DE841083C - Verfahren zum Betrieb von Gasturbinenanlagen und Vorrichtung zur Ausfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betrieb von Gasturbinenanlagen und Vorrichtung zur Ausfuehrung des Verfahrens

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DE841083C
DE841083C DEP24749D DEP0024749D DE841083C DE 841083 C DE841083 C DE 841083C DE P24749 D DEP24749 D DE P24749D DE P0024749 D DEP0024749 D DE P0024749D DE 841083 C DE841083 C DE 841083C
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turbine
power
gas turbine
exhaust gas
heat exchanger
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DEP24749D
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F02C1/08Semi-closed cycles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Verfahren zum Betrieb von Gasturbinenanlagen und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von Gasturbinenanlagen, ,bei welchen die zum Antrieb des Verdichters dienende Turbine durch Arbeitsmittel beaufschlagt ist, welches in einem Kreislauf umströmt und die zur Erzeugung der Nutzleistung dienende Turbine durch Arbeitsmittel, welches aus dem Kreislauf abgeführt wird und auf eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage so betreiben zu können, daß sie einerseits bei normaler Belastung mit höchstem Wirkungsgrad arbeitet, anderseits bei noch annehmbaren Wirkungsgraden ein Mehrfaches dieser Normalleistung erzeugen kann. Diese Aufgabe ergibt sich insbesondere beim Betrieb von Kriegsschiffen.
  • Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird die aufgezeichnete Aufgabe dadurch gelöst, daß die aus der Anlage abzuführende Arbeitsmittelmenge bei normaler Belastung durch einen Wärmeaustauscher, bei erhöhter Belastung aber durch eine der Nutzleistungsturbine nachgeschaltete Abgasturbine aus der Anlage abgeführt wird. Zur Ausführung dieses Verfahrens wird die Gasturbinenanlage mit einem Wärmeaustauscher, einer der Nutzleistungsturbine nachgeschalteten Abgasturbine und einer in der Leitung von der Nutzleistungsturbine zur Abgasturbine angeordneten Umschaltvorrichtung ausgerüstet, mit Hilfe welcher bei normaler Leistung die Abgase der Nutzleistungsturbine dem Wärmeaustauscher und bei erhöhter Leistung der Abgasturbine zugeführt werden können. Es empfiehlt sich, durch den Wärmeaustauscher die für den Gaserhitzer der Anlage bestimmte Verbrennungsluft vorzuwärmen `und durch die Abgasturbine einen Verdichter anzutreiben, welcher bei der erhöhten Nutzleistung das als Ersatz für das entnommene Arbeitsmittel dem Kreislauf zuzuführende frische Arbeitsmittel mit erhöhtem Druck dem Arbeitsmittelkreislauf der Anlage zuführt.
  • Das Verfahren nach der Erfindung ist nachstehend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens beispielsweise erläutert.
  • Der Verdichter i verdichtet das aus der Leitung 2 zuströmende Arbeitsmittel, wobei im Kühler 3 eine Zwischenkühlung erfolgt und fördert es in verdichtetem Zustand teilweise durch eine Leitung .4 in einen Wärmeaustauscher 5 und teilweise durch eine Leitung 6 in den Wärmeaustauscher 7. Das im Wärmeaustauscher 5 vorgewiirinte Arbeitsmittel strömt durch die Leitung 8 in den (las Rohrsystem 9 des Gaserhitzers io umgebenden Raum. Das erhitzte Arbeitsmittel strömt dann durch die Leitung i i in die Turbine 12 weiter und gelangt nach Entspannung durch die Leitung 13 in (las Rohrsystem 14 des Wärmeaustauschers 5. 1f ier wird ein Teil der im entspannten Arbeitsmittel noch enthaltenen Wärme an das durch die Leitung 4 aus dem Verdichter i ankommende Arbeitsmittel übertragen. In einem Kühler 15 wird ein weiterer Teil der Restwärme dem Arbeitsmittel entzogen. Nach dieser Rückkühlung gelangt das Arbeitsmittel durch die Leitung 2 wieder in den Verdichter i, wo es den beschriebenen Kreislauf an neuem beginnt.
  • Der durch die Leitung 6 dem Kreislauf entzogene Teil des Arbeitsmittels gelangt durch den Wärmeaustauscher 7,und die Leitung 16 als Verbrennungsluft zum Brenner 17 des Gaserhitzers io. Die Verbrennungsgase strömen durch dasRohrsystemg und geben dabei einen Teil ihrer Wärme an das aus der 1_eitung 5 ankommende Arbeitsmittel al). Mit verminderter Temperatur strömt das Verbrennungsgas durch dieLeitung 18 in die Nutzleistungsturbine i9. Die Abgasleitung 2o der Nutzleistungsturbine besitzt eine aus zwei Durchflußorganen 21 und 22 bestehende Umschaltvorrichtung, mit deren Hilfe (las Abgas der Nutzleistungsturbine i9 nach Bedarf das eine Mal dem Wärmeaustauscher 7 und das andere Mal der Abgasturbine 23 zugeführt werden kann. Das Abgas der Nutzleistungsturbitie i9 strömt dann entweder durch den das Rohrsystem 24 umgebenden Raum oder durch die Abgasturbine 23 in die Ableitung 25.
  • Als Ersatz für das dem Kreislauf entnommene Arbeitsmittel wird durch die Leitung 26 Luft der Anlage zugeführt. Diese Luft kann je nach der Einstellung der aus den Durchflußorganen 27 und 28 bestehenden Umschaltvorrichtungen entweder durch die Leitung 29 unmittelbar aus der Atmosphäre bezogen werden oder durch die Leitung 30 in vorverdichtetem Zustand durch den Verdichter 31 zugeführt werden. Der Verdichter 31 erhält die Luft seinerseits durch die Leitung 32 aus der Atmosphäre. Während der Verdichtung dieser Luft findet in einem Kühler 33 eine Zwischenkühlung statt.
  • Die durch reine Luft beaufschlagte Turbine 12 treibt den Kreislaufverdichter i. Mit dem aus der Turbine 12 und dem Verdichter i bestehenden Aggregat ist außerdem eine elektrische Maschine 34. gekuppelt, mit deren Hilfe die Anlage in Betrieb gesetzt, während des Betriebes ein Energiemangel ersetzt oder überschüssige Energie abgeführt werden kann. Die Leistung der Nutzleistungsturbine i9 wird über das Getriebe 35 und die Welle 36 auf den Schiffspropeller 37 übertragen. Durch die Abgasturbine 23 wird der Verdichter 31 angetrieben.
  • Die dargestellte Anlage eignet sich besonders zum Antrieb von Kriegsschiffen. Die einzelnen Maschinen und Wärmeaustauscber sind so ausgelegt, daß bei einer für die Marschfafrt bestimmten Leistung ein höchster Wirkungsgrad erzielt wird. Die aus den Durchflußorganen 21, 22, 27 und 28 bestehenden Umschaltvorrichtungen sind dann so wie in derZeichnung gezeigt eingestellt. DieAbgase der Nutzleistungsturbine i9 strömen durch den das Rohrsystem 24 umgebenden Raum des Wärmeaustauschers 7 in die Abgasleitung 25. Dadurch wird die für den Gaserhitzer io hestimmte Verbrennungsluft vorgewärmt und damit die Restwärme des aus der Anlage abströmenden Arbeitsmittels weitgehend wieder zurückgewonnen. Die zum Ersatz für dieses abgeführte Arbeitsmittel in den Kreislauf frisch einzuführende Luft wird unmittelbar aus der Atmosphäre durch die Leitungen 29 und 26 in die Anlage eingeführt. Die Anlage arbeitet so mit niedrigem Druckniveau des Kreislaufes, für welches die Schaufelform und die Durchgangsquerschnitte der Strömungsmaschinen ausgelegt sind; wodurch ein höchster Wirkungsgrad sichergestellt ist.
  • Zur Er@h<,hung der Leistung werden die Durchflußorgane 22 und 28 geöffnet und dann die Durchflußorgane 2i und 27 geschlossen. Die Abgase der Nutzleistungsturbine i9 strömen somit durch die Abgasturbine 23 in die Abgasleitung 25. Die Abgasturbine treibt den Verdichter 31, welcher- durch die Leitung 32 Luft aus der Atmosphäre ansaugt und diese in mehr oder weniger stark verdichtetem Zustand durch die Leitung 30 über das geöffnete Durchflußorgan 28 in den Kreislauf einführt. Auf diese Weise lä.Bt sich die Nutzleistung der Anlage auf ein Mehrfaches, z. B. auf den fünf- bis zehnfachen Wert, steigern, wobei noch annehmbare Wirkungsgrade erzielt werden können. Mit der gezeigten Anlage läßt sich bei Normallast ein Wirkungsgrad bis etwa 28%, bei Vollast, mit der achtfachen Normalleistung, noch von ungefähr 26% erreichen.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betrieb von Gasturbinenanlagen, bei welchen die zum Antrieb des Verdichters dienende Turbine durch Arbeitsmittel beaufschlagt ist, welches in einem Kreislauf umströmt und die zur Erzeugung der Nutzleistung dienende Turbine durch Arbeitsmittel, welches aus dem Kreislauf abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Anlage abzuführende :lrbeitsmittelmenge bei normaler Nutzleistung durch einen Wärmeaustauscher, hei erhöhter Nutzleistung aber durch eine der N utzleistungsturbine nachgeschaltete Abgasturbine aus der Anlage abgeführt wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher, eine der Nutzleistungsturbine nachgeschaltete Abgasturbine und eine in der Leitung von der Nutzleistungsturbine zur Abgasturbine angeordnete Umschaltvorrichtung, finit deren Hilfe bei normaler Leistung die Abgase der Nutzleistungsturhine dem Wärmeaustauscher und bei erhöhter Leistung der Abgasturbine zugeführt werden können.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daB im Wärmeaustauscher die für den Gaserhitzer der Anlage bestimmte Verbrennungsluft vorgewärmt wird.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasturbine einen Verdichter antreibt, welcher bei erhöhter Nutzleistung das als Ersatz für das entnommene Arbeitsmittel dem Kreislauf zuzuführende frische Arbeitsmittel mit erhöhtem Druck dem Arbeitsmittelkreislauf der Anlage zuführt.
DEP24749D 1945-05-05 1948-12-14 Verfahren zum Betrieb von Gasturbinenanlagen und Vorrichtung zur Ausfuehrung des Verfahrens Expired DE841083C (de)

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