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System der Gasturbinen. für leicht transportable energetische Einrichtungen
Gegenstand der Erfindung ist ein System der Gasturbinen für leicht transportable energetische Einrichtungen, bei dem in wirtschaftlich vorteilhafter Weise das Problem des Anlassens der Hauptanuiebs- einheit und des Inbetriebsetzens der gesamten Einrichtung gelöst ist.
Die Gasturbinen eignen sich wegen ihres kleinen Gewichtes und wegen nicht zu grosser Abmessungen besonders gut zur Verwendung als transportable Energiequellen, die für sehr mannigfaltige Zwecke und unter verschiedenen Betriebsbedingungen benutzt werden können. Als Beispiele können die in Form von Kraftanlagen auf Zügen oder Schiffen gebauten transportablen Kraftwerke, Baukastenzentralen oder Kraftwerke u. ähnl. genannt werden. Für derartige Einrichtungen gestaltet sich das Problem des Anlassens una des Inbetriebsetzens der gesamten Einrichtung in mancher Hinsicht ganz anders als bei den üblichen Energiequellen. Jedenfalls wird ein schnelles Anlassen und Inbetriebsetzen gefordert, wobei diese beiden Vorgänge unabhängig von den äusserenEnergiequellen und auch in denkbar ungünstigen Bedingungen ablaufen müssen.
Die oben erwähnten Probleme waren bisher gewöhnlich derart gelöst, dass zum Anlassen ein zusätzlicher Diesel-Motor verwendet wurde, der mit einem aus einer Akkumulatorenbatterie gespeistenAnlasser versehen war. Das Anlassen des Diesel-Motors kann auch mittels eines Schwungrad-Anlassers verwirklicht werden, der von Hand in Drehung gesetzt wird. Eine derartige Lösung des Problems kann nur dann als befriedigend angesehen werden, wenn die betreffende energetische Einrichtung unter üblichen Temperaturbedingungen in Betrieb gesetzt wird, sie versagt aber bei grösserer Kälte. Die Anwendbarkeit der gesamten Energiequelle wird dadurch natürlich sehr begrenzt.
Um die Bedingungen zum Anlassen der ähnlichen energetischen Einrichtungen zu verbessern, wird in der letzten Zeit die Benützung kleiner Anlassgasturbinen verschiedener Ausführung (z. B. gemäss der Schweizer Patentschrift Nr. 304145 oder der deutschen Patentschrift Nr. 849043) erwogen.
Wenn das Anlassen auch bei ausserordentlich niedrigen Temperaturen gesichert werden soll, muss die Energiequelle samt der Verbrennungsturbine mit einer besonderen Erwärmungsvorrichtung ergänzt werden, die imstande ist, die Temperatur aller Bestandteile der Einrichtung derart zu erhöhen, dass ein zuvorlässiges Anlassen ermöglicht wird. Bekanntlich ist es notwendig, nicht nur den mechanischen Teil des Aggregates, sondern auch seinen elektrischen Teil samt Zubehör beider Art genügend vorzuwärmen. Zu diesen Massnahmen gehört natürlich auch die geeignete Vorwärmung des Brennstoffes und des Schmieröls. Dadurch werden aber zugleich das Gewicht und die Anschaffungskosten der Energiequelle erhöht, abgesehen da von, dass die Bedienung und Erhaltung einer solchen Einrichtung sich viel komplizierter gestalten.
Die eben erwähnten Nachteile und Fehler der bisherigen Einrichtungen werden nach der Erfindung dadurch beseitigt, dass eine leicht transportable energetische Zentrale als ein System zweier Verbrennungturbinen von verschiedener Leistung geschaffen wird. Dabei ist die kleinere Einheit als Hilfsaggregat von niedriger Leistung ausgelegt, die als Quelle der elektrischen, mechanischen und kalorischen Energie zur Erwärmung und zum Anlassen der Haupteinheit dient. Die Niederleistungsturbine ermöglicht leichtes Anlassen sogar bei ausserordentlich niedrigen Temperaturen, das entweder von Hand, oder mittels eines kleinen elektrischen Anwurfmotors oder schliesslich mit Hilfe eines pyrotechnischen Anlassers durchgeführt werden kann.
Der elektrische Anwurfmotor kann dabei aus einer nicht zu grossen Akkumul8. torenbat-
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terie gespeist werden. Der Brennstoff in der Verbrcnn ngskammer einer solchen Turbine kann entweder elektrisch, oder mit Hilfe einer geeigneten Fackel bzw. Lunte gezündet werden. Das Anlassen kann also auch ohne Benützung der Hilfsakkumulatoren sichergestellt werden. Man soll dabei beachten, dass die Akkumulatoren. für den Betrieb bei sehr niedrigen Temperaturen äusserst ungeeignet sind. Die Gasturbine
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gesamte Einrichtung in Bau und Bedienung vereinfachen. Ausserdem kann man dadurch die verlässliche Inbetriebsetzung des Hauptaggregates auch unter den ungünstigsten Temperaturbedingungen versichern.
Der Erfindungsgegenstand soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert und beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt das kalorische Schaltbild des einfachsten Systems zweierGaFturbinen nach der Erfindung.
Der axiale Kompressor 1, die Brennkammer 2 und die Turbine 3 bilden zusammen die Hauptgasturbine, die den elektrischen Generator 4 über die Kupplung 5 treibt. Zur Vorwärmung und zum Anlasser dieses Aggregates dient die Hilfsgasturbine, die aus dem Kompressor 6, der Brennkammer 7 und der Turbine 8 besteht. Dabei kann die Turbine 8 mit der Welle der Hauptgasturbine mittels der Zahnradübersetzung 9 und der ausschiebbaren Kupplung 10 gekuppelt werden. Die aus der Turbine 8 abfliessenden Auspuffgase
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mes, in welchem die energetische Zentrale untergebracht ist. Die Mischung wird auch in den Saugraum des Kompressors 1 geleitet, wodurch die Erwärmung der aus den Einheiten 1, 2 und 3 bestehenden Hauptgasturbine beschleunigt wird.
Die eben beschriebene Anordnung besitzt den Nachteil, dass zur Erwärmung des Raumes, in dem sich die energetische Zentrale befindet, die Mischung der Luft mit der. Auspuffgasen verwendet wird, was hygienisch als sieht einwandfrei zu betrachten ist. Diesen Nachteil beseitigt die in Fig. 2 veranschaulichte Anordnung, in der die Auspuffgase die Heizluft indirekt erwärmen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht die Hauptgasturbine, ähnlich wie in Fig. l, aus dem Kompressor 1, der Brennkammer 2 und Turbine 3.
Die Turbine 3 treibt den elektrischen Generator 4 mittels der Kupplung 5. Die Hilfsgasturbine ist von dem Kompressor 6, der Brennkammer 7 und Turbine 8 gebildet. Mittels der Übersetzung 9 und der Kupplung 10 kann die Hilfsgasturbine zum Zwecke des Anlassens mit der Welle der Hauptga. turbine verbunden werden. Die Wärme der aus der Hilfsgasturbine abfliessenden Auspuffgase wird in dem Wärmeaustauscher i2 zur Erhitzung der Luft verwendet, die den Raum der energetischen Zentrale erwärmt. Durch Einleitung dieser erwärmten Luft in den Kompressor 1, in die Brennkammer'2 und in die Turbine 3 wird die Erwärmung des gesamten Maschinensatzes beschleunigt.
Die Erwärmung des Brennstoffes und des Schmieröls für die Hauptgasturbine wird in den in Fig. l und 2 gezeigten Fällen z. B. durch geeignete Vorwärmer gesichert, zu deren Erhitzung die Auspuffgase der Hilfsgasturbine verwendet werden.
. Falls die Hauptgasturbine mit dem Wärmeaustauscher versehen ist, kann das erfindungsgemässe System zweier Gasturbinen vorteilhaft nach Fig. 3 angeordnet werden. In Fig. 3 bedeutet 1 den Kompressor, i4
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Die Hilfsgasturbinegasturbine bei ihrer Erwärmung gedreht werden oder kann der Anlauf der Turbine 3 bei dem Anlassvorgang gesichert werden. Die aus der Turbine 8 abfliessenden Auspuffgase werden in den Hilfsyorwärmer 12 eingeführt, in dem die zur Erwärmung des Raumes der energetischen Zentrale und zur Vorwärmung der elektrischen Anlage nötige Luft erhitzt wird. Aus dem Vorwärmer 12 strömen die Auspuffgase durch die Rilck- schlagklappe oder durch eine andere geeignete Sperrvorrichtung13 in den Wmeaustauscher14derHaupt- gasturbine. Der Erw.
rmnngs- und Anlaufvorgang des soeben beschriebenen Systems ist folgender :
Zuerst wird der Anlauf der aus dem Kompressor 6, der Brennkammer 7 und der Turbine 8 bestehenden Hilfsgasturbine eingeleitet. Nach dem Anlauf dieses Teiles des Aggregates bewirkt die Zentrifugal-Kupp lung 15 das Einschalten des Generators 16, so dass für die gesamte Einrichtung der elektrische Strom zur Verfügung steht. Der elektrische Strom dient einerseits zur Erwärmung des Schmieröls und des Brennstoffes für die Hauptgasturbine, anderseits zum Antrieb der Ventilatoren, die den Umlauf der Heizluft sichern.
Die Heizluft wird von den Auspuffgasen der Hilfsgasturbine erhitzt, was in dem Wärmeaustauscher 12 geschieht. Zugleich erwärmt sich der Wärmeaustauscher 14 der Hauptgasturbine. Nachdem das Schmieröl genügend erwärmt wurde, kann die Hilfsschmierpumpe der Hauptgasturbine in Betrieb gesetzt werden, wonach das Aufdrehen und die Erwämnmg der Hauptgasturbine 3 beginnen kann. Zu diesem Zwecke wird die Kupplung 10 eingeschaltet, so dass die teilweise belastete Hilfsgasturbine mittels der Übersetzung 9 die Welle der Hauptturbine'3Jn Drehung setzt. Nun beginnt der Kompressor 1 die in dem Vorwärmer 12 er-
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wärmte Luft aufzusaugen. Die Luft wird dann noch in dem Wärmeaustauscher 14 weiter erhitzt, wodurch die schnelle Vorwärmung der Brennkammer 2 und der Turbine 3 gesichert wird.
Nachdem die gesamte Einrichtung in genügendem Masse vorgewärmt wurde (wobei die Vorerwärmung durch Zündung eines ge- eigneten Hilfsbrenners in der Brennkammer2 gesteigert werden kann), ka n der eigen. e Anlaufvorgang be - ginnen, wozu die volle Leistung der Hilfsgasturbine ausgenutzt wird.
Die in den vorherigen Abschnitten erwähnten Anordnungen stellen nur einige Beispiele der praktischen
Durchführung des erfindungsgemässen Systems zweier Gasturbinen dar, die natürlich alle Möglichkeiten der für einzelne Fälle am meisten geeigneten Kombinationen bei weitem nicht erschöpfen. So z. B. kann die Hauptgasturbine mittels einen Hilfselektromotors gedreht werden, während das Anfahren an die Anlassgeschwindigkeit durch mechanische Verbindung der Hilfsgasturbine mit der Welle der Hauptgasturbine, und zwar mit Hilfe einer geeigneten Zahnrad-Übersetzung und der Kupplung, geschieht. Die Hilfsgasturbine kann auch als ein Aggregat mit zwei Wellen ausgelegt werden, das aus einer oder mehreren selbstständigen Nutzleistungsturbinen besteht.
Weder die zuletzt erwähnten noch die andern, an sich bekannten Modifikationen der konstruktiven Gestaltung oder der kalorischen Schaltung der gesamten Einrichtung und ihrer Einzelteile haben natürlich einen Einfluss auf das Wesen der Erfindung, das auf der Verbindung zweier Gasturbinen verschiedener Leistung beruht, wobei die kleine Einheit als Hilfsquelle der mechanischen, elektrischen und kalorischen Energie zum Erhitzen und Anlassen der Haupteinheit dient. In der Regel ist die Le. istung der Hilfseinheit kleiner als 20% der Leistung der Haupteinheit.
PATENTANSPRÜCHE :
1. System der Gasturbinen für leicht transportable energetische Einrichtungen, wie z. B. für auf Zügen, Schiffen od. dgl. befindlichen Kraftanlagen, für Baukastenzentralen oder Kraftwerke u. ähnl., die aus zwei Einheiten bestehen, deren Leistungsverhältnis mindestens 1 : 5 beträgt, wobei die kleinere der beiden Einheiten zum Anlassen der grösseren dient, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinere Einheit gleichzeitig als Quelle der kalorischen Energie ausgebildet ist, die zum Vorwärmen der ganzen Einrichtung vor dem Anlassen der grösseren Einheit nötig ist.