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Regelverfahren für Anlagen zur Erzeugung von heißen. Gasen unter Druck,
vornehAich von heißer Druck-luft Trotz ihres heute noch bescheidenen Wirkungsgrades
eignet sich die Gleichdruckgasturbine zum Antrieb von Verdichtern zur Lieferung
von heißer Druckluft, wie sie z. B. in chemischen oder Hüttenwerksbetrieben gebraucht
wird, da der Gasturbinenantrieb sehr einfach wird. Es können nämlich als Treibgase
der Gasturbine die gleichen Gase verwendet werden, die zum Erhitzen der verdichteten
Luft dienen, sofern man Luft- oder Winderhitzer auch heizgasseitig unter Druck betreibt,
also auflädt. Brennkammer des Lufterhitzers und der Gasturbine sind dann gemeinsam.
Noch einfacher und wirtschaftlicher wird die Anlage, wenn man auch das Windgebläse
(den Nutzluftverdichter) und den Verdichter für die Brennluft zur Heizgas- und Treibgasherstellung
vereinigt. Es lassen sich dann Regelverfahren ermöglichen, die sich ebenfalls durch
Einfachheit auszeichnen und den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden. Das
erfinderische Neue des Regelverfahrens besteht darin, daß Temperatur, Druck und
Menge der Nutzluft dadurch geregelt werden, daß mittels eines Thermostaten ein Ventil
betätigt wird, durch das das Verhältnis der durch die gemeinsame Brennkammer und
der durch eine Umgehungsleitung unmittelbar zur Gasturbine gehenden Luftmenge geändert
wird, worauf die hierdurch bewirkte Drehzahl- und Leistungsänderung der Gasturbine
eine Änderung der Luftlieferung zur Folge hat, die über einen Mengenmesser den Brennstoff
regelt.
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Die Regelung von selbständigen Gasturbinen durch einen Thermostaten,
wobei dieser Thermostat z. B. in der Abgasleitung eingebaut sein kann und unmittelbar
auf den Brennstoff einwirkt, war bekannt. Man hat auch bereits vorgeschlagen, bei
selbständigen Gasturbinen oder Gasturbinen, die die Ladegruppe zu druckgefeuerten-
Dampfkesseln oder ähnlichen Einrichtungen antreiben, die
Verbrennungstemperatur
oder die Treibgastemperatur dadurch zu regeln, daß man der Gasturbine kalte Luft
unmittelbar zuführte, deren Menge durch einen Thermostaten bestimmt wird. In allen
Fällen ist die den Thermostaten in Tätigkeit setzende Temperatur die Temperatur
des in ' die Gasturbine eintretenden oder diese Turbine verlassenden Treibgasstromes.
Bei dem vorliegenden Vorschlag handelt es sich dagegen nicht um eine Gasturbine
allein, sondern um eine Anlage zur Erzeugung von vornehmlich Druckluft, die in einer
bestimmten Menge und mit einer bestimmten Temperatur geliefert werden soll und bei
welcher zur Aufheizung der Gasturbinentreibgase und der Nutzluft die gleichen Heizeinrichtungen
verwendet werden. Entsprechend der Aufgabe, Nutzluft in einer bestimmten Menge und
mit einer be-
stimmten Temperatur zu liefern, gehen auch die Impulse der Regelung
von Meßeinrichtungen aus, die an der Lieferstelle der Nutzluft eingebaut sind.
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In Abb. i ist eine Anlage mit den zur Durchführung des Regelverfahrens
nötigen Einzelheiten schaltbildlich dargestellt. Es ist i die eigentliche Gasturbine,
2 der für die Lieferung des Windes (der Nutzluft) und der Brennluft gemeinsame Verdichter.
3 ist ein Gasgeblä ' se, wenn als Brennstoff Gas, z. B. Hochofengas,
verwendet wird. 4 ist die gemeinsame Brennkarm-ner für Wind- und Treibgaserhitzung,
die meist auch mit den Heizflächen 5 der Winderhitzeroberstufe zusammengebaut
wird.
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Die im Verdichter:2 erzeugte Druckluft wird erst durch einen Vorwärmer
6 geleitet, der von den Abgasen der Gasturbine i geheizt ist, dann spaltet
sich der Luftstrom. Ein Teil geht bei 7 als Nutzluft durch den Lufterhitzer,
einzweiterTeil dient alsBrennluft und geht durch Brenner 8 in die Brennkammer
und von dort, nach Abgabe eines Teiles seiner Wärme, als Treibgas zur Gasturbine,
ein dritter Teil wird durch eine Umgehungsleitungg unmittelbar zur Gasturbine geleitet.
Diese Umgehungsleitung 9 ist nun mit einem Regelventil io versehen, dessen
Stellung durch einen Thermostaten ii beeinflußt wird, der am Austritt der Heißluft
aus dem Winderhitzer eingebaut ist. Im allgemeinen wird die Temperatur des Heißwindes
und erst recht die Austrittstemperatur der Heizgase aus dem Lufterhitzer höher sein
als die Temperatur, die die Treibgase vor der Gasturbine haben dürfen. Es wird daher
stets ein gewisser Luftbetrag durch die Umgehungsleitung als Kühlluft zur Gasturbine
strömen. Weicht die Temperatur des Heißwindes von der verlangten ab, ist sie z.
B. zu niedrig, so öffnet der Thermostat i i das Ventil io, so daß nun weniger Luft
durch Brennkammer und Winderhitzer,' aber noch mehr durch die Umgehungsleitung strörnt.
Es steigt die Windtemperatur, da die Heizgastemperatur höher wurde, die zu erhitzende
Luftmenge aber abnahm. Diese Abnahme der Windmenge hat zur Folge, daß der Mengenmesser
12 nun einen Fehlbetrag anzeigt und die Brennstoffzufuhr bei 13 erhöht. Damit gelangt
mehr Brennstoff in die Brennkammer, es wird nun auch die Treibgastemperatur erhöht
und eine Erhöhung von Leistung und Drehzahl der Gasturbine herbeigeführt. Der Verdichter
wird mehr Luft liefern, bis der Mengenmesser 12 wieder die richtige Menge angibt.
Gleichzeitig führt der Thermostat i i das Regelventil io der Umgehungsleitung
5 in seine alte Lage zurück.
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Bei 'unrichtiger Menge findet der Regelvorgang in entsprechender ähnlicher
Weise statt. Bei zuviel Luft wird z. B. durch den Mengenmesser 12 die Brennstoffzufuhr
vermindert. Die sämtlichen Temperaturen nehmen ab. Damit nimmt auch die Leistung
der Gasturbine und die Luftlieferung ab. Gleichzeitig wird durch den Thermostaten
i i die Lufttemperatur überwacht und ihre Ab-
weichung von dem gewünsthten
Wert mit dem Regelventil io , durch Umgehungsluft ausgeglichen.
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Für die Brennstoffregelung stehen verschiedene Möglichkeiten offen.
Man kann x. B. bei Gasfeuerung den von der Gasturbine angetriebenen Gasverdichter
3 durch ein Drosselventil 13 regeln, man kann die Gasmenge aber auch
durch ein Überströrnventil einstellen. Man kann ferner das Gasgebläse auch von einem
besonderen Motor antreiben und diesen regeln (16 der Abb. 2).
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Der Anschluß der Impulsgeber mit den Regeleinrichtungen kann auch
vertauscht werden; so kann z. B. die Brennstoffmenge vom -Thermostaten ii, die umgeführte
Luftmenge durch den Mengenmesser 12 geregelt werden, die Reihenfolge der Regelvorgänge
wird damit geändert, das Ergebnis bleibt aber das gleiche.
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Bei gewissen Anlagen wird nicht die Einstellung der Heißwindmenge,
sondern die des Druckes verlangt sein. Für diesen Fall wird der Mengenmesser 1:2
durch einen Druckmesser ersetzt, der entweder auf die Brennstoffmenge oder auf die
umgeführte Luftmenge einwirkt.
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Um den Drosselverlust im Überstromventil zu vermeiden, kann bei größeren
Strömungswiderständen in Brennkammer und Wärmeaustauscher die Luft für die Umgehungsleitung
auch aus einer niedrigeren Druckstufe des Verdichters entnommen werden
(Leitung
17 bzw. 17'). Es ließe sich das Regelgefälle auch durch Arbeitsleistung z. B. in
einer besonderen Vorschaltturbine oder einem derHauptturbine vorgeschaltetenRade
aufbrauchen. Die Mengenregelung erfolgt dann am besten durch Zu- oder Abschalten
von Düsen.
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Abb. 2 zeigt schaltbildlich den Fall einer mit der Hauptturbine i
gekuppelten Vorschaltturbine 14. Die Düsen 15 werden der Reihe nach durch den Thermostaten
ii geöffnet. Als Antrieb der Brennstoffpurnpe oder des Brennstoffgebläses
3 dient ein Motor 16, dessen Drehzahl z. B. vom Mengenregler 12 geregelt
wird.
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Es -kann auch von Vorteil sein, den Druck des Treibgases der Gasturbine,
d. h. also die Brennluft und die Mischluft oder die Brennluft allein höher
zu halten als den Druck der Nutzluft. In diesem Falle wird die Nutzluft abgezapft
oder Brennluft und Mischluft oder nur die Brennluft in einer weiteren Stufe oder
einem besonderen Gebläse nachverdichtet. Auch bei verschiedenen Drücken der verschiedenen
Luftanteile kann ,ein gemeinsamer Luftvorwärmer verwendet werden, wenn dessen luftseitige
Sammelräume entsprechend abgetrennt werden, wie in Abb. i bei 18 bzw. 18' gezeigt
ist.
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