DE177535C

DE177535C -

Info

Publication number: DE177535C
Application number: DE1905177535D
Authority: DE
Filing date: 1905-05-22
Anticipated expiration: 1925-05-23

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- JVIl77535 KLASSE 46 d. GRUPPE 10.

Verfahren zum Betriebe von mehrstufigen Gasturbinen.
Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Mai 1905 ab.

Es ist bekannt, bei mit Druckstufen arbeitenden Wärmekraftmaschinen, wie Verbunddampfmaschinen, Dampf- und Gasturbinen usw., dem Treibmittel zwischen den einzelnen Druckstufen Wärme durch Übertragung mittels Heizflächen zuzuführen, ohne daß die Menge des Arbeitsmittels dadurch geändert würde, indem man z. B. den Receiver einer Dampfmaschine heizt oder den Abdampf der

ιό Primärturbine in einem Überhitzer von neuem überhitzt.

Demgegenüber soll nach vorliegender Erfindung diese Zwischenüberhitzung des Treibmittels von mit Druckstufen betriebenen Gasturbinen durch Einführung von hocherhitzten Verbrennungsgasen bezw. durch unmittelbare Verbrennung eines Brennstoffluftstromes im Treibmittel bewirkt werden, also durch Innenheizung, wobei der heizende Körper selbst mit in den Arbeitsprozeß eintritt. Die Menge der Arbeitsflüssigkeit bleibt somit nicht konstant, sondern nimmt von Stufe zu Stufe, entsprechend der in den Zwischenstufen zuzuführenden Wärme zu.

Der Vorteil, der durch dieses Verfahren erzielt werden soll, ist gegenüber der bisherigen Zwischenheizung mit Wärmeübertragflächen darin begründet, daß man die Wärmezufuhr auf kleinerem Raum und für viel höhere Endtemperaturen vornehmen kann. Gegenüber mehrstufigen Gas- und Gasdampfturbinen, bei denen die ganze Brennstoffluftmischung vor der ersten Stufe verbrannt und in den Arbeitsprozeß eingeführt wird, kommt noch der Vorteil dazu, daß man nur einen Teil des Brennstoffluftgemisches auf den Höchstdruck zu verdichten braucht, während der Rest nur auf den jeweiligen Druck der einzelnen Druckstufen verdichtet wird. Man hat somit eine erhebliche Ersparnis an negativer Arbeit gegenüber einer einfachen Gasdampfturbine mit gleichem Höchstdruck.

Andererseits ist durch. dieses Verfahren die Möglichkeit gegeben, die stufenweise Verdichtung mit Vorteil anzuwenden, indem man das zur Zwischenüberhitzung dienende Arbeitsmittel den einzelnen Druckstufen eines Stufenkompressors entnimmt.

Eine gemäß diesem Verfahren arbeitende Druckstufenturbine ist schematiseh . in der Zeichnung in Fig. 1 veranschaulicht. Fig. 2 ist ein vergleichendes Diagramm der Kompressionsarbeiten.

a_v a₂, CZ₃ und a_i sind die vier Stufen einer Druckstufenturbine, C₁, C₂, C₃ und C₄ sind die den einzelnen Turbinenstufen vorgeschalteten Verbrennungs- bezw. Expansionsdüsen.

Bei dieser Turbine wird die erste Turbinenstufe von der letzten Stufe des Kompressors gespeist, die zweite Turbinenstufe erhält den Auspuff der ersten Turbine sowie den der vorletzten Stufe des Kompressors entnommenen neuen Brennstoff. Die dritte Turbinenstufe durchströmen die Abgase der ersten zwei Stufen, welche durch den der zweiten Kompressorstufe entnommenen neuen Brennstoff überhitzt werden usw.

Das Verfahren spielt sich folgendermaßen ab:

₁ q_x

Die Düse C₂ der zweiten Turbinen»I. Der Turbinenstufe a_x wird aus der letzten Kompressorstufe b_i k₁ kg Arbeitsflüssigkeit zugeführt, enthaltend a_x cal. Wärmeenergie, in der Düse. C₁ erfolgt die Verbrennung bei der zulässigen Höchsttemperatur T₁, hierauf Abkühlung durch Expansion auf die Temperatur T₂, wobei ß₁ cal. in kinetische Energie verwandelt werden. Der Auspuff der Turbinenstufe a_x enthält also U₁ kg mit ίο «j — ß₁ = q_x Wärmeeinheiten.

2. D D d

stufe a₂ erhält den Auspuff der ersten Turbine, enthaltend Q₁ cal., ferner werden zugeführt k₂ kg neuen Brennstoffes, enthaltend a₂ cal.; hierauf erfolgt Verbrennung und. dann Umwandlung der Wärmeenergie in kinetische, innerhalb der Temperaturgrenzen T₁ — T₂ ; es werden dabei ß₂ cal. in Arbeit umgesetzt; somit bleiben im Auspuff der zweiten Turbinenstufe k₁ -f- &₂ kg ^{mit a}i + ^a2— ßi — ßi ⁼ Ii Wärmeeinheiten.

3. Die Arbeitsflüssigkeit besteht nach der Arbeitsleistung in a₃ aus Zi₁ -f- ^₂ + ^₃ kg mit «1 + «2 + H — ßi — ß-2 — ßs ^cal-4. Die Arbeitsflüssigkeit besteht nach der Arbeitsleistung in a_t aus k₁ -f- k₂ -f- k₃ + k_t kg mit A₁ + a₂ + a₃ -J_ra_i — ß_i— ß₂ — ß₃ — ß₄ cal. Im Druckvolumendiagramm (Fig. 2) bedeutet die Fläche 1, 2, 3, 4 die Verdichtungsarbeit, welche erforderlich wäre, wenn man den gesamten zu verarbeitenden Brennstoff auf den Höchstdruck verdichten wollte. Die für dieses Verfahren tatsächlich erforderliche negative Arbeit ist im Diagramm schraffiert dargestellt.

Die einzelnen Druckstufen der Turbinen können beliebig viele Geschwindigkeitsstufen enthalten.

Selbstredend ist es für das Wesen der Erfindung belanglos, ob die Verbrennung des zur Zwischenüberhitzung eingeführten neuen Arbeitsmittels vollständig im Auspuff der Vorderstufe oder in einer wärmegeschützten Kammer zum Teil oder ganz bereits vor Vermischung mit dem Auspuff erfolgt.

Claims

Pate nt-An sprüche:

I. Verfahren zum Betriebe von mehrstufigen Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Überhitzung der Gase vor jeder Druckstufe durch Einführung und Verbrennung eines Brennstoffluftgemisches in den Gasen bewirkt wird.

. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Überhitzung der Gase dienende Treibmittel den einzelnen Druckstufen eines Kompressors entnommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.