DE842427C - Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit Nutzleistungsturbine und nachgeschalteter Abgasturbine und Einrichtung zur Ausfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit Nutzleistungsturbine und nachgeschalteter Abgasturbine und Einrichtung zur Ausfuehrung des Verfahrens

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DE842427C
DE842427C DEP26030A DEP0026030A DE842427C DE 842427 C DE842427 C DE 842427C DE P26030 A DEP26030 A DE P26030A DE P0026030 A DEP0026030 A DE P0026030A DE 842427 C DE842427 C DE 842427C
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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

  • Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit Nutzleistungsturbine und nachgeschalteter Abgasturbine und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage, in welcher Arbeitsmittel in mindestens einem Verdichter verdichtet, dann erhitzt, weiter mindestens in einer Turbine entspannt und wieder zum Verdichter zurückgeführt wird, wobei diesem Kreislauf des Arbeitsmittels ständig eine Teilmenge entnommen und in einer Nutzleistungshirbine und einer nachgeschalteten Abgasturbine entspannt wird, während ein von der Abgasturbine angetriebener Verdichter frisches Arbeitsmittel als Ersatz dem Kreislauf wieder zuführt, und auf eine Einrichtung zurAusfiihrung des Verfahrens. Eine Umführung von Arbeitsmittel um die Nutzleistungsturbine ist notwendig, um bei kurzzeitiger Verminderung oder bei Unterbrechung der Nutzleistung den Betrieb der übrigen Anlage in einem Maß aufrechterhalten zu können, um bei Steigerung der Belastung die Abgabe von Nutzleistung ohne Verzögerung wieder aufnehmen bzw. verstärken zu können. Wird das Arbeitsmittel durch eine Umgehungsleitung um die N utzleistungsturbine umgeführt, so erhält die Abgasturhine Arbeitsmittel von wesentlich höherer Temperatur als im Normalbetrieb, weil eine arbeitleistendeEntspannung fehlt. Dies ergäbe die Notwendigkeit, die Abgasturbine ebenso wie die Nutzleistungsturbine aus hochhitzebeständigem Baustoff herzustellen, um die mechanischem Beanspruchungen wie bei der Nutzleistungsturbine innerhalb niedriger Grenzen zu halten. Zur \,'errneidung des geschilderten Nachteils wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, während derVerminderung oder Unterbrechung der .Nutzleistung in einer die Nutzleistungsturbine.umgehenden und in dieAbgasturbine führenden Leitung dem umgeführten Teil des Arbeitsmittels Luft von niedrigerer Temperatur beizumischen. Die Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer die Nutzleistungsturbine umgehenden und in die Abgasturbine führenden Leitung eine Mischvorrichtung angeordnet ist, in welcher dein umgeführten Teil des Arbeitsmittels Luft @ an geringerer Temperatur beigemischt werden katrn. ' i)urch eine Zufuhrvorrichtung kann der Mischvorrichtung Luft aus dem Arbeitsmittelkreislauf der 1tilage zugeführt werden. Diese Zufuhrvorriclitutig wird zweckmäßig am _Austritt aus (lern Kreislaufverclicliter an den Kreislauf angeschlossen.
  • Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der EitirIchtung zur Ausführung des.`'erfalirens nach der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben, und l;leichzeitig wird das Verfahren gemäß der Erfindung 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 die Leitung 4 in einen 1\'ärnreaustauscher 5 und teilweise durch die Leitung 6 in einen Wärmeaustauscher 7. Das im Wärmeaustauscher 5 vorgewärmte Arbeitsmittel strömt durch die Leitung 8 in den das Rohrsystem g des Gaserhitzers io umgebenden Raum. Das erhitzte Arbeitsmittel strömt darin durch die Leitung 11 in die Turbine 12 weiter und gelangt nach Entspannung durch die Leitung 13 in das Rohrsystem 14 des Wärmeaustauschers 5. Hier 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 dein Arbeitsmittel entzogen. In gekühltem Zustand gelangt das Arbeitsmittel durch die Leitung 2 wieder in den Verdichter i zurück, wo es den beschriebenen Kreislauf von neuem beginnt.
  • Der durch die Leitung 6 dem Kreislauf entzogene Teil des Arbeitsmittels gelangt durch den @Värrneaustauscher 7 und die Leitung 16 als Verbrennungsluft zum Brenner 17 des Gaserhitzers io. Das Verbrennungsgas strömt durch das Rohrsystem 9 und gibt dabei einen Teil seiner Wärme an das aus der Leitung 8 ankommende Arbeitsmittel ab. Mit verminderter Temperatur strömt das Verbrennungsgas durch die Leitung 18 in die Nutzleistungsturbine ig. Die Abgasleitung 2o besitzt eine aus zwei Durchfluborganen 21 und 22 bestehende Umschaltvorrichtung, mit deren Hilfe das Abgas der Nutzleistungsturbine ig nach Bedarf das eine Mal dem Wärmeaustauscher 7 und das andere Mal derAbgasturbine 23 zugeführt werden kann. Das Abgas gelangt also entweder durch den das Rohrsystem 24 des Wärmeaustauschers 7 umgehenden 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 Umschaltvorrichtung entweder durch die Leitung 29 unmittelbar der Atmosphäre entzogen 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 im Verdichter 31 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 Nutzleistung der Turbine ig wird über das Getriebe 35 und die Welle 36 auf den Schiffspropeller 37 übertragen. Durch die :lbgasturbine 23 wird der `eidichter 31 angetrieben.
  • Zur raschen Verminderung oder zur vollständigen Unterbrechung der Nutzleistung ist die Nutzleistungsturbine ig mit einer Umgehungsleitung 38 ausgerüstet, durch welche Arbeitsmittel aus der Leitung 18 unmittelbar in die Leitung 2o geführt werden kann. Von dem durch die Leitung 38 um die Turbine ig umzuführenden Arbeitsmittel kann ein Teil durch die Leitung 39 aus der Anlage unmittelbar in die Ableitung 25 geführt werden. Dem nicht abgeführten Rest wird durch die Leitung 4o Kühlluft aus der Förderleitung 6 des Verdichters i in der Mischkammer 41 beigemischt. In der Leitung 18 ist ein Durchflußorgan 42, in der Leitung 38 ein Durchflußorgan 43 und in der Leitung 39 ein Durchflußorgan 44 angeordnet. Mit Hilfe dieser Durchflußorgane kann einerseits die Menge des um die Nutzleistungsturbine ig umströmenden Arbeitsmittels und andererseits die Menge des durch die Leitung 39 aus der Anlage abgeführten Arbeitsmittels bestimmt werden. Mit Hilfe des Durchflußorgans 45 in der Leitung 4o wird endlich die Menge der dem umgeführten Arbeitsmittel zur Kühlung beizumischenden Luft festgelegt.
  • Die dargestellte Anlage eignet sich besonders zum Antrieb von Kriegsschiffen. Die einzelnen Maschinen und Wärmeaustauscher sind so ausgelegt, daß bei einer für die Marschfahrt bestimmten Leistung ein höchster Wirkungsgrad erzielt wird. Das Durchflußorgan 21 ist darin geöffnet, die Durchflußorgane 22 und 28 sind geschlossen, und das Durchflußorgan 27 ist geöffnet.
  • Das Abgas der Nutzleistungsturbine ig strömt durch den das Röhrsysteni 2.1 umgebenden Raum des Wärmeaustauschers 7 in die Abgasleitung 25. Dadurch wird die für den Gaserhitzer io bestimmte Verbrennungsluft vorgewärmt und damit die Restwärme des ans der :Nillage abströinenclen Arbeitsinittelsweitgehend wieder Die zum Ersatz für diese abgeführte Arbeitsmittelmenge in den Kreislauf frisch ciiizuführende Luft wird utimittelllar durch die l.eittttlgelt 29 und 20 in die Atllageeitigefiihrt. 1)1e Anlage arbeitet so mit niedrigem Druckniveau des Kreislauf, für welches die Schaufe1form u11<1 die Durchgaiigs(luerschnitte der Strötnunigsmaschinen ausgelegt sind, so daß ein bestmöglicher \\'irkttngsgra(l sichergestellt ist.
  • Zur Frhohung der Leistung Werden die Durchflußorgane 21, 22 und 27, 28 umgestellt, wie in der Zeichnung gezeigt. 1)1e :V)gase der Nutzleistungsturbine icg ströineil dann durch die Abgasturbine 23 in die .\1>gasleitttng 25. Die _\llgasturbiile treibt den Verdichter 31, welcher durch die Leitung 32 Luft aus der Atmosphäre ansaugt und diese je nach Bedarf mehr oder weniger stark verdichtet durch die Leitttlig 30 in den Kreislauf entführt. Das Druckniveau im Kreislauf lvird so eiitspreclietid gehoben. Auf diese Weise lädt sich die Nutzleistung der Anlage auf eile Mehrfaches, z. 1i. (Den 5- bis tofachen Wert, steigern, 1v(111(#1 noch amiehmbare Wirkungsgrade, erzielt werden können.
  • Soll die Algahc voll \utzleistutig durch die Turhitie i(g vermindert oder unterbrochen werden, so wird (las Durchflußorgal143 mehr oder Weniger stark geö fttict und der Durchfluß(luerschnitt des Durchflußorgans :12 vermindert, bzw. es' wird ganz geschlossen. Ein Teil oder alles durch die Leitung 18 aus dein Gaserhitzer to ankommende Arbeitsmittel tr , iiii durch die Uingehiiiigsleitung 38 zutn s Ömt da t' 'heil 111 (lic IXltt111I 20 1111d zum andern Teil Tiber das mehr ()([er weniger stark geöttnete Durchflußorgan 44 unmittelbar in (Die Ableitung 25. Gleichzeitig wird auch (las Durchflußorgan 45 geöffnet, so claß atis dein \'cr(licliter i Luft in die Mischkarnner41 gelangt. Der 1)tircliflußdtterschnitt der Organe .1-bis .15 wird so gewählt, (laß einerseits die Turbine ig die verlangte verminderte Leistung noch abgibt und ;in(lererseits (las in (Die Leitung 20 umgeführte Arbeitsmittel auf eine Teml)cratur gekühlt ist, bei der Schäden iii (Der "\I)gastttrlliiie 23 ausgeschlossen sind. Sowohl die l.(@ittlllg 22 als auch (Die Turl»lte 23 köntien (tann ans einem liatistott hergestellt werden, welcher nicht 1>Eson(lcrs für hohe Temperatur geeignet sein muß. Nur (Die Leitung 3(9, welche einen geringen ()tiersclinitt ailfweist tmd ein einfaches, nicht umfangreiches Element darstellt, muß aus hochhitzebeständigem Baustotf hergestellt sein.
  • Das Verfahren kann für jedeArt vonGasturbinenanlagett verwendet werden, bei denen eine Turbine zum Antrieb einer oder mehrerer Hilfsmaschinen hinter eitle Nutzleistungsturbine geschaltet ist.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betrieb eitler Gasturbinenaniage, in welcher Arbeitsmittel in mindestens einem \'erdicliter verdichtet, dann erhitzt, weiter mindestens in einer Turbine entspannt und wieder zum Verdichter zurückgeführt wird, wobei diesem Kreislauf des Arbeitsmittels ständig eine Teilmenge entnommen und in einer Nutzleistilngsturbine und einer nachgeschalteten Abgasturbine entspannt wird, während ein von der Abgasturbine angetriebener Verdichter frisches Arbeitsmittel als Ersatz dem Kreislauf wieder zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß während der Verminderung oder Unterbrechung der \ utzleistung in einer die Nutzleistungsturbine umt;elieil(leii und in die Abgasturbine führenden Leitung dem umgeführtenTeildesArbeitsmittels Luft von niedrigerer Temperatur beigemischt wird.
  2. 2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in edier die Nutzleistungsturbine umgehenden und in die Abgasturbine führenden Leitung eine Mischvorrichtung angeordnet ist, in welcher dem umgeführten Teil des Arbeitsmittels Luft von geringerer Temperatur beigemischt werden kann.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eitle Zufuhrvorrichtung, mittels welcher der Mischvorrichtung Luft aus dem Arbeitsmittelkreislauf der Anlage zugeführt werden kann.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge-Iceiiti-r-eichtiet, daß die Zufuhrvorrichtung an eine Stelle des Kreislaufes angeschlossen ist, in welcher das im Kreislauf umströmende Arbeitsmittel wohl verdichtet, aber noch nicht erhitzt ist. 5. 1?irrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr vorrichtung am Austritt aus dem Kreislaufverdichter an den Kreislauf angeschlossen ist.
DEP26030A 1945-05-16 1948-12-22 Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit Nutzleistungsturbine und nachgeschalteter Abgasturbine und Einrichtung zur Ausfuehrung des Verfahrens Expired DE842427C (de)

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