-
Gasturbinenanlage mit Gleichdruckverbrennung .des Treibmittels Die
Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage mit Gleichdruckverbrennung des Treibmittels,
bei der als Nutzleistungsturbinen axial beaufschlagte Turbinen und als zum Verdichterantrieb
dienende Turbinen auf von den axial beaufschlagten Turbinen getrennten Wellen arbeitende
gegenläufige radial beaufschlagte Turbinen verwendet werden, die hinsichtlich der
Luftführung hintereinandergeschaltete Verdichter antreiben, und bei welcher die
radial beaufschlagten Turbinen und die axial beaufschlagten Turbinen hinsichtlich
des Treibmittelstromes einander parallel geschaltet sind.
-
Es ist bereits bekannt, in Gasturbinenanlagen mit Gleichdruckverbrennung
des Treibmittels radial beaufschlagte Turbinen als Antrieb sowohl für die Verdichtung
als auch zur Abgabe von Nutzleistung zu verwenden. Die neue Anlage bezieht sich
dagegen auf Anlagen, bei denen die Leistungsabgabe den axial beaufsghlagten Turbinen
und der Verdichterantrieb den radial beaufschlagten Turbinen zugewiesen wird.
-
Es ist ferner im Dampfturbinenbau bekannt, die gegebene Dampfmenge
in der ersten Stufe in einer radial beaufschlagten Turbine und in der zweiten Stufe
in einer axial beaufschlagten Turbine oder deren mehreren auszunutzen, jedoch sind
bei diesen Turbinenanlagen beide Turbinenarten immer auf der gleichen Welle angeordnet
und hinsichtlich des.Treibmittelstromes, nämlich des Dampfstromes, hintereinandergeschaltet.
Im Gegensatz hierzu arbeiten bei der neuen Anlage die axial beaufschlagten Turbinen
und die radial beaufschlagten Turbinen auf voneinander getrennten Wellen und sind
hinsichtlich des Treibmittelstromes nicht hintereinander, sondern parallel zueinander
geschaltet. Die Erfindung besteht dabei darin, daß in den Treibmittelleitungen Regelvorrichtungen,
z: B. eine Luftumführungsleitung 17 oder eine zusätzliche Brennstoffeinspritzung
2o, derart angeordnet sind, daß die Leistungen der einzelnen Turbinen trotz ihres
Anschlusses an die gemeinsame Treibmittelleitung unabhängig voneinander regelbar
sind, wobei die zum Verdichterantrieb dienenden Turbinen mit höheren Temperaturen
oder geringerem Luftüberschuß arbeiten als die N utzleistungsturbinen.
-
Die Parallelschaltung,der beiden Turbinenarten mit Bezug auf den Treibmittelstrom
ist aus folgenden Gründen wichtig: Eine der größten. Schwierigkeiten bei den Gasturbinenanlagen
mit Gleichdruckverbrennung liegt in der Regelungsart, und in dieser Hinsicht ist
die im neuen Anspruch gekennzeichnete Anlage besonders vorteilhaft: Für die Verdichterseite
wird die gegenläufige radial beaufschlagte Turbine gerade für den
Verdichterantrieb
besonders eigenartige Vorteile erhalten, die in erster Linie darin bestehen, daß
sich die gegenläufigen Teile auf die Verdichterleistungen selbsttätig einstellen,
derart, daß die von einer gegenläufigen radiät beaufschlagten Turbine angetriebenen
V= dichter mit verschiedenen Geschwindigkciteri laufen können, wodurch selbsttätig
die Innehaltung des besten Verdichterwirkungsgrades gewährleistet ist. Auf der anderen
Seite wird auf der Antriebsseite als Nutzleistung abgebende Turbine die axial beaufschlagte
Turbine verwendet, die, wie die Figuren zeigen, sich z. B. für einen Propellerantrieb
wegen des einfacheren Aufbaues der Übertragungsmittel wesentlich besser eignet als
die gegenläufige radial beaufschlagte Turbine. Nun bietet die Maßnahme, diese beiden
verschiedenartigen Turbinen hinsichtlich des Treibmittelstromes einander parallel
zu schalten, den Sondervorteil, daß man die Leistungen der Verdichterturbinen und
der Nutzleistungsturbinen jede für sich einwandfrei regeln kann, man kann z. B.
die Leistung der axial beaufschlagten Turbine -verringern oder vermehren, ohne gleichzeitig
eine Veränderung der Verdichterturbinen herbeizuführen und umgekehrt die Leistung
dieser Turbinen verändern, ohne notwendigerweise die Leistung der axial beaufschlagten
Turbinen zu verändern, d.h. jede Turbine ist für sich regelbar, und damit sind die
beiden Turbinen aufeinander in weitestem Maße abstimmbar. Das ermöglicht eine selbsttätige
Überwachung der Anlage durch Temperaturregler, die z. B. von den jeweiligen Einlaß-
oder Auslaßtemperaturen der verschiedenen Turbinen beeinflußt werden und beliebig
die Luftzufuhr oder die Brennstoffzufuhr gemäß den in der Erfindung gezeigten Ausführungsbeispielen
verändern.
-
Bei parallel geschalteten Nutzleistungs-und Verdichterturbinen kann
die Beaufschlagung der Turbinen mit Treibmittel von verschiedener Temperatur z.
B. dadurch erfolgen, daß die Zufuhrleitung der Nutzleistungsturbine mit einer Zweigleitung
verbunden ist, durch die verdichtete Luft unter Umgehung der Verbrennungskammer
eingeführt wird, so daß das Treibmittel der axial beaufschlagten Turbine eine tiefere
Temperatur erhält als das der Verdichterturbine. Eine andere Möglichkeit besteht
in der Anordnung von zwei hintereinandergeschalteten Verbrennungskammern, wobei
das Treibmittel für die axial beaufschlagte Turbine der ersten Kammer bei niedriger
Temperatur entnommen wird, während das Treibmittel für die Verdichterturbine der
zweiten Kammer entnommen wird, in der es auf höhere Temperatur gebracht wurde. In
der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar
zeigt Fig. i eine Anordnung, bei welcher der axial beaufschlagten Turbine unter
Umgehung der Verbrennungskammer eine zusätzliche Luftmenge zugeführt wird, und Fig.
a eine Anordnung mit zwei hintereinandergeschalteten Verbrennungskammern.
-
In den Figuren bezeichnet i eine radial beaufschlagte Gegenlaufturbine,
auf deren Wellen :2 und 3 Verdichter 4. und 5 angebracht sind. Der Verdichter 4.
arbeitet als 1 iederdruckverdichter und saugt Luft bei 6 ein. Nach ihrer Verdichtung
strömt die Luft durch die Leitung 7 in den Hochdruckverdichter 5 und von dort durch
die Leitung Bin die Verbrennungskammer g. Bei der Ausführungsform nach Fig. i besitzt
die Verbrennungskammer eine besondere innere Wand io, so daß ein Teil der aus der
Leitung 8 kommenden Luft ummittelbar in den eigentlichen Verbrennungsraum geführt
wird, während ein anderer Teil außen an der Verbrennungskammer vorbeiströmt und
diese dabei kühlt. Ein Teil des durch die Verbrennung erhitzten Gemisches gelangt
durch die Leitung i i in die als Gegenlaufturbine ausgebildete Verdichterturbine
i und gibt dort Arbeit unter Druck und Temperaturabfall ab. Die Leitung ii ist von
einem Mantel 12 umgeben, in dem die an der Verbrennungskammer vorbeigeführte Luft
strömt, die sich erst beim Eintritt in die Beschaufelung der Turbine i mit denn
heißen Treibmittel mischt und so die beim Einströmen in das Turbinengehäuse be rührten
Teile vor der Einwirkung der hohen Temperatur des Treibmittels schützt. Eine Leitung
13 führt einen anderen Teil des erhitzten Treibmittels aus der Verbrennungskammer
g zu einer axial beaufschlagten Turbine 14, die äußere Arbeit an einen mittels einer
Zahnradübersetzung 15 angetriebenen Propeller 16 liefert. Eine zweite Leitung 17
mit Regelventil :2i verbindet' die Druckleitung 8 des Hochdruckverdichters 5 unter
Umgehung der Verbrennungskammer mit einer Leitung 18, welche die Leitung 13 umgibt
und in der nicht erhitzte Luft an die axial beaufschlagte Turbine herangeführt wird
und sich dort mit dem heißen Treibmittel aus der Leitung 13 mischt. In der Leitung
13 sind kleine Z)ffnungen ig vorgesehen, durch die ein Teil der unmittelbar vom
Verdichter kommenden Luft dem erhitzten Treibmittel zugeführt werden kann.
-
Durch die Luftmenge, die unter Umgehung der Verbrennungskammer dein
Treibmittel der Turbine 14 zugeführt wird, wird dieses so weit gekühlt, daß es ohne
Gefahr einer unzulässigen Erhitzung in der' Turbine 14
verwendet
werden kann, während die Turbine i Treibmittel von höherer Temperatur erhält.
-
Bei der Anlage nach Fig. 2 wird die Beschickung der Verdichterturbine
und Nutzleistungsturbine mit Treibmittel von verschiedener Temperatur dadurch erreicht,
daß zwei Verbrennungskammern 9 und 2o vorgesehen sind und da.ß die Treibmittelzufuhrleitung
13 für die Nutzleistungsturbine an die erste Verbrennungskammer 9 angeschlossen
ist, in welcher eine Temperatur von beispielsweise 465' C herrscht, während ein
Teil des Treibmittels der zweiten Verbrennungskammer zugeführt wird, in der es bis
auf eine Temperatur von 65o° C erhitzt wird und von dort in die Gegenlaufverdichterturbine
strömt. Die übrige Anordnung entspricht im wesentlichen der nach Fig. i.
-
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen begrenzt
und kann sinngemäß auch bei Entspannung des Treibmittels in mehreren hintereinandergeschalteten
Turbinen oder bei Verdichtung der Luft in mehreren parallelen Verdichtern oder Verdichterstufen
verwendet werden.
-
An Stelle der in den Zeichnungen dargestellten Verbrennungskammer
können gleichwertige Verbrennungskammergruppen Anwendung finden. Es ist z. B. möglich,
die für die verschiedenen Turbinen bestimmten Luftmengen von den Verdichtern durch
jeder Anlage zugeordnete getrennte Verbrennungskammern zu führen, die, im Luftwege
gerechnet, parallel zueinander liegen.