DE898099C

DE898099C - Verfahren zum Betrieb von Gleichdruck-Gasturbinenanlagen mit Zwischenerhitzung des Arbeitsmittels

Info

Publication number: DE898099C
Application number: DEM1014D
Authority: DE
Inventors: Alfred Von Dipl-Ing Eccher
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1944-02-20
Filing date: 1944-02-20
Publication date: 1953-11-26

Description

Verfahren zum Betrieb von Gleichdruck-Gasturbinenanlagen mit Zwischenerhitzung des Arbeitsmittels Bekanntlich läßt sich durch Zwischenüberhitzung des Arbeitsmittels innerhalb eines Kraftmaschinenprozesses infolge der Annäherung der Dehnung an die Isotherme eine wesentliche Verbesserung des- thermischen Wirkungsgrades erzielen. Bei Dampfturbinen hat sich dieses Verfahren namentlich bei hohen Frischdampfdrücken außerdem deshalb besonders eingebürgert, weil durch Zwischenüberhitzung die dem Wirkungsgrad und der Lebensdauer abträgliche große Dampffeuchtigkeit in den letzten Stufen bei Dehnung ins Vakuum hinein vermindert wird.
Die Erfindung betrifft nun die Wahl des Zwischendruckes bei Gleichdruck-Gasturbinenanlagen, weil von dessen Größe in hohem Maße der thermische Wirkungsgrad der Anlage bei gegebenem Druck P, vor der Turbine und Druck P" hinter der Turbine abhängt. Die Forderung nach gleicher Gefälleverteilung würde verlangen, daß bei n Zwischenüberhitzungen der für die x-te Zwischenüberhitzung oder Nachverbrennung gewählte Zwischendruck beträgt, denn dann bleiben die Druckverhältnisse der einzelnen Dehnungsstufen zwischen den Zwischenüberhitzungen angenähert gleich und bei gleicher Zwischenüberhitzungstemperatur auch die Wärmegefälle.
Nach der Erfindung soll nun der jeweilige Zwischenüberhitzungsdruck Pxz um einen erheblichen Betrag größer sein als der obengenannte Wert Pz, für gleiche Gefälleverteilung, und zwar soll die Erhöhung für die meisten Fälle mindestens 40 °/, betragen. Dann ist hinsichtlich des thermischen Wirkungsgrades noch eine bemerkenswerte Zunahme erzielbar, und diese fällt bei Durchführung des Kreisprozesses der gasförmigen Arbeitsmittel besonders ins Gewicht, da die aufzubringende Verdichtungsarbeit ohnehin nicht ganz gering ist.
Das Schaubild zeigt in Abb. i die Verhältnisse für einmalige Zwischenerhitzung (n = x, x = i) in der Abhängigkeit des thermischen Wirkungsgrades 77th vom Zwischendruck P"; darin ist angedeutet, daß oberhalb des Wertes n,, erst zu optimalen Werten ansteigt.
Für jede Wahl der Zwischendrücke innerhalb des so gekennzeichneten günstigen Bereiches kann bei einwelligen Anordnungen der für die Durchführung des Kreisprozesses notwendigen Strömungsmaschinen ein Betriebspunkt gefunden werden. Wenn aber das Triebwerk aus Gründen der Regelung, Drehzahlwahl oder sonstiger baulicher Vorteile wegen unterteilt wird, so können nur einzelne Punkte der Wirkungsgradkurve bei der Auslegung verwirklicht werden, da durch den Arbeitsbedarf der Verdichter und Nutzkraftmaschinen eine entsprechende Gefälleaufteilung vorgeschrieben ist. Dabei zeigt sich, daß die Wahl von Pxz größer als im Bereich günstigen 2ith in sehr vielen Fällen nicht ohne weiteres möglich ist. In Weiterbildung der Erfindung werden daher folgende Maßnahmen vorgeschlagen: a) Die Verdichterleistungen sind entsprechend den bei Wahl günstiger Zwischendrücke, im Interesse des 21th, entstehenden Gefällen so aufzuteilen, daß für die einzelnen Antriebsturbinen bzw. Nutzleistungsturbinen je nach Vereinigung zu Zweiwellen- oder Mehrwellensätzen geeignete P. Werte größer als entstehen.
b) Die Nutzleistungsturbine ist, gegebenenfalls trotz niedriger Drehzahl als die Verdichterturbinen, im höheren Druckbereich einzuschalten. Dies ist infolge der verhältnismäßig geringen Volumenzunahme des Arbeitsmittels bei Gasturbinen möglich.
Im Anschluß an das obenerwähnte Beispiel mit einfacher Zwischenüberhitzung ist im Schaubild in Abb. 2 die Auswirkung der oben angegebenen . Maßnahmen bei der Festlegung des Betriebspunktes im günstigen Bereich von i7th zu ersehen. Es ist hier der Unterschied d N zwischen. der Leistung eines Turbinenteiles und dem Kraftbedarf eines damit angetriebenen hier einzigen Verdichters aufgetragen, dessen 0-Wert die Lage des Betriebspunktes als des Zustandes des Leistungsgleichgewichtes angibt. Die Kurve a zeigt den Verlauf für den Fall, daß die im Hochdruckgebiet arbeitende Teilturbine den Verdichter antreibt. Durch vergleichende Betrachtung mit der Abb. i des Schaubildes kann der günstige Bereich von %h im Gebiet P" größer als Pz nur erreicht werden, wenn i. dem Hochdruckteil die Nutzleistung und dem Niederdruckteil die Verdichterleistung übertragen wird, 2. dem Niederdruckteil die Nutzleistung + ein entsprechender Teil der Verdichterleistung übertragen wird.
Dasselbe läßt sich für mehrfache Zwischenüberhitzung in ähnlicher Weise aufzeigen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betrieb eines Gleichdruck-Gasturbinenprozesses mit mehrfacher (n-facher) Zwischenüberhitzung oder Zwischenverbrennung des Arbeitsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß der einer oder jeder Energieinhaltserhöhung entsprechende Zwischenüberhitzungsdruck Pxz, bei dem die Zwischenüberhitzung erfolgt, größer ist als der Wert wobei @xZ den Zwischenüberhitzungsdruck bei der x-ten Zwischenerhitzung für gleiche Gefälleverteilung, p" den Druck vor und P, den Druck hinter der Turbine und n die Zahl der Zwischenerhitzungen bedeuten.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einwellenanlagen, bestehend aus Verdichter und Turbine, die Erhöhung des Zwischenüberhitzungsdruckes Pxz über den Wert von P" mindestens 40 °/a beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Mehrwellenanlagen, mit Antrieb jedes Wellensatzes durch eine Turbine und Zwischenerhitzung des Arbeitsmediums auf höchste Prozeßtemperatur vor den Turbinen, das Gefälle derselben durch passende Aufteilung der Verdichter und passende Auswahl der Lage der Nutzleistung abgebenden Turbine innerhalb des Gesamtgefälles so zu beschneiden ist, daß das Gefälle nach der letzten Zwischenerhitzung mindestens 40 °/,, größer ist als einer Gefälleaufteilung nach der Formel in Anspruch z entsprechen würde. Angezogene Druckschriften Schweizerische Patentschrift Nr. 175 779.