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Einrichtung zur Leistungsregelung von Gleichdruckgasturbinenanlagen
Bei Dampfturbinenanlagen ist es bekannt, daß die Dampfzuströmung zur Turbine ohne
weiteres allen Belastungswechseln angepaßt werden kann, auch wenn dieselben sehr
rasch und in großem Ausmaß erfolgen. Jede eine Dampfturbine speisende Kesselanlage
besitzt so viel Speicherfähigkeit, daß sie die gewünschte Energielieferung übernehmen
kann, zumindest so lange, bis die Feuerungsregelung den neuen Lastenforderungen
nachgekommen ist. Anders liegen die Verhältnisse bei Gasturbinenanlagen nach dem
Gleichdruckverfahren. Hier steht nach der üblichen Bauweise kein Energiespeicher
zur Verfügung, welcher es ermöglicht, daß die Gasturbine rasch wechselnden Belastungen
nachkommen kann. Vor allem ist zu beachten, daß einige Zeit verstreicht, bis die
Verdichterleistung für die Lieferung der erforderlichen Druckluft den rasch wechselnden
Belastungen nachkommt. Auch bei Dieselkraftanlagen, namentlich bei solchen, welche
als Spitzenkraftwerke eingesetzt werden, ergeben sich Schwierigkeiten in der Anpassung
der Dieselleistung an rasch wechselnde, steil verlaufende Belastungsänderungen.
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Damit nun Gasturbinenanlagen nach dem Gleichdruckverfahren, bei denen
die Treibgaserzeugung auch über Kolbenmaschinen erfolgen kann, wechselnden Belastungsverhältnissen
nachkommen können, hat man vorgeschlagen, Zusatzgasturbinen
anzuwenden
oder einen Energiespeicher vorzusehen, der Druckluft als Zuschußenergie zu liefern
vermag. Weiter ist es bekannt, daß für deri Fall plötzlicher oder rasch laufender
Entlastungen die Überschußenergie der Gasturbinenanlage ins Freie gelassen oder
zum Antrieb eines Auf lademaschinensatzes für den Energiespeicher verwendet wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Leistungsregelung
von Gleichdruckgasturbinenanlagen unter Verwendung von Vorrichtungen für die Lieferung
von Zusatzenergie bei Belastungsanstieg und zur Abführung von Überschußenergie bei
Belastungsabfall. Nach der Erfindung sind. die Größe der Lieferung von Zuschußenergie
und die Ableitung der Überschußenergie von der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit
der Belastungszunahme bzw. Belastungsabnahme abhängig, und die Änderungsgeschwindigkeit
der abgegebenen Nutzleistung zahl der Nutzleistungsturbine
werden einzeln
und die Änderungsgeschwindigkeit der Dreh-oder gemeinsam als Impuls für die Regelung
verwendet. Hierdurch ist es möglich, auch die Gasturbinenanlagen allen wechselnden
Belastungen anzupassen. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß bei
verhältnismäßig langsam laufenden Belastungsänderungen die bekannte Regelung von
Gasturbinenanlagen ohne zusätzliche Einrichtungen in der Lage ist, diesen zu folgen,
und daß Schwierigkeiten erst dann auftreten, wenn die Belastungsänderungen in der
Zeiteinheit groß sind.
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Zur Erläuterung des Grundgedarnkens der Erfindung dient Fig. z der
Zeichnung. Dargestellt ist in schematischer Form ein Ausschnitt aus, einer Belastungskurve
einer Gasturbinenanlage. Aufgetragen ist abhängig von der Zeit t die Belastung
11r. Von r bis :2 steigt die Belastung verhältnismäßig langsam, der Steigungswinkel
a1 ist verhältnismäßig klein. Die Anpassung der Gasturbinenanlage an die zunehmende
Belastung kann ohne weiteres durch die bekannten Regelmaßnahmen vorgenommen werden,
wie z. B. durch verstärktes Einspritzen von Brennstoff in die Verbrennungskammer,
durch Öffnen des Ansaugventils des Verdichters oder durch Erhöhen der Drehzahl des
Verdichters bei Zweiwellenanordnung unter gleichzeitigem Erhöhen der eingespritzten
Brennstoffmenge.
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Von a bis 3 fällt die Belastung in dem gezeigten Beispiel ebenfalls
verhältnismäßig langsam, der Neigungswinkel a2 ist dabei in der gleichen Größenordnung
wie a1. Auch hier sind keine zusätzlichen Maßnahmen für die Regelung der Gasturbinenanlage
erforderlich. Anders liegen. jedoch die Verhältnisse auf dem Belastungsabschnitt
3 bis 4. Die Belastung steigt steil an, der Winkel a3 ist groß. Hier wird nun, damit
die Gasturbinenanlage voll betriebsfähig bleibt, abhängig von der Größe der Anstieggeschwindigkeit,
die tg a3- verhältnisgleich ist, so geregelt, daß ein vorhandener Energiespeicher
entsprechend der Belastungsänderung
Zuschußenergie abgibt. Im Abschnitt q. bis 5 möge die Belastung wieder sehr rasch
abnehmen, der Winkel a4 sei dabei von der gleichen Größenordnung wie a3. Hier muß
nun so geregelt werden, daß die bei dieser raschen Belastungsänderung vorhandene
überschußenergie entsprechend der Änderungsgeschwindigkeit der Belastung
aus dem Arbeitskreislauf abgeleitet wird.
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In dem Abschnitt 5 bis 6 ist ein Delastungsverlauf angedeutet, welcher
in der Gesamtheit steil verläuft, im einzelnen sich aber aus überlagerten, verschieden
großen Belastungszacken zusammensetzt. In einem solchen Falle wäre es technisch
ungünstig, die Regelungseinrichtung für die Lieferung der Zuschußenergie und die
Ableitung der Uberschußenergie so zu betätigen oder so aufzubauen, daß sie allen
diesen kleinen Belastungszacken folgt. Diese kleinen Belastungsschwankungen können
vielmehr durch die in der Gasturbine steckende lebendige Energie aufgenommen werden.
Einschließlich der geringfügigen Speicherfähigkeit der Gasturbinenanlage selbst
(aufgespeichert z. B. in den Treibgasen) wird man die Regelungseinrichtung dem mittleren
Belastungsanstieg, dargestellt durch die gestrichelt eingezeichnete Gerade a-b,
anpassen, was durch entsprechende Auswahl und Einstellung der Trägheiten in den
zur Anwendung kommenden Regelgeräten leicht geschehen kann. Maßgebend für die Lieferung
der Zuschußenergie ist im Abschnitt 5 bis 6 der Wert tg a5, den die Gerade d-b mit
der Waagerechten einschließt.
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Von 6 his 7 erfolgt in dem gezeichneten Beispiel eine rasche Belastungsabnahme,
welche sich von 7 bis 8 so fortsetzt, daß der Belastungsabnahme wieder mehr oder
weniger große Belastungszacken überlagert sind. Auch hier erfolgt das Anpassen der
Ableitung der Überschußenergie an den mittleren Belastungsabstieg entsprechend der
Linie c-d bzw. entsprechend tg a.. Von 8 bis 9 schließt sich wieder ein verhältnismäßig
langsamer Belastungsanstieg mit dem kleinen Winkel a7 an, wobei der Belastungsausgleich
durch die normale Regeleinrichtung der Gasturbinenanlage genügt.
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Das gezeigte Beispiel soll den Grundgedanken der gedachten Regelanordnung
darstellen, ohne daß darauf weiter eingegangen wird, von welchen Größen ab tg a
das Ansprechen der Einrichtung für die Lieferung der Zuschußenergie oder die Ableitung
der Überschußenergie veranlassen soll. Die Einrichtung für diese Regelung wird man
auf alle Fälle mit bekannten Mitteln so auslegen, daß die Ansprechgrenze abhängig
vom Winkel tg a beliebig einstellbar ist, so daß man sich allen vorkommenden Betriebsverhältnissen
anpassen kann. Auch die zeitliche Dauer der Lieferung der Zuschußenergie wird man
nicht auf bestimmte Zeitabschnitte begrenzen, sondern ebenfalls von den jeweilig
vorhandenen Betriebsverhältnissen abhängig machen. Außerdem ist zu beachten, daß
während der Lieferung der Zuschußenergie und Während der Ableitung der Überschußenergie
auch die normale Regeleinrichtung mitwirkt und unter Umständen, namentlich bei langsam
werdenden Belastungsänderungen,
in der Lage -ist, von selbst die
Anpassung an die Lastverhältnisse zu übernehmen.
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Fig. 2 der Zeichnung zeigt ein Beispiel dafür, wie der grundsätzliche
Aufbau einer derartigen Regeleinrichtung aussehen kann. Zur Erläuterung sei vorweg
bemerkt, daß die Ableitung der Regelimpulse für die Lieferung der Zuschußenergie
und die Ableitung der Überschußenergie von folgenden Größen abhängig gemacht werden
kann:
| Änderungsgeschwindigkeit der abgegebenen |
| Nutzleistung . .. .. .. .. .. .. . . .. .. .. . . .
.... dN |
| d2 |
| Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl der |
| N utzleistungsturbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. d n |
| ät |
| Änderungsgeschwindigkeit der Gastemperatur, |
| insbesondere der Gastemperatur nach der di9 |
| Brennkammer........................... |
| dt |
| Änderungsgeschwindigkeit des Betriebs- |
| druckes, d. h. des Druckes vor der Gasturbine d P |
| dt |
| Änderungsgeschwindigkeit der Durchström- |
| geschwindigkeit, d. h. der Gasgeschwindig- |
| keit hinter der Turbine . . . . . . . . . . . . . . . . . .
dt |
| -7t - |
Maßgebend für dieRegelung sind jedoch in erster Linie die Änderungsgeschwindigkeit
der abgegebenen Nutzleistung und die Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl der Nutzleistungsturbine.
Die Änderungsgeschwindigkeit der übrigen obenerwähnten Einzelheiten kommt erst an
zweiter Stelle in Betracht. Außer diesen können noch eine Reihe von Merkmalen angewendet
werden, die bei Gas- und Dampfturbinen mehr oder weniger bekannt sind, aber in Vereinigung
mit den obengenannten etwas Neues bedeuten und die Regelung wesentlich verbessern.
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Wenn anschließend von einem überlagerten Druckniveau gesprochen wird,
so soll das heißen, daß das Gas nicht in die Außenluft auspufft, sondern daß es
die Turbine mit einem Druck, der höher liegt als Atmospärendruck, verläßt und dem
Verdichter im Kreislauf wieder zugeführt wird, d. h. also, daß ein geschlossener
Kreislauf mit überlagertem Druckniveau geschaffen ist.
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In Fig.2 bezeichnen io den Verdichter radialer oder axialer Bauart,
i i die Antriebsturbine für diesen Verdichter, 12 die Nutzleistungsturbine, 13 einen
von dieser Turbine angetriebenen elektrischen Stromerzeuger, z. B. Drehstromerzeuger,
der das Netz 14 speist, 15 ist ein Wärmeaustauscher, der in bekannter Weise die
Wärme der Abgase der Turbine i i zum Vorwärmen der vom Verdichter io gelieferten
Druckluft ausnutzt. 16 ist eine Verbren-' nungskammer, der über den Brenner 17 Brennstoff
zugeführt wird. Die Brennstoffzufuhr wird durch eine Einrichtung 18 geregelt, die
sowohl der normalen Belastungsregelung unterliegt als auch zusätzliche Regelimpulse
nach der Erfindung erhält. Außerdem wird die Regeleinrichtung 18 noch von einer
Temperaturüberwachungseinrichtung i9 beeinflußt. Diese Überwachungseinrichtung erhält
ihre Impulse von der Temperaturmeßeinrichtung 2o, die in dem Beispiel die Temperatur
mißt, welche die Treibgase beim Ausströmen aus der Verbrennungskammer 16 besitzen.
21 und 22 sind die Treibgaslteritungen zu den beiden Turbinen i i und 12, wobei
das Ventil 23 eine Verteilungsregelung auf beide Leitungen erlaubt.
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In dem gezeigten Beispiel werden die beiden Turbinen i i und 12 parallel
betrieben. Die beiden Maschinen können aber auch ebensogut in Serie geschaltet -,werden,
wobei dann die eine Maschine als Hochdruck-, die andere als Niederdruckmaschine
wirkt und wobei außerdem zwischen beiden Maschinen noch eine zusätzliche Verbrennungskammer
angeordnet sein kann, die dann ähnlich wie die schon vorhandene Brennkammer 16 geregelt
wird.
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24 und 25 sind zwei Drehzahlregler, von denen d;r Regler 24 vor allem
die Anpassung der Drehzahl an die Frequenzverhältnisse im elektrischen Netz zu übernehmen
hat, während der Regler 25 die Anpassung der Drehzahl des Verdichters an die günstigsten
Betrifebsdre'hzahlen bei Teillasten vornimmt. 26 und 27 sind Regeleinrichtungen,
welche Steuerimpulse liefern, die der zeitlichen Änderung der Drehzahl
verhältnisgleich sind. An Stelle der mechanischenDrehzahländerungsmessungkann auch
eine rein elektrische Anordnung zur Lieferung der Impulse dienen, die der Frequenzänderung
im Netz 14 verhältnisgleich sind. Anordnungen hierfür sind bekannt und besitzen
den Vorteil, außerordentlich genau und empfindlich zu sein.
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28 und 29 sind die Abgasleitungen der beiden Turbinen i i und 12.
30 ist die zum Wärmeaustauscher 15 führende Abgassammelleitung. Bei 31 werden
die Abgase ins Freie geführt. 32 ist die Ansaugleitung des Verdichters io, deren
Durchflußquerschnitt durch das Ventil 33 einstellbar ist. Durch die Leitung 34 wird
die verdichtete Luft über den Wärmeaustauscher 15 der Verbrennungskammer 16 zugeführt.
35 ist ein Ableitungsventil, mittels dessen verdichtete Luft entweder über ein Ventil
36 der Leitung 37 oder über ein #,v2:iteres Ventil 38 der Auspuffleitung 39 zugeführt
werden kann. Das Ventil 4o deutet an, daß der Verdichter zur Ableitung von verdichteter
Luft auch eine Zwischenanzapfung erhalten kann. Die Ventile 35, 36 und 38 unterstehen
Regelimpulsen, die über die Leitungen 44 42 und 43 übertragen werden und z. B. der
Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl verhältnisgleich sind.
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Über die Ventile 35. 36 und 38 kann also Überschußenergie abgeleitet
werden, wobei die Ableitung derselben am Verdichter io erfolgt. Die Ableitung dieser
Überschußenergie kann auch vor den Turbinen i i und 12 erfolgen, z. B. über die
Abzweigleitung 44 und die Ventile 45 und 46. .Diese beiden Ventile unterliegen über
die Leitungen 47, 48, 49 und 5o ebenfalls Regelimpulsen, die der Änderungsgeschwindigkeit
der Drehzahl oder der abgegebenen Nutzleistung verhältnisgleich sind.
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Über die Leitung 51 und das Ventil 52 kann diese Überschußenergie
auch einer Zusatzturbine 53
zugeführt werden, die andererseits als
Entspannungsturbine über die Leitung 37 mit verdichteter Luft betrieben werden kann.
Die Turbine 53 ist ein Teil eines Maschinensatzes, der zum Aufladen des Energiespeichers
54 dient und andererseits die Überschußenergie entsprechend der angegebenen Regelanordnung
aufnimmt. Dieser Auflademaschinensatz enthält außer der Turbine 53 das Zahnradgetriebe
55, den Kolbenverdichter 56 und einen elektrischen Antriebsmotor 57. Wenn auch an
Stelle des Kolbenverdichters 56 ein Kreiselverdichter treten kann, so soll doch
mit der Wahl des Kolbenverdichters angedeutet werden, daß der Energiespeicher 54
mit großem Überdruck aufgeladen werden kann, z. B. mit 2o bis 8o atü bei einem mittleren
Betriebsdruck der Gasturbine von 3 bis 5 ata.
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Der Kolbenverdichter 56 saugt über die Leitung 58 und das Ventil 59
Frischluft an und führt sie verdichtet über die Leitung 6o dem Energiespeicher 54
zu. Der Energiespeicher 54 ist mit einem Druckimpulsgeber 61 versehen. Dieser bewirkt,
daß unabhängig von dem Betrieb der Turbine 53, welche Überschußenergie aufzunehmenhat,
die wieder dem Energiespeicher 54 zugeführt wird, eine selbsttätige Ladung des.
Energiespeichers über den Motor 57 dann eintritt, wenn der Druck im Energiespeicher
einen bestimmten Wert unterschreitet. Bei Erreichung einer bestimmten einstellbaren
oberen. Druckgrenze wird dann der Motor 57 wieder abgeschaltet. Diese Regelungsweise
ist durch die Steuerleitung 62, die Steuervorrichtung 63 und den Schalter 64 angedeutet.
Der Druckimpulsgeber 61 kann zwei weitere Druckgrenzen aufweisen, eine obere Druckgrenze
rz, die verhindert, daß- bei Erreichen dieses Druckes die Überschußenergie der Turbine
53 zugeführt wird und bewirkt, daß von da ab die Überschußenergie ins Freie abgeleitet
wird, und eine untere Druckgrenze b, die dann erreicht wird, wenn der Druck im Energiespeicher
54 auf den Betriebsdruck der Turbinen i i und I2 herabsinkt, in welchem Falle die
Regelungseinrichtung selbsttätig so beeinflußt wird, daß eine Regelung auf Abgabe
von Zuschußenergie aus dem Energiespeicher verhindert wird.
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Die Energieabgabe aus dem Energiespeicher 54 erfolgt über das Ventil
66 und über die durch die Regeleinrichtung beeinflußten Ventile 67, 68 und 69. Über
das Ventil 67 wird die Zuschußenergie zur Turbine i i über die Leitung
70 geregelt, wobei noch angedeutet ist, daß die abgegebenen Druckgase eine
Wärmekammer 71 mit Ölbrenner 72 und zugehörigem Regler 73 durchströmen können. Die
Regelung dieser Brennstoffeinspritzung kann dabei gleichlaufend mit der Regelung
des Ventils 67 erfolgen. Über die Leitung 74, das Ventil 68 und die Leitung 75 wird
die Regelung der Zuschußenergie zur Turbine 12 bewirkt. Auch hier kann eine zusätzliche
Brennkammer zum Aufwärmen der Druckgase Verwendung finden, wie durch 76,
77 und 78 angedeutet ist. Die Leitungen 79 und 8o deuten die Übertragungskanäle
für die Regelimpulse an.
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Die Leistungsverteilung der Zuschußenergie auf die beiden Turbinen
ii und 12 kann verschieden eingestellt werden. Man kann z. B. so vorgehen, daß nur
der Nutzleistungsturbine 12 Zuschußenergie zugeführt wird: Ein derartiges. Vorgehen
wird besonders dann zweckmäßig sein, wenn bei Mehrwellenanordnungen die verschiedenen
Gasturbinen hintereinandergeschaltet sind. Neben der unmittelbaren Zuführung von
Zuschußenergie zu den Turbinen kann man aber auch noch über Ventil 69 mit der Steuerleitung
81 durch die Leitung 82 zusätzliche Druckluft der Brennkammer 16 zuführen. Man ist
dann in der Lage, vorübergehend erhöhte Brennstoffmengen bei 17 einzuspritzen. Man
kann dabei sogar so vorgehen, daß man bei kleinen, rasch ansteigenden Belastungsänderungen
die Zuschußenergie nur über die Leitung 82 zuführt und die Leitungen 70 und
74 nur dann freigibt, wenn es sich um größere, rasch verlaufende Energieänderungen
handelt. Durch entsprechende Anordnungen in den Regelvorrichtungen hat man es in
der Hand, die Verteilung der Zuschußenergie auf die drei Leitungen 70, 74 und 82
unter Anpassung an die jeweiligen Betriebsverhältnisse selbsttätig vornehmen zu
lassen. Mit 83 ist eine elektrische Meßvorrichtüng für die abgegebene Leistung angedeutet.
Diese Meßvorrichtung kann z. B. ein Ferrariszähl-er sein, der über einen Regler
84 Impulse erregt, die
verhältnisgleich sind und über die Leitung 85 auf die verschiedenen Steuervorrichtungen
übertragen werden.
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Bei der praktischen Betriebsweise von Gasturbinen und_ bei dem hier
behandelten Regelverfahren wird es nicht ausbleiben, daß die Temperatur der Treibgase
vor den Turbinen gewissen Änderungen unterliegt, ja man wird sogar davon Gebrauch
machen, vorübergehend höhere Temperaturen zuzulassen, wobei man die angeführte Regeleinrichtung
so auslegen kann, daß selbsttätig vorübergehend höhere Temperaturen zur Anwendung
kommen. Mit der bereits erwähnten Temperaturmeßeinrichtung 2o und der zugehörigen
Regelvorrichtung ig ist eine in die ganze Regelanordnung organisch eingesetzte Anordnung
angedeutet, die verhindert, daß höhere Temperaturen längere Zeit zur Anwendung kommen.
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In Fig. 3 der Zeichnung ist an einem Beispiel gezeigt, wie diese Anordnung
wirken soll. Abhängig von der Temperatur ,& ist die Zeit aufgetragen, die, als
zulässig erachtet wird, wie lange die einzelnen Temperaturgrößen einwirken dürfen.
In Fig. 3 ist z. B. von einer gestaffelten. Temperaturüberwachungskurve Gebrauch
gemacht. Wird die in dieser Kurve angegebene Temperatur über die zulässige Zeit
hinaus angewandt, so wird durch eine Relaiseinrichtung dafür gesorgt, daß unabhängig
von den sonstigen Regelimpulsen die Brennstoffeinspritzung in der Brennkammer 16
so lange herabgesetzt wird, bis wieder die zulässige Temperatur erreicht ist. Außerdem
wird diese Überwachungseinrichtung in bekannter Weise so ausgelegt, daß nach auftretenden
Temperaturspitzen eine Mindestzeit verstreichen muß, bis wieder eine weitere Temperaturspitze
zugelassen wird. Selbstverständlich
kann neben der gestaffelten
Temperaturüberwachung auch ein stetiger Verlauf derselben vorgesehen werden.
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Das Grundschema einer gestaffelten Temperaturüberwachung ist in Fig.
4. angedeutet. Den einzelnen Temperaturstufen, z. B. 6oo, 650, 700, 750°,
sind Bimetallstreifen 86, 87 und 88 zugeordnet, die den eingestellten Höchsttemperaturen
entsprechend bei Erreichen derselben ihre Kontakte 89, 9o und 9i schließen und die
zugehörigen Relais 92, 93 und 94 einschalten. Die Relais 92, 93 und 94 geben bei
95 ihre Regelimpulse an die Steuereinrichtung, z. B. an die Einrichtung 18, weiter.
Hierbei werden die Relais zweckmäßig zugleich die Zeitüberwachung durchführen. Mit
86' ist die Lage eines Bimetallstreifens im kalten Zustand angegeben. Mit 96 ist
eine Batterie angedeutet, die die Temperaturüberwachungseinrichtung speist.
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An Stelle des angedeuteten Energiespeichers in Form eines Druckluftbehält-rs
können auch Verpuffungskammern treten, ähnlich wie sie von Holzwarth-Turbinenanlagen
her bekannt sind. Man kann diese Verpuffungskammern so einsetzen, daß sie für kurze
Zeit Zusatzenergie liefern, bis die normale Regeleinrichtung der Turbinenanlage
den neuen Lastverhältnissen nachgekommen ist. Da derartige Zusatzverpuffungskammern
nur kurze Zeit beansprucht werden, kann man auf Wasserkühlung verzichten und sie
mit einer entsprechenden Luftkühlung in bekannter Weise ausrüsten.
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In Fig. 5 ist noch gezeigt, wie man im Sinne der angegebenen Regelanordnungen
Steuerimpulse erhält, die der Änderungsgeschwindigkeit, z. B. der Drehzahl oder
der Leistung, verhältnisgleich sind. 97 ist eine Antriebsvorrichtung für die Gleichstrommaschine
98, deren Drehzahl entweder der Drehzahl der Drehzahlregler 24 bzw. 25 (Fig. 2)
oder der Frequenz oder der elektrischen Leistungsmeßeinrichtung verhältnisgleich
ist. Die Maschine 98 wird über die Wicklung 99 und die Batterie ioo erregt, wobei
der Reglerwiderstand ioi über eine Regeleinrichtung io2 mit Spannungsmesser 103
im Laststromkreis der Maschine 98 noch zusätzlich beeinflußt werden kann. In diesem
Laststromkreis liegen außerdem ein Belastungswiderstand 104 und 105 sowie
die Wicklung io6 eines Transformators io7.
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Ist die Drehzahl der Maschine 98 gleichbleibend, so ändert sich die
Strom- und Spannungsgröße in der Primärwicklung io6 nicht, so daß auf die Sekundärwicklung
io8 keine Spannung übertragen wird. Treten aber Drehzahländerungen auf, so ändern
sich der Strom und die Spannung, und verhältnisgleich zu diesen Änderungen treten
auf der Sekundärseite des Transformators io7, also in der Wicklung io8, Spannungen
auf, die über eine Verstärkeranordnung iog geleitet werden können und von dort über
i io den Steuer- und Regeleinrichtungen zugeführt werden.
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Fig. 6 der Zeichnung zeigt eine Anordnung, bei der auf mechanischem
Wege Steuerimpulse erzeugt werden, die z. B. den Änderungsgeschwindigkeiten von
Drücken verhältnisgleich sind. i i i ist ein Druckbehälter, der über die Leitung
112 mit einer Druckm,Adose 113 in Verbindung steht. Die bewegliche Seite dieser
Druckmeßdose ist mit einem Kolben 114 verbunden, der in einem Zylinder 115 gleitet.
Dem Kolben 114 steht über einen Ölzwischenraum ein Kolben 116 gegenüber, der über
ein Gestänge 117 auf eine Regeleinrichtung 118 wirkt. Der Kolben 114 besitzt bei
114a eine Drosselöffnung und der Kolben 116 bei 116a eine derartige Öffnung. Über
die Feder iig wird der Kolb:--n 116 in die gezeigte Endlage gedrückt.
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Bei langsamen Druckänderungen wird die Lage des Kolbens 116 durch
die Lage des Kolbens 114 nicht beeinflußt, da sich das Öl über die Drosselöffnungen
i i411 und 11611 ausgleichen kann. Dagegen kann bei raschen Druckänderungen ein
solcher Ölausgleich nicht eintreten, so daß mit der Bewegung des. Kolbens 114 über
das Drucköl selbsttätig eine Bewegung des Kolbens 116 bewirkt wird. Hierdurch
werden über die Regeleinrichtung 118 Steuerimpulse ausgelöst, die den Än.derungsgeschzvindigkeiten
des Druckes zumindest angenähert verhältnisgleich sind. Die gezeigte Einrichtung
zur Druckänderung kann grundsätzlich auch zur Erfassung der zeitlichen Geschwindigkeitsänderung
benutzt werden, indem die Geschwindigkeit durch bekannte Meßanordnungen in Staudruckgrößen
umgewandelt wird.
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Fig. 7 zeigt die Anwendung der Erfindung bei solchen Gasturbinenanlagen,
bei denen die Treibgase in einen geschlossenen Kreislauf geführt werden.
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Es bezeichnen 12o die Gasturbine, 121 den Verdichter und 122 den Stromerzeuger.
123 ist die Leitung für die vom Verdichter abgegebene Druckluft, die nach
Durchströmung des Wärmeaustauschers 124 durch die Leitung 125 zur Aufheizvorrichtung
126 strömt und von dieser über :die Leitung 127 der Turbine 120 zugeführt
wird. Die Abgasleitung 128 führt heiße Abgase über den Wärmeaustauscher 124
und die Leitung 129 zu einem Kühler 130 und von diesem durch die Leitung 131 zum
Verdichter 121. Zum Heizen der Vorrichtung 126 dient die Brennkammer
132. Die Rauchgase ziehen bei 133
ins Freie ab.
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Der Energiespeicher wird in diesem Falle wieder von einem Druckluftbehälter
137 gebildet. Ein Aufladesatz ist aus dem Kolbenverdichter 134, dem elektrischen
Antriebsmotor 135 und dem Druckluftmotor 136 gebildet. Der Aufladesatz
und der Energiespeicher sind dem geschlossenen Treibgaskreislauf angegliedert und
unterstehen ebenso wie dieser einem überlagerten Druck, z. B. von io bis 2o ata.
Die Regelung der Zufuhr von Zusatzenergie und die Ableitung von Überschußenergie
erfolgen nach den gleichen Gesichtspunkten, die bei der Erläuterung der Anlage nach
Fig.2 geschildert worden sind.
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über das Ventil 138 wird die Abgabe der Zusatzenergie gesteuert, die
über die Leitung 139 und über das Ventil 140 sowie die Leitung 141 unmittelbar
der Turbine 120 zugeleitet wird oder über die Leitung 142 einer zusätzlichen Aufwärmvorrichtung
143
zuströmt, die durch eine Zusatzbrennkarnmer 144 unterstützt werden kann. Diese Zusatzbrennkammer
kann dabei so gesteuert werden wie die Zusatzbrennkammern 71 und 76 der Anlage nach
Fig. 2.
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Die überschußenergie bei Entlastungsvorgängen kann z. B. auf der Druckseite
des Verdichters 121 durch die Leitung 145 und das Ventil 146 dem Druckluftmotor
136 zugeführt werden und so zum Wiederaufladen des Energiespeichers 137 beitragen,
wobei die entspannte Druckluft durch die Leitung 147 und.das Ventil 148 wieder der
Ansaugseite des Verdichters 121 zuströmt. Andererseits kann durch das überströmventil
149 oder über das Ventil 150
die abgeleitete Druckluft ins Freie ausgeblasen
werden. Der Aufladeverdichter 134 entnimmt auf der Ansaugseite die Luft entweder
über das Ventil 151 aus dem Fr:ien oder über das Ventil 152 aus der Niederdruckseite
des Verdichters 121. Über die Leitung 153 wird der Druckluftbehälter 137 aufgeladen.
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In manchen Fällen empfiehlt es sich, mehrere Druckspeicher vorzusehen,
die so geschaltet werden, daß bei plötzlicher Entlastung jeweils der Druckspeicher
mit dem niedrigsten Druck beaufschlagt wird und durch den Aufl;adesatz immer der
Druckspeicher mit dem höchsten Druck geladen wird, und zwar so lange, bis der zulässige
Höchstdruck erreicht ist; dann folgt zur Aufladung der nächste Druckspeicher. Die
angegebene Regeleinrichtung kann grundsätzlich auch bei solchen Gasturbinenanlagen
benutzt werden, bei denen das Treibgas durch Kolbenmaschinen, insbesondere solchen
nach der Freiflugkolbenbauart, erzeugt wird. Bei Anlagen, bei denen es auf leichtes
Gewicht ankommt, z. B, bei Flugzeuganlagen, kann man auf einen besonderen Aufladesatz
für den Energiespeicher verzichten und dafür entsprechend aufgeladene Preßluftbehälter
mitführen. Allerdings muß dann die Überschußenergie ins Freie abgeblasen werden.