DE936658C

DE936658C - Combustion turbine plant

Info

Publication number: DE936658C
Application number: DEM12691A
Authority: DE
Inventors: Hans Peter Dipl-Ing Mueller; Paul H Dr-Ing Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1952-01-25
Filing date: 1952-01-25
Publication date: 1955-12-15

Description

Verbrennungsturbinenanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsturbinenanlage mit mindestens einer Hochdruckverbrennungsturbine, deren Abgasdruck die AuBenluftspannung erheblich übersteigt, bei der alle zur Anlage gehörigen Turbinen mit einem reinen, nicht durch Verbrennungsgase verunreinigten und in seiner Zusammensetzung nicht beeinträchtigten Treibmittel beaufschlagt werden, in dessen Kreislauf die Abgaswärme zur Erwärmung der hochverdichteten Gase ausgenutzt wird. Bei bekannten Anlagen dieser Art wird das gespannte Treibmittel durch Oberflächen-Wärmetauscher (Rekuperatoren) erhitzt, bei denen die Wärme von den Verbrennungsgasen durch metallene Wandungen hindurch auf die Treibgase übertragen wird. Wegen der begrenzten Festigkeit der die Wärme übertragenden Wandungen können die Treibgase, besonders «renn ihre Spannung das Vielfache der Verbrennungsgase beträgt, nicht auf so hohe Temperatur erhitzt werden, wie es die Turbinenschaufeln wegen der Entspannung der Treibgase und der Wärmeabfuhr von den Schaufeln zulassen würden. Dem thermischen Wirkungsgrad wird dadurch eine nicht übersteigbare Grenze gezogen.Combustion turbine plant The invention relates to a combustion turbine plant with at least one high-pressure combustion turbine, the exhaust gas pressure of which corresponds to the external air tension significantly exceeds, in which all turbines belonging to the system are equipped with a pure, not contaminated by combustion gases and not in its composition impaired propellant are applied, the exhaust gas heat in the circuit is used to heat the highly compressed gases. In known systems this Type is the compressed propellant through surface heat exchangers (recuperators) heated in which the heat from the combustion gases through metal walls is transmitted through to the propellant gases. Because of the limited strength of the the heat-transferring walls can contain the propellant gases, especially their tension the multiple of the combustion gases is not heated to such a high temperature be like the turbine blades because of the relaxation of the propellant gases and the Would allow heat dissipation from the blades. The thermal efficiency will as a result, a limit that cannot be crossed was drawn.

Bei Turbinen, welche die Verbrennungsgase selbst als Treibgase verwenden, besteht eine solche Temperaturbeschränkung nicht. Die Turbinenschaufeln sind jedoch den Verunreinigungen der Verbrennungsgase ausgesetzt, wodurch ihre Lebensdauer ungünstig beeinflußt wird.In the case of turbines that use the combustion gases themselves as propellants, there is no such temperature limit. The turbine blades are however the impurities of the Exposed to combustion gases, reducing their Life is adversely affected.

Es ist vorgeschlagen, die Nachteile dieser beiden Arten von Verbrennungsturbinenanlagen dadurch zu vermeiden, daß die gespannten Treibgase in Regeneratoren mit ständig umlaufenden Wärmespeichermassen erwärmt werden. Solche Regeneratoren sind aber, unbrauchbar, wenn ein großer Druckunterschied zwischen den Verbrennungsgasen und den Treibgasen besteht, da eine befriedigende Abdichtung zwischen beiden nicht zu erreichen ist. Werden aber die Verbrennungsgase, wie es ebenfalls vorgeschlagen ist, auf etwa -den gleichen Druck gebracht wie die Treibgase, so müssen die Verbrennungsgase in Turbinen entspannt werden, die dann mit verunreinigten Treib-. gasen beaufschlagt sind. Eine Lösung der Aufgabe kann dadurch also nicht erreicht werden.It is suggested to address the disadvantages of both of these types of combustion turbine systems thereby avoiding that the tensioned propellant gases in regenerators with constantly circulating heat storage masses are heated. But such regenerators are unusable if there is a large pressure difference between the combustion gases and the propellant gases, since a satisfactory seal between the two is not to is to achieve. But the combustion gases are, as also suggested is brought to about the same pressure as the propellant gases, the combustion gases must are relaxed in turbines, which are then contaminated with propellant. gases applied are. A solution to the problem cannot be achieved in this way.

Auch bei Verbrennungsturbinenanlagen mit umschaltbaren Wärmespeichern, wurde kein Weg gefunden, um mit reinen Treibgasen Turbinen zu betreiben, deren Abgasspannung das Mehrfache der Außenluftspannung beträgt, es sei denn; daß Gaswäscher angewandt werden. Eine solche ständige; chemische Aufbereitung der Treibgase bedeutet aber eine unerwünschte Verwicklung der Anlage.Even with combustion turbine systems with switchable heat storage, no way was found to operate turbines with pure propellant gases, their exhaust gas voltage is a multiple of the outside air voltage, unless; that scrubber applied will. Such a constant; However, chemical processing of the propellant gases means an undesirable entanglement of the plant.

Die Erfindung löst die Aufgabe, Turbinen mit hohem Druckpegel, bei denen auch die Austrittsspannung die Außenluftspannung erheblich übersteigt, mit reinen Treibgasen zu beaufschlagen. Dadurch werden Turbinen sehr großer Leistung möglich, bei denen die Höchsttemperatur der Treibgase nur durch die zulässige Schaufeltemperatur begrenzt wird, ohne daß unreine Treibgase die Schaufelkanäle durchströmen. Erreicht wird dieses erfindungsgemäß in erster Linie dadurch, daß alle zur Anlage gehörigen Turbinen mit Treibmittel von Höchsttemperatur beaufschlagt werden, unter Verwendung umschaltbarer Wärmespeicher, die durch Verbrennungsgase bei einer die Außenluft wenig übersteigenden Spannung aufgeheizt werden.The invention solves the problem of turbines with a high pressure level which the outlet voltage significantly exceeds the outside air voltage, with to apply pure propellant gases. This makes turbines very powerful possible at which the maximum temperature of the propellant gases is only limited by the permissible blade temperature is limited without impure propellant gases flowing through the blade channels. Achieved According to the invention, this is primarily due to the fact that all belong to the system Turbines are charged with propellant of maximum temperature using switchable heat storage, which by combustion gases with one the outside air slightly exceeding voltage.

Die Zeichnung stellt die Erfindung an Schemata und TS-Bildern von Anlagen beispielsweise dar. Abb. r zeigt eine Anlage mit einer Hoch- und einer Niederdruckturbine T1 und T2, an deren Stelle auch Turbinengruppen treten können, bei der für jede der Turbinen oder Turbinengruppen eine mit Wärmespeichermasse arbeitende Regeneratörgruppe R1 und R2 vorgesehen ist. Ein Verdichter V mit Zwischenkühlern verdichtet Luft bis auf den Höchstdruck, mit dem die Turbine T1 nach der Erhitzung im Regenerator R1 beaufschlagt wird. Die Abluft der Turbine T1 wird nochmals aufgeheizt im Regenerator R2 und dann in der Turbine T2 bis nahezu auf Außenluftdruck entspannt. Die Abluft der Turbine T2 wird in der Brennkammer B2 hoch, z. B. auf etwa rooo° C erhitzt und im Regenerator R2 durch Wärmeabgabe an die Speichermasse, welche die Aufschlagsluft der Turbine T2 erhitzt, auf z. B. 65o° C abgekühlt, um dann in der BrennkammerBi nochmals auf rooo° C erhitzt zu werden. Im Regenerator R1 gibt diese hocherhitzte Luft und geben die in ihr enthaltenen Verbrennungsgase ihre Wärme an die Wärmespeichermasse ab, welche die auf höchsten Druck verdichtete, vom Verdichter V kommende Luft aufheizt, um dann abgekühlt ins Freie zu entweichen. Wegen der Übersichtlichkeit des Schemas I sind die an sich bekannten Zwischenkühler des Verdichters ebenso wie ein bekannter Sättiger für die verdichtete Luft fortgelassen, durch den das im Kreislauf benutzte Kühlwasser der Zwischenkühler mittels der verdichteten Luft zurückgekühlt wird, um auf sie in Form von Wasserdampf die Kompressionswärme der verdichteten Luft. zu übertragen.The drawing represents the invention in terms of schemes and TS images of Plants, for example. Fig. R shows a plant with a high and a low pressure turbine T1 and T2, which can also be replaced by turbine groups, for each of which of the turbines or turbine groups a regenerator group working with heat storage mass R1 and R2 is provided. A compressor V with intercoolers compresses air up to to the maximum pressure with which the turbine T1 after heating in the regenerator R1 is applied. The exhaust air from turbine T1 is heated up again in the regenerator R2 and then relaxed in the turbine T2 to almost the outside air pressure. The exhaust air the turbine T2 is high in the combustion chamber B2, e.g. B. heated to about rooo ° C and in the regenerator R2 by releasing heat to the storage mass, which the whipping air the turbine T2 heated, on z. B. 65o ° C cooled to then in the combustion chamber Bi to be heated again to rooo ° C. In the regenerator R1 there is this highly heated Air and the combustion gases it contains give their heat to the heat storage mass which heats the air coming from compressor V, compressed to the highest pressure, to then escape cooled down into the open air. Because of the clarity of the scheme I are the known intercoolers of the compressor as well as a known one Saturator for the compressed air by which it circulated was omitted The cooling water of the intercooler is cooled back by means of the compressed air, the heat of compression of the compressed air on them in the form of water vapor. transferred to.

Das zugehörige TS-Bild der Abb. 2 zeigt, wie die im Punkt a in den Verdichter eintretende Luft bis b stufenweise mit Zwischenkühlung verdichtet wird, um dann von b bis c die Regenerationswärme zu empfangen, die im Regenerator R1 durch Abkühlung der Abgase von na bis n abgegeben wird. Von c bis d empfängt die Druckluft im Regenerator R1 die Verbrennungswärme, die von k bis m abgegeben wird. Auf die Entspannung in der Turbine T1 von d bis e folgt die Wiedererwärmung auf Höchsttemperatur durch die Verbrennungswärme, die im Regenerator R2 von h bis i abgegeben wird. Es folgt dann die Entspannung von f bis g in der Turbine T2. Von g bis h werden die jetzt nahezu völlig entspannten Abgase in der Brennkammer Bz auf Höchsttemperatur erhitzt, im Regenerator R2, wie erwähnt, von h bis i abgekühlt, um dann nochmals in der Brennkammer B1 von i bis k auf Höchsttemperatur erhitzt zu werden, worauf dann, wie erwähnt, die Wärmeabgabe von k bis n an die frisch verdichtete Luft erfolgt.The associated TS picture in Fig. 2 shows how the air entering the compressor at point a up to b is gradually compressed with intermediate cooling, in order then to receive the regeneration heat from b to c, which is generated in regenerator R1 by cooling the exhaust gases from na until n is delivered. From c to d, the compressed air in the regenerator R1 receives the heat of combustion, which is given off from k to m. The expansion in the turbine T1 from d to e is followed by reheating to the maximum temperature by the combustion heat that is given off in the regenerator R2 from h to i . This is then followed by the expansion from f to g in turbine T2. From g to h, the now almost completely relaxed exhaust gases are heated to maximum temperature in combustion chamber Bz, cooled in regenerator R2, as mentioned, from h to i , and then heated again in combustion chamber B1 from i to k to maximum temperature, whereupon then, as mentioned, the heat is transferred from k to n to the freshly compressed air.

Im TS-Bild der Abb. 2 ist der Linienzug g, 7z, i, k, na, bei dem die Linien praktisch nahezu zusammenfallen, der besseren Verdeutlichung wegen etwas auseinandergezogen. In Wirklichkeit ist der Spannungsabfall von g bis m oder h bis k viel kleiner, als er sich im Verhältnis zu den anderen Abständen, beispielsweise von d bis f, ergibt.In the TS image in Fig. 2, the line g, 7z, i, k, na, in which the lines practically almost coincide, is pulled apart a little for better clarity. In reality, the voltage drop from g to m or h to k is much smaller than it results in relation to the other distances, for example from d to f .

Zur Beschränkung des Volumens des Regenerators R1 kann er auf den Austausch der Wärme höherer Temperaturen beschränkt werden, indem für die niedrigen Temperaturen ein Oberflächenwärmeaustauscher W (Rekuperator) vorgesehen ist, wie ihn Abb. 3 zeigt.To limit the volume of the regenerator R1, it can be limited to the Exchange of heat for higher temperatures will be limited by for the lower ones Temperatures a surface heat exchanger W (recuperator) is provided as Fig. 3 shows it.

Eine für manche Fälle besonders vorteilhafte Anlage ist schematisch in Äbb. q. dargestellt. Bei dieser Anlage ist nur eine Hochdruckturbine -oder Turbinengruppe T vorhanden, deren Abgasspannung das Vielfache der Spannung- der Außenluft betragen kann, während auf eine Niederdruckturbine verzichtet ist. Es sind zwei Kreisläufe vorhanden, ein geschlossener, in welchem sich die Turbine T befindet, und ein offener, die beide durch den Regenerätor R2 miteinander in Verbindung stehen.A system which is particularly advantageous for some cases is shown schematically in Fig. q. shown. In this system there is only one high-pressure turbine or turbine group T present, the exhaust gas voltage of which is a multiple of the voltage of the outside air can, while a low-pressure turbine is dispensed with. There are two cycles present, a closed one, in which the turbine T is located, and an open one, both of which are connected to each other through the regenerator R2.

Die durch den Verdichter V auf den höchsten Druck des Kreislaufes verdichteten Treibgase werden im Wärmetauscher R1, insbesondere in einem mit Wärmespeichermasse versehenen Regenerator, durch die bis auf die untere Spannung des Kreis- Laufes entspannten Abgase der Turbine T nahezu auf deren Temperatur vorgewärmt und dann im Regenerator R2 auf die Höchsttemperatur, z. B. iooo° C, erhitzt, mit der sie in die Turbine T gelangen, um in ihr arbeitleistend entspannt und dabei auf z. B. 65o° C abgekühlt zu werden. Nachdem die Abgase im Wärmetauscher R1 ihre Wärme an die hochverdichtete Luft abgegeben haben, werden sie im Kühler K möglichst tief gekühlt, ehe sie aufs neue in den Verdichter V eintreten. Dieser ist mit Zwischenkühlern versehen, in denen mit Vorteil Kreislaufwasser benutzt wird, das in einem Rieselrückkühler die aufgenommene Verdichtungswärme an die endverdichtete Luft in Form von Wasserdampf abgibt. Bei der Kühlung des Kreislauftreibmittels, im Kühler K wird der Wasserdampf wieder weitgehend ausgeschieden und kann dem Kühlwasserkreislauf der Zwischenkühler des Verdichters wieder zugeführt werden. Dieses ist insofern von Vorteil, als auf die Weise kein Wasser verlorengeht, so daß kein neues Rohwasser aufbereitet zu werden braucht.The through the compressor V to the highest pressure of the circuit Compressed propellant gases are in the heat exchanger R1, in particular in one with heat storage mass equipped regenerator, through which up to the lower voltage of the circular Run relaxed exhaust gases from the turbine T are preheated to almost their temperature and then in the regenerator R2 to the maximum temperature, e.g. B. iooo ° C, heated with the get into the turbine T to relax in her work-performing and thereby on z. B. 65o ° C to be cooled down. After the exhaust gases in the heat exchanger R1 their heat have given off the highly compressed air, they become as deep as possible in the cooler K. cooled before they enter the compressor V again. This one is with intercoolers provided, in which circulating water is used to advantage, which is in a trickle dry cooler the absorbed heat of compression to the finally compressed air in the form of water vapor gives away. When cooling the circulation propellant, in the cooler K the water vapor again largely excreted and can be added to the cooling water circuit of the intercooler of the compressor are fed back. This is advantageous in that on the way no water is lost, so no new raw water has to be treated needs.

Um die Kreislauftreibgase im Regenerator R2 auf die Höchsttemperatur zu erhitzen, ist ein zweiter Kreislauf ohne Turbine vorhanden, bei dem ein Gebläse G, lediglich zur Überwindung der Strömungswiderstände, die Luft durch einen Wärmetauscher, vorzugsweise einen Regenerator R3 mit Wärmespeichermasse treibt, in dem sie beispielsweise auf etwa 63o° C vorgewärmt wird. Diese Luft wird durch Zuführung von Brennstoff in der Brennkammer B hoch, z. B. auf iooo° C, erhitzt, um sich dann im Regenerator R2 durch Wärmeabgabe an die Wärmespeichermasse, an der das Turbinenkreislaufmittel, wie erwähnt, erhitzt wird, auf z. B. etwa 65o° C abzukühlen. Im Wärmetauscher R3 folgt dann die Wärmeabgabe an die frische, durch das Gebläse G geförderte Luft.To bring the cycle propellant gases in the regenerator R2 to the maximum temperature To heat, there is a second circuit without a turbine, with a fan G, only to overcome the flow resistance, the air through a heat exchanger, preferably drives a regenerator R3 with heat storage mass, in which, for example is preheated to about 63o ° C. This air is supplied by fuel in the combustion chamber B high, z. B. to 100 ° C, heated to then in the regenerator R2 through heat transfer to the heat storage mass on which the turbine circuit medium, as mentioned, is heated, to z. B. to cool about 65o ° C. In the heat exchanger R3 Then follows the heat transfer to the fresh, promoted by the fan G air.

In solchen Fällen, in denen in der Brennkammer B gasförmiger Brennstoff verbrannt wird, empfiehlt es sich, die vom Regenerator R2 kommenden, auf z. B. etwa 65o° C abgekühlten Verbrennungsgase gewichtsmäßig derart aufzuteilen, daß ein dem brennbaren Gas entsprechender Gewichtsteil seine Wärme in einen Wärmetauscher an dieses abgibt, während der Rest der Luftvorwärmung dient.In such cases, in which in the combustion chamber B gaseous fuel is burned, it is recommended that the coming from the regenerator R2, on z. B. about 65o ° C cooled combustion gases to be divided by weight such that a dem combustible gas corresponding part by weight of its heat in a heat exchanger this gives off, while the rest of the air is used to preheat the air.

Das zu der Anlage gehörige, vereinfachte TS-Bild zeigt Abb. 5. Es zerfällt in zwei Teile, in den für den Turbinenkreislauf (links) und den lediglich der Treibgaserhitzung dienenden Kreislauf (rechts). Beim Turbinenkreislauf wird das kalte Kreislaufmittel, z. B. Luft. von der unteren Spannung des Kreislaufes, gekennzeichnet durch den Zustand im Punkt a., durch mehrstufige -Verdichtung mit Zwischenkühlung bis b verdichtet. Von b bis c wird das Kreislaufgas im Wärmetauscher R1 vorgewärmt, von c bis d im Regenerator R2 an der Wärmespeichermasse bis d erwärmt, dann durch arbeitleistende Entspannung in der Turbine bis e abgekühlt. Darauf gibt das Kreislaufgas seine Wärme zunächst bis n im Wärmetauscher R1 und weiter bis a im Kühler K die Restwärme ab, um dann den Kreislauf aufs neue zu beginnen. Bei dem rechts davon aufgezeichneten Kreislauf sind die Linienzüge, die in Wirklichkeit nahezu zusammenfallen, der Deutlichkeit wegen auseinandergerückt. Von o bis p wird die Luft im Wärmetauscher R3 vorgewärmt, von p bis q in der Brennkammer B erhitzt, von q bis y durch Wärmeabgabe an die Speichermasse des Regenerators R2 bis auf eine Mitteltemperatur und schließlich von y bis s im Wärmetauscher R3 ganz abgekühlt. Die Wärmeabgabe von q bis r an die Speichermasse entspricht der Wärmeaufnahme des Treibmittels des Turbinenkreislaufes, das sich an der Speichermasse erwärmt. Das Gewicht der in der Zeiteinheit im,Kreislauf bewegten Gase wird mit Vorteil in beiden Kreisläufen gleich gewählt, um in den Regeneratoren die günstigsten Wirkungsgrade zu erreichen. Wird ein brennbares Gas als Brennstoff verwandt, so wird mit Vorteil die Summe der Gewichte von Luft und Brenngas des Kreislaufes II gleich dem in der Zeiteinheit kreisenden Gewicht des Gases des Kreislaufes I gewählt.The simplified TS picture belonging to the system is shown in Fig. 5. It is divided into two parts, the one for the turbine circuit (left) and the one used for heating the propellant gas (right). When the turbine circuit, the cold circuit means, z. B. Air. from the lower voltage of the circuit, characterized by the state in point a., compressed through multi-stage compression with intermediate cooling to b. From b to c, the cycle gas is preheated in heat exchanger R1, from c to d in regenerator R2 it is heated on the heat storage mass to d, then cooled down to e by performing expansion in the turbine. The cycle gas then releases its heat first up to n in the heat exchanger R1 and then from the residual heat up to a in the cooler K, in order to then start the cycle again. In the circuit drawn to the right of it, the lines, which in reality almost coincide, have been moved apart for the sake of clarity. From o to p, the air is preheated in heat exchanger R3, from p to q it is heated in combustion chamber B , from q to y through heat transfer to the storage mass of regenerator R2 down to a medium temperature and finally from y to s in heat exchanger R3 it is completely cooled. The heat dissipation from q to r to the storage mass corresponds to the heat absorption of the propellant of the turbine circuit, which heats up on the storage mass. The weight of the gases moved in the cycle in the unit of time is advantageously chosen to be the same in both cycles in order to achieve the most favorable degrees of efficiency in the regenerators. If a combustible gas is used as fuel, the sum of the weights of air and fuel gas in circuit II is advantageously chosen to be equal to the weight of the gas in circuit I circulating in the unit of time.

Da durch die Werkstoffe die zulässigen Höchsttemperaturen und durch diese das Entspannungsverhältnis, die noch zulässige Umfangsgeschwindigkeit eines einkränzigen Turbinenrades sowie bis zu einem gewissen Grad die Länge der Turbinenschaufeln festliegen, so ist die Leistung eines einkränzigen Turbinenrades nicht beliebig steigerbar, solange bis auf Außenluftdruck entspannt wird. Spielt sich aber der gleiche Kreislauf mit gleichem Entspannungsverhältnis in einem höheren Spannungsgebiet ab, so steigt das Durchsatzgewicht und damit die Leistung des Turbinenrades im Verhältnis der Spannung. Leistet ein Turbinenrad, wenn die Treibgase von 6,5 auf i ata entspannt werden, 3500 kW, so leistet es bei der Entspannung von 65 auf io ata das Zehnfache, also 35 00o kW. Bei einer Anlage, die den Abb. .4 und 5 entspricht, ist das ohne weiteres erreichbar, ohne daß das Kreislauftreibmittel auch nur teilweise ausgewechselt zu werden braucht und ohne daß die Höchsttemperatur auf 55o bis 6oo° C, wie bei der Wärmeübertragung durch druckfeste Wände hindurch, beschränkt ist.Since the materials determine the maximum permissible temperatures and, through this, the expansion ratio, the still permissible circumferential speed of a single-crowned turbine wheel and, to a certain extent, the length of the turbine blades, the output of a single-crowned turbine wheel cannot be increased at will as long as it is relaxed to external air pressure. But if the same cycle takes place with the same expansion ratio in a higher voltage area, the throughput weight and thus the power of the turbine wheel increases in relation to the voltage. If a turbine wheel produces 3500 kW when the propellant gases are expanded from 6.5 to i ata, it produces ten times as much when the pressure is increased from 65 to io ata, i.e. 35,000 kW. With a system that corresponds to Figs. 4 and 5, this can be easily achieved without the circulating propellant needing to be replaced even partially and without the maximum temperature of 55o to 600 ° C, as is the case with heat transfer through pressure-resistant walls through, is limited.

Eine noch weitere Steigerung der Leistung bei gegebener Spannung ist dadurch möglich, daß in an sich bekannter Weise ein schwereres Gas als Luft, beispielsweise Kohlendioxyd oder Argon, für den Turbinenkreislauf verwendet wird. Bei Kohlendioxyd statt Luft steigt die Leistung bei gleichen Spannungen auf das reichlich i,5fache. Bei dem obigen Beispiel würde die Leistung damit bei 65 ata Höchstspannung auf 52 500 kW steigen.A still further increase in the power at a given voltage is possible in that a heavier gas than air, for example carbon dioxide or argon, is used for the turbine circuit in a manner known per se. With carbon dioxide instead of air, the power increases by a good 1.5 times at the same voltages. In the above example, the power would thus rise at 65 ata high voltage to 52 500 kW.

Bei Umschalt-Regeneratoren geht bei der Erhitzung des hochverdichteten Treibmittels im Regenerator R2 jedesmal ein wenig verloren, das durch einen kleinen Verdichter wieder in den Kreislauf hineingedrückt werden muß.With switch-over regenerators, the heating of the highly compressed Propellant lost a little each time in the R2 regenerator, due to a small one Compressor must be pushed back into the circuit.

Zur Verminderung des Umschaltverlustes des Hochtemperatur-Regenerators R2 empfiehlt es sich, nach der Erhitzung des hochgespannten Turbinenkreislaufmittels vor der Umschaltung auf Wiedererhitzung der Wärmespeichermasse des Regenerators R2 die noch im Regenerator enthaltene Menge an hochgespanntem Turbinenkreislaufmittel höher Temperatur in den niedriggespannten Teil des Kreislaufes zu entlassen.To reduce the switching loss of the high temperature regenerator R2 is recommended after the high-pressure turbine circuit fluid has been heated before switching over to reheating the heat storage mass of the regenerator R2 the amount of high-pressure turbine circuit fluid still contained in the regenerator higher temperature in the lower stressed part of the circuit.

Die Umschaltverluste, besonders des Hochtemperatur-Regenerators R2 (Abb. 4), können auch dadurch vermindert werden, daß die in der Zeiteinheit durch die Regeneratoren geführten Gasgewichte kleiner gewählt werden als das durch die Turbine strömende Gasgewicht. Dieses ist möglich, weil die Temperatur des Treibmittels vor den dem Laufrad der Turbine vorgeschalteten Entspannungsdüsen mit Rücksicht auf die gegenwärtig zur Verfügung stehenden Werkstoff 95ö° C kaum übersteigen darf. Die als Wärmespeichermasse verwendeten hbchhitzebeständigen Stähle oder keramischen Stoffe vertragen aber Temperaturen von z. B. i2oo° C. Es ist daher möglich, einen Teil der ini Regenerator R1 auf z. B. 65o° C erwärmten Luft im Regenerator R2 auf ungefähr i2oo° C zu erwärmen und hinterher mit dem anderen Teil der vom Regenerator R1 kommenden Luft so zu mischen, daß eine Temperatur von 95o° C entsteht. Es brauchen dann nur 54,6% des in der Zeiteinheit durch die Turbine gehenden Gasgewichtes durch den Regenerator R2 geführt zu werden. Danach kann auch bei der Anlage nach Abb. 4 das in der Zeiteinheit durch den Niederdruckkreislauf II geführte Luftgewicht auf 54,6% beschränkt werden, wodurch auch das Gebläse G und der Regenerator oder Oberflächenwärmetauscher R3 (Rekuperator) für die kleinere Gasmenge bemessen werden können. Auch ein Oberflächenwärmetauscher ist für R3 möglich, weil auf beiden Seiten der Wärmeaustauschwandungen nahezu die gleiche Spannung, nämlich beinahe die Spannung der Außenluft, herrscht.The switching losses, especially of the high temperature regenerator R2 (Fig. 4), can also be reduced by the fact that the unit of time by the regenerators run gas weights are chosen smaller than that by the Turbine flowing gas weight. This is possible because of the temperature of the propellant in front of the expansion nozzles upstream of the impeller of the turbine with consideration on the currently available material may hardly exceed 95 ° C. The heat-resistant steels or ceramic used as heat storage mass However, fabrics tolerate temperatures of z. B. i2oo ° C. It is therefore possible to have a Part of the ini regenerator R1 on z. B. 65o ° C heated air in the regenerator R2 to heat about i2oo ° C and afterwards with the other part of the regenerator R1 to mix incoming air so that a temperature of 95o ° C is created. Need it then only 54.6% of the gas weight passing through the turbine in the unit of time the regenerator R2 to be guided. After that, the system according to Fig. 4 the air weight passed through the low pressure circuit II in the unit of time be limited to 54.6%, whereby the fan G and the regenerator or Surface heat exchanger R3 (recuperator) can be dimensioned for the smaller amount of gas can. A surface heat exchanger is also possible for R3 because it is on both sides the heat exchange walls have almost the same voltage, namely almost the same voltage the outside air prevails.

Auch bei einer Anlage nach Abb. i oder 3 kann die Größe der Regeneratoren R1 und - R2 dadurch beschränkt werden, daß nur ein Teil der Treibgase im Regenerator erhitzt wird, dafür aber auf eine um so höhere Temperatur, um dann mit den um den Regenerator herumgeführten Teil der Treibgase hinter dem Regenerator vermischt zu werden, wobei das Mischungsverhältnis so gewählt ist, daß sich nach der Mischung die für die Turbinenbeaufschlagung erwünschte Temperatur ergibt. Für die Aufheizung kann dabei das durch Brennkammer und Regenerator geführte Gasgewicht ebenso groß gewählt werden wie der im Regenerator zu erwärmende Treibluftteil. Beim Regenerator R2 (Abb. i und 3) kann ein Teil der Abluft der Turbine T2 um die Brennkammer B2 und Regenerator R2 herum zur Brennkammer Bi geführt werden, wobei vorteilhaft in erster Linie diese noch nicht durch Verbrennungsgase verunreinigte Luft für die Verbrennung in der Brennkammer Bi benutzt wird, während ein anderer Teil, in erster Linie der mit Verbrennungsgasen verunreinigte Teil, um die Brennkammer B und! den Regenorator R1 herumgeführt werden kann (A#bb. 3).Even with a system according to Fig. I or 3, the size of the regenerators R1 and R2 are limited by the fact that only part of the propellant gases in the regenerator is heated, but to a higher temperature, in order to then with the around the Regenerator led around part of the propellant gases mixed up behind the regenerator be, the mixing ratio is chosen so that after mixing results in the temperature desired for the turbine admission. For heating up The weight of the gas passed through the combustion chamber and regenerator can be just as great can be selected like the propellant air part to be heated in the regenerator. At the regenerator R2 (Fig. I and 3) can part of the exhaust air of the turbine T2 around the combustion chamber B2 and regenerator R2 are led around to the combustion chamber Bi, advantageously in primarily this air that has not yet been polluted by combustion gases for the Combustion in the combustion chamber Bi is used, while another part, in the first place Line the part contaminated with combustion gases to the combustion chamber B and! the Regenorator R1 can be led around (A # fig. 3).

Bei einer möglichst vorteilhaften Bemessung, besonders des Hochtemperatur-Regenerators R2, ist auch noch zu berücksichtigen, daß der Spannungsverlust beim Durchgang des Gases im Verhältnis der Spannung, unter dem das Gas steht, steigt, aber im quadratischen Verhältnis von der Geschwindigkeit abhängt. Auch der Wärmeübergangswert steigt mit der Spannung. Da nun das Gasvolumen bei gleicher Temperatur im Verhältnis der Spannung abnimmt, wird bei gegebenem Strömungsquerschnitt der Strömungswiderstand, da sich das Sinken der Geschwindigkeit quadratisch geltend macht, im Verhältnis der Spannung abnehmen (Abb. i, 3, 4).With the most advantageous dimensioning possible, especially of the high-temperature regenerator R2, it must also be taken into account that the voltage loss when passing through the Gas in the ratio of the voltage under which the gas is, increases, but in the square Ratio depends on the speed. The heat transfer value also increases the tension. Since now the gas volume at the same temperature in the ratio of the voltage decreases, the flow resistance for a given flow cross-section, since the decrease in speed asserts the square of the ratio of tension remove (fig. i, 3, 4).

Dieses kann für' die Beschränkung der Größe des Regenerators R2 in der Weise ausgenutzt werden, daß die Zeiten für den Durchgang des hochgespannten Turbinentreibmittels kurz im Verhältnis zur Durchgangszeit der Verbrennungsgase hoher Temperatur, aber niedriger Spannung gewählt werden, beispielsweise halb so lang. Bei einem aus mindestens drei, besser vier Einheiten bestehenden Regenerator R2 können die Schaltzeiten so gewählt werden, daß die hochgespannten Treibgase hauptsächlich nur durch eine Regeneratoreinheit, die niedriggespannten Verbrennungsgase dagegen durch zwei Einheiten strömen, so daß sich die Strömungsquerschnitte wie i : 2 verhalten.This can be used for 'restricting the size of the regenerator R2 in the way that the times are taken advantage of for the passage of the high tension Turbine propellant short in relation to the transit time of the combustion gases high temperature but low voltage can be selected, for example half as much long. In the case of a regenerator consisting of at least three, better four, units R2, the switching times can be selected so that the high-tension propellant gases mainly only through a regenerator unit, the low-tension combustion gases on the other hand flow through two units, so that the flow cross-sections behave as i: 2.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Combustion turbine system with at least one high-pressure combustion turbine, the exhaust gas pressure of which significantly exceeds the outside air tension, in which all turbines belonging to the system are exposed to a pure propellant that is not contaminated by combustion gases and whose composition is not impaired, in whose circuit the exhaust gas heat to heat the highly compressed. Gases is used, characterized in that all turbines are charged with propellant of maximum temperature using switchable heat storage, which are heated by combustion gases at a voltage slightly exceeding the outside air.

2. Combustion turbine system according to claim i with at least a high and at least one low pressure turbine, characterized in that for both turbines or turbine groups equipped with heat storage mass, periodically switchable regenerators are provided for heating the propellant gases, the by means of the exhaust gases of the low-pressure turbine, which are heated before each entry are heated in the regenerator mass by fuel (Fig. i and 2),

3. Combustion turbine plant according to claim 2, characterized in that for the first part of the preheating the compressed air coming from the compressor to limit the regenerator volume a known surface heat exchanger (recuperator) is provided is, in which the exhaust gases from the regenerator give off most of their remaining heat.

4. Combustion turbine system according to claim i, in which a closed high-pressure circuit with an outlet voltage of the turbine that significantly exceeds the outside air tension and an open low pressure circuit are provided, the last of which is only the Propellant heating of the high pressure circuit is used, characterized in that both circuits only through a high-temperature regenerator working with periodic switching are chained together.

5. Combustion turbine plant according to claim 4, wherein the low-pressure circuit, which is only used for heat exchange, has a fan for the conveyance the air to overcome the flow resistance of the heat exchanger and with periodic Switching regenerators has, characterized in that the with Switching over working regenerator (R3) for the heating by the fan (G) conveyed air down to approximately the expansion temperature of the high-pressure turbine (T) through the low-pressure exhaust gases from the high-temperature regenerator operating with periodic switching (R2) is provided, which is heated by the combustion gases of the combustion chamber (B), serves to warm the high-pressure turbine propellant gases up to the maximum temperature, while a high-pressure / low-temperature regenerator (R1) working with switching for the transfer of the exhaust air heat from the turbine (T) to the compressor (h) compressed air is provided.

6. Combustion turbine system according to claim 5, characterized in that when using gaseous fuel this through a fan that only overcomes the low flow resistance of the circuit is promoted.

7. Combustion turbine plant according to claim 4, characterized in that that a gas for the closed high pressure circuit in a manner known per se with a higher specific weight than air is used.

S. Combustion turbine plant according to claim 4 or one of the following, characterized in that the from the Turbine cycle gas containing water vapor in the cooler (K) before re-entry into The water separated from the compressor (h) as condensate by the intercooler of the compressor-led circuit of the cooling water is fed back through the final compressed air of the compressor is cooled back.

9. Combustion turbine plant according to claim 4 or one of the following, characterized in that in the high-temperature regenerator (R2) turbine circuit resources lost during switchover due to a small one Compressor in the circuit expediently pushed into the exhaust pipe of the turbine will. ok

Combustion turbine plant according to Claim 4 or one of the following, characterized characterized in that the high-temperature regenerator (R2) before switching on Reheating existing high-voltage turbine circuits into the low-voltage ones Part of this cycle is released before the heating gases enter the regenerator (R2) be admitted. i i.

Method for the operation of combustion turbine plants according to Claim i, characterized in that in the equipped with heat storage mass High-temperature regenerators only use part of the propellant to be heated The application temperature of the turbine is heated out and then downstream of the regenerator with the part led around the high-temperature regenerator to achieve the correct application temperature is mixed. 1a.

Method according to claim ii, characterized in that the gas weight used to heat the regenerator chosen to be equal to the part of the propellant gas to be heated that is passed through the regenerator will.

13. Combustion turbine plant according to claim a, characterized in that only part of the exhaust air from the low-pressure turbine (T2) through the one upstream of this turbine Regenerator (R2) together with combustion chamber (B2), the rest of the exhaust air directly to the combustion chamber (B1) and regenerator (R1) belonging to the high pressure turbine (T1) is led to primarily serve the purpose of incineration, while the dated Regenerator (R2) of the low pressure turbine coming combustion gases completely or to Part led around the combustion chamber (Bi) and regenerator (R1) of the high-pressure turbine be, with expediently the part of the part to be heated which is passed through the regenerator Propellant weight chosen equal to the heat-emitting part of the gases in the regenerator will.

14. Combustion turbine system according to claim z or 13, characterized in that the exhaust air of the low-pressure turbine (T2) in the first place of the combustion chamber of the high-pressure turbine with associated regenerator (R1) and in the second place of the combustion chamber (B2) of the low-pressure turbine (T2) together with the associated regenerator (R2) is supplied.

15. Combustion turbine system according to claim 4 and i i, characterized in that that the gas weight passed through the open low pressure circuit (II) is equal to the Partial gas amount is selected, which is heated by the high-temperature regenerator (R2) will.

16, switchover regenerator equipped with heat storage mass for the combustion turbine systems according to claim i or one of the following, characterized in that the switchover times are chosen such that they are shorter for the high-tension propellant to be heated than for the low-tension heat-emitting heating means. Cited publications: German Patent No. 695 838; Swiss patents No. 270 344; 269 6oo, 265 943, 243 69o, 204 0 37, 93 085; British Patent No. 649_639.