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Gasturbinenanlage mit zwei oder mehreren hintereinandergeschalteten
Gasturbinen Bei zweistufigen Gasturbinenanlagen hat man bis jetzt für stationäre
Zwecke sowie auch für Schiffsantriebe stets nur eine der beiden Stufengruppen, bestehend
aus Turbine und Kompressor, zur Abgabe von Nutzleistung vorgesehen, einerseits um
eine einfache Anlage zu erhalten, andererseits um mit der anderen Gruppe in der
Drehzahl frei zu sein, sie bei Teillasten senken und so kleinere Luftmengen fördern
zu können, da sich dies auf den Teillastwirkungsgrad günstig auswirkt.
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Demgegenüber sieht die Erfindung eine Gasturbinenanlage vor, bei der
zwei oder mehrere solcher Gruppen Nutzleistung abgeben. Die Nutzleistungen jeder
Gruppe können beispielsweise über ein gemeinsames Getriebe weitergeleitet oder auch
unabhängig voneinander in die die Leistung umsetzenden Maschinen abgegeben @#"erden.
Die Gasturbinen sind hintereinandergeschaltet und treiben einen oder mehrere Kompressoren
an, die ihrerseits hintereinandergeschaltet und mit Zwischenkühlung versehen sind.
Das oder die Getriebe treiben entweder einen elektrischen Generator oder siearbeiten
unmittelbar auf einen Antrieb, beispielsweise auf einer. oder mehrere Schiffspropeller,
die zweckmäßigerweise wegen der Rückwärtsfahrt als Verstellpropeller ausgebildet
sind.
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Man kann dabei die Nutzleistung durch endsprechende Wahl der Zwischendrücke
zwischen den Turbinen und Kompressoren von beispielsweise zwei Gruppen wahlweise
auf diese gleich oder verschieden verteilen.
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In beiden Fällen erreicht man folgende Vorteile: a) Das Getriebe wird
leichter, wenn zwei oder mehrere Kraftangriffe auf das gleiche Rad wirken;
b@
die Gruppen werden so gebaut und angeordnet, da.ß jede Gruppe für. sich, im Fall
einer Havarie der anderen, selbständig betrieben werden kann, so daß jede für die
andere eine Reserve darstellt..
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Da die luftseitig nachgeschaltete Gruppe, wenn sie allein betrieben
wird, eine um so kleinere Nutzleistung abgibt, je höher ihr Ansaugedruck im Normalbetrieb
ist, ist es zweckmäßig, das Druckverhältnis der einzelnen Gruppen von der ersten
bis zur letzten zunehmen zu lassen.
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Wenn bei Teillast mit gutem thermischem Wirkungsgrad gefahren werden
soll, so muß die Drehzahl der Verdichtergruppen beträchtlich gesenkt werden können.
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Solange die einzelnen Gruppen umabhängig voneinander arbeiten und
das Druckverhältnis pro Gruppe nicht zu hoch ist, ergibt diese Drehzahlsenkung keine
Schwierigkeiten. Man lädt jede Gruppe mit ihrer günstigsten Drehzahl laufen.
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Sind die Druckverhältnisse pro Gruppe groß oder sind hintereinandergeschaltete
Gruppen durch ein Getriebe starr miteinander verbunden, so werden die Drehzahlsenkungen
durch folgenden Umstand beschränkt.
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Das Verhältnis der Schaufelhöhen der Kompressoren entspricht dem Kompressionsverhältnis
bei Vollast und wird bei Teillasten falsch. Bei Teillasten sind bei reduzierter
Drehzahl die Schaufelhöhen des oder der Hochdruckkompressorstufen zu klein, was
schlechte Wirkungsgrade und sogar unstetige Förderung infolge von Ablösungserscheinungen
in dem oder den Niederdruckkompressorstufen zur Folge hat. Dies beeinträchtigt den
Betrieb. Man kann diesem Umstand dadurch entgegenwirken, daß man bei kleiner werdenden
Volumina einen Teil der von der oder den Niederdruckkompressorstufen geförderten
Luft durch eine Ausgleichsleitung direkt vor die Niederdruckturbinenstufen oder
besser vor deren Brennkammer schickt, statt sie der zweiten oder weiteren Stufe
zuzubringen; dadurch wird bei einer .gegebenen Gesamtdrehzahl .die in der zweiten
oder weiteren Stufe zirkulierende Luftmenge vermindert, wie angestrebt. Es ist dabei
nicht richtig, wie schon vorgeschlagen wurde, schon von Normallast an abwärts Luft
übertreten zu lassen. Da diese Luft einen Prozeß mit schlechtem thermischem Wirkungsgrad
durchläuft, lädt man die Überströmung besser erst dann einsetzen, wenn die Drehzahl
bereits etwas abgefallen ist. Dies erreicht man dadurch, daß man bei Normaldrehzahl
den Druck nach den von der Niederdruckturbine angetriebenen Kompressoren niedriger
hält als denjenigen zwischen den Turbinen. Bei abnehmender Belastung und sinkender
Drehzahl nehmen dann zwar beide Drücke ab, es steigt jedoch der Druck zwischen den
Kompressoren relativ gegenüber demjenigen zwischen den Turbinen, so daß bei einer
im*voraus bestimmbaren Teildrehzahl das Überströmen von Luft nach der Niederdruckturbine
einsetzt, indem sich eine Rückschlagklappe in der Überströmleitung öffnet, die bis
dahin das Überströmen von Gas in die Luft verhütet hat. Die Erfindung ist in einem
Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Figur zeigt eine Gasturbinenanlage beispielsweise
für Schiffsantrieb. Sie ist zweiwellig und- hat beispielsweise in der Niedcrdruckstufe
zwei Kompressoren mit Zwischenkühlung, in der Hochdruckstufe nur einen Kompressor.
Die Luft tritt bei a in den Kompressor h ein, der sie durch den Kühler c
in die zweite Kornpressorstufe d fördert, von wo sie durch den zivciteti Kühlere
in die dritte Kompressorstufe f auf der Hochdruckwelle strömt. Dann tritt die fertig
verdichtete: Luft, nachdem sie im Luftvorwärmer g durch Abgase erhitzt wurde, in
die Hochdruckbrennkammer h ein, wo ein Teil derselben zur Verbrennung von UI und
der Rest zur Abkühlung der dabei entstehenden Gase dient. Nachdem diese Gase in
der Hochdruckgasturbinen auf den gewünschten Teildruck entspannt und abgekühlt worden
sind, treten sie in die Niederdruckbrennkammerh über, in der vermöge des grol.'x#n
Luftüberschusses der G<<se wieder so viel ü1 verbrannt wird, daß die für deren
weitere Expansion in der Nicderdruckttirl>iitel cntiinschte Temperatur erreicht
wird. Schluliendlich gehen die Abgase durch die Leitung in und den Wärtneaustauscher
o in die Atmosphäre. Dic Leitung n mit der Rückschlagklappe o, die mir in der Richtung
des eingezeichneten Pfeiles öffnet, dienen der vorbeschriebenen Teillastregelung
bzw. zur Verhütung des Pumpens. Die Nicderdruck«,ellep und die Hochdruckwelleg übertragen
die Nutzleistung der beiden Gruppen auf das gemeinsame Getrieberad r und damit an
die Schraube s. 1?in grolter Vorteil dieser Anwendung ist der, daß jede Gruppe bei
Havarie der anderen für sich betrieben t%-erden kann, wozu Umgehungsleitungen und
Absperrorgane vorgesehen sind, wie die Figur zeigt.
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Der Hochdruckwelle gibt man zweckmäßigerweise eine höhere Drehzahl
und somit auch ein kleineres Ritzel als der N iederdruckwelle, welche die größeren
und schwereren Maschinen vereinigt als die Hochdruckwelle.
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Aus dem gleichen Grunde kann man die Hochdruckgasturbine auch mit
einer höheren Temperatur betreiben als die Niederdruckgasturbine.
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Statt eines einfachen kann man bei Schiffsantrieben auch ein Doppelgetriebe
zur Übertragung der Leistung an den oder die Propeller verwenden, oder wie eingangs
en%,ähtit, eine aus Generator und Motor bestehende elektrische Anlage bekannter
Art. Als Schraube wählt man insbesondere bei direktem Propellerantrieb mit grobem
Vorteil einen Verstellpropeller, nicht nur, weil er die -Rückwärtsfahrt auf technisch
einfache und einwandfreie Art gestattet, sondern auch wegen seiner Anpassungsfähigkeit
an die verschiedensten Petriebsbedingungen bei Vorwärtsfahrt.