DE841378C - Gasturbinenanlage mit teilgeschlossenem Kreislauf - Google Patents

Gasturbinenanlage mit teilgeschlossenem Kreislauf

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DE841378C
DE841378C DEP26027D DEP0026027D DE841378C DE 841378 C DE841378 C DE 841378C DE P26027 D DEP26027 D DE P26027D DE P0026027 D DEP0026027 D DE P0026027D DE 841378 C DE841378 C DE 841378C
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DE
Germany
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turbine
compressor
circuit
working medium
gas turbine
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Expired
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DEP26027D
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Sulzer AG
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    • 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

  • Gasturbinenanlage mit teilgeschlossenem Kreislauf Die rrtindung bezieht sich auf eine Gasturbinenanlage, bei der ein Teil des Arbeitsmittels unter Verdichtung in mindestens einem Verdichter und Entspannung in mindestens einer Turbine in einem Kreislauf umströmt, aus welchem ständig eine Teilmenge von Arbeitsmittel unter Entspannung in mindestens einer Turbine entnommen wird und in welchen als Ersatz für die Entnahme durch mindestens einen Verdichter Arbeitsmittel wieder eingeführt wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daB die Verdichter der Anlage durch mindestens eine Turbine getrieben \\-erden, welche durch den aus dem Kreislauf entnommenen Teil des Arbeitsmittels beaufschlagt ist, wahrend die Nutzleistung von einer Turbine erzeugt wird, welche durch das im Kreislauf umströmende Arbeitsmittel beaufschlagt ist. Der Kreislaufverdichter und der die Ersatzmenge fördernde Verdichter können je durch eine Turbine angetrieben werden, wobei z. B. die den Kreislaufverdichter antreibende Turbine vor die Turbine geschaltet ist, welche den die Ersatzmenge fördernden Verdichter antreibt. Das im Kreislauf umströmende Arbeitsmittel kann durch einen Niederdruck- und einen Hochdruckverdichter verdichtet werden, welche gemeinsam von einer Turbine angetrieben sind.
  • Die Erfindung ist nachstehend an Hand des in der Zeichnung vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Die durch die Verdichter i und a unter Zwischenkühlung im Kühler 3 verdichtete Luft wird zum einem Teil durch eine Leitung 4 dem Wärmeaustauscher 5 und zum anderen Teil durch eine Leitung 6 dem Wärmeaustauscher 7 zugeführt, wobei die Verteilung der Luftmengen durch das in der Leitung 6 angeordnete Durchflußorgan 8 den Betriebserfordernissen angepaßt «-erden kann. Nach Verlassen der als Vorwärmer zur Wirkung kommenden Wärmeaustauscher vereinigen sich die beiden Teilmengen der Luft an der Stelle 9 und werden gleich wieder in zwei Teile aufgeteilt. Der eine Teil strömt durch die Leitung io in den die Rohre i i des Gaserhitzers 12 umgebenden Raum. In erhitztem Zustand gelangt dann die verdichtete Luft durch die Leitung 13 in die Turbine 14, wo sie unter Entspannung und Abkühlung einen Teil ihrer Energie an den Läufer abgibt. Die entspannte Luft strömt durch die Leitung 15 in den Wärmeaustauscher 5 weiter, in welchem sie beim Durchströmen der Rohre 16 die durch die Leitung 4 zugeführte Teilmenge der verdichteten Luft vorwärmt. Nach Austritt aus dem Wärmeaustauscher 5 wird in einem Kühler 17 der Luft noch ein weiterer Teil ihrer Restwärme entzogen. Die nunmehr gekühlte Luft strömt durch die Leitung 18 in den Verdichter i zurück, um hier den Kreislauf von neuem zu beginnen.
  • Dem beschriebenen Luftkreislauf wird an der Stelle 9 ständig eine Teilmenge entnommen und durch die Leitung ig in den Brennraum 2o des Gaserhitzers 12 geführt. Hier dient sie zur Verbrennung des durch den Brenner 21 zerstäubten Brennstoffes. Das Verbrennungsgas strömt durch die Wärmeaustauschrohre i i, wobei die im Kreislauf umströmende Luft erhitzt wird. Nach Abgabe eines Teils seiner Wärme strömt das Verbrennungsgas durch die Leitung 22 in die Turbine 23 und aus dieser in die Turbine 24 weiter. Das so entspannte Verbrennungsgas gelangt schließlich in die Rohre 25 des Wärmeaustauschers 7 und anschließend durch die Leitung 26 in nicht gezeichnete weitere Verbrauchsstellen, z. B. in Abwärmeverwerter, oder unmittelbar ins Freie. Im Wärmeaustauscher 7 wird ein Teil der Restwärme des Verbrennungsgases an die durch die Leitung 6 zugeführte Teilmenge der im Kreislauf umströmenden Luft abgegeben.
  • Als Ersatz für den dem Kreislauf an der Stelle 9 entnommenen Teil des Arbeitsmittels wird durch den. Verdichter,27 Luft aus der Atmosphäre entnommen, verdichtet und durch die Leitung 28 in die den Wärmeaustauscher 5 mit dem Kühler 17 verbindende Leitung 29 eingeführt. Beim Betrieb mit normaler Last wird durch den Verdichter 27 die Luft auf etwa 3 atü verdichtet, mit welchem Druck sie dem Niederdruckverdichter i zuströmt. Am Austritt aus dem Hochdruckverdichter 2 ist die Luft des Kreislaufes auf einen Enddruck von ungefähr 12 atü verdichtet. In der Turbine 14 wird die Luft wieder unter Arbeitsleistung auf den Druck von 3 atü entspannt. Zur Veränderung der Leistung wird beispielsweise durch Verändern der Drehzahl der Turbine 24 das Verdichtungsverhältnis des Verdichters 27 verändert. Bei Leerlauf wird er die Luft ungefähr auf 0,2 atü verdichten, bei höchster Überlast ungefähr auf 3,5 atü oder noch höher. Der Höchstdruck im Kreislauf stellt sich dann am Austritt aus dem Hochdruckverdichter 2 auf 3 atü bei Leerlauf, auf 16 atü bei Überlast. Das Verdichtungsverhältnis im Kreislauf wird somit bei Veränderung der Leistung auch verändert, und zwar ist es bei niedriger Leistung wesentlich kleiner als bei großer Leistung. Durch die Veränderung des Verdichtungsverhältnisses im Kreislauf läßt sich der Regelbereich ohne Inkaufnahme wirtschaftlicher Nachteile bedeutend erweitern. Kann auf besonders hohe Wirkungsgrade verzichtet werden, so kann die Leistung der Anlage noch weiter gesteigert werden, indem der Druck der Ersatzluft schon bei Normallast z. B. auf 4 bis 5 atü erhöht wird. Der höchste Druck im Kreislauf bei Normallast wird dann auf 2o atü und noch höher ansteigen.
  • Die durch die Luft des Kreislaufes beaufschlagte Turbine 14 erzeugt die Nutzleistung. Sie treibt einen elektrischen Stromerzeuger 30, welcher seine Leistung z. B. in ein bestehendes Netz abführt. Die zuerst vom-Abgas des Gaserhitzers beaufschlagte Turbine 23 treibt den Niederdruckverdichter i und den Hochdruckverdichter 2 des Kreislaufes. Mit der aus den Verdichtern i und 2 und der Turbine 23 bestehenden Maschinengruppe ist noch eine elektrische Hilfsmaschine 31 gekuppelt, welche nach Bedarf als Motor oder als Generator zur Wirkung kommen kann. Sie dient einerseits zum Anlassen der Anlage und anderseits zum Ausgleich eines Leistungsmangels oder eines Leistungsüberschusses an der Turbine 23. Die durch das Abgas der Turbine 23 beaufschlagte Turbine 24 treibt den die Ersatzluft in den Kreislauf einführenden Verdichter 27. Die Leistung zum Antrieb sämtlicher Verdichter der Anlage wird also nur durch den dem Kreislauf entnommenen Teil des Arbeitsmittels und die Nutzleistung nur durch den im Kreislauf umströmenden Teil des Arbeitsmittels erzeugt.
  • Wenn auf besonders hohe Wirkungsgrade verzichtet werden kann, könnte der Wärmeaustauscher, welcher von dem dem Kreislauf entnommenen Arbeitsmittel durchströmt wird, weggelassen werden. Das entnommene Arbeitsmittel würde dann aus der zuletzt beaufschlagten Turbine unmittelbar ins Freie oder zu nicht gezeichneten Abwärmeverwertern strömen. Zur Verdichtung des im Kreislauf umströmenden Arbeitsmittels könnte auch nur ein Verdichter verwendet werden, an welchen gegebenenfalls noch ein Zwischenkühler angeschlossen werden könnte. In besonderen Fällen ließen sich zur weiteren Vereinfachung auch alle Verdichter durch eine einzige Turbine antreiben. Der einfachste Fall entstünde dann, wenn ein Verdichter für das im Kreislauf umströmende Arbeitsmittel und ein Verdichter für das als Ersatz dem Kreislauf zuführende Arbeitsmittel gemeinsam von einer Turbine angetrieben würden. Werden umgekehrt besonders hohe Wirkungsgrade angestrebt, so könnte zwischen den beiden Turbinen, welche von dem dem Kreislauf entnommenen Arbeitsmittel beaufschlagt sind, noch ein Zwischenerhitzer eingeschaltet werden. Schließlich könnte noch eine Hilfsturbine vorgesehen sein, welche Hilfsmaschinen zu treiben hat und entweder vom Arbeitsmittel des Kreislaufes oder von dem dem Kreislauf entnommenen Arbeitsmittel beaufschlagt ist.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbinenanlage, bei der ein Teil des Arbeitsmittels unter Verdichtung in mindestens einem Verdichter und Entspannung in mindestens einer Turbine in einem Kreislauf umströmt, aus welchem ständig eine Teilmenge von Arbeitsmittel unter Entspannung in mindestens einer Turbine entnommen wird und in welchen als Ersatz für die Entnahme durch mindestens einen Verdichter Arbeitsmittel wieder eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daB die Verdichter der Anlage durch mindestens eine Turbine getrieben werden, welche durch den aus dem Kreislauf entnommenen Teil des Arbeitsmittels beaufschlagt ist, während die Nutzleistung von einer Turbine erzeugt wird, welche durch das im Kreislauf umströmende Arbeitsmittel beaufschlagt ist.
  2. 2. Gasturbinenanlage nach Anspruch i; dadurch gekennzeichnet, daB der Kreislaufverdichter und der die Ersatzmenge fördernde Verdichter je durch eine Turbine angetrieben werden.
  3. 3. Gasturbinenänlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daB die den Kreislaufverdichter antreibende Turbine vor die Turbine geschaltet ist, welche den die Ersat7,menge fördernden Verdichter antreibt.
  4. 4. Gasturbinenanlage nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kreislauf umströmende Arbeitsmittel durch einen Niederdruck- und einen Hochdruckverdichter verdichtet wird, welche gemeinsam von einer Turbine angetrieben sind.
DEP26027D 1945-12-29 1948-12-22 Gasturbinenanlage mit teilgeschlossenem Kreislauf Expired DE841378C (de)

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DEP26027D Expired DE841378C (de) 1945-12-29 1948-12-22 Gasturbinenanlage mit teilgeschlossenem Kreislauf

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