DEL0014443MA

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Publication number: DEL0014443MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 19. Januar 1953 Bekanntgemacfat am 23. August 1956Registration date: January 19, 1953 Announced on August 23, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Bekannte Gasturbinenanlagen mit geschlossenem Kreislauf arbeiten nach folgendem Prinzip: Ein verdichtetes Gas, im folgenden als Arbeitsmittel bezeichnet, wird in einem Erhitzer auf eine hohe Temperatur gebracht und in einer Gasturbine unter Arbeitsleistung entspannt. Das Abgas der Gasturbine, das eine relativ hohe Temperatur besitzt, wird zum Vorwärmen des Hochdruckkreislaufarbeitsmittels verwendet und weiter durch andere ίο Kühlmittel gekühlt und sodann einem Verdichter zugeführt. Das verdichtete Arbeitsmittel wird sodann durch einen Regenerativwärmeaustauscher geleitet, wo es sich durch das genannte Abgas der Gasturbine vorwärmt, um anschließend im Erhitzer weiter erhitzt zu werden. Die Verdichtung des Arbeitsmittels erfolgt gewöhnlich in Axial-, Radialoder Drehkolbenverdichtern.Known gas turbine systems with closed circuit work according to the following principle: A compressed gas, hereinafter referred to as working fluid, is in a heater to a high Brought temperature and relaxed in a gas turbine with work performance. The exhaust gas from the gas turbine, which has a relatively high temperature is used to preheat the high pressure cycle working fluid used and further cooled by other ίο refrigerants and then a compressor fed. The compressed working medium is then passed through a regenerative heat exchanger where it is preheated by the said exhaust gas of the gas turbine, to then in the heater to be further heated. The compression of the working medium usually takes place in axial, radial or Rotary lobe compressors.

Es sind auch Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Spannungsenergie aus Wärme bereits vorgeschlagen worden. Es wurde z. B. ein Verfahren vorgeschlagen, nach dem Gase oder Dämpfe bei höheren Temperaturen expandieren, wobei die Dehnungsarbeit in kinetische Energie umgesetzt wird, und anschließend mit Hilfe derselben Energie bei niedrigerer Temperatur wieder verdichtet werden. Zur Durchführung dieser Verfahren werden grundsätzlich besondere Wärmequellen verwendet.There are also methods and devices for generating tension energy from heat has already been proposed. It was z. B. proposed a method after the gases or Vapors expand at higher temperatures, doing the work of expansion into kinetic energy is converted, and then again with the help of the same energy at a lower temperature be condensed. In principle, special heat sources are used to carry out these processes used.

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Um die Abgase einer Gasturbine wirtschaftlich verwerten zu können, d. h. die anfallende Wärmeenergie zur Rückverdichtung der Gase zu benutzen, ist ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsmittels bekannt, nach welchem die Verdichtung der Turbinenabgase durch Umwandlung der Turbinenabgaswärme in kinetische und Spannungsenergie in einem Düsensystem erfolgt, in dem das Abgas ίο nahezu adiabatisch expandiert und nahezu isothermisch verdichtet wird.In order to be able to use the exhaust gases from a gas turbine economically, d. H. the resulting thermal energy Using it to recompress the gases is a method for operating a gas turbine system known with a closed circuit of the working medium, after which the compression of the Turbine exhaust by converting the turbine exhaust heat into kinetic and tension energy takes place in a nozzle system in which the exhaust gas ίο expands almost adiabatically and almost isothermally is compressed.

Die Erfindung knüpft an ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsmittels an, bei dem die Verdichtung der Turbinenabgase durch Umwandlung .der Turbinenabgaswärme, in kinetische und Spannungsenergie in einem Düsensystem erfolgt, in dem das Abgas nahezu adiabatisch expandiert und nahezu isothermisch verdichtet wird. Die Erfindung besteht nun darin, daß das Düsensystem gleichzeitig zum Ansaugen des Zusatzarbeitsmittels verwendet wird und zu diesem Zweck an geeigneter Stelle mit Öffnungen versehen ist. Es empfiehlt sich dabei, die Ansaugeöffnungen zum Ansaugen des Zusatzarbeitsmittels an eine Stelle des Düsensystems zu legen, an der der statische Druck etwa auf der Höhe des atmosphärischen Druckes oder geringfügig niedriger liegt und das Kreislaufarbeitsmittel eine hohe Geschwindigkeit besitzt.
Durch eine derartige Anordnung gestaltet sich die Regelung der Gasturbinenanlage durch Änderung des Vakuums über eine Einlaß- und eine beliebige Ausblasevorrichtung für das Arbeitsmittel aus dem Kreislauf sehr einfach. Ein besonderer Zusatzluftverdichter fällt zudem fort.The invention is based on a method for operating a gas turbine system with a closed circuit of the working medium, in which the compression of the turbine exhaust gases takes place by converting the turbine exhaust gas heat into kinetic and tension energy in a nozzle system in which the exhaust gas expands almost adiabatically and is almost isothermally compressed . The invention consists in that the nozzle system is used at the same time to suck in the additional working medium and is provided with openings at a suitable point for this purpose. It is advisable to place the suction openings for sucking in the additional working fluid at a point in the nozzle system where the static pressure is approximately at the level of atmospheric pressure or slightly lower and the circulating fluid has a high speed.
Such an arrangement makes it very easy to regulate the gas turbine system by changing the vacuum via an inlet device and any blow-out device for the working medium from the circuit. There is also no need for a special additional air compressor.

An Hand der Zeichnung wird ein Beispiel des Verfahrens näher erläutert. Durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vakuumpumpe, die an die Leitung 9 angeschlossen ist, wird im Ringraum 12, der mit dem zylindrischen Mittelstück über mehrere Bohrungen in Verbindung steht, welches zwischen der Entspannungs- und der Verdichterdüse liegt, ein Vakuum hergestellt. Das Abgas der Gasturbine 2 strömt infolgedessen auf das im zylindrischen Mittelstück des Düsensystems herrschende Vakuum zu. Die Expansion in der Entspannungsdüse erfolgt dabei nahezu adiabatisch, wenn entsprechende Isolierungen vorgesehen sind. Bei 6 wird die größte Geschwindigkeit des Strömungsvorganges erreicht, die bis 7- gleichbleibt. Das Entspannungsverhältnis ist so gewählt, daß die Temperatur des strömenden Arbeitsmittels, nachdem es seine größte Geschwindigkeit bei 7 erreicht hat, der Temperatur der zur Verfügung stehenden Kühlmittel entspricht. Von 7 bis 8 wird in der Verdichterdüse unter gleichzeitiger Abführung von Wärme isothermisch verdichtet, wobei eine weitgehende Annäherung an die Isotherme erstrebt werden soll. Die Abführung der Wärme erfolgt beispielsweise durch Kühlwasser. Bei 8 ist die größte Verdichtung erreicht. Die Energie des verdichteten Arbeitsmittels entspricht dem Unterschied der bei der adiabatischen Expansion des heißen Arbeitsmittels frei gewordenen und der bei der isothermischen Verdichtung des gekühlten Arbeitsmittels aufgewendeten Arbeit. Das verdichtete Arbeitsmittel wird im Erhitzer 1 erhitzt, in der Gasturbine 2 unter Arbeitsleistung entspannt und wiederum dem Düsensystem zugeführt, um den Kreislauf von neuem zu beginnen. 'An example of the method is explained in more detail using the drawing. Through one in the Drawing not shown vacuum pump, which is connected to the line 9, is in the annulus 12, which is connected to the cylindrical center piece via several bores, which is located between the expansion and the compressor nozzle, a vacuum is established. The exhaust the gas turbine 2 flows as a result of the prevailing in the cylindrical center piece of the nozzle system Vacuum too. The expansion in the expansion nozzle takes place almost adiabatically, if appropriate insulation is provided. At 6 the maximum speed of the flow process is reached, which remains the same until 7-. The relaxation ratio is chosen so that the temperature of the flowing working fluid after it has reached its maximum velocity at 7 corresponds to the temperature of the available coolant. From 7 to 8 will be isothermally compressed in the compressor nozzle with simultaneous dissipation of heat, wherein a close approximation to the isotherm should be sought. The heat is dissipated for example by cooling water. At 8 the greatest compression is achieved. The energy of the compressed working medium corresponds to the difference in the adiabatic expansion of the hot working fluid released and that during isothermal compression of the cooled one Work equipment expended work. The compressed working medium is heated in the heater 1, relaxed in the gas turbine 2 while performing work and in turn fed to the nozzle system, to start the cycle all over again. '

Die Regelung der Gasturbinenanlage erfolgt durch Änderung des Vakuums sowie mittels der Einlaß- oder Ausblasevorrichtung von Arbeitsmitteln aus dem Kreislauf; Das Ausblasen des Arbeitsmittels kann an einer beliebigen Stelle des Kreislaufes erfolgen, vorausgesetzt, daß der dort herrschende Druck über dem atmosphärischen liegt. In der Zeichnung ist zur Abführung von Arbeitsmitteln eine Leitung 15 hinter der Gas-■ turbine 2 als Beispiel eingezeichnet. Zur Zuführung von Arbeitsmitteln wird zweckmäßig eine Stelle gewählt, an der der Druck etwa auf der Höhe des atmosphärischen Druckes liegt und das Kreislaufarbeitsmittel eine hohe Geschwindigkeit besitzt, so daß hierdurch beim Offnen der Leitung zur Atmo-Sphäre das Zusatzarbeitsmittel, in diesem Falle Luft, durch das Düsensystem selbst angesaugt wird. Nach der Zeichnung ist hierfür die Leitung 14 vorgesehen.The gas turbine system is regulated by changing the vacuum and by means of the Inlet or blow-out device for working fluids from the circuit; Blowing out the Work equipment can take place at any point in the circuit, provided that there the prevailing pressure is above atmospheric. The drawing shows the discharge of Working means a line 15 behind the gas ■ turbine 2 shown as an example. A point is expedient for the supply of work equipment selected at which the pressure is approximately at the level of atmospheric pressure and the circulatory working medium has a high speed, so that when the line is opened to the atmosphere the additional working fluid, in this case air, is sucked in through the nozzle system itself will. According to the drawing, the line 14 is provided for this purpose.

Claims

PATENT CLAIMS: Publications under consideration: German Patent Specifications Nos. 586391, 491 156, 307359, 186535; Swiss Patent No. 134462; French patent specification No. 954093.

1. Process for operating a gas turbine system with a closed circuit of the Ar-, by means of which the compression of the turbine exhaust gases by converting the turbine exhaust gas heat takes place in kinetic and tension energy in a nozzle system in which the exhaust gas expands and almost adiabatically is almost isothermally compressed, characterized in that the nozzle system is simultaneously is used to suck in the additional work medium and for this purpose at a suitable one Place is provided with openings.

2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that that the suction openings for sucking in the additional working medium are located at a point in the nozzle system at which the static Pressure is approximately at the level of atmospheric pressure or slightly lower and the circulatory working fluid has a high speed.

1 sheet of drawings