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Regelvorrichtung für Abgasturbogebläse für die Verbrennungsluft von
Dampferzeugern Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für Abgasturbogebläse
für die Verbrennungsluft von Dampferzeugern mit einer unter hohem Druck arbeitenden
Feuerung. Es ist bekannt, die von einem Gebläse geförderte Verbrennungsluft durch
einen regelbaren Absperrkörper ins Freie abzulassen, um das Gebläse von der Feuerungsanlage
abzuschalten. Die abgeführte Druckluft geht hierbei verloren.
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Ferner sind Sicherheitsregler für Druckdampferzeuger bekannt, die
beim Überschreiten der höchstzulässigen Drehzahl der Gasturbine den Heizgasstrom
von der das Gebläse antreibenden Gasturbine ins Freie ableiten. Hierbei wirkt der
Sicherheitsregler als Drehzahlbegrenzer für das Turbinengebläse.
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Nach der Erfindung ist bei einer Regelvorr richtung für Abgasturbogebläse
der eingangs genannten Art von der Druckleitung eines Gebläses, das Verbrennungsluft
im Überschuß liefert, eine Leitung mit einem von der den Feuerraum des Kessels zugeführten
Brennstoffmenge und Luftmenge beeinflußten Absperrkörper derart nach der Abgaszuleitung
der Turbine abgezweigt, daß zwecks Gleichhaltung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses
je nach der Stellung des Absperrkörpers mehr oder weniger Druckluft unter Umgehung
der Brennkammer unmittelbar in die Abgasturbine gelangt. Dadurch soll erreicht werden,
daß bei Änderungen der Brennstoffmenge die dem Feuerraum des Kessels zugeführte
Luftmenge unmittelbar entsprechend geändert wird, so daß -die Verbrennung stets
unter günstigen Bedingungen erfolgt. Dabei geht die Kraft der von dem Kessel abgeleiteten
Druckluft nicht ganz verloren, da die Druckluft durch ihre Entspannung die Turbine
mittreiben hilft. Außerdem setzt die der Turbine zugeführte Druckluft die Temperatur
der die Turbine beaufschlagenden Gase herab. Der hierdurch erzielte Vorteil besteht
in folgendem: Wenn die Luftlieferung steigt, so erhöht sich damit die -Temperatur
der die Turbine beaufschlagenden Gase. Hierdurch entsteht die Neigung, die Störung
des Gleichgewichts zwischen der von der Turbine abgegebenen und der zum Betrieb
des Gebläses erforderlichen Leistung noch zu erhöhen. Das Kühlen der Feuerungsgase
durch die der Turbine zugeführte Überschußdruckluft wirkt dem entgegen, d. h. dahin,
das gestörte Gleichgewicht zwischen der Turbinen- und der Gebläseleistung wiederherzustellen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens
veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. z einen Aufriß einer Druckfeuerungsanlage
und Fig. z einen Schnitt durch die Gasturbine mit einer Kühlvorrichtung für deren
Läufer.
Das Gebläse i wird von der Gasturbine 2 und einer Dampfturbine
oder einer beliebigen anderen Zusatzkraftmaschine 3 in Betrieb gehalten. Die durch
die Leitung 4 angesaugte-` Luft wird durch die Leitung 5 dem Feuei--@ raum zugedrückt.
Der flüssige Brennstoff, fließt dem Brenner 6 durch die Leitung 7 zu. Nachdem die
Feuerungsgase das Rohrbündel 8 des Kessels durchsetzt haben, gelangen sie durch
die Leitung 9 in die Gasturbine 2, aus der sie bei io entweichen.
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Die Leistung der Zusatzkraftmaschine 3 ist für jede Kesselbelastung
so eingeregelt, daßdas Gebläse einen geringen Luftüberschuß, z. B. einen solchen
von io °/o gegenüber derjenigen Luftmenge liefert, welche zur Verbrennung -des bei
dieser Kesselbelastung verbrauchten Brennstoffs ausreichend wäre: Dadurch muß eine
etwas höhere Zuschußleistung zugeführt werden, als wenn nur genau diejenige Luftmenge
in die Feuerung gedrückt würde, die für die Verbrennung gerade ausreicht. Tatsächlich
aber sind die Betriebsrosten für die Verdichtung dieses Überschusses deswegen sehr
gering, weil ein großer Teil der hierfür aufgewendeten Leistung durch die Gasturbine
rückgewonnen wird.
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Die vom Gebläse gelieferte Luft teilt sich in zwei Ströme. Der eine
geht in die Luftdüsen der Brenner, bewirkt dort die Verbrennung und gelangt nach
Durchsetzen des Kesselrohrbündels in die Gasturbinenzuleitung. Der andere Luftstrom
gelangt durch die Zweigleitung i i unmittelbar in diese Turbinenzuleitung und mischt
sich hier den von der Feuerung kommenden Gasen zu. Eine Drosselklappe oder ein beliebiger
anderer Absperrkörper 12 ermöglicht, den Teil der Luftmenge, welcher durch diese
Zweigleitung strömt, derart zu regeln, daß der Hauptluftstrom, der den Kessel durchsetzt,
dem besten Verbrennungszustand entspricht. Die Regelung der Drosselklappe 12 o.
dgl. erfolgt durch eine selbsttätig arbeitende Vorrichtung, durch die das Verhältnis
zwischen Luft und Brennstoffmenge gleichgehalten wird. Hierfür können eine Reihe
von Vorrichtungen zur Regelung von Strömungsverhältnislverten benutzt werden.
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Der flüssige Brennstoff geht, bevor er zu den Brennern gelangt, durch
ein Venturirohr 13, in welchem er einen dem Quadrat der Brennstoffmenge verhältnisgleichen
Druckabfall erleidet. Die federnde Scheibe 14 einer Manometerkapsel 15 steht unter
dem Einfluß dieses Druckunterschiedes vor bzw. im Venturirohr. Eine andere Manometerkapsel
16, die eine federnde Scheibe 17 besitzt, steht unter dem Einfluß des Luftdruckunterschiedes
zwischen den beiden Stellen 18 und i9, deren eine in der Zuleitung zum Kessel liegt,
während die andere an der Austrittsstelle der Feuerungsgase nach Durchsetzen des
Rohrbündels 8 angeordnet ist. Dieser Druckunter-:"schied ist verhältnisgleich dem
Quadrat der J%@.uftmenge. Die beiden Scheiben 14 und 17 i`nd durch eine Stange 2o
miteinander v er--fGunden und so angeordnet, daß die auf sie wirkenden Kräfte einander
entgegenarbeiten. Das Gleichgewicht entspricht dabei den Werten, die -den Druckunterschieden
verhältnisgleich sind, d. h. der Luft- und der Brennstoffmenge. Die Bewegungen der
Stange 20 werden durch eine Hebelanordnung 21, 22, 23 auf die Regeldrossel 12 übertragen.
Steigt die Brennstoffmenge, so erhöht sich der Unterdruck im Venturirohr 13. Durch
Einwirkung auf die Scheibe 14 bewirkt dies ein Schließen der Drossel 12. Die den
Verbrennungsrauen durchströmende Luftmenge steigt somit sofort. Zugleich erhöht
sich die Temperatur der Verbrennungsgase, Die Gasturbine nimmt damit eine größere
Leistung auf und erhöht dementsprechend ihre Drehzahl, so daß die Luftlieferung
des Gebläses steigt. Der Druckunterschied zwischen den Stellen 18 und i9 erhöht
sich damit und beeinflußt die Scheibe 17. Diese sucht nun die Drossel 12 wieder
so weit zu öffnen, bis das Verhältnisgleichgewicht zwischen den neuen Luft- und
Brennstoffmengen hergestellt ist. Der umgekehrte Vorgang tritt bei Verminderung
der Brennstoffmenge ein.
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Die Regelvorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet unter gleich guten
Bedingungen für Betriebszustände, die oberhalb desjenigen liegen, von welchem an
die Gasturbine allein den Betrieb des Gebläses übernehmen kann. Bekanntlich ist
in diesen Betriebszuständen die Gaskraft zu groß, und der Maschinensatz hat das
Bestreben, von sich aus einen immer mehr wachsenden Luftüberschuß zu liefern. Die
Üffnungsstellung der Drossel 12 regelt sich so ein, daß der geeignete Betrag an
Luftmenge, welche durch die Brennkammer streicht, immer aufrechterhalten bleibt,
während der Über schuß durch die Zweigleitung i i abgeleitet wird und die die Turbine
beaufschlagenden Gase kühlt. Hierdurch wird schon bis zu einem gewissen Grade die
der Turbine zugeführte Leistung vermindert und infolgedessen ihre Drehzahl begrenzt.
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Bei allen Betriebszuständen, die in der Nähe der Höchstleistung des
Maschinensatzes liegen, wird das Gebläse, welches dann einen sehr starken Luftüberschuß
liefert, veranlaßt, sich rascher zu drehen, als es für die Lieferung der Luftmenge
erforderlich wäre, die eben ausreicht, um die größte Brennstoffmenge zu verbrennen.
Hierin kann ein Übelstand liegen, wenn der Läufer, insbesondere sein Baustoff, bis
an seinen Grenzwert bei
Höchstbelastung beansprucht ist. In diesem
Falle muß sich die Drehzahl des Maschinensatzes vermindern lassen. Hierfür braucht
nur ein Regelglied vorgesehen zu werden, welches einen Druckabfall an einer beliebigen
Stelle der Luft- oder der Gasströmung hervorruft, beispielsweise eine Drosselklappe
in der Saug- oder Druckleitung des Gebläses, in der Beaufschlagungs- oder Auspuffleitung
der Gasturbine o. dgl. Ein Teil der Gase kann auch von dem zur Turbinenbeaufschlagung
'führenden Rohr g nach dem Auspuff io hin abgezweigt, d. h. ein Teil der den Druckstutzen
des Gebläses durchströmenden Luft in den Auspuff der Turbine geleitet werden. Zu
diesem Zweck treibt der dargestellte Maschinensatz einen Fliehkraftregler 24 (Fig.
i), der als Geschwindigkeitsbegrenzer eingeregelt ist. Die Bewegungen der Muffe
25 dieses Reglers werden durch Hebel o. dgl. 26, 27 auf einen Absperrkörper, ein
Drosselglied, ein Ventil o. dgl. 28 übertragen, welches in einer Luftleitung 29
angeordnet ist, die einen Vorabzweig für den Druckstutzen des Gebläses bildet. Wenn
sich die Drehzahl über einen bestimmten Wert zu steigern sucht, öffnet sich dieser
Absperrkörper 28, wodurch sich die durch die Turbine strömende Gasmenge und damit
deren Leistung verringert. Hierdurch wird die Drehzahl selbsttätig begrenzt. Dabei
wird die so aus dem Gebläse abgezweigte Luft zur Kühlung des Gasturbinenläufers
verwendet. Diese Luft teilt sich in die beiden Stutzen 30 und 31, welche
in die beiden Kammern 32 und 33 der Gasturbine münden (Fig. 2). Diese Kammern stehen
mit dein Auspuff in Verbindung. Damit werden die beiden Stirnseiten der Läuferscheibe
34- gekühlt, da die Luft durch die Spalte 35 und 36 streicht, die zwischen dem Ständer
und dein Läufer der Turbine liegen. Diese Zufuhr frischer Luft wird um so größer,
je höher die Drehzahl und infolgedessen die Kesselbelastung steigt, was besonders
günstig ist, da dann auch die durch die Turbine streichenden Gase immer heißer werden.