DE922870C - Mit Gleichdruckverbrennung arbeitende Gasturbinenanlage - Google Patents

Description

• Mit Gleichdruckverbrennung arbeitende Gasturbinenanlage Die Leistungserzeugung innerhalb einer mit Gleichdruckverbrennung arbeitenden Gasturbinenanlage gabelt sich in zwei Teile. Der eine Leistungsbetrag ist die nach außen abzugebende Nutzleistung, während der zweite Leistungsbetrag zur Deckung der Verdichtungsleistung dient. Dabei ist der zweite Leistungsanteil wesentlich größer als der erste. Man kann annehmen, daß er etwa das Doppelte beträgt. Aus diesem Umstand, daß innerhalb der Anlage zwei verschiedene Leistungsbeträge aufgebracht werden müssen, ergeben sich Regelaufgaben, die nur schwer befriedigend gelöst werden können. Es sei zunächst davon ausgegangen, daß die Eintrittstemperatur des Arbeitsmittels vor der Turbine im wesentlichen konstant bleiben soll. Die nachstehenden Überlegungen gelten jedoch auch für den Fall, daß man die Temperatur mit der Last schwanken läßt; immerhin wird die Betrachtung einfacher, wenn man zunächst von der gleichbleibenden Temperatur ausgeht.
• Dann ist jeder Turbinenleistung eine bestimmte Luftmenge zugeordnet, und es muß infolgedessen bei steigender Anlagenbelastung die Luftmenge vergrößert, bei fallender Belastung dagegen verkleinert werden. Der Weg der Drosselung des Verdichters scheidet bei Gasturbinenanlagen im allgemeinen aus, da er zu große Verluste mit sich bringt. Es bleibt dann nur die Möglichkeit, die Verdichterdrehzahl jeweils der benötigten Luftmenge anzupassen. Auf der anderen Seite wird aber der Kraftverbraucher im allgemeinen eine gleichbleibende Drehzahl verlangen, jeweils immer dann, wenn er ein Wechselstromerzeuger ist, eine Voraussetzung, die für die Mehrzahl der Fälle gilt. Es ist demnach die Forderung nach Einhaltung einer konstanten Nutzleistungsdrehzahl mit der Forderung auf Einhaltung einer für den Verdichter richtigen Drehzahl in Einklang zu bringen.
• Die Schwierigkeit, die diese Aufgabenfälle mit sich bringen, läßt sich in verhältnismäßig einfacher Weise beherrschen, wenn man die Leistungserzeugung auf zwei Turbinen aufteilt, von denen die eine die Nutzleistungsturbine ist, während die zweite Turbine zur Deckung der Verdichterleistung dient. Dann gibt man jedem der beiden Maschinensätze die jeweils günstigste Drehzahl und sichert damit für die Anlage einen guten Gesamtwirkungsgrad. Aber dieser Weg wird nur durch einen erhöhten Bauaufwand erkauft, der nicht immer vertretbar ist, sei es, daß wirtschaftliche Gesichtspunkte gegen eine derartige Leistungsaufteilung sprechen, sei es, daß der für die Unterbringung der Anlage zur Verfügung stehende Raum zwei Turbinen nicht zuläßt.
• Es ist nun eine bekannte Tatsache, daß bei der Größe der Verdichterleistung gegenüber der abgebbaren Nutzleistung der Verdichterwirkungsgrad die ausschlaggebende Rolle spielt. Man kann also keine Zugeständnisse machen, die zu einer wesentlichen Verringerung des Verdichterwirkungsgrades führen würden. Mit diesem Problem hat man sich bereits bei elektrischen Fahrzeugantrieben mit Gleichstrom beschäftigt und ist dabei zu dem Ausweg gekommen, nur eine einzige Turbine zu verwenden, diese sowohl mit dem Verdichter wie mit dem Gleichstromerzeuger zu kuppeln und dann den Maschinensatz mit der jeweils günstigsten Verdichterdrehzahl 'laufen zu lassen, zunächst ohne Rücksicht auf die Drehzahl des Stromerzeugers. Man kann das in diesem Fall unbedenklich tun, da man die wechselnde Drehzahl des Stromerzeugers durch Regelung der Erregung kompensieren kann. Das ist aber ein Sonderfall, der nicht auf andere Betriebsfälle übertragen werden kann.
• Es entsteht aus dieser Überlegung heraus die Aufgabe, mit nur einer Turbine sowohl die Verdichterleistung wie die Nutzleistung zu decken, den Kraftverbraucher, also insbesondere den Stromerzeuger, mit der ihm zukommenden; im allgemeinen gleichbleibenden Drehzahl laufen zu lassen und trotzdem die Verdichterdrehzahl auf dem jeweils günstigsten Wert zu halten. Diese Aufgabe führt gemäß der Erfindung zur Einführung eines stetig regelbaren Getriebes, und zwar, was wichtig ist, zwischen Turbine und Nutzleistungsverbraucher (Stromerzeuger). Die Überlegung, die man zunächst anstellen würde, wäre die, das Getriebe der angetriebenen Maschine zuzuordnen, die mit der wechselnden Drehzahl läuft, also dem Verdichter. Das wäre an sich möglich. Den Betriebsbedingungen würde damit Genüge geleistet. Aber in diesem Fall wäre. die größere Verdichterleistung durch das Getriebe hindurchzuführen, während bei der Anordnung gemäß der 'Erfindung nur die wesentlich kleinere Nutzleistung über das Getriebe geht. Es liegt dann der nicht sehr häufige Fall vor, daß das Getriebe auf der Eingangsseite mit veränderlicher, auf der Ausgangsseite aber mit gleichbleibender Drehzahl läuft, während es sonst im allgemeinen üblich ist, die Drehzahl auf der Ausgangsseite zu verändern., während die auf der Eingangsseite festliegt.
• Eine Anordnung gemäß der Erfindung ist deshalb von Bedeutung, weil sie die Überschreitung des Bestpunktes (Auslegungspunktes) der Anlage nach oben oder unten mit dem geringsten Wirkungsgradverlust ermöglicht; denn die Treibgasfie-rnperaiturr ändert cGiich nicht. Die veirgrößerte Menge wird mit erhöhtem Druck verarbeitet, so daß das sekundliche Volumen sich nicht wesentlich ändert, und die Abnahme des Verdichterwirkungsgrades bei Luftmengen, die vom Bestpunkt abweichen, ist so gering, daß sie nicht maßgeblich ins Gewicht fällt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Mit Gleichdruckverbrennung arbeitende Gasturbinenanlage mit einer Turbine sowohl zur Erzeugung der Nutzleistung wie der Verdichterleistung, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine mit dem Verdichter gekuppelt ist und mit der jeweils günstigsten Verdichterdrehzahl läuft, während zur Kupplung zwischen Turbine und Generator ein stetig regelbares Getriebe, insbesondere in Form eines Flüssigkeitsgetriebes, dient. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 703 729, 63o 62q., 603 845, 451 013; schweizerische Patentschriften Nr. 235 116, 234 916, 231 559, 202,324; Brown - Boveri - Mitteilungen, 1939, S. 135/136, insbes. Abb. 15.