DE854603C - Brennkraftturbinenanlage mit einem geschlossenen Treibmittelkreislauf - Google Patents

Brennkraftturbinenanlage mit einem geschlossenen Treibmittelkreislauf

Info

Publication number
DE854603C
DE854603C DEM1024D DEM0001024D DE854603C DE 854603 C DE854603 C DE 854603C DE M1024 D DEM1024 D DE M1024D DE M0001024 D DEM0001024 D DE M0001024D DE 854603 C DE854603 C DE 854603C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
turbine
closed circuit
internal combustion
compressor
turbine system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DEM1024D
Other languages
English (en)
Inventor
Alfred Dipl-Ing Dr-In Schuette
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN AG
Original Assignee
MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG filed Critical MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Priority to DEM1024D priority Critical patent/DE854603C/de
Application granted granted Critical
Publication of DE854603C publication Critical patent/DE854603C/de
Expired legal-status Critical Current

Links

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
    • 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
    • F02C1/007Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid combination of cycles
    • 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
    • F02C1/10Closed cycles

Landscapes

  • 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

  • Brennkraftturbinenanlage mit einem geschlossenen Treibmittelkreislauf Bei Verbrennungsturbinen hat man in der Wahl des Druckes, mit dem man die Turbine betreiben will, keine freie Hand. Es gibt ein ganz bestimmtes Druckverhältnis, .bei dem dieGasturbinenanlage mit dem günstigste Wirkungsgrad arbeitet. Die Höhe dieses Druckes hängt vom Wirkungsgrad des Verdichters, der Turbine, von der Ausnutzung der Abgase nach Verlassen der Turbine, von der Gastemperatur vor dem Eintritt in die Turbine usw. ab. Das günstigste Druckverhältnis liegt normalerweise etwa zwischen 3 und 6. Bei diesem geringen Druckverhältnis ist das Gefälle klein, so daß eine große Gasmenge zur Erreichung einer bestimmten Leistung notwendig ist. Da die Verbrennungsgase fast bis auf den Atmosphärendruck entspannt werden und eine verhältnismäßig hohe Anfangstemperatur besitzen, nehmen sie beim Austrritt aus der Turbine ein sehr großes Volumen eire, so daß die Schaufeln daher sehr lang werden. Da man aber die Schaufeln nicht beliebig lang machen kann, ist man aus diesem Grunde mit der Turbi@nendeistung beschränkt.
  • Die Verbrennungsturbinen arbeiten normalerweise im offenen, Kreislauf, d. h. der Verdichter saugt aus der Atmosphäre Luft an, verdichtet sie und drückt sie durch einen. Wärmeaustauscher in die Brennkammer, wo der eingeführte Brennstoff verbrannt wird. Die dadbrch erzeugten Verbrennungsgase strömen durch die Turbine, wo s,ie unter Arbeitsleistung entspannt werden und durch den Wärmeaustauscher ins Freie abströmen. Es- ist bekannt, im Gegensatz zu diesem offenen Kreislauf einen geschlossenen Kreislauf zu verwenden, bei dem immer wieder dasselbe Medium vom Verdichter angesaugt, verdichtet und über einen Wärmeaustauscher in ein von außen beheiztes Rohrbündel geleitet wird. Hier wird das arbeitende Medium, gewöhnlich Luft, erhitzt und zur Arbeitsleistung in die Turbine geschickt, wo es entspannt wird. Nach Verlassen der Turbine strömt es durch den Wärmeaustauscher und einen Rückkühler, in dem es möglichst auf die Außentemperatur abgekühlt wird, wieder zum Verdichter. Bei dem geschlossenen Kreislauf kann man nun ohne weiteres bei gleichem Druckverhältnis das Druckniveau stark erhöhen. Man erhält dadurch ein kleineres Volumen und entsprechend kleinere Schaufellängen bzw. man kann bei gleichen Schaufellängen eine wesentlich größere Leistung aus der Turbine herausholen. Die Verringerung der Belastung erfolgt bei gleichbleibendem Druckverhältnis durch Absenken des Drucknüveaus. Durch diese Regulierung bleiben die Geschwindigkeitisdreiecke und damit auch die Drehzahl gleich. Das Absenken bzw. Erhöhen des Druckniveaus erfolgt dabei durch Entnahme bzw. durch Hineinpumpen von Arbeitsmedium .in den Kreislauf. Hierzu benötigt man noch einen besonderen Regelverdichter.
  • Es ist ersichtlich, d@aß die Anlage recht vielteilig wird. Der Bauaufwand ist verhältnismäßig groß und wird dadurch roch vergrößert, daß die Befeuerung des Rohrbündels unter Atmosphärendruck erfolgt. Der Brennraum wird infolge des geringen spezifischen Gewichtes der Luft sehr groß. Es ist daher schon vorgeschlagen worden, den Feuerraum zum Erhitzen der Luft des geschlossenen Kreislaufes unter Druck zu setzen. Die den Feuerraum verlassenden Abgase werden dann in einer Turbine entspannt, die wiederum einen Verdichter antreibt, der die Luft für den Feuerraum liefert. Diese Anordnung verringert wohl die Größe des Feuerraumes, es kommt aber ein Abgasturbogebläse als dritter unabhängiger Verdichtersatz hinzu, so daß bei der Gasturbinenanlage der Verdichter des geschlossenen Kreislaufes, der Regelverdichter und der Abgasturboverdichter für den Feuerraum, der im offenen Kreislauf arbeitet, vorhanden, sind.
  • Nach der Erfindung wird die Anlage nun dadurch wesentlich vereinfacht, daß in an sich bekannter Weise die Beheizung des Röhrenbündels für den geschlossenen Kreislauf unter Druck erfolgt und der hierfür erforderliche turbinengetriebene Verdichter gleichzeitig als Regelverdichter dient.
  • In der Zeichnung ist ein Schaltschema einer Turbinenanlage nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
  • Die Verbrennungsgase des offenen Kreislaufes haben, nachdem sie sich in der Brennkammer 6 am Röhrenbündel des geschlossenen Kreislaufes auf eine für die Turbine erträgliche Temperatur hinreichend abgekühlt haben, noch einen derartigen Energieinhalt, daß über den Antrieb des Verdichters hinaus noch eine Überschußleistung verfügbar bleibt. Diese Überschußenergie wird in einer als erste Stufe wirkenden Nutzleistungsturbine i ausgenutzt, die mit der Nutzleistungsturbine 2 des geschlossenen Kreislaufes, dem Verdichter 2o und der Arbeitsmaschine 21 gekuppelt ist. Nach Verlassen der Nutzleistungsturbine i strömen die Gase in die Verdichterturbine 3 des offenen Kreislaufes und von dort über einen Wärmeaustauscher 4 ins Freie. Die Verdichterturbine 3 treibt den Verdichter 5 des offenen Kreislaufes an. Letzterer saugt die Luft aus der Atmosphäre an und drückt sie über den Wärmeaustauscher 4 in die Brennkammer 6, wo sie den durch die Leitung 23 eingeführten Brennstoff unter Wärmeabgabe an das Röhrenbündel 7 des geschlossenen Kreislaufes verbrennt. Die Zuleitung 8 der Verbrennungsgase zur Nutzleistungsturbine i des offenen Kreislaufes ist über eine Leitung 9, in welche ein Regelorgan io eingeschaltet ist, mit der Ableitung i i von der Nutzleistungsturbine i zur Verdichterturbine 3 des offenen Kreislaufes verbunden, so daß ein regelbarer Teil der Verbrennungsgase die Nutzleistungsturbine i umgehen kann. Weiterhin führt eine mit einem Regelorgan 12 versehene Leitung 13 vom geschlossenen Kreislauf hinter dem Wärmeaustauscher 14 in die Gasleitung i i von der Nutzleistungs,turbine i zur Verdichterturbine 3 des offenen Kreislaufes, desgleichen eine ebenfalls mit einem Regelorgan 16 versehene Leitung 17 von der Druckleitung 18 des Verdichters 5 des offenen Kreislaufes in den geschlossenen Kreislauf vor dem Rückkühler 15. Die Leitung 13 kann auch hinter dem von der Kühlmittelleitung 22 durchflossenen Rückkühler 15 an den geschlossenen Kreislauf angeschlossen werden.
  • Wenn nun die Nutzleistung der Turbine 2 verringert werden soll, dann wird aus dem geschlossenen Kreislauf über die Leitung 13 und das Regelventil 12 Luft abgelassen und in den offenen Kreislauf vor der Verdichterturbine eingeführt. Um den Regelvorgang schneller ablaufen zu lassen, kann in. an sich bekannter Weise die Abzapfung der Luft auch vor der Turbine 2 durch die Leitung 13° erfolgen. Gleichzeitig wird in, die Brennkammer 6 weniger Brennstoff eingeführt.
  • Bei Lasterhöhung muß der Verdichter 5 schneller laufen und mehr Luft, fördern, damit die erforderliche zusätzliche Luftmenge in den geschlossenen Kreislauf eingepumpt werden kann. Zu diesem Zweck wird das Regelventil io in der Leitung 9 geöffnet und unter Umgehung der Nutzleistu.ng.sturbine i das höher gespannte Verbrennungsgas in die Verdichterturbine 3 geleitet, die dadurch schneller läuft und eine vermehrte Förderung des Verdichters 5 bewirkt. Ein Teil der Luft wird über das Regelventil 16 und die Leitung 17 in den geschlossenen Kreislauf eingepumpt. Gleichzeitig mit diesen Regelvorgängen wird mehr Brennstoff in die Brennkammer 6 eingeführt.
  • Voraussetzung für dieses Arbeitsverfahren ist, daß der Druck des Verdichters 5 des offenen Kreislaufes annähernd gleich dem niedrigsten Betriebsdruck des geschlossenen Kreislaufes ist. Wenn der Druck des Verdichters 5 tiefer ist, dann braucht der Regelvorgang entsprechend längere Zeit, bis durch die Drehzahlsteigerung des Verdichters 5 der Druck über dem unteren Druck des geschlossenen Kreislaufes angestiegen ist. Es ist sehr zweckmäßig, den Druck des Verdichters 5, also den Druck im offenen Kreislauf in Abhängigkeit vom Druck im geschlossenere Kreislauf so zu steuern, daß er dauernd etwas höher ist als der untere Druck des geschlossenen Kreislaufes. In diesem Fall setzt der Regelvorgang augenblicklich ein.
  • Die bei Lastverminderung aus dem geschlossenen Kreislauf in den offenen Kreislauf übergeführte Luftmenge bewirkt eine Drehzahlerhöhung und damit vermehrte Luftförderung des Verdichters 5 des offenen Kreislaufes. Die vermehrte Luftmenge hat eine Abkühlung des Rohrbündels in der Brennkammer 6 des geschlossenen Kreislaufes zur Folge, wodurch der Regelvorgang beschleunigt wird. plan kann die Energie der aus dem geschlossenen Kreislauf abgezweigten Luftmenge auch speichern, indem man mit der Verdichterturbine 3 des offenen Kreislaufes eine Schwungmasse i9 kuppelt, mittels welcher die Energie der Druckluft in kinetische Energie umgewandelt wird. Schließlich kann auch die bei Lastverminderung abgezweigte Luftmenge des geschlossenen Kreislaufes über das Regelventil 12 in die Leitung 8 vor der Nutzleistungsturbine i des offenen Kreislaufes eingeführt werden. Um die in der Nutzleistungsturbine i während des Regelvorganges mehr geleistete Arbeit kann dann die Turbine 2 des geschlossenen Kreislaufes z. B. durch vorübergehend stärker gedrosselte Brennstoffeinführung zur Brennkammer entlastet werden.
  • Der Wirkungsgrad des offenen Kreislaufes kann auch noch wesentlich dadurch gesteigert werden, daß die Turbine des offenen Kreislaufes bzw. die erste Stufe oder Stufengruppe aus keramischen Werkstoffen hergestellt und die Temperatur des den Lufterhitzer verlassenden Verbrennungsgases auf etwa 100o° gehalten werden. Die Temperaturdifferenz im Lufterhitzer zwischen Luft des geschlossenen Kreislaufes und den Verbrennungsgasen des offenen.Kreislaufes wird erhöht, so daß der Lufterhitzer kleiner ausgeführt werden kann.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkraftturbinenanlage mit einem geschlossenen Treibmittelkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Aufheizung des Treibmittels im geschlossenen Kreislauf in einer Heizvorrichtung (6) unter Druck erfolgt und der hierfür erforderliche Luftverdichter (5) gleichzeitig als Regelverdichter für den geschlossenen Kreislauf dient. z. Brennkraftturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngase aus der Heizvorrichtung (6) für den geschlossenen Kreislauf einer Abgasturbine (i), die mit der Nutzleistungsturbine (2) gekuppelt ist, zugeführt werden, bevor sie in die den Regelverdichter (5) antreibende Turbine (3) eintreten. 3. Brennkraftturbi.nenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Umgehungsleitung (9) die Brenngase aus der Heizvorrichtung (6) ganz oder teilweise der den Regelverdichter (5) antreibenden Turbine (3) unmittelbar zugeleitet werden. 4. Brennkraftturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die bei einer Leistungsverminderung der Nutzleistungsturbine (2) aus dem geschlossenen Kreislauf abgezweigte Treibmittelmenge der den Regelverdichter (5) antreibenden Turbine (3) zugeleitet wind. 5. Brennkraftturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Regelverdichters (5) in Abhängigkeit vom Druck im geschlossenen Kreislauf so gesteuert wird, daß er dauernd etwas höher ist als der niedrigste Betriebsdruck im geschlossenen Kreislauf. 6. Brennkraftturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mit der den Regelverdichter (5) antreibenden Turbine eine besondere Schwungmasse (i9) gekuppelt ist, die als Energiespeicher für die aus dem geschlossenen Kreislauf abgezweigte Treibmittelmenge dient. 7. Brennkraftturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Lastverminderung aus dem geschlossenen Kreislauf abgezweigte Treibmittelmenge der mit der Nutzleistungsturbine (2) gekuppelten Abgasturbine (i) zugeleitet wird. B. Brennkraftturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinen (i und 3) des offenen Kreislaufes bzw. die erste Stufe oder Stufengruppe (i) derselben aus keramischen Werkstoffen hergestellt sind und; die Temperatur des die Heizvorrichtung (6) v er,-lassenden Treibmittels auf etwa iooo° gehalten wird.
DEM1024D 1943-07-21 1943-07-21 Brennkraftturbinenanlage mit einem geschlossenen Treibmittelkreislauf Expired DE854603C (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEM1024D DE854603C (de) 1943-07-21 1943-07-21 Brennkraftturbinenanlage mit einem geschlossenen Treibmittelkreislauf

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEM1024D DE854603C (de) 1943-07-21 1943-07-21 Brennkraftturbinenanlage mit einem geschlossenen Treibmittelkreislauf

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE854603C true DE854603C (de) 1952-11-06

Family

ID=7291000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEM1024D Expired DE854603C (de) 1943-07-21 1943-07-21 Brennkraftturbinenanlage mit einem geschlossenen Treibmittelkreislauf

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE854603C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1179420B (de) * 1962-12-06 1964-10-08 Escher Wyss Ag Waermekraftanlage mit mindestens je einem Verdichter und einer Turbine und mit einemErhitzer fuer einen geschlossenen Kreislauf und mit einer Brennkammer fuer einen offenen Kreislauf

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1179420B (de) * 1962-12-06 1964-10-08 Escher Wyss Ag Waermekraftanlage mit mindestens je einem Verdichter und einer Turbine und mit einemErhitzer fuer einen geschlossenen Kreislauf und mit einer Brennkammer fuer einen offenen Kreislauf

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2945404C2 (de) Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Gas-Dampfturbinenanlage und Gas-Dampfturbinenanlage zur Durchführung dieses Verfahrens
CH202931A (de) Brennkraftmaschine mit Spülung und Aufladung, insbesondere für Höhenflug.
DE1751851B2 (de) Gasturbinenanlage
DE1209811B (de) Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraft-Anlage
DE2757236B2 (de) Antriebsaggregat, insbesondere für Kraftfahrzeuge
DE833739C (de) Gasturbinenanlage
DE854603C (de) Brennkraftturbinenanlage mit einem geschlossenen Treibmittelkreislauf
DE627514C (de) Dampferzeuger mit einer unter hohem Druck arbeitenden Feuerung
CH248930A (de) Gasturbinenanlage.
CH229501A (de) Gasturbinenanlage, in welcher mindestens ein Teil des Arbeitsmittels einen Kreislauf ausführt.
DE953755C (de) Einrichtung zur Regelung einer Waermekraftanlage mit aufgeladenem Dampferzeuger
DE1626523B1 (de) Kombinierte Kraftanlage
DE2614956C2 (de) Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine
CH244431A (de) Einrichtung zur Regelung von Verbrennungsturbinenanlagen.
DE884130C (de) Abgasturbine, insbesondere zum Antrieb von Aufladegeblaesen fuer Flugmotoren
DE700618C (de) Gasturbinenanlage
CH250742A (de) Wärmekraftanlage mit mindestens zwei in Reihe geschalteten und mit voneinander unabhängigen Drehgeschwindigkeiten laufenden Verbrennungsturbinen.
DE19514991A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer sequentiell befeuerten Gasturbogruppe
DE970986C (de) Anlage zur Erzeugung von Druckluft, insbesondere fuer Heisswind von Hochoefen
DE861848C (de) Dampferzeuger mit aufgeladenem Feuerraum
DE655698C (de) Verdichteranlage fuer Druckfeuerung von Dampferzeugern oder Aufladung von Brennkraftmaschinen
DE704134C (de) Regelverfahren fuer Anlagen zur Erzeugung von heissen Gasen unter Druck, vornehmlich von heisser Druckluft
DE843772C (de) Verfahren zur Regelung von Gasturbinenanlagen
DE852783C (de) Turbinenanlage mit mindestens zwei hintereinandergeschalteten Turbinen
DE872135C (de) Gasturbinenanlage mit teilgeschlossenem Kreislauf