Einrichtung an Gasturbinenanlagen Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Gasturbinenanlagen z. B. zur Erzeugung von mechanischer oder elektrischer
Energie oder zur Lieferung von Druckluft zur Aufladung von Brennkraftmaschinen oderhochgespannter
Brennluft: oder anderer Gase für Druckfeuerungen -oder chemische Arbeitsverfahren.
Solche Gasturbinenanlagen bestehen aus -einer Gasturbine und einem von der Gasturbine
angetriebenen Verdichter. Das Treibmittel der Gasturbine ist der Stoff, der im Verdichter
auf Druck gebracht wurde und dann der Gasturbine entweder unmittelbar oder als Abgas
nach Durchführung eines Arbeits- oder H.eizvorganges zugeführt wird. Ur# #dieWirtschaftlichkeit
oder die Wirksamkeit !derartiger Aufladeverfahren zu erhöhen, sind verhältnismäßig
hohe Drücke (i bis-3 Atrn. und darüber) anzuwenden. Die Verdichter müssen also hohe
Drücke erzeugen, die Gasturbine große Gefälle verarbeiten können. Da es sich
meist auch um große Gasniengen handelt, kommen nur Kreiselmaschinen. in Betracht.
Das Zusammenarbeiten von Kreiselverdichtern und Turbinen, die sowohl mechanisch
als auch gasseitig verkuppelt sind, ist für einen bestimmten Betricbspunkt, also
z.B. für eine bestimmte Fördermenge, einen bestimmten Druck und leine bestimmte
Drehzahl auf Grund der bisherigen Erfahrungen in der Berechnung derartiger Maschinen
gut erreichbar. Das Zusammenarbeiten kann aber ersch-,vert werden, wenn z. B. bei
Teillasten, bei Änderungen des Druckes oder der Temperaturen usw. eine der Kenngrößen
verändert wird. Man ist dann gezwungen, besondere Regelungen vorzunehmen, um Verdichter
und Gasturbine oder beide gleichzeitig den veränderten Betriebsbedingungenanzupassen.
Als solche Regelvorrichtungen kommen verstellbare Diffusoren oder Drosseleinrichtungen
am Verdichter, regelbare Leitvorrichtungen an der
Gasturbine in
Betracht. Alle diese Einrichtungen sind teuer und nicht zuverlässig und vor allem
bei der Gasturbine, dbren Treib-,-asü hohe Temperaturen haben, schwer durch-. führbar.
Die Erfindung bezieht sich nun auf eillf, Einrichtung an Gasturbinenanla-en
der be-
schriebenen Art, durch -welche auf einfache Weise ein --utes und wirtschaftliches
Zusammenarbeiten von Verdichter und Gasturbine bei allen Betriebsverbältnissen ermög'icht
werden soll. Es wird dabei von einem bekannten Vorschlag Gebrauch gemacht, bei dem
sowohl die Gasturbine als auch der Verdichter mit Anzapfste#Ilen versehen sind,
die eine Verbindung von Zwischenstufen des Verdichters mit solchen der Gasturbine
herbeiführen. Es sind nun die Anzapfstellen an Verdichter und Gasturbinü so ge-wählt,
daß gemäß der Erfindung mit abnehmender Belastung eine im Verhältnis zur Gesaintluftnienge
zunehmende ;i.ligez,###eigte Luftmenge mittels der Wrbindungen zwischen den Anzapfstelleii
aus dem Gebläse in die Turbine strömt. Hierbei können weiter gemäß der Erfindung
die Anzapfstellen im Verdichter und in der Gasturbine und deren Verbindun- miteinander
derart gewählt ,-ein, daß bei allen Belastungen der Druck an der Entnalimestelle
des Verdichters höher als der Druck an der Eintrittsstelle in die Gasturbine oder
- diesem Druck mindestens gleich ist. Dum Ideal kommt die Anlage am nächsteil,
Weilli im Normalpunkt -, also z. B. bei voller Belastung und höchstem Druck, der
Druck- an der Anzapfstelle des Verdichters und der Druck in der Einmünduii,-sstelle
in -der Gasturbine ungefähr gleich hoch sind, somit kein {*bi#rströnien stattfindet.
Es können in den Verbindungskanälen gemäß der Erfindun- C aber , auch' Dross
eIstellen, von Hand oder selbsttätig gesteuert,- Abschlu13-vorrichturig hatit sein.
gen oder Rückschlagventil- eing##-Es ist schon- vorgeschlagen worden, hei ,einer
Gasturbinenanlage, die aus einer mehrstufigen Gasturbine, und einem von dieser an.getriebenen
Verdichter bestand, beide mit .\nzapfstellen zu versehen und Zwischenstufen des
Verdichters mit solchen der Gasturbine zu verbinden zum Zwecke der stetigen Luftzufuhr
für eine zusätzliche Verbrennung und Wärmezufuhr zwischen den Stufen der Gasturbine.
Doch liegt ein grundsätzlicher Unterschied gegenüber der Erfindung darin, wie die
übe rströnimenge sich mit der Belastung ändert. Sie sollte, um den Zweck
dieser Vorschläge zu erfüllen, mit der Belastung zunehmen. damit mehr Brennstoff
verbrannt werden kann. Hierdurch wird die Druckverteilung in den beiderseitigen
Stufen noch ungünstiger. lit Abb. i isteine solche Gasturbilieiiaiila-(-ini Schnitt
beispielsweise dargestellt. Es ist i der Verdichter, der in 2 z. B. Luft ansaugt
', #"#£Nrdicht,--t und bei 3 ausschiebt. -1 ist die Gasturbine,
5 der Gaseintritts-, 6 der Gasaustrittsstutzen. Die Beschaufelun-
des Verdichters ist 7, die der Gasturbinie 8. 9 und io sind Anzapfstellen
am Verdichter, di2 durch Kanäl#eii und 12 mit zwei Stellen13 und
14 der Gasturbine
verbunden sind. Die Anzapf- und Einmündungsstellen sind so ge-#D wählt, daß bei
Nornialbetrieb an be-*den Enden des Verbindungskanals der gleiche Druck vorherrscht
-, in den Kanälen also 1,-e*nc Strömung besteht. Weicht der Betrieb vom Normalpunkt
ab, so können Betriebsverhältnisse ,eintreten, wie sie aus den Abb. 2 und,
3 ersehen werden Iz(**)iineii. #,%bb. 2 bezieht sich auf den Verdichter,
Abb. 3 auf die Gasturbine. Bei nornia.en Betriebsverhältnissen -,
d. h. der Drehzahl und der Liefernienge oder Treil--gasmeiige,
für welche der Verdichter und die Gasturbinü bemessen sind, ist d.-i- Druckver-]auf
län--s des Gebläse'äufers 1-2-3 (lerieni,-,ü (lei- G.-tsturbiiie3'-4-5. Es
ist hierbei unter Druckverlauf jedoch nicht der erzeugte abso-]tue Druck verstanden,
sondern der relative Druckanstieg zur Erzeugung des Enddruckes 0-3. Das Druckverhältnis
und dis Entspannungsverhältnis jüder einzelnen SI-ufe ist durch die Neigung der
Linien 1-2-3 oder 3'-4-5 ge-'jehun. Ändert sich nun aus irgeiidweicheii.
(#riiiid(-ii der Druck in der Anlage" shikt er z. 133., weil der Widerstand
zwischen Verdichtür und Gasturbine oder well die Belastun- stark abnahm, so -eht
der Druckverlauf im Gebläse -nicht mehr wie im -Nornialpunkt nach 1----3,
sondern er verläuft nach einer Kurve enva wie 1-6-3, d.h. die ersten Stuf en geben
einen verhältnismäßig höheren Druck, während das VerdichtungsverhAtnis in den letzten
Stufen absinkt. Dies hat zur Fol-(" daß das Gebläse sich vom Bereich besten Wirkungsgrades
entfernt und in den ersten Stufen der Pump-renze nähert, der Betrieb -also gestört
wird. Bei der Gasturbinu tritt dagegen bezüglich der Druckverteilung das Umgekehrte
ein. Die erst-en Stufen übernehmen den Hauptanteil der Entspannung, während die
letzten leer mitlaufen (3'-7-5 in Abb- 3). Der Geschwindigkeitsveriauf
des strömenden Mittels stimmt nun nirgends inehiinit den für nur einen bestimmten
Zustand heineßbarenSchaufelnüberein,esverschlechtert j sich der Wirkungsgrad. Werden
nua einige Stufen des Verdiellters mit eini-en Stufen der Gasturbine verbunden,
so erfolgt ein Ans-#leich, der den Betrieb wesentlich verbessert. Da der Druck im
Gebläse von 2 nach 6 1 ( Abb. 2) a nstieg, in der Gasturbine aber von 4 nach
-, herabsank, so strömt durch ein an
dieser Stelle angenommenes
überströmrohr Luft vom Verdichter zur Gasturbine über. Die die ersten Schaufeln
des Verd*chters durchsetzende Fördermenge steigt a'so an, wodurch das Drucl,:verliä*tnis
hera.-)ge--e#,zt, die S-hatifelkanäle ausgefüEt und der Betrieb dem Normalpunkt
wieder -enä.i#ert- -,v*rd. Auf Seite der Gasturbine bewirkt u-ng#e.z.,e.irt
die überströmende Luftmenge eine Erhöhung des Druckes ', der eine
Verminderung der Entspannung in den ersten, eIna Erhöhung des Gefälles für die letzten
Stufen zur Folge hat. Der Ausgleeich erfolgt in den meisten Fällen selbsttätig,
bei richtiger Bemessung der überströmqu-erschiiitte kann von einer weiteren Regelung
abgesehen werden. Um aber die Bemessung der' überströmquerscimitte zu erleichtern
oder für besondele Betri#ebsverhältnisse Veränderungen vornehmen zu können, können
die überströmleitungen auch Drosselstellen, Rückschlagventile oder ge-.steuerte
Regelventile erhalten. S*le sind in Abb. i illirch 15 und 16 angedeutet. Auf dieser
Abbildung ist angenom#-,n#en, daß die Verbindung zwischen Verdichter und- Gasturbine
nicht unterbrochen ist. Das dem Ver. dichter entnommene Mittel kann aber auch, bevor
es zur Gasturbine geht, den Einrichtungen zugeführt werden, für die die Anlage gebaut
ist, nämlich z. B. einer Druckfeuerung oder chemischen Anlage usw.