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Verfahren zum Betriebe von Verbremmugstnrbinen mit mehreren Drnkstufeu.
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bei der mehrstufigen Dampfturbine mit Zwischenüberhitzung, ist dann auch bei solchen Verbrennungs- turbinen mit mehreren Druckstufen die Möglichkeit gegeben, die Temperatur des bereits teilweise expandierten Treibmittels je zwischen zwei aufeinanderfolgendenDruckstufen oder Druckstufengruppen wieder zu steigern, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Turbine eine weitere Verbesserung erfahren muss.
Das bei der Dampfturbine mit Zwisehenüberhitzung angewendete Mittel der Oberflächenbeheizung
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grades nötigen hohen Temperaturen nicht erzielen.
Es ist deshalb schon der Vorschlag gemacht worden, in die erste Druekstufe der Verbrennungstur- bine ein Treibmittel mit so grossem LuftÜberschuss einzuführen, dass dieser Luftüberschuss nachher genügt, um neuen flüssigen oder festen Brennstoff, welcher je zwischen zwei aufeinanderfolgende Druckstufen oder Druekstufengruppen in das bereits teilweise expandierte Treibmittel eingeleitet wird, zu verbrennen.
Abgesehen von anderen Mängeln hat aber dieses bekannte Verfahren den schweren Nachteil, dass sich der Brennstoff, welcher-zwischen zwei aufeinanderfolgenden Druckstufen oder Druekstufengruppen in das bereits teilweise expandierte Treibmittel eingeleitet wird, mit der erforderlichen Verbrennungslutt
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stufe oder Druekstufengruppe der Verbrennungsturbine ein Treibmittel eingeführt wird, welches einen Überschuss an brennbaren Bestandteilen, dabei aber Luft'angel hat, und bei dem dann je zwischen zwei aufeinanderfolgenden Druckstufen oder Druckstufengruppen in das bereits teilweise expandierte Treib- mittel nur noch neue Verbrennungsluft eingeleitet wird, die an jeder solchen Stelle einen weiteren Teil der brennbaren Bestandteile des Treibmittels verbrennt.
Um die Temperatur des bereits teilweise axpandierten Treibmittels je zwischen zwei aufeinanderfolgenden Druckstufen oder Druckstufengruppen einer Turbine mit mehreren Druekstufen wieder zu steigern, ist auch noch folgendes Verfahren in Vorschlag gekommen. Der gesamte für die Turbine verwendete Brennstoff wird mit der erforderlichen Verbrennungsluft bei einem Drucke verbrannt, welcher gleich dem vor der ersten Druckstufe herrschenden Drucke ist. Ein Teil der erzeugten Verbrennungsgase kann dann als Treibmittel in die erste Druekstufe der Verbrennungsturbine eingeführt werden, wogegen der übrige Teil der heissen Verbrennungsgase zur stufenweisen Einführung in das bereits teilweise expan- dierte Treibmittel verwendet wird.
Dieses bekannte Verfahren hat aber neben andern Mängeln den schweren Nachteil, dass bei der Einführung der zur Temperatursteigerung verwendeten Verbrennungsgase in das bereits teilweise expandierte Treibmittel bedeutende Drosselungsverluste entstehen, die den Wirkungsgrad der Verbrennungsturbine in unzulässiger Weise herabdrücken.
Die Nachteile der bekannten Verfahren werden nun durch vorliegende Erfindung vermieden und es wird dabei ein hoher thermischer Wirkungsgrad angestrebt. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass wenigstens zwei Brennstoff-Luftgemische unter verschieden hohen Drücken gebildet und je bei gleichbleibendem Drucke verbrannt werden, und dass von den so entstandenen Verbrennungsgasen das Gas mit dem höchsten Drucke der ersten Druckstufe und jedes Gas mit niedrigerem Drucke einer seinem Drucke entsprechenden späteren Druekstufe als Treibmittel zugeführt wird, wobei die Temperatur des einer späteren Druckstufe zuzuführenden Verbrennungsgases hoher gehalten wird, als die des bereits teilweise expandierten Treibmittels,
welches aus der vorhergehenden Druckstufe herstromt und zwischen diesen beiden Stufen mit dem von aussen zugeführten Verbrennungsgas gemischt wird, worauf die so entstandene Treibmittelmischung im folgenden Turbinenteil expandieren gelassen wird. Das Druektem- peraturdiagramm des expandierenden Treibmittels weist also wenigstens bei einer späteren, d. h. nach der ersten Druckstufe kommenden Druckstufe ein sprunghaftes Ansteigen der Temperatur auf.
Dieses Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass als Treibmittel in die erste Druckstufe ein Gemisch aus dem mit dem höchsten Druck erzeugten Verbrennungsgas und aus Wasserdampf von ungefähr gleichem Druck eingeführt wird. Hiedurch erreicht man einerseits den Vorteil, dass die Temperatur des in die erste Druckstufe eingeführten Verbrennungsgases auf das für den Turbinenbetrieb zulässige Mass herabgesetzt wird, und anderseits ist auch der Nutzen einer Temperatursteigerung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Druckstufen um so grösser, je mehr Wasserdampf in dem bereits teilweise expandierten und dann wieder erwärmten Treibmittel enthalten ist.
Bei dem Verfahren nach vorliegender Erfindung führt nun zwar die aus der Turbine abziehende
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zu anderen Verbrennungsturbinenanlagen, nicht mehr nötig ist, weil die zur Verfügung stehende Abwärme allein schon genügt, um den erforderlichen Wasserdampf zu erzeugen.
Das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung kann ferner so ausgebildet werden, dass das einer späteren Druckstufe zuzuführende heisse Verbrennungsgas in so grosser Menge zwischen dieser und der vorhergehenden Druckstufe eingeführt wird, dass die Temperatur der zwischen diesen Stufen gebildeten
Mischung ungefähr derjenigen des Treibmittels vor der ersten Druckstufe der Turbine entspricht.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass d : 1s Treibmittelgemisch im letzten Turbinenteil auf Vakuum expandieren gelassen wird. Diese letztgenannte Form des Verfahrens kann so ausgeführt werden, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Druckstufen, wo heisses Verbrennung- gas als Treibmittel in die Turbine eingeführt wird, etwa atmosphärische Spannung aufrecht erhalten wird.
In diesem Falle benötigt man bei dei Bildung der unter atmosphärischer Spannung stehenden Verbren- nungsgase keinen Verdiehter für die Verbrennungsluft.
Ein Beispiel für eine Turbinenanlage, die nach dem vorliegenden Verfahren arbeitet, ist in der Zeichnung durch Fig. 1 schematisch dargestellt. Fig. 2 zeigt das Drucktemperaturdiagramm dieser Tur- binenanlage. Als Abszissen sind von links nach rechts die in einem mittleren Stromfaden herrschenden
Drücke, als Ordinaten die zugehörigen Temperaturen aufgetragen.
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mittels des Hoehdruck-Luftverdichters 12 zugeführt.. Im Räume. 9 werden beide miteinander gemischt und verbrannt. Das gebildete Verbrennungsgas hat nun aber noch eine zu grosse Temperatur, als dass es unmittelbar in der mehrstufigen Turbine als Treibmittel verwendet werden könnte. Deshalb wird dem
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mittelmisehung von für die Turbine zulässiger Temperatur entsteht.
Diese soll im vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel 1200 abs. betragen. Der erforderliche Wasserdampf wird der : Mischkammer 8 durch das
Rohr 14 zugeführt unter einem Drucke, der ungefähr gleich gross ist, wie der Druck des Verbrennungsgases. Im vorliegenden Beispiel möge dieser Druck 16 Atm. abs. betragen. Dieser Zustand wird im Diagramm Fig. 2 durch den Punkt A dargestellt.
Das aus der Mischkammer 8 kommende Gasdampf < f emisch expandiert dann in der ersten StufenGruppe 1 der Turbine unter Arbeitsleistung auf einen Druck von 4 \tm. abs. Die Temperatur des Gemisches ist hiebei auf etwa 890 abs. gesunken (Punkt B in Fig. 2). Um auch für die folgenden Druckstufen den thermischen Wirkungsgrad hochzuhalten, wird nun zwischen den Stufengruppen 1 und 11 der in der Gruppe 1 bereits auf 4 Atm. expandierten Treibmittelmischung aus der Verbrennungskammer 15 so viel heisses Verbrennungsgas von ebenfalls 4 \tm. Druck beigemischt, dass ein Gemisch entsteht, welches eine Temperatur hat, die etwa gleich gross ist, wie die \nfangstel1lperittur vor der ersten Stufengruppe, also 1200 abs.
(Punkt ein Fig. 2.) Ds zur Mischung dienende heisse Verbrennungsgas wird in der Vorbrennungskammer 15 erzeugt, welcher durch ein Rohr 16 der Brennstoff und durch ein Rohr 17 mittels des Niederdruck-Luftverdiehters 13 aus die erforderliche Verbrennungsluft zugeführt wird. Das Gemisch dem Treibmittel der ersten Stufengruppe und den neu zugeführten heissen Verbrennungsgasen wird nun in die Stufengruppe 11 eingeführt und expandiert daselbst unter Arbeitsleistung auf einen Druck
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Fig. 2). Dabei ist die Temperatur der Treibmittelmischung auf etwa 880 abs. gesunken.
Nun wird zur Hochhaltung des thermischen Wirkungsgrades neuerdings so viel heisses Verbrennungsgas der teilweise expandierten Treibmittelmischung beigemischt. dass für die weitere Expansion in der Stufengruppe III eine neue Treibmittehnischung entsteht, deren Anfangstemperatur wieder etwa so hoch ist, wie die Anfangstemperatur des Treibmittels in der ersten Stufengruppe, also 12000 abs. (punkt F in Fig. 2.) Die Erzeugung des beizumischenden heissen Verbrennungsgases, das atmosphärischen Druck haben muss, geschieht in der Verbrennungskammer 18. Der Brennstoff wird derselben durch das Rohr 19 und die erforderliche Verbrennungsluft aus dem Freien durch das Rohr 20 zugeführt.
Ein besonderer Verdichter für die Verbrennungsluft ist hier nicht erforderlich, da in der Verbrennungskammer ein ganz geringer Unterdruck herrscht.
Das Gemisch aus dem Treibmittel der Stufengruppe 11 und des neu aus der Kammer 18 zugeführten heissen Verbrennungsgases wird nun in den die Stufengruppe III aufweisenden Turbinenteil, der hier
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den letzten Turbinenteil bildet, eingeführt und expandiert daselbst unter Arbeitsleistung auf einen Druck von 0-25 Atm., also 7500 Vakuum, d. i. in Fig. 2 gesehen nach der Kurve F
Dieses Vakuum wird durch eine Kondensationseinrichtung 20a und einen Abgasverdichter 21
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in der Verbrennungskammer 9 gebildete Verbrennungsgas mit überhitztem, statt mit gesättigtem Wasser- dampf gemischt werden kann.
Nachdem nun die aus der Turbine kommende Treibmittelmischung den grössten Teil ihrer Abwärme im Dampferzeuger 22 abgegeben hat, gelangt sie in den Oberflächenkondensator 20,, wo sie bis zur Kondensationstemperatur des Wasserdampfes abgekühlt und durch Kondensation von dem grössten Teil des beigemischten Wasserdampfes befreit wird. Diesem Oberflächenkondensator wird Kühlwasser durch das Rohr 24 zugeführt. Das warme Wasser strömt dann durch das Rohr 2a ab. Das niedergesehla- gene Kondensat wird durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Pumpe durch das Rohr 26 abgesaugt.
Der nicht kondensierte gasförmige Bestandteil der Treibmittelmischung wird durch den mehrstufigen Kreiselverdichter 21 auf Atmosphärendruck verdichtet und durch das Rohr 27 ins Freie geleitet. Die Kreiselverdichter 13 und 12 sind hintereinander geschaltet. Ersterer saugt Luft aus dem Freien duieh die Leitung 28 an. Von der in ihm verdichteten Luft gelangt ein Teil durch das Rohr 17 zur \erbrennungs- kammer 15. Der übrig bleibende Teil der Luft wird im Hochdruckverdiehter 72 weiter verdichtet und durch das Rohr 11 zur Verbrennungskammer 9 geleitet.
Der Abgasyerdichter 21 sowie der Niederdruek-Luftverdichter 1.) und der Hochdruek-Luftver- dichter 12 können durch beliebige Kraftmaschinen angetrieben werden. Als solehe können natürlich auch wieder Turbinen verwendet werden, deren Bauart und Arbeitsverfahren mit derjenigen der Turbine A übereinstimmt, oder es kann sogar die Turbine ¯t selbst zum Antrieb dienen.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Verfahren zum Betriebe von Verbrennungsturbinen mit mehreren Dl uekstufen und Zwbehen- heizung, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Brennstoff-Luftgemische unter verschieden hohen Drücken gebildet und je bei gleichbleibendem Drucke verbrannt werden, und dass von den so entstandenen Verbrennungsgasen das Gas mit dem höchsten Druck der ersten Druckstufe und jeder Gas mit niedrigerem Druck einer seinem Drucke entsprechenden späteren Druckstufe als Treibmittel zugeführt wird, wobei die Temperatur des einer späteren Druekstufe zuzuführenden Verbiennungsgases höher gehalten wird als die des bereits teilweise expandierten Treibmittels, welches aus der vorhergehenden Druckstufe her-
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lassen wird.