Zadeyerdiehter mit Abgasturbine. Bei druckgefeuerten Dampferzeugern. bei welchen das Brennstoff-Luftgemisch von einem Ladeverdichter geliefert und dieser von einer Abg-asturbine angetrieben wird, die ihre Energie aus den Heizgasen emp- fäii,#;t. ebenso wie bei Brennkraftmaschinen, die durch abgasturbinengetriebene Ladever dichter aufgeladen werden, kann meistens von einer besonderen Regelung des Gas turbinen-Verdichtersatzes Abstand genom men werden.
Es stellt sich nämlich die für eine bestimmte Belastung des Dampferzeu gers oder der Brennkraftmaschine erforder liche Luftmenge selbsttätig ein, indem zum Beispiel bei Belastungsabnahme die Regel vorrichtung des Dampferzeugers oder Motors die Brennstoffpumpe auf geringere Förder menge einstellt und dadurch bei zunächst unveränderter Luftmenge erhöhter Luftüber- schuss eintritt, der eine Erniedrigung der Ab gastemperatur zur Folge hat. Diese bedingt wieder eine Leistungsverminderung der Tur bine, wodurch die Drehzahl derselben ab- nimmt. Der Verdichter liefert nun weniger Luft, so dass die Abgastemperatur wohl wie der zunehmen kann, die Leistung der Gas turbine aber wegen der verringerten Abgas menge vermindert bleibt.
Bei Belastungs zunahmen ist der Vorgang umgekehrt. Jeder Belastung des Kessels oder des Motors ent spricht also eine bestimmte Drehzahl des C asturbinenverdichtersatzes. Damit der Be trieb aber auch wirtschaftlich bleibt, soll sich auch das Mischungsverhältnis von Luft und Brennstoff auf weiten Regelbereichen mög lichst unverändert halten. Dies setzt Toraus, dass Drehzahl, Druck- und Fördermengen verlauf des Verdichters und Leistungsabgabe der Gasturbine ganz besonderen Bedingungen genügen.
Es hat sich nun gezeigt, dass sich die gestellten Bedingungen fast restlos erfüllen lassen, wenn man die abgasturbinengetrie benen Verdichter für die erwähnten Anwen dungen als mehrstufige Axialverdichter aus führt. Der Verlauf der Druckvolumenkurve eines mehrstufigen Agialverdichters mit trag- deckähnlichen Schaufelprofilen ist nämlich (in der Nähe seines besten Wirkungsgrades) bedeutend steiler, als der Verlauf bei ge wöhnlichen Radialverdichtern (Fig. 1 und 2).
Ändert sieh bei zunächst unveränderter Dreh zahl des Verdichters der Widerstand der zu bewegenden Luftmenge, so kann vom Axial verdichter (Fig. 1) wegen des bedeutend stei leren Verlaufes seiner Druckvolumenkurven ein wesentlich höherer Druck als unter gleichen Umständen beim Radialverdiehter (Fig. 2) aufgebracht werden, ohne dass sich die Fördermenge wesentlich ändert. Da Brennkammer, Heizgasrohre und Gastur binendüsen beim druckgefeuerten Dampf erzeuger, ebenso wie die Arbeitszylinder.
Ventilöffnungen, Rohrleitungen und Ga,s turbinendüsen bei der aufgeladenen Brenn- hraftmaschine im allgemeinen sogenanute konstante Öffnungen darstellen und daher Widerstand und Durchflussmenge fast dem gleichen (parabolischen) Gesetz genügen wie Förderdruck und Fördermenge des Turbo verdichters bei gleichbleibendem Wirkungs grad, so kann sich Gasturbine und Verdich ter, wie eingangs erwähnt, selbsttätig auf die entsprechende Drehzahl und Luftmenge einstellen.
Es bleibt also auch bei Teillasten der sich einstellende Betriebspunkt in der Nähe der Kurve besten Wirkungsgrades, wenn der Verdichter bei Vollast im besten Punkt gearbeitet hat. In den Abbildungen ist dies durch folgendes beispielsweise ver- ansehaulieht. Es geben die Abszissen die Fördermengen V, die Ordinaten die Förder- drücke P des Verdichters wieder. Die Kur ven 9. und 13 zeigen die Drücke in Funktion der Fördermengen für verschiedene Dreh zahlen n des Verdichters; die Kurven 77 sind die Kurven gleichen Wirkungsgrades.
Nach nahezu den gleichen Kurven verlaufen auch die Drücke und Förderleistungen, wenn der Verdichter auf eine konstante Öffnung bei wechselnder Drehzahl arbeitet. Ist der Ver dichter nun so bemessen, dass er bei Normal- leistung und normaler Drehzahl den besten Wirkungsgrad erreichte, so wird er im all- gemeinen auch bei andern Drehzahlen bezw. andern Belastungen des Dampferzeugers oder der Brennkraftmaschine nicht viel von der durch den Normalpunkt gehenden Wirkungs gradlinie abweichen.
Es kann nun aber vor kommen, dass zufällig oder aus bestimmten Betriebsgründen (zum Beispiel bei anderem Temperaturverlauf im Dampferzeuger oder in der Brennkraftmasehine, Verschmutzungen etc.) der Widerstand im System wechselt, so dass der gesetzmässige Zusammenhang von Druck und Fördervolumen gestört wird. Wird in diesem Falle ein Verdichter mit der den Radialverdichtern meist eigentümliehen, flach verlaufenden Charakteristik (Fig.2) verwendet,
so hat meist schon eine kleine Abweiche ng -1 <I>p</I> des Widerstandes im System bezw. des sich hieraus ergebenden Förder- druckes des Verdichters eine recht beträcht liche Änderung des Fördervolumens (J1- zur Folge. Die Luftmenge, die jetzt für die Verbrennung zur Verfügung steht, ist nicht mehr in Übereinstimmung mit der sich für die betreffende Belastung einstellenden Brennstoffmenge, so dass das Mischungsver hältnis ungünstig wird. Es ändert sieh gleichzeitig aber auch die Abgasmenge, so dass die Leistung der Gasturbine ungünstig beeinflusst sein kann.
Diesen schwerwiegenden Nachteilen kann nun erfindungsgemäss dadurch abgeholfen werden, dass man für den besonderen Betrieb, wie ihn druckgefeuerte Dampferzeuger und aufgeladene Brennkraftmaschinen darbieten, mehrstufige Axialverdichter verwendet, deren Charakteristik so gestaltet werden kann (Fig. 1), dass sich auch bei verhältnismässig grossen Widerstandsänderungen im System, das heisst grösseren Förderdruckänderungen 4p des Verdichters, recht kleine Änderungen d v des Volumens ergeben.
Die Abweichun gen der Luftmenge vom gesetzmässigen Ver lauf sind dann nur ganz gering, es kann da mit auch das Mischungsverhältnis in der Brennkammer des Dampferzeugers oder in den Zylindern der Brennkraftmaschine ziem lich gleichbleibend erhalten werden. Auch die Möglichkeit einer Gleichgewichtsstörung zwischen Verdichter und Gasturbine ist ver mindert.
Einen besonderen Vorteil bietet der mehr stufige Axialverdichter für die erwähnten Anwendungen noch dadurch, dass er den An trieb durch eine Überdruckturbine besonders wirtschaftlich macht. Die spezifischen Dreh zahlen beider Maschinen sind einander gleich, es können also beide Maschinen mit ihren günstigsten Drehzahlen laufen und ohne Ver mittlung eines Getriebes gekuppelt werden. Die Möglichkeit, beliebig viel Stufen zu ver wenden, lässt auch die Verarbeitung grösserer Gefälle zu. Bei den bisher fast ausschliess lich für Abgasturbinen verwendeten Aktions rädern bereiteten grössere Gefälle meist da durch grosse Verlegenheiten, dass solche Ge fälle für ein Rad meist zu gross, für zwei Räder aber zu klein waren.
Die t@berdruck- turbine. die in beliebiger axialer Aus dehnung billig gebaut werden kann, erlaubt viel leichter die zweckmässigste Stufenbemes sung.
Bei einendiger Gasturbine und einendigem Verdichter werden zweckmässig beide Läufer gegeneinander geschaltet, so dass ein beson derer Druckausgleich überflüssig wird. Wer den zwei Verdichter verwendet, wie es bei spielsweise bei getrennter Verdichtung von Luft und Gas erforderlich ist, so wird die Gasturbine zweckmässig doppelendig aus geführt. Diese Bauweise ist hier umso vor- teilhafter, als die in der Turbine zu verarbei tende Abgasmenge der Gasmenge beider V er- dichter entspricht.