DE874675C

DE874675C - Gasturbinenanlage mit teilgeschlossenem Kreislauf

Info

Publication number: DE874675C
Application number: DES2217D
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1942-01-06
Filing date: 1942-01-06
Publication date: 1953-04-27

Description

Gasturbinenanlage mit teilgeschlossenem Kreislauf Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturb,inenanlage, bei der ein Teil des Arbeitsmittels einen Kreislauf durch einen Verdichter und die diesen Verdichter antreibende Turbine ausführt, während ein anderer Teil, dem Kreislauf entnommen, als Verbrennungsluft bei der im Wärmeaustausch erfolgenden Erhitzung des im Kreislauf umströmenden Arbeitsmittels herangezogen und dann zur Beaufschlagung der Nutzleistungsturb.ine verwendet wird. Die Erfindung besteht darin, daß die Nutzleistungsturbine und die Zrerdichterturbine durch ein Getriebe mit einstellbarem Übersetzungsverhältnis miteinander gekuppelt sind. Hierdurch wird ermöglicht, den, zwischen der Nutzleistungsturbine und der Verdichterturbine herbeizuführenden Leistungsaustausch nicht nur dem jeweils vorliegenden Belastungsgrad der Gesamtanlage, sondern, auch dem jeweiligen Verschmutzungsgrad der Nutzleistungsturbine entsprechend einzustellen. Zweckmäßig wird. das: Übersetzungsverhältnis selbsttätig in Abhängigkeit von der Nutzleistung der Gesamtanlage verändert. Die Turbinen können z. B. durch einen hydraulischen Drehmornentwandler mit einstellbarem Leitapparat oder durch eine elektrische Kupplung miteinander gekuppelt sein.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Das im Kreislauf umströmende Arbeitsmittel wird vom Verdichter i in verdichtetem Zustand in den Wärmeaustauscher 2 geführt. Aus diesem gelangt ein Teil in :den Oberfiächengaserhitzer 3, um anschließend in die Turbine 5 weiterzuströmen. Das aus der Turbine 5 abströmende Arbeitsmittel gelangt schließlich .durch den Wärmeaustauscher 2 und über den Kühler 7 wieder in den Verdichter i.
Aus dem beschriebenen Kreislauf wird ein Teil des Arbeitsmittels abgezweigt und durch die Leitung q. in den Brennraum des Gaserhitzers 3 geleitet; worauf die Brenngase, in die Turbine 6 gelangen und schließlich ins Freie abströmen.
Zum Ersatz .des durch,die Leitung q: dem Kreislauf entzogenen Arbeitsmittels wird durch den Verdichter 8 Luft angesaugt und in verdichtetem Zustand im Wärmeaustaüscher z dem Kreislauf beigemischt. Zur Regelung der vom Verdichter 8 geförderten, Luftmenge kann eine größere oder kleinere Menge .durch die mittels. ides Organs io einstellbare Umgehungsleitung 9 wieder in die Saugleitung des Verdichters zurückgeführt werden.
Die Turbine 5 treibt den. Hauptverdichter i und .den Vorverdichter 8, während die Turbine 6 über die Zahnräder 19 und 2o die Schiffsschraube 12 antreibt. Der Anlaßmotor i i dient zum Inbetriebsetzen der Anlage.
Zwischen der Turbine 5 und den Zahnrädern 18 und 2o ist ein Flüssigkeitsgetriebe mit verstellbarem Übersetzungsverhältnis eingeschaltet, durch welches die 'Turbine 5. und die Turbine 6 miteinander gekuppelt werden können. Die Kupplung besitzt ein Schaufelrad 14., welches auf .der Welle der Turbine, und ein Schaufelrad 15, das auf der Welle .des Zahnrades 18 aufgekeilt ist. Zwischen den Schaufelrädern 14. und 1-5 befindet sich ein Leitapparat 16 mit ,drehbaren Schaufeln, die mit Hilfe der Regeleinrichtung 17 entsprechend den Betriebsbedingungen eingestellt werden können.
Mit Hilfe des Vorverdichters 8 wird der über den Verdichter i, den Gaserhitzer 3 und die Turbine 5 führende Kreislauf auf einDruckniveau aufgeladen, dessen Höhe sich nach der jeweiligen Anlagenbelastung richtet. Bei größerer Leistung wird ein höheres Druckniveau eingestellt als - bei kleinerer Leistung. Gleichzeitig mit der Veränderung der Höhe des Druckniveaus werden die Brennstoffzufuhr zum Lufterhitzer 3 i und die durch die Leitung q. dem Kreislauf für die Verbrennung im Lufterhitzer entnommene Luftmenge entsprechend j eingestellt.
Die Anlage wird so betrieben, daß die Temperatur,des .in die Turbine; 5 gelangenden, Arbeitsmittels innerhalb eines weiteren Belastungsbereichs unveränderlich bleibt. Bei niedrigerem Druckniveau laufen die Turbine 5 und damit die Verdichter i und 8 mit größerer Drehzahl .als bei einem höheren Druckniveau. Die Veränderlichkeit .dieser Wellendrehzahl wirkt sich insofern nachteilig auf den Betrieb der Anlage aus, als der Wirkungsgrad der Gesamtanlage nur innerhalb eines kleinen Belastungsbereichs günstig ist, außerhalb dieses Bereichs aber rasch abfällt. Weiter ergibt sich bei der wesentlich erhöhten Drehzahl der Turbine 5, die bei verminderter Last eintritt, eine wesentlich erhöhte Beanspruchung des Turbinenläufers.
Die geschilderten Nachteile können vermieden werden, wenn zwischen .der Turbine 5 und der Turbine 6 Mittel zur Leistungsübertragung vorhanden sind, welche eine Übertragung gestatten; bei der sich, unabhängig von -der Drehzahl der Turbine 6, die Turbine 5 und die Verdichter i und 8 auf der für sie günstigsten Drehzahl drehen. Mit Hilfe .der Verstellung der Leitschaufeln 16 ist es möglich; entweder von der Turbine 5 auf die Turbine 6 oder umgekehrt von der Turbine 6 auf die Turbine 5 die Leistung so zu übertragen, daß die Turbine 5 mit der für sie und für die Verdichter i und 8 günstigsten Drehzahl läuft.
Damit wird verhütet, däß bei abnehmender Belastung die Drehzahl der Turbine 5 unzulässig steigt oder bei zunehmender Belastung zu stark sinkt. Der Betrieb kann im Gegenteil so eingestellt werden, daß bei kleiner Belastung die Drehzahl sinkt und bei größerer Belastung steigt. Der Wirkungsgrad wird dadurch in der Weise gehoben, daß er über einen ,großen Belastungsbereich fast gleichmäßig hoch bleibt und dann nur langsam abfällt.
Anstatt hydraulischer Getriebe können auch elektrische oder gegebenenfalls mechanische verwendet werden. Auch mit einer elektromagnetischen Kupplung oder mit einer einfachen hydraulischen Kupplung ohne: Leitapparat könnte eine Leistungsübertragung mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis im Sinn der Erfindung erreicht werden.

Claims

PATENTANSPR.U.CHE-: i. Gasturbinenanlage, bei der ein Teil des Arbeitsmittels einen Kreislauf durch einen Verdichter und die diesen Verdichter antreilbende Turbine ausführt, während ein anderer Teil, -dem Kreislauf entnommen, als Verbrennungsluft beider im Wärmeaustausch erfolgenden Erhitzung des im Kreislauf umströmendenArbeitsmittels herangezogen und dann zur Beaufschlagung der Nutzleistungsturbine verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzlei.stungsturbine und die Verdichterturbine durch ein Getriebe mit verstellbarem Übersetzungsverhältnis miteinander gekuppelt sind.
2. Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet daß die Turbinen durch einen hydraulischen Drehmomentwandler mit einstellbarem Leitapparat miteinander gekuppelt sind.
3. Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinen durch eine elektrische Kupplung miteinander gekuppelt sind. Angezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschriften Nr. 215 484, 189 727, 182 8o6.