DE811890C - Gas-Dampf-Turbine - Google Patents

Description

• Gas-Dampf-Turbine Die Bestrebungen, die Dampfkraftmaschine zu einem ähnlich geschlossenen Maschinensatz zu entwickeln, wie ihn die Verbrennungskraftmaschine aufweist, sind bekannt. Sie führten z. B. zur Hüttnerturbine, bei der Teile des Kessels an dem mechanischen Bewegungsvorgang der Dampfturbine teilnehmen. Nun wird eine Einbeziehung der Verbrennungsprodukte des Kessels in die Strömungsvorgänge vorgeschlagen, die sich in der Turbine abspielen. Die Feuerung soll unmittelbar vor den mechanischen Turbinenteilen liegen, die Wärmeübertragungsteile sollen sich anschließen. Die Turbinenanlage wird dadurch im äußeren Aufbau zu einer geschlossenen Einheit.
• Hinsichtlich der Strömungsvorgänge und der Strömungsmittel besteht die Turbine aus meist im gleichen Gehäuse untergebrachten Hoch- und Niederdruckteilen, in denen verschiedene Strömungsmittel verwendet werden. Angefahren wird die Turbine mit Dampf allein, der in einer zusätzlichen Feuerung erzeugt wird. Diese Dampfmenge beaufschlagt nur einen Teil der Düsengruppen des Hochdruckteiles, der symmetrisch zur Achse angeordnet ist. Zwischen diesen Dampfdüsensätzen der Regelstufe sind die Düsensätze für die Verbrennungsgase untergebracht, denen das Gas aus den ihnen vorgeschalteten Verbrennungs- oder Verpuffungsräumen unmittelbar zuströmt. Werden nach dem Anfahren mit Dampf die Verbrennungsräume in Betrieb genommen, so arbeitet der Hochdruckteil der Turbine mit zwei verschiedenen Treibmitteln, die voneinander unabhängige Düsensätze durchströmen, aber die gleichenLaufschaufelkränze beaufschlagen. Hinter dem Hochdruckteil vereinigen sich die beiden Treibmittel in einem Gehäuseraum, der als Mischraum wirkt und in dem nun diejenige Begrenzung für die Höchsttemperatur des Treibmittels vorliegt, die mit Rücksicht auf Baustoffe und Bauformen des Niederdruckteiles der Turbine nicht überschritten werden darf. Im Hochdruckteil kann der Gasstrahl höhere Temperaturen aufweisen, da der Dampfstrahl kühler ist. Während also im meist einstufigen Hochdruckteil die besonderen Verhältnisse der periodischen Dampfkühlung vorliegen, wird der darauffolgende, meist mehrstufig ausgeführte Niederdruckteil mit einer Mischung beaufschlagt, die die Höchsttemperatur für Dampfturbinen nicht überschreiten darf.
• Im Hochdruckteil sind gekühlte Gas- und ungekühlte Dampfdüsen vorhanden, deren Treibmittelstrahlen die Laufkränze abwechselnd treffen. 1)a die relativ kühlen Dampfstrahlen im Laufgitter zeitlich unmittelbar nach den heißeren Gasstrahlen wirksam sind, gewährleisten sie eine hinreichende Kühlhaltung der Laufschaufeln auch dann, wenn die Temperatur der Gasstrahlen die Temperaturgrenze übersteigt, die den Schaufeln zugemutet werden kann. Die umlaufenden, von beiden Treibinitteln abwechselnd beaufschlagten Turbinenteile nehmen nicht die hohe Gastemperatur an, sondern eine niedrigere, die derjenigen des Dampfstrahles näher liegt. Die den Gasstrahl führenden ruhenden Teile, wie die Düsengruppen, Umkehrschaufeln und natürlich die Verbrennungskammern, werden durch von Wasser durchströmte Mäntel gekühlt. Die dem Gas. entnommene Wärme wird zur Dampferzeugung ausgenutzt. Die Entspannung der Verbrennungsprodukte kann also bei sehr hoher Temperatur beginnen, und der Luftüberschuß bei der Verbrennung kann sehr niedrig gehalten werden. Für den Wirkungsgrad des Prozesses bestehen hinsichtlich des oberen Teperaturniveaus und des Leistungsbedarfes des Verdichters für die Verbrennunglluft beste Voraussetzungen.
• Im Niederdruckteil erfolgt die Entspannung des Gemisches unter Wärmeaustausch zwischen den beiden Gemischteilen, der den Treibmittelzustand in ähnlicher Weise beeinflußt wie die Wärmezuführung bei isothermer Entspannung, die gegenüber dem adiabatischen Vorgang bekanntlich einen Gewinn an Arbeit bringt.
• Als Enddruck der Entspannung tritt die Summe der Teildrücke des Gemisches auf. Das bedeutet" für beide Treibmittel die Entspannung auf Vakuum ohne Verwendung von Mitteln zur Herstellung eines Unterdruckes. Dadurch wird das verfügbare Wärmegefälle und damit der Prozeßwirkungsgrad günstig beeinflußt. Die Anfangsdrücke, mit denen beide Treibmittel in die Düsen der Regelstufe eintreten, können voneinander völlig unabhängig gewählt werden.
• Der während des normalen Betriebes entspannte Dampf wird mindestens teilweise aus dem Kühlwasser gewonnen, das die Wände der Verbrennungsräume der mit Gas beaufschlagten Düsen und Umkehrschaufeln usw. vor zu hohen Temperaturen schützt. Unmittelbar vor oder nach dem Abstellen wird kurze Zeit nur Dampf zugegeben, um die letzten Reste der Mischung zu entfernen und die Turbinenteile bei Stillstand ebenso einfach und sicher konservieren zu können wie bei den üblichen Dampfturbinen. Dabei wird der Rest des Dampfes aufgearbeitet. Die Abwärme des Gemisches wird in Wärmeaustauschern zur Vorwärmung der verdichteten Verbrennungsluft und zur Dampferzeugung verwendet.
• Leitet man das aus der Turbine austretende Gemisch unterhalb der Wasseroberfläche in einen Wasserbehälter, so kann man das Kühlwasser wiedergewinnen und eventuell die Auspuffwärme zu Heizzwecken ausnutzen. Da der Dampfteil des Gemisches bei diesem Vorgang in den nassen Zustand übergeht, sind die Teile, die mit dem feuchten Gemisch in Berührung kommen, mit keramischen Baustoffen auszustatten. Dadurch ist eine Kraftanlage geschaffen, bei der die Rauch- und Bußbelästigung vollständig vermieden ist. Kamine und Staub- und Rußabscheider sind nicht erforderlich.
• Im Ausführungsbeispiel stellt a die Dampfturbine, n einen Verdichter für Luft oder Gas und r den Stromerzeuger dar. Die Regelstufe o der Dampfturbine a ist mit den 1)ampfdüsensätzen e und den Gasdüsensätzen f ausgestattet, die im Umfang nebeneinander angeordnet sind. Die Gasdüsensätze f schließen an die Verbrennungsräume b an, die Kühlräume x aufweisen, durch die die Pumpe k Tiber die Leitung p Wasser fördert. Durch die Leitung g wird das heiße Kühlwasser dem Wärmeaustauscher h zugeführt, in dem es durch das aus der Turbine über die Leitung y zuströmende Gasgemisch verdampft wird. Im Radraum z der Turbine a mischen sich Gas- und Dampfstrahlen und werden in dem anschließenden Trommelteil s der Turbine a auf Atmosphärendruck entspannt.
• Da es sich um ein Dampf-Gas-Gemisch handelt, erfolgt die Entspannung des Dampfes auf einen Teildruck, der unter dem atmosphärischen liegt, ohne Verwendung einer Kondensationseinrichtung. Der Verdichter n saugt die Verbrennungsluft bei t an und fördert sie über die Leitung u zu dem Wärmeaustauscherteil 1, in dem sie erhitzt und der Verbrennungskammer b zugeführt wird. Schließlich gelangen die Abgase der Turbine durch die Leitung v in das Gefäß i, in dem die flüchtigen Gase sich aus dem Kondensat abscheiden, das, soweit es nicht als Speisewasser wieder verwendet wird, für Heizzwecke zur Verfügung steht.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Arbeitsverfahren für Gas-Dampf-Turbinenanlagen, bei denen ein Teil des Arbeitsmittels durch Verbrennung von Kraftstoffen in einer Brennkammer unter Druck und der andere Teil des Arbeitsmittels durch Verdampfung des Kühlwassers für Brennkammer undgasführende Teile erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Abwärme des die Turbine verlassenden Gas-Dampf-Gemisches die Verbrennungsluft und das Kühlwasser vorgewärmt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, bei dem das Kühlwasser ganz oder teilweise durch Kondensation rückgewonnen und im geschlossenen Kreislauf geführt wird, dadurch gekennzeichriet, daß die Entgasung des im Kreislauf verwendeten Wassers durch die Abgaswärme in mit keramischen Baustoffen ausgekleideten Bauteilen erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Inbetriebnahme der Anlage cnit Dampf angefahren und das Gas erst nach Aufwärmung der Turbine zugesetzt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine unmittelbar vor oder nach dem Abstellen der Verbrennung kurzzeitig mit Dampf allein Weiterbetrieben wird.
5. 5. Gas-Dampf-Turbinenanlage zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die erste Entspannungsstufe Dampf- und Gasdüsensätze aufweist, die im Umfang abwechselnd aufeinander folgen.
6. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Hochdruckteil abwechselnd mit den Dampfzuführungsleitungen gekühlte Verbrennungsräume angeordnet sind. .Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar hinter der oder den Ilochdruckstufen ein ringförmiger Gehäuseraum für die Mischung der beiden Treibmittel vorgesehen ist. B. Anlage nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischraum zwischen einer Regelstufe und einem mehrstufigen Niederdruckteil angeordnet ist. g. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse zur Verdichtung der Verbrennungsluft von der Turbine angetrieben wird und eng mit ihr zusammengebaut ist.