DE542108C

DE542108C - Operating procedures for internal combustion turbines

Info

Publication number: DE542108C
Application number: DEH116585D
Authority: DE
Original assignee: E H HANS HOLZWARTH DR ING
Current assignee: E H HANS HOLZWARTH DR ING
Priority date: 1926-08-17
Filing date: 1928-05-16
Publication date: 1932-01-20

Description

Betriebsverfahren für Brennkraftturbinen Vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß das Drehzahlgebiet, in dem eine Verpuffungsbrennkraftturbine wirtschaflich arbeitet, infolge des ihr eigentümlichen Arbeitsverfahrens in verhältnismäßig engen Grenzen festliegt, während andererseits die die äußere Arbeit einer Kraftanlage aufnehmenden Arbeitsmaschinen, beispielsweise Stromerzeuger, entsprechend ihrer Pol-und Periodenzahl im Drehzahlgebiet vorbestimmt sind. Der unmittelbaren Kupplung zwischen Verpuffungsbrennkraftturbine und die äußere Arbeit aufnehmenden Arbeitsmaschinen stehen daher erhebliche Schwierigkeiten entgegen. Andererseits ist der Ladelufterzeuger eine reine Hilfsmaschine, die von vornherein auf ihren Sonderzweck abgestellt ist, so daß ihr Drehzahlgebiet ohne weiteres dein der Verpuffungsbrennkraftturbine angepaßt «-erden kann; was für den Ladelufterzeuger ausgeführt worden ist, gilt sinngemäß für andere Hilfsmaschinen, beispielsweise die Brennstoffpumpen, obgleich deren Bedeutung, gemessen am Leistungsbedarf, weit hinter der des Ladelufterzeugers zurücktritt.Method of Operation for Internal Combustion Turbines The present invention goes from the knowledge that the speed range in which a deflagration internal combustion turbine works economically, due to the peculiar working method in proportion tight limits, while on the other hand the external work of a power plant receiving machines, such as power generators, according to their The number of poles and periods in the speed range are predetermined. The immediate clutch between the deflagration internal combustion turbine and the external work-absorbing machines therefore face considerable difficulties. On the other hand is the charge air generator a pure auxiliary machine that is geared from the outset to its special purpose, so that their speed range is easily adapted to that of the deflagration combustion turbine «-Can earth; what has been done for the charge air generator applies accordingly for other auxiliary machines, for example the fuel pumps, although their importance, measured by the power requirement, far behind that of the charge air generator.

Ausgehend von dieser Erkenntnis stellt sich die Erfindung zur Aufgabe, das Betriebsverfahren einer Brennkraftturbinenanlage so auszubilden, daß die geschilderten Schwierigkeiten wegfallen. Erfindungsgemäß soll die Aufgabe gelöst werden, indem die mechanische Leistung einer Verpuffungsbrennkraftturbine auf Hilfsmaschinen, insbesondere auf den Verdichter zur Erzeugung der Ladeluft, übertragen, die Entspannung der Verbrennungsgase in der Verpuffungsbrennkraftturbine nur so weit getrieben wird, daß ihre Leistung gleich dem Energiebedarf des Verdichters ist, und das Restgefälle der Verbrennungsgase in Dauerstromturbinen ausgenutzt wird, welche äußere Arbeit abgeben.On the basis of this knowledge, the invention has the task of to train the operating method of an internal combustion turbine system so that the described Difficulties disappear. According to the invention, the object is to be achieved by the mechanical performance of a detonation combustion turbine on auxiliary machinery, in particular on the compressor for generating the charge air, transferred to the relaxation the combustion gases in the deflagration combustion turbine are only driven so far, that their performance is equal to the energy requirements of the compressor, and the residual gradient the combustion gases are used in continuous flow turbines, which is external work hand over.

Ein derartiges Betriebsverfahren gewährt zunächst die erforderliche Anpassung der Drehzahlgebiete. Außerdem aber hat es noch weitere mannigfache Vorteile, von denen lediglich die wichtigsten aufgezählt werden sollen. Zunächst verbessert sich der Wirkungsgrad einer derartigen Anlage, weil ein erheblicher, wenn nicht ein überwiegender Teil der Leistung auf die Dauerstromturbinen entfällt, deren Radwirkungsgrad infolge der Beaufschlagung im Dauerstrom höher ist wie der Radwirkungsgrad stoßweise beaufschlagter Laufräder, wie sie in der V erpuffungsbrennkraftturbine selbst angeordnet sind. Günstige Verhältnisse treten auch hinsichtlich der Regulierfähigkeit . der Anlage ein. Während man große Regulierungsbereiche in der Verpuffungsbrennkraftturbine selbst nach Möglichkeit vermeidet, um keine größeren Schwankungen im Wirkungsgrad in Kauf nehmen zu müssen, stellen die Dauerstromturbinen Kraftmaschinen dar, welche den erheblichen Belastungsschwankungen der Arbeitsmaschinen ohne größere Änderungen des Wirkungsgrades nachkommen. Es wird weiter die Möglichkeit einer Selbstregulierung der Anlage gewährleistet. Sinkt beispielsweise die Belastung der leistungsaufnehmenden Maschinen, so schließen sich infolge der üblichen Düsenregulierung der Dauerstromturbinen einzelne Düsen, so daß der Gegendruck vor den Düsen steigt. Hierdurch vermindert sich das im Laufrad der Verpuffungsbrennkraftturbine ausnutzbare Druckgefälle, d. h. die Leistung der Verpuffungsbrennkraftturbine sinkt. Es wird also weniger Luft bzw. Brennstoff gefördert, d. h. auch eine geringe Menge von Verbrennungsgasen erzeugt. Die der Verpuffungsbrennkraftturbine nachgeschalteten Dauerstromturbinen erhalten also weniger Betriebsmittel bzw. Betriebsmittel von vermindertem Druck, so daß sich die Anlage selbsttätig auf die gesunkene Belastung einregelt. Dasselbe ist mit umgekehrten Vorzeichen der Fall, wenn die Belastung steigt. Berücksichtigt man schließlich, daß die Dauerstromturbinen nichts anderes wie mit gespannten Mitteln beaufschlagte, umlaufende Walzen darstellen, also von einfachster Bauart sind, während eine Verpuffungsbrennkraftturbine einer erhöhten Wartung bedarf, so kennzeichnet sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren als besonders einfach und betriebssicher. Auch die bauliche Anordnung vereinfacht sich, indem einerseits der Maschinensatz Verpuffungsbrennkraftturbine-Ladeluftverdichter, andererseits Dauerstromturbine - Arbeitsmaschine entsteht. Wären sämtliche Maschinen auf einer Welle gekuppelt, so würden sich Schwierigkeiten in der Unterbringung ergeben; man denke beispielsweise an die Verhältnisse in Bergwerken.Such an operating procedure initially provides the necessary Adaptation of the speed ranges. But it also has many other advantages, of which only the most important are to be listed. First improved the efficiency of such a system, because a considerable, if not A major part of the power is attributable to the continuous current turbines, their wheel efficiency as a result of the application in the continuous current is higher than the wheel efficiency intermittently acted upon impellers, as they are arranged in the V erpuffungsbrennkraftturbine itself are. Favorable conditions also arise with regard to the ability to regulate. the Plant a. While one has large areas of regulation in the deflagration turbine self if possible avoids in order to avoid major fluctuations in the degree of efficiency To have to take, the continuous current turbines represent prime movers, which the considerable fluctuations in load on the machines without major changes the efficiency. There will be further the possibility of self-regulation the system guaranteed. For example, if the load on the power-consuming Machines close as a result of the usual nozzle regulation of the continuous flow turbines individual nozzles, so that the back pressure in front of the nozzles increases. This diminishes the usable pressure gradient in the impeller of the deflagration combustion turbine, d. H. the performance of the deflagration internal combustion turbine drops. So there is less air or fuel promoted, d. H. also generates a small amount of combustion gases. The continuous-flow turbines downstream of the deflagration combustion turbine are retained So less resources or resources of reduced pressure, so that the system automatically adjusts to the reduced load. The same is with the reverse Signs of the case when the load increases. Finally, if you take into account that the continuous current turbines did not act on anything other than tensioned means, represent rotating rollers, so are of the simplest design, while a deflagration combustion turbine requires increased maintenance, so the proposed according to the invention is characterized Procedure as particularly simple and reliable. Also the structural arrangement is simplified by, on the one hand, the machine set of deflagration combustion turbine-charge air compressor, on the other hand, continuous current turbine - working machine is created. If all machines were Coupled on a shaft, difficulties in accommodation would arise; think, for example, of the conditions in mines.

Insbesondere bei ortsfesten Maschinenanlagen ergibt sich die weitere Möglichkeit, das geschilderte Betriebsverfahren mit einer Dampfwirtschaft dahin zu verbinden, daß mittels der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage Dampf erzeugt und dieser Dampf bezüglich seiner Arbeitsfähigkeit ausgenutzt wird. Eine zweckmäßige Ausführungsform des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß eine Verpuffungsbrennkraftturbine, deren Laufrad in an sich bekannter Weise mit mittels Abwärme erzeugtem Dampf gekühlt wird, ihre mechanische Leistung auf Hilfsmaschinen, insbesondere den Verdichter zur Erzeugung der Ladeluft überträgt, die Ent-Spannung der Verbrennungsgase in der Verpuffungsbrennkraftturbine nur soweit getrieben wird, daß ihre Leistung gleich dem Energiebedarf des Verdichters ist, und das Restgefälle der Verbrennungsgase in Dauerstromturbinen ausgenutzt wird, deren Dampfseite mit dem Kühldampf der Verpuffungsbrennkraftturbine beaufschlagt wird, wobei Dauerstromturbinen äußere Arbeit abgeben, insbesondere einen Stromerzeuger antreiben.In particular in the case of stationary machine systems, the further one results Possibility of using the described operating procedure with a steam economy to connect that generates steam by means of the waste heat of the internal combustion turbine system and this steam is used in terms of its ability to work. A functional one Embodiment of the method is characterized in that a deflagration internal combustion turbine, whose impeller is cooled in a manner known per se with steam generated by means of waste heat will, their mechanical performance on auxiliary machinery, especially the compressor to generate the charge air transfers the relaxation of the combustion gases in the Deflagration turbine is only driven so far that its performance is the same the energy demand of the compressor and the residual gradient of the combustion gases is used in continuous flow turbines, the steam side of which with the cooling steam of the deflagration combustion turbine is acted upon, with continuous flow turbines emitting external work, in particular power a generator.

Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, die gesamte Leistung einer Kolbenbrennkraftmaschine auf den Verdichter zur Erzeugung der Ladeluft zu übertragen, während die Ausströmgase eine die äußere Arbeit abgebende Turbine beaufschlagen. Das bekannte Verfahren ist jedoch dem erfindungsgemäß gekennzeichneten thermodynamisch unterlegen, weil bei letzterem die Verbrennungsgase nicht durch Kolben ausgeschoben werden, sodann die bei der Kolbenmaschine auftretenden Reibungsverluste vermieden werden. Außerdem ist es bekannt geworden, in Gleichdruckturbinenanlagen den Verdichter durch die Gleichdruckturbine anzutreiben und die Ausströmgase der Gleichdruckturbine in Dehnungsmaschinen zur Entwicklung äußerer Arbeit abzuarbeiten.- Bei diesen Anlagen ist jedoch die abgebbare äußere Arbeit im Verhältnis zur aufzuwendenden Verdichterleistung gering, so das das Verfahren nicht so wirtschaftlich ist wie das nach der vorliegenden Erfindung.Although it has already been suggested, the entire performance of a To transfer the piston internal combustion engine to the compressor to generate the charge air, while the outflow gases act on a turbine that emits the external work. However, the known method is thermodynamic to that characterized according to the invention inferior because with the latter the combustion gases are not pushed out by pistons then the friction losses occurring in the piston machine are avoided will. It has also become known to use the compressor in impulse turbine systems to be driven by the constant pressure turbine and the exhaust gases from the constant pressure turbine to be processed in stretching machines to develop external work - in these systems However, it is the external work that can be transferred in relation to the compressor output to be expended low, so that the process is not as economical as that of the present one Invention.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens, die der obenerwähnten zweckmäßige. Ausführungsform des Erfindungsgedankens mit Einbeziehung der Dampfwirtschaft und der Dampfkühlung des Laufrades der Verpuffungsbrennkraftturbine entsprechen.The drawing shows, for example, embodiments of the inventive concept, that of the aforementioned expedient. Embodiment of the inventive concept with inclusion the steam economy and the steam cooling of the impeller of the deflagration combustion turbine correspond.

Abb. i gibt den Grundriß einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anlage wieder.Fig. I gives the floor plan of a system designed according to the invention again.

Abb.2 zeigt die Anlage in Seitenansicht, während Abb.3 einen teilweisen Grundriß einer gegenüber Abb. i etwas abgeänderten Anordnung darstellt.Fig.2 shows the system in side view, while Fig.3 shows a partial one Shows a floor plan of a slightly modified arrangement compared to Fig. I.

In den Abb. i und 2 ist i die Hochdruckturbine, die erfindungsgemäß unmittelbar mit dem Ladeluftgebläse 2 und dem Gasgebläse 3 gekuppelt ist. Leitungen a und b führen der Brennkammer c der Verpuffungsbrennkraftturbine i die erforderlichen Betriebsmittel in Form gespannter Ladeluft und gespannten brennbaren Gases zu. Nachdem in den Verpuff ungskammern c die Verbrennung stattgefunden hat, werden die Verbrennungsgase über Düsen. d auf das Laufrad 5 der Verpuffungsbrennkraftturbine zur Wirkung gebracht und im Ausströmgehäuse q. gesammelt. Außer durch die Verbrennungsgase wird das Laufrad durch Kühldampf beaufschlagt, der über Düse 6 zugeführt und nach Durchströmen des Rades von den Fangdüsen 7 aufgefangen wird. Die Verbrennungsgase werden aus dem Ausströmgehäuse ,I über Leitung 8 abgezogen und einer zweiten Turbinenstufe g zugeführt. Diese zweite Turbinenstufe wird, da das große Ausströmgehäuse 4. die Verbrennungsgase im Druck ausgleicht, im Dauerstrom, also mit hohem Wirkungsgrad beaufschlagt. Nachdem die Verbrennungsgase in der Turbine g abgearbeitet worden sind, treten sie in das Ausströmrohr 14. ein und gelangen über dieses in den Dampfkessel i i, i i'. Im Dampfkessel i i, i i' geben sie ihre verwertbare Wärme ab und werden über Leitung 15 in die Atmosphäre entlassen. Der im Dampfkessel i i, i i' erzeugte Dampf strömt zunächst über Leitung 1.2 einem in der Verbindungsleitung 8 zwischen den beiden Brennkraftturbinenstufen angeordneten Wärmetauscher zu. Nach weiterer Aufheizung in diesem Wärmetauscher wird der Dampf über Leitung 13 den Dampfdüsen 6 zur Beaufschlagung des Hochdruckrades zugeleitet. Der in den Fangdüsen 7 aufgefangene Dampf strömt, getrennt von den Ausströmgasen, über Rohrleitung 16 zu den Dampfdüsen der zweiten Turbinenstufe g. In dieser Turbinenstufe leistet der Dampf, dauernd getrennt von den Verbrennungsgasen, -weitere Arbeit und wird nach Durchströmung der Stufe g, teilweise entspannt, in besonderen Dampfauffangdüsen 17 aufgefangen. Über diese wird er der reinen Dampfturbine 18, die in diesem Fall als Niederdruckturbine ausgebildet ist, zugeführt. um in ihr das verfügbare Restgefälle abzugeben. Niederdruckturbine 18 steht in an sich bekannter Weise über Stutzen ig mit einem Kondensator in Verbindung.In FIGS. 1 and 2, i is the high-pressure turbine which, according to the invention, is directly coupled to the charge air fan 2 and the gas fan 3. Lines a and b lead the combustion chamber c of the detonation combustion power turbine i to the required operating media in the form of compressed charge air and compressed combustible gas. After the combustion has taken place in the deflagration chambers c, the combustion gases are discharged through nozzles. d brought into effect on the impeller 5 of the deflagration combustion turbine and in the exhaust housing q. collected. In addition to the combustion gases, the impeller is acted upon by cooling steam, which is supplied via nozzle 6 and, after flowing through the wheel, is captured by the collecting nozzles 7. The combustion gases are drawn off from the discharge housing, I via line 8 and fed to a second turbine stage g. This second turbine stage is, since the large outflow housing 4. balances the pressure of the combustion gases, applied in a continuous flow, that is to say with a high degree of efficiency. After the combustion gases have been processed in the turbine g, they enter the outflow pipe 14 and pass through this into the steam boiler ii, i i '. In the steam boiler i, i, ii 'they give off their usable heat and are released into the atmosphere via line 15. The steam generated in the steam boiler ii, ii 'initially flows via line 1.2 to a heat exchanger arranged in the connecting line 8 between the two internal combustion turbine stages. After further heating in this heat exchanger, the steam is fed via line 13 to the steam nozzles 6 to act on the high-pressure wheel. The steam collected in the catching nozzles 7 flows separately from the outflow gases via pipeline 16 to the steam nozzles of the second turbine stage g. In this turbine stage, the steam, permanently separated from the combustion gases, performs further work and is, after flowing through stage g, partially expanded, collected in special steam-collecting nozzles 17. Via this it is fed to the pure steam turbine 18, which in this case is designed as a low-pressure turbine. in order to submit the available residual gradient in it. The low-pressure turbine 18 is connected to a condenser in a manner known per se via nozzles ig.

Erfindungsgemäß sind die beiden im Dauerstrom beaufschlagten Turbinenstufen g und 18 mit der leistungsaufnehmenden Maschine, im Ausführungsbeispiel mit einer Dynamoinaschine 21, gekuppelt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Drehzahlgebiete der Turbinenstufen g und 18 ohne Beeinträchtigung des Wirkungsgrades der Anlage an das vorbestimmte Drehzahlgebiet der Dynamomaschine 21 angepaßt -werden können, ebenso wie es erfindungsgemäß möglich ist, das Drehzahlgebiet der Hilfsmaschine :2 und 3 so zu wählen. daß ihr Antrieb durch die Verpuffungsbrennkraftturbine i möglich ist. Die Anlage regelt sich in der eingangs geschilderten Art und Weise selbst. Es entsteht der weitere Vorteil, daß der im Leistungsvermögen überherrschende Teil der Anlage die leistungsaufnehmenden Maschinen mit hohem Wirkungsgrad antreibt; die Maschinenanlage selbst ist besonders einfach zu bedienen und in ihren Einzelteilen gut zugänglich.According to the invention, the two turbine stages acted upon by continuous current g and 18 with the power-consuming machine, in the exemplary embodiment with a Dynamo machine 21, coupled. This has the advantage that the speed ranges the turbine stages g and 18 without impairing the efficiency of the system can be adapted to the predetermined speed range of the dynamo 21, just as it is possible according to the invention, the speed range of the auxiliary machine : 2 and 3 so to choose. that their drive by the deflagration turbine i is possible. The system regulates itself in the manner described above itself. There arises the further advantage that the one that predominates in performance Part of the system drives the power-consuming machines with high efficiency; the machine system itself is particularly easy to operate and in its individual parts easily accessible.

Abb.3 zeigt Verpuffungsbrennkraftturbine i mit den von ihr angetriebenen Hilfsmaschinen für den Fall, daß die Brennkraftturbine nicht mit gasförmigen, sondern mit flüssigen Brennstoffen betrieben wird. In diesem Falle entsteht ein großes Ladeluftgebläse 2', während zur Unterdrucksetzung des flüssigen Brennstoffes eine besondere Brenstoffpumpe 3' vorgesehen ist.Fig.3 shows the explosion combustion turbine i with the ones driven by it Auxiliary machines in the event that the internal combustion turbine is not with gaseous, but is operated with liquid fuels. In this case, a large charge air fan is created 2 ', while a special fuel pump is used to pressurize the liquid fuel 3 'is provided.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Operating procedures for internal combustion turbine systems, characterized in that a deflagration combustion turbine has its mechanical. Power on auxiliary machines, in particular the compressor for generating the charge air, transfers, the expansion of the combustion gases in the deflagration internal combustion turbine is only driven so far that its output is equal to the energy requirements of the compressor and the residual gradient of the combustion gases in continuous flow turbines is used, what external work submit. z. Operating method according to claim i, characterized in that that a Verpuffungsbrennkraftturbine, whose impeller in a known manner is cooled with steam generated by means of waste heat, their mechanical performance Auxiliary machines, especially the compressor for generating the charge air. transmits, the expansion of the combustion gases in the deflagration internal combustion turbine just like that is taken far that their performance is equal to the energy requirements of the compressor and the residual gradient of the combustion gases in continuous flow turbines is used, whose steam side is acted upon by the cooling steam of the deflagration internal combustion turbine is, wherein the continuous current turbines deliver external work, in particular a power generator drive.