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Gasturbinenanlage Bei Gasturbinenanlagen, welche mindestens zwei gegebenenfalls
unter Einschaltung einer Zwischenerwärmung- hintereinandergeschaltete, auf getrennten
Wellen arbeitende Gasturbinen aufweisen, von denen die eine für Nutzleistung, die
andere als Kompressorantrieb dient, besteht die Gefahr, daß die Anlage unstabil
wird, wenn die Nutzleistung abgebende Turbine im Leerlauf betrieben wird. In diesem
Falle wird nämlich die Temperatur der die Nutzleistungsturbine verlassenden Gase
so niedrig, daß sie in der der Kompressorturbine vorgeschalteten Wiedererwärmungsvorrichtung
den eingespritzten Brennstoff nicht mehr mit ausreichender Sicherheit zu zünden
vermögen. Bei solchen Turbinenanlagen, bei welchen zwischen der Nutzleistungs- und
der Kompressorturbine keine Wiedererwärmungsvorrichtung vorhanden ist, besteht bei
Leerlauf und bei niedrigsten Lasten die Gefahr der Unstabilität, weil die bei Leerlauf
die Nutzleistungsturbine verlassende Treibmittelmenge weder ihrer Menge noch ihrer
Temperatur nach ausreicht, um die nachgeschaltete Kompressorturbine zu betreiben.
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Die Erfindung bezweckt, diesen Mangel zu beseitigen und erreicht dies
durch Anordnung eines von der Nutzleistungsturbine angetriebenen Regelkompressors,
der allein oder zusammen mit den übrigen Kompressoren arbeiten kann.
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Gemäß der Erfindung werden weiterhin bei Leerlauf bzw. niedrigsten
der Leerlaufleistung naheliegenden Leistungen der Anlage die Kompressorantriebsturbine
und die von ihr getriebenen Kompressoren abgeschaltet, so daß nunmehr nur der von
der Nutzleistungsturbine angetriebene Regelkompressor arbeitet und. die für den
Leerlauf der Nutzleistungsturbine ausreichende Luftmenge liefert. Bei Belastung
der Anlage dagegen wird die Kompressorturbine mit den von ihr angetriebenen Kompressoren
wieder eingeschaltet. Dann kann der Regelkompressor ausgeschaltet werden oder zusammen
mit den anderen Kompressoren, z. B. als mit ihnen in Serie geschalteter Hochdruckkompressor,
arbeiten.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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z bedeutet eine Gasturbine, die im gezeichneten Ausführungsbeispiel
als gegenläufige Radialturbine ausgebildet ist. Ihre Abgase gehen durch den Auslaß
2 ab zu einer Wiedererwärmungsvorrichtung 3, in welcher durch Einspritzung von Brennstoff
in die Abgase eine Wiedererwärmung auf die für eine nachgeschaltete Turbine -erwünschte
Betriebstemperatur erfolgt. Von der Wiedererwärmungsvorrichtung geht durch die Doppelleitungen
q, 5 das wiedererwärmte Betriebsmittel zu einer zweiten Turbine, die ebenfalls beispielsweise
als gegenläufige Radialturbine 6 ausgebildet ist. Von hier gehen die Abgase durch
die Leitung 7 zu einem Regenerator 8 und, nachdem sie
diesen durchströmt
hgb-en, durch die Ableitung g fort. Die Turbine i treibt zwei rechts und links von
ihr angeordnete Stromerzeuger io und i1, die ihr nachgeschaltete Kompressorturbine
zwei Kompressoren 12, 14, die in Serie geschaltet sind, derart, daß der rechts liegende
Kompressor 1a der Niederdruckkompressor ist, der die in Richtung der eingezeichneten
Pfeile einströmende Luft ansaugt und zum zweiten Kompressor 14 hinüberdrückt. Von
diesem geht die verdichtete Luft durch die Leitung 15 zu einem Regelkompressor 16.
Dieser ist auf der Welle der primären Nutzleistungsturbine = aufgesetzt und läuft
somit bei allen Belastungen, mit, insbesondere also auch bei Leerlauf und niedrigsten
Belastungen. In Serie mit den Kompressoren 12 und 14 geschaltet wirkt er als Hochdruckkompressor,
von diesen Kompressoren 12 und -14 abgeschaltet als einziger Kompressor. Die von
ihm verdichtete Luft geht durch die Leitung 17 zunächst zu einer Einspritzvorrichtung
18, in welche, wie durch den Pfeil und die kleine Einführungsleitung ig angegeben,
Wasser eingespritzt wird. Durch diese Wassereinspritzung wird die Temperatur der
verdichteten Luft wesentlich herabgesetzt und gleichzeitig Wasserdampf gebildet.
Das verdichtete Gemisch gelangt nun nach dieser Temperaturerniedrigung in die eine
Endkammer 2o des Regenerators, durchströmt diesen in der eingezeichneten Pfeilrichtung
bis zur Endkammer 2i und gelangt von hier durch die Leitung 22 zur Erhitzungsvorrichtung
23. Diese besteht aus einer Verbrennungskammer, in welche durch die Leitung 24 Brennstoff
eingespritzt wird, der nach Zündung mit der verdichteten Luft das hocherhitzte Treibmittel
für die Gasturbine i liefert, der es durch die beiden Leitungen 25 und 26 zugeführt
wird. In die von der Primärturbine 1 zur Wiedererwärmungsvorrichtung 3 führende
Leitung ist eine Abzweigleitung 27 und ein Absperrventil 28 eingesetzt, weiter in
die Leitung 27 ein Absperrventil 29, hinter dem die Leitung 27 fortgeht, bis sie
in die heiße Abgasleitung 7 der Sekundärturbine einmündet.
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In die Leitung 15, welche die verdichtete Luft vom Kompressor 14 zum
Regelkompressor 16 führt, ist ebenfalls eine Leitungsabzweigung 30 und ein
Absperrventil 30a eingebaut.
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Im Normalbetrieb sind die Ventile 30a und 2g geschlossen, das Ventil
28 offen. Die Abgase der Primärturbine gehen also direkt zur Wiedererwärmungsvorrichtung
3, in welcher sie durch Einspritzung von Brennstoff durch die Einspritzleitung 32
wieder erwärmt werden, von hier zur Sekundärturbine 6 und durch die Abgasleitung
7 und den angeschlossenen Regenerator 8, wie oben beschrieben, ins Freie oder zu
irgendeinem Abwärmeverwerter. Die zu verdichtende Luft 'wird im Kompressor 12 angesaugt,
im Kompressor 14 weiter verdichtet und durch die Leitung 15 zum Regelkompressor
16, der jetzt als Hochdruckkompressor arbeitet, übergeschoben, von wo sie auf dem
Wege über die Wassereinspritzungsvorrichtung 18, den Regenerator 8 und die Verbrennungskammer
23 zur Primärturbine i gelangt.
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Wird jetzt die Leistung in der Primärturbine derartig abgesenkt, daß
diese nur in Leerlauf oder in allerniedrigster Leistung läuft, und reichen infolgedessen
die aus ihr austretenden Abgase nicht mehr aus, um die Sekundärturbine, sei es mit
oder ohne Wiedererwärmung, zu betreiben, dann wird das Ventil 28 geschlossen; aber
die Ventile 2,9 und 30a werden geöffnet. Die Abgase der Primärturbine gehen jetzt
also durch die Leitung 27 zur Abgasleitung 7 und von hier durch den Regenerator,
während der mit der Primärturbine i ständig umlaufende Kompressor 16 nunmehr durch
das offene Ventil 30a Luft ansaugt, die er verdichtet und dann über die Einspritzvorrichtung
18, den Regenerator8 und die Verbrennungskammer 23 an die Primärturbine liefert.
Der Regelkompressor ist also derart bemessen, daß er den für den Leerlaufbetrieb
oder in der Nähe des Leerlaufes liegenden Leistungen die ausreichende Verdichtungsluft
liefert.
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Es besteht somit keine Gefahr, daß bei niedrigsten Leistungen die
Anlage aussetzt, da die Einschaltung des Regelkompressors den Ausfall an ausreichendem
Betriebsstoff für die Sekundärturbine durch einfache Umschaltung zu regeln gestattet.
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In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist nur ein Regelkompressor
vorgesehen. Der Kompressor kann jedoch auch aus mehreren Einheiten bestehen, sofern
diese von der Primärturbine angetrieben werden und die- für ihre Leerlaufleistung
ausreichende Verdichtungsluftmenge liefern.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i ist gezeigt, wie der Regelkompressor
mit dem Nutzleistungskompressor ständig umläuft bzw. bei Belastung der Anlage in
Serie mit den anderen Kompressoren geschaltet als Hochdruckkompressor arbeitet.
Es ist jedoch möglich, den Regelkompressor für gewisse Belastungen auszuschalten
bzw. überhaupt von der Nutzleistungsturbine zu trennen, woraus sich weitere Regelmöglichkeiten
zur Erhöhung der Elastizität der Anlage ergeben. Solche Ausführungsformen sind in
Fig.2 dargestellt. Hier ist der Kompressor 16 an die Welle der Nutzleistungsturbine
durch eine lösbare Kupplung 39 angekuppelt. Sein Einlaßstutzen ist mit 31
bezeichnet und öffnet einerseits über das Ventil 33 an die Außenluft oder
durch das Ventil 34 zur Verdichterleitung 15. Von dieser zweigt eine Umgehungsleitung
35 mit darin angeordnetem Ventil 36 ab zu einem an die
Einspritzvorrichtung
18 angeschlossenen Leitungszwischenstück 37, das einerseits an die Leitung 35 und
durch ein Ventil 38 an den Auslaßkanal des Regelkompressors 16 angeschlossen ist.
Die Betriebsmöglichkeiten einer solchen Anlage nach Fig. 2 sind folgende a) Die
Ventile 33 und 36 sind abgeschlossen, die Ventile 34 und 38 offen. Dann strömt die
von den Kompressoren z2 und 14 gelieferte Luft durch die Verdichterleitung 15, das
offene Ventil 34 zum Regelkompressor 16, der die Hochdruckverdichtung übernimmt
und die verdichtete Luft über das Ventil 38 zur Wassereinspritzvorrichtung
18 und von dort über den oben beschriebenen Weg zur Nutzleistungsturbine liefert.
In diesem Betriebsfalle ist der Regelkompressor durch die Kupplung 39 mit der primären
Turbinenwelle verbunden. Die Anlage arbeitet so wie die der Fig. r.
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b) Die Ventile 33, 34, 38 sind geschlossen, das Ventil 36 ist offen.
Dann liefert der Kompressor 14 durch die Leitung 15 über das Ventil 36, die Leitung
35 die Luft unter Umgehung des Regelkompressors 16 in die Einspritzvorrichtung.
Der Regelkompressor ist in diesem Falle aus dem Luftwege ausgeschaltet und wird
zur Vermeidung von Ventilationsverlusten mit Hilfe der Kupplung 39 zweckmäßig von
der Turbine z abgekuppelt.
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c) Das Ventil 34 ist abgeschlossen, die Ventile 33, 36, 38 sind offen.
Dann ist der Regelkompressor mit dem- Kompressor 14 parallel geschaltet.
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d) Die Ventile 38, 34 und 36 sind geschlossen, die Ventile 29, 33
und 38 sind offen, der Regelkompressor 16 ist durch die Kupplung 39 mit der Primärturbine
= gekuppelt. Dann ist die Kompressorturbine 6 außer Betrieb gesetzt, und der Regelkompressor
liefert allein die für den Leerlauf oder niedrigste Leistungen der Primärturbine
erforderliche Luftmenge.
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Ob zwischen der Nutzleistungsturbine = und der Kompressorturbine 6
eine Wiedererwärmungsvorrichtung 3 angeordnet ist oder nicht, oder ob der Kompressor
ständig mit der Primärturbine umläuft oder durch eine ein- und ausschaltbare Kupplung
mit ihr verbunden ist, ändert an der Bedeutung des Regelkompressors nichts, da er
in jedem Falle die Regelung und weitestgehende Anpassung der zu liefernden Luftmenge
an den jeweiligen Belastungszustand. der Anlage gestattet.
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Statt einer Kompressorturbine können auch mehrere Kompressorturbinen
in geeigneter Schaltung und entsprechender Anzahl von Kompressoren angeordnet sein.