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Gas,turbinenanlage Es ist bekannt, daß der Wirkungsgradeiner Gasturbinenanlage
in starkem Maße von der. Gastemperatur :am Eintritt in die Gasturbine abhängt. Mit
den heute verfügbaren Werkstoffen ist man leider gezwungen, die Temperatur :der
Gase beim Eintritt in die Gasturbine auf etwa 700° C. zu beschränken. Die Wirkungsgrade,
die man unter diesen Umständen erreichen kann, bleiben um ein Beträchtliches hinter
dem einer Dieselbrennkraftmaschine zurück. Nun ist jedoch, abgesehen von den Gewichts-
und Raumverhältnissen, die Gasturbine gegenüber der Dieselbrennkraftmas.chine dadurch
im Vorteil, daß man in einer Brennkammer das minderwertigste Heizöl verbrennen kann,
während man für eine Dseselbrennkraftmaschine immer ein hochwertiges Gasöl nehmen
muß. Wirtschaftlich gesehen ist die Gasturbine also nur dann gegenüber der Dieselbrennkraftmaschine
wettbewerbsfähig, wenn. der Brennstoff für die Gasturbine entsprechend dem Verhältnis
der Wirkungsgrade von Gasturbine und Dieselbrennkraftmaschine billiger ist als Dieseltreiböl.
Man muß also jede Möglichkeit ausschöpfen, um den Wirkungsgrad der Gasturbine zu
heben. Eine Stelle, an der die Bemühungen zur Verringerung der Verluste einsetzen
müssen, ist die Brennkammer. Zur Erzeugung des Turbinentreibmittels werden normalerweise
zwei verschiedene Luftströme verwendet. Der eine Teil der vom Verdichter gelieferten
Luft dient als Verbrennungsluft, während der andere Teil zur Vermischung mit den
Verbrennungsgasen benützt wird, um .die Temperatur der Verbrennungsgase auf eine
für die Gasturbine erträgliche Höhe zu senken. Entsprechend den verschiedenen Bestimmungen
haben die beiden Luftströme auch verschiedene Widerstände auf ihrem Weg vom Verdichter
zur Brennkammer zu überwinden. Dem Verbrennungsluftstrom stellen sich größere Widerstände
entgegen als dem Kühlluftstrom. Die gesamte Luft wird aber von ein und derselben
Quelle, dem Verdichter, geliefert. - Man muß also die Kühl-
Luftmenge
- und das ist der größere Teil der verdichteten Luft - herunterdrosseln, um bei
Eintritt in die Brennkammer bei beiden Luftmengen denselben Druck zu erhalten. Dieses
Verfahren ist unwirtschaftlich und daher bei einer neuzeitlichen Gasturbinenanlage
nicht tragbar.
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Nun hat man schon zur Vermeidung diese Nachteils hinte* dein Verdichter
für die gesainte Luftmenge noch weitere Verdichterstufen angeordnet, die nur einen
Teil der Luft, nämlich die für die Verbrennung erforderliche Luftmenge, um so viel
weiterverdichten, daß die Druckverluste dieser Luftmenge gedeckt werden. Dieses
Verfahren bedingt jedoch einen umständlichen Verdichter.
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Weiter hat man vorgeschlagen, nur die Kühlluftmenge durch einen Wärmeaustauscher
zu schicken, wobei die Widerstände dieses Wärmeaustauschers so bemessen sind, daß
sie den Widerständen des Verbrennungsluftstroines gleichkommen, so daß also beim
Eintritt in die Brennkammer beide Luftströme gleichen Druck besitzen. Hierbei muß
man jedoch den Nachteil in Kauf nehmen, daß nur ein Teil der Luft vorgewärmt wird.
Man wird dabei die in .den Abgasen noch vorhandene Wärme nicht voll ausnutzen können.
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Schließlich ist auch noch bekannt, die zur Zerstäubung und Verbrennung
des Brennstoffs dienende Luft durch einen ebenfalls von den Turbinenabgasen beheizten
Wärmeaustauscher zu schicken, der einen entsprechend geringeren Druckabfall bewirkt
als der Wärmeaustauscher für die kühlende Zumischluft. Durch den zweiten Wärmeaustauscher,
der bei geringerem Durchflußwiderstand und möglichst großem Wärmeaustausch verhältnismäßig
groß sein muß, wird die Gesamtanlage erheblich vergrößert und vor allem verteuert,
ohne daß dadurch eine weitestgehende Erfassung der Abwärme erreicht wird.
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Nach der Erfindung werden nun alle diese Nachteile dadurch vermieden,
daß der für die Zerstäubung und Verbrennung des Brennstoffes in der Brennkammer
erforderliche Teil der Luft nach Durchströmung eines Teils des Wärmeaustauschers
abgezweigt und vor seiner Einführung ih die Brennkammer durch den Kühlmantel der
Gasturbine zwecks weiterer Erwärmung geleitet wird, während die zur Erniedrigung
der Temperatur der Treil3gase vor der Turbine dienende Zurnischluft den ganzen Wärnieaustauscher
durchströmt. Bei Gastemperaturen vor der Turbine von 6oo bis ; oo° C wird das Turbinengehäuse
am Gaseintritt rotglühend. Es kann also vom Turbinengehäuse eine ganz beachtliche
Wärmemenge abgeführt «erden. Um diesen Wärmeverlust zu vermeiden. ni.uß man eine
starke Isolierung vornehmen oder in an sich bekannter Weise um die Turbine einen
Stahlmantel herumlegen und in den Zwischenraum zwischen dem Turbinengehäuse und
dem Stahlmantel die Verbrennungsluft leiten. Die vom Turbinengehäuse abgegebene
Wärme «-ird der Verbrennungsluft übermittelt und dadurch wieder in den Arbeitskreislauf
zurückgeführt. Man erreicht also durch die Erfindung bei genügender Vorwärmung der
Verbrennungsluft den im Hinblick auf den höheren Druckabfall der Zerstäuber- und
Verbrennungsluft bei Eintritt in die Brennkammer erfor derlichen Druckunterschied
zwischen den beiden später wieder zusaintnengeführten Teilluftströmen, da der Widerstand
im Kühlmantel der Turbine viel geringer isi als in dem von der Verbrennungsluft
nicht mehr durchströmten Teil des @@'ärmeaustausches. Gleichzeitig werden durch
eine einfache Maßnahme die Wärmeverluste, die sonst leicht beim Turbinengehäuse
auftreten können, verhindert.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Gasturbinenanlage
nach der Erfindung skizzenhaft dargestellt. Mit i ist die Gasturbine, finit 2 der
Verdichter und mit 3 die angetriebene Arbeitsmaschine, z. B. ein elektrischer Stromerzeuger,
bezeichnet. Die drei Maschinen sind in Reihe hintereinander angeordnet und mittels
der Kupplungen d. und 5 miteinander verbunden. Die vom Verdichter 2 angesaugte Luft
tritt bei 6 ein und verläßt in verdichtetem Zustand den Verdichter 2 über die Leitung
7, welche sie zum Wärnieaustauscher 8 führt. Von dem Wärmeaustauscher strömt die
vorgewärmte Druckluft über die Leitung o zur Brennkammer io. Ein Teil der vom Verdichter
2 kommenden Druckluft wird an einer bestimmten Stelle des Wärmeaustauscliers 8 abgezweigt
und über die Leitung ii durch einen um das Geliäuse der Turbine i gelegten Kühlmantel
geführt, von dem aus er über die Leitung 1 2 ebenfalls zur Brennkammer io gelangt.
Dieser letztgenannte Teil der Druckluft dient zur Zerstäubung und Verbrennung des
bei 13 in die Brennkain.mer eingeführten Brennstoties, w ährend die durch die Leitung
9 zur Brenna kaintner strömende Luft den Brenngasen zugemischt wird, um die
für den Gebrauch in der Turbine zu hohe Temperatur der Brenn gase zu erniedrigen.
Die Anschlußstelle der Ableitung i i an den Wärmeaustauscher 8 wird so gewählt,
daß der Druckabfall im @@'ärmeaustauscher von der Anschlußstelle bis zuni Ende,
den die Zumischluft erleidet, etwa gleich groß ist dem Druckabfall, welchen die
Zerstäuber- und Verbrennungsluft heim Durchtritt durch den hühlinantel der Turbine
i und beim Eintritt in die Brennkammer
io erfährt. Die Aufhetzung
des Wärmeaustauschers 8 erfolgt durch die aus der Tür bine i kommenden, über die
Leitung 15 abströmenden Gase. Die frischen Treibgase strömen aus der Brennkammer
iö über die Leitung 14 in die Turbine ein.