DE916482C

DE916482C - Im Gleichdruckverfahren arbeitende Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE916482C
Application number: DES9613D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1944-07-02
Filing date: 1944-07-02
Publication date: 1954-08-12

Description

Im Gleichdruckverfahren arbeitende Gasturbinenanlage Bei der Aufteilung der in einer nach dem Gleichdruckverfahren arbeitenden Gasturbinenanlage zu erzeugenden Leistung auf zwei Maschinensätze, einen Nutzleistungsmaschinensatz und einen Verdichtersatz, und Hintereinanderschaltung der bei den Maschinensätze entstehen besondere, zum Teil nicht ganz leicht zu lösende Aufgaben aus den verschiedenen Charakteristiken der beiden Maschinensätze. Beträgt schon die Verdichterleistung üblicherweise ein Mehrfaches der Nutzleistung, so tritt eine weitere Verschiebung des Leistungs-%@erhältnisses bei Teillasten ein. Die Verdichterturbine benötigt bei Teillasten prozentual mehr Leistung als die Nutzleistungsturbine. Schaltet man nun die beiden Turbinen hintereinander, so genügt dann der Energieinhalt des der Verdichterturbine als Nachschaltturbine zugeführten Treibmittels nicht mehr, um deren Leistungsbedarf zu decken. Es muß also ein Leistungsausgleich geschaffen werden, für den es schon eine Reihe verschiedener Vorschläge gibt. Besonders häufig kehrt der Gedanke wieder, durch Umgehungsleitungen die in der Nutzlei.stungsturbine arbeitende Treibgasmenge gegenüber der in der Verdichterturbine arbeitenden Menge zu verringern. Derartige Umgehungsregelungen sind aber wohl immer mit Gefällevernichtung, also mit Drosselverlusten, verbunden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Energiemenge, die der hinter die Nutzleistungsturbine geschalteten Verdichterturbine zuzuführen ist, dadurch zu beeinflussen, daß man in den Abgasstrom der Nutzleistungsturbine erneut Brennstoff entsprechend dem Leistungsbedarf der Verdichterturbine einführt.
Die Erfindung geht zur Lösung der Aufgabe des Leistungsausgleichs bei einer derartigen Anlage einen anderen Weg, und zwar den, für den Leitungsausgleich eine besondere zusätzliche, dem Arbeitskreislauf parallel geschaltete Wärmequelle für die Verdichterturbine vorzusehen. Es kann dies ein Wärmeaustauscher zur Bereitstellung heißer Luft sein oder eine Brennkammer zur Lieferung eines heißen Treibgases. Der Vorteil gegenüber einer Anlage. hei der, wie oben ausgeführt, das Abgas der Nutzleistungsturbine durch Brennstoffzufuhr aufgefrischt -wird, besteht insbesondere in folgendem: Die Abgasmenge der Nutzleistungsturbine ist durch ihre Belastung bestimmt. Sie nimmt also mit fallender Last ab. Die Leistung der Verdichterturbine fällt nicht in diesem Maße. Es muß also einer verkleinerten Abgasmenge jetzt eine entsprechend größere Brennstoffmenge zugeführt ;werden. Das bedeutet aber, daß die Gastemperatui vor der Verdichterturbine ansteigt. Dieses Betriebsverfahren ist, selbst wenn man unterstellt, daß die Verdichterturbine die erhöhte Temperatur aushält, deshalb unerwünscht, weil Schwankungen der Eintrittstemperatur immer zu Unzuträglichkeiten führen. jede Turbinenregelung, gleichgültig, ob es eine Dampf- oder Gasturbine ist, strebt eine möglichste Gleichhaltung der Eintrittstemperatur an. Diesem Grundsatz widerspricht die Regelung über die Auffrischung des Abgases. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung dagegen läßt sich nicht nur die Treibgasmenge vor der Verdichterturbine auf den Jeweils benötigten Wert einstellen, sondern man kann darüber hinaus auch die Tempe -ratur so beeinflussen, daß wesentliche Temperaturschwankungen nicht auftreten. Damit ist ein wesentliches Ziel der Turbinenregelung erreicht.
Die Erfindung sei an Hand der in den Figuren schaubildlich dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Die beiden Leistungsanteile der Anlage werden erzeugt von der Nutzleistungsturbine i zum Antriel> des Stromerzeugers 2 und von der Verdichterturbin-e 3 zum Antrieb des Verdichters4. Die Nutzleistungsturbine ist der Verdichterturbine vorgeschaltet " und arbeitet als Heißluftturbine, deren Heißluft von einer Wärmeaustauschvorrichtung ; geliefert wird. Zwischen Verdichter 4. und Wärmeaustauscher 5 ist der Rekuperator 6 geschaltet, der die Abwärme der Turbine 3 aufnimmt. Vor der Verdichterturbine 3 ist eine Aufheizung des Treibmittels vorgesehen, und zwar in diesem Falle durch eine Brennkammer, so daß die Turbine 3 als reine Gasturbine arbeitet. Zum Zwecke des Leistungsausgleichs ist gemäß der Erfindung eine weitere Erwärmungsquelle, und zwar in diesem Falle in Form einer Brennkammer 8, vorgesehen, deren T,uft im Punkt g vom Luftstrom des Verdichters 4. abgezweigt wird. Die Leitung io kann entweder 1 or der Turbine 3 mit der von der Brennkammer 7 kommenden Leitung i t vereinigt werden, oder sie iiihrt, was in vielen Fällen zweckmäßiger sein wird, zu besonderen Zusatzdüsen der Verdichterturhine. Für die Regelung der in der Brennkammer 8 erzeugten Treibgasmenge wird man zweckmäßigerweise den Druck in der Leitung 1 2 heranziehen in der Weise, daß mit fallendem Druck die Zuführung von Brennstoff und Luft zur Brennkammer 8 vergrößert wird, und umgekehrt. Die Wärmeumsetzung in der Brennkammer j wird zweckmäßig in Abhängigkeit von der Belastung äes 'laschinensatzes i, 2 geregelt.
In der F ig. 2 ist eine Abwandlung der Schaltung dargestellt, und zwar in der Weise, daß das der '@ urbine 3 über die Leitung io zugeführte zusätzliche Treibmittel Heißluft ist. Eine solche Schaltung kann deshalb zweckmäßig sein, -weil man dann in der Brennkammer 8' des Wärmeaustauschers 8' mit erhöhtem Druck arbeiten kann. Zu diesem Zweck wird ein Maschinensatz aufgestellt, der aus der Gasturbine 13 und dem Verdichter 1.4 besteht. Der Verdichter 14 liefert dabei einerseits die Verbrennungsluft zur Brennkammer 8" und andererseits über die Leitung 15 die Zusatzluft für die Turbine 3.

Claims

YATENTANSPRLTCHE: i. Im Gleichdruckverfahren arbeitende Gasturbinenanlage mit getrennten Maschinensätzen für die Erzeugung der Nutzleistung und der Verdichterleistung in Hintereinanderschaltung der beiden Maschinensätze und Zwischenerhitzung zwischen Nutzleistungs- und Verdichterturbine, dadurch gekennzeichnet, daß zum Leistungsausgleich der Verdichterturbine eine getrennte, dem Treibmittelkreislauf parallel geschaltete Wärmequelle (8 bzw. 8') vorgesehen ist.
2. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichterturbine (3) mit Zusatzdüsen für das von der getrennten Wärmequelle gelieferte Treibmittel ausgerüstet ist.
3. Anlage nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die zusätzliche Wärmequelle benötigte Luft vom Verdichter (4) des Verdichtermaschinensatzes abgezweigt -wird.
4.. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibmittelerzeugung in der zusätzlichen Wärmequelle in Abhängigkeit vom V erdichterdruck geregelt wird.
5. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für die Lieferung der Luft der zusätzlichen Wärmequelle ein Hilfsmaschinensatz mit einer Abgasturbine dient, die das unter Druck stehende Abgas der zusätzlichen Wärmequelle --erarbeitet. Angezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschriften Nr. i85 751, 177705.