oder Ladeluft, während Leitungen G die vom Kreiselverdichter
C erzeugte Spül-oder Ladeluft den leistungsabgebenden Turbinen A zuführen. Es bezeichnen
schließlich E die Brennstoffpumpen dieser beiden Turbinen. Während die Spül- und
Ladeluft für die Antriebsturbine A der letzten Stufe des Kreiselverdichters entnommen
wird, ist Leitung H an eine Stufe niederen Druckes angeschlossen, so daß die Spül-
und Ladeluft der Turbine B eine geringere Spannung hat wie die Spül- und Ladeluft
der Antriebsturbinen A. Hierdurch ergibt sich eine Schiffsturbinenanlage mit möglichst
niedrigem Gewicht und hoher Kraftentfaltung bei geringer Raumbeanspruchung.
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Fig. 2 zeigt nun das charakteristische p-v-Diagramm eines Kreiselverdichters,
wie er beispielsweise in einer Anlage nach Fig. z Verwendung finden kann. Die erfindungsgemäß
vorgeschlagenen verschiedenen Arten der Leistungssteigerung kennzeichnen sich in
diesem Diagramm durch die Linien ic, x, v
und z. Es kann auch ein Verfahren
nach der gleichfalls eingezeichneten Linie v durchgeführt werden; dieses Verfahren
ist jedoch unwirtschaftlich und daher unbrauchbar. Im einzelnen ist zu den vier
Verfahrensmöglichkeiten folgendes zu bemerken: Es werde angenommen, daß die Drehzahl
des Kreiselverdichters 4000 Uml. je Minute beträgt. Soll die Leistung der leistungsabgebenden
Brennkraftturbinen gesteigert werden, so kann dieses beispielsweise dadurch geschehen,
daß man gemäß Linie y in Abb. 2 ohne Änderung des Druckes die Lieferluftmenge steigert,
indem man die Drehzahl des Kreiselverdichters auf 5ooo Uml. je Minute erhöht. In
diesem Fall muß die Anzahl der arbeitenden Brennkammern in den leistungsabgebenden
Turbinen gleichsinnig erhöht oder die Steuerdrehzahl gleichsinnig erhöht oder schließlich
beide gleichsinnig erhöht werden. Würde man die Zahl der arbeitenden Brennkammern
oder Steuerdrehzahl oder beide nicht verändern, so würde man sich auf der Linie
x bewegen, d. h. durch Erhöhung der Drehzahl des Kreiselverdichters lediglich den
Druck der den leistungsabgebenden Brennkraftturbinen zugeführten Spül- und Ladeluft
steigern. Will man die Lieferluftmenge und den Druck derselben gleichzeitig steigern,
so kann man der Linie z folgen, so daß also auch in diesem Fall der Leistungssteigerung
die Anzahl der arbeitenden Brennkammern oder die Steuerdrehzahl oder beide infolge
Vergrößerung der Lieferluftmenge gleichsinnig verändert werden müssen. Was für die
Leistungssteigerung gilt, gilt sinngemäß mit umgekehrten Vorzeichen für die Leistungsverminderung.
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Bei Durchführung des Verfahrens nach den Linien y und z müssen bei
Vergrößerung der Zahl der arbeitenden Brennkammern die diesen zugeordneten Brennstoffliefervorrichtungen
eingeschaltet werden, während bei Vergrößerung der Steuerdrehzahl ein Eingriff in
die Brennstoffliefervorrichtungen unnötig ist. Bei Durchführung des Verfahrens nach
Linie x muß die Brennstoffmenge gleichsinnig verändert werden, um die zu verarbeitende
Brennstoffmenge dem geänderten Druck der Spül- und Ladeluft anzupassen.
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Während sich die Verfahren nach den Linien x, y und
z besonders vorteilhaft zur schnellen Leistungssteigerung eignen, wird bei
einem Verfahren nach Linie is ein in erster Linie. wirtschaftliches Verfahren zur
Leistungssteigerung
durchgeführt. Bei einem Verfahren nach Linie is wird ebenfalls Druck und Menge der
Spül- und Ladeluft geändert; die Änderung der Lieferluftmenge erfolgt aber gegensinnig
zur Änderung des Druckes, so daß auch die Zahl der arbeitenden Brennkammern oder
die Steuerdrehzahl der leistungsabgebenden Turbinen gegensinnig zu verändern sind.
Würde die Anzahl der arbeitenden Verpuffungskammern nicht verkleinert bzw. die Steuerdrehzahl
der leistungsabgebenden Turbinen nicht verändert, so würde man nicht der Linie u,
sondern einer Linie v folgen, d. h. die Liefermenge des Kreiselverdichters auf 5ooo
Uml. je Minute blieb dieselbe, während der Ladedruck gegenüber dem Verfahren nach
der Linie u sinken und der Leistungsbedarf des Kreiselverdichters steigen würde.
In diesem Falle sinkt die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, weil sich der Brennstoffverbrauch
der den Kreiselverdichter antreibenden Kraftmaschine erhöht.
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Zur Leistungssteigerung der Brennkraftturbinen, die zum Antrieb der
Kreiselverdichter dienen, wird die Brennstoffzufuhr und die Zahl der arbeitenden
Brennkammern und die Steuerdrehzahl verändert; hierdurch ändert sich die Drehzahl
der Antriebsturbine und damit die Drehzahl des Kreiselverdichters. Der Kreiselverdichter
liefert alsdann sowohl den .Hauptturbinen A wie auch der Turbine, die den Verdichter
antreibt, Luft von einem Zustande, welcher von der geänderten Drehzahl des Kreiselverdichters
abhängig ist.