DE544202C - Aus Brennkraftmaschine, Verdichter und nachgeschalteter Gasturbine bestehender Maschinensatz - Google Patents

Description

• Aus Brennkraftmaschine, Verdichter und nachgeschalteter Gasturbine bestehender Maschinensatz Man kann die Maschinensätze, die aus Brennkraftmaschine und nachgeschalteterGasturbine bestehen, in zwei große Gruppen unterteilen. Die eine Gruppe umfaßt Maschinensätze, bei denen die Gasturbine eine reine Abgasturbine ist, die nur die Restenergie der Abgase einer vorgeschalteten Brennkraftmaschine verarbeitet. Ihre Leistung ist im Verhältnis zur Leistung der Brentikraftmaschine nur gering. Bei der zweiten Gruppe gibt dagegen die Brennkraftmaschine keine oder nur eine unbeträchtliche Leistung nach außen ab, und dafür wird die Leistung des Maschinensatzes an der Turbinenwelle abgenommen. In diesem Falle wirkt die vorgeschaltete Brennkraftmaschine nur als Energieumformer. Sie treibt einen Verdichter all und verarbeitet die verdichtete Luft. Trägt man die Arbeitsprozesse von Brennkraftniaschine und Verdichter in einem Diagramm auf, so erhält man theoretisch zwei gleich große Diagrammflächen. Die Leistungeil gleichen sich also aus. In den Abgasen findet sich dagegen die gesamte Verdichtungsenergie und die Brennstoffenergie, abgesehen selbstverständlich von den unvermeidlichen Verlusten wieder, und diese Energie wird dann anschließend von der Gasturbine in mechanische Leistung umgesetzt. Für die folgenden Ausführungen sei dieses System zugrunde gelegt, obgleich die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung sich hierauf nicht beschränkt.
• Die von der Brennkraftmaschine zu verarbeitenden Luftmengen sind relativ sehr groß. Za ihrer Bewältigung in einem Kolbenverdichter, der mit der Brentikraftmaschine zu kuppeln wäre, würden außerordentlich große Hubvolumina erforderlich -sein, deren konstruktive Ausgestaltung praktisch überhaupt unmöglich erscheint. Man muß deshalb eine Verdichterstufe in Form einer Kreiselmaschine vorschalten, welche die Luftmenge auf einen geringen Druck vorverdichtet. Infolge des sehr flachen Verlaufes der Verdichtungslinie in dem Gebiet niederen Druckes bewirkt schon eine verhältnismäßig geringe Drucksteigerung eine sehr starke Volume,lv erminderung. Die als Vorstufe dienend Kreiselmaschine wird mit der Turbine selbst gekuppelt, so daß ein Teil von deren Leistung gewissermaßen einen Kreislauf zwischen Brennkraftumformer und Gasturbine ausführt. Dieser Maschinensatz, der also aas Brennkraftumformer, Gasturbine und Kreiselverdichter besteht, soll gemäß der Erfindung in der Weise ausgestaltet werden, daß die Turbine in zwei über ein Getriebe miteinander gekuppelte Turbinenstufen unterteilt ,wird, und daß mit der rasch laufenden Hochdruckstufe das Vorverdichtergebläse gekuppelt wird.
• Die Unterteilung einer Turbine in einen rasch laufenden Hochdruckteil und in einen langsamer laufenden Niederdruckteil und die K=upplung dieser beiden Stufen über ein Getriebe ist bei Dampfturbinen bekannt. Die Gründe, die bei Dampfturbinen zu dieser Anordnung geführt haben, sind aber durchaus anderer Natur. Im vorliegenden Falle wird die Unterteilung vorgenommen, um durch Kupplung des rasch laufenden Hochdruckteiles mit dem Vorverdichtergebläse eine besonders günstige Bauweise für dieses anwenden zu können. Das Gebläse verlangt eine weit höhere Drehzahl als der Stromerzeuger, der mit dem Niederdruckteil der Gasturbine gekuppelt ist. Bei unmittelbarer Kupplung mit dem langsamer laufenden Turbinensatz würden die Anlagekosten des Gebläses höher und sein Wirkungsgrad geringer. Der Hochdruckteil in der Turbine kann einfacher werden, so daß man ihn als Gleichdruckturbine bauen kann. Für die Hochdruckturbine ergibt sich weiter als günstig die Möglichkeit, das Laufrad frei fliegend auf der Welle des Vorverdichters anzuordnen, so daß man gerade im Hochdruckteil, wo die höchsten Temperaturen herrschen, die sich hierdurch ergebenden Schwierigkeiten der Lagerung und Abdichtung vermeiden kann.
• Andererseits ist auch vorgeschlagen worden, den Vorverdichter durch eine Hochdruckturbine anzutreiben, die eine Vorschaltturbine zur eigentlichen Hauptmaschine darstellt. Da bei dieser Schaltung die Hochdruckmaschine lediglich die zur Vorverdichtung erforderliche Energie zu leisten hat, so ist es schwierig, ihre Leistung mit der Leistung der Hauptmaschine in Z`bereinstimmung zu bringen, um so mehr als ihre Abgase zum Betrieb der eigentlichen Hauptmaschine dienen. Es muß also ein gesetzmäßiger Zusammenhang zwischen ihrer Treibgasmenge, der Treibgasmenge der Hauptmaschine, der Verdichtungsleistung und der eigentlichen Arbeitsleistung des Maschinensatzes geschaffen werden, der sich nur sehr schwer herstellen läßt. Wird dagegen die Anlage in der Weise aufgebaat, daß die Hochdruckmaschine nicht nur den V orverdichter antreibt, sondern gleichzeitig mit der Hauptmaschine über ein Getriebe gekuppelt ist, so spielen Differenzen zwischen den Leistungen der einzelnen Maschinen keine Rolle, da diese sich innerhalb der Anlage über das Getriebe ausgleichen können.
• Bisher wurde die Erfindung nur im Zusammenhang mit einem aus Brennkraftumformer und Gasturbine bestehenden Maschinensatz besprochen. Es ist ersichtlich, daß ähnlich günstige Verhältnisse sich auch dort ergeben, wo die vorgeschaltete Brennkraftmaschine nicht lediglich als Energieumformer dient, sondern zur Abgabe freier Leistung herangezogen wird.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt. Der Maschinensatz besteht aus dem Brennkraftumformer i, der aus Hochdruckteil 2 und Niederdruckteil 3 bestehenden Gasturbine, dem Vorverdichter d. und dem Stromerzeuger 5. Die durch den Vorverdichter d. verarbeitete Luftmenge wird im Verdichterteil6 des Brennkraftumformers, der mit der Brennkraftmaschineunmittelbar gekuppelt ist, auf den Enddruck verdichtet, und die Abgase des Brennkraftumformers gelangen als Treibgase über die Leitung 7 zum Hochdruckteil 2. Dieser sitzt zusammen mit dem Gebläse d. und dem Ritzel 8 auf einer Welle und ist über das große Rad 9 mit der Hauptarbeitswelle io gekuppelt. Das Drehzahlverhältnis zwischen den Maschinen 2 und 3 ist so gewählt, daß sich für das Gebläse q. die günstigste Arbeitsbedingung erreichen läßt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Aus Brennkraftmaschine, Verdichter und nachgeschalteter Gasturbine bestehender Maschinensatz, bei dem der Hauptverdichterstufe eine Vorverdichterstufe vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverdichterstufe mit einem rasch laufenden Hochdruckteit der Gasturbine gekuppelt ist, der seinerseits über ein Übersetzungsgetriebe auf die Welle des langsamer laufenden Niederdruckteiles arbeitet.