DE833739C

DE833739C - Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE833739C
Application number: DEM1023A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr-Ing Alfre Schuette
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1943-09-04
Filing date: 1943-09-04
Publication date: 1952-03-10

Description

Gasturbinenanlage 1 >ic nach (lern geschlossenen Kreislauf arbeitenden Gasturbinen haben bekanntlich eine höhere Grenzleistung als die nach dem offenen Kreislauf arbeitenden. Ein "%@eiterer Vorteil ist das günstigere Arbeiten bei Teillasten. Dieser Vorteil wird allerdings durch einen Nachteil erkauft, der um so schwerer wiegt, je häufiger die Lastwechsel stattfinden. Das günstige Verhalten bei Teillasten wird nämlich dadurch ereicht. daß bei abnehmender Last der Druckpegel durch Abblasen von Luft gesenkt und bei zunehmender Last durch Einpumpen von Luft in den geschlossenen Kreislauf gehoben wird. Das Einpumpen von Luft bedingt aber einen besonderen Verdichter, der außer der verwickelten Gestaltung der gesamten Anlage bei häufiger Inhetriebsetzung eine Verminderung des Gesamtwirkungsgrades zur Folge hat.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das günstige Verhalten der Turbinenanlage bei Teillast und die kleinen Abmessungen der Hauptturbine zu erreichen, ohne den geschlossenen Kreislauf mit seinen Nachteilen, wie Lufterhitzer, Regelverdichter usw., anwenden zu müssen. Es wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die im offenen Kreislauf arbeitende Gasturbinenanlage sowohlverdichter-wie turbinenseitig aus zwei hintereinandergeschalteten Gruppen besteht und zwischen die beiden Verdichtergruppen ein Rückkühler und zwischen die beiden Turbinengruppen ein Wärmeaustauscher geschaltet ist, der die von der Hochdruckturbine kommenden Abgase so weit abkühlt, daß die N iederdruckturbine gerade noch den N iederdruckverdichter anzutreiben in der Lage ist und wobei der Anfangsdruck des Hochdruckverdichters etwa gleich dem Enddruck der Hochdruckturbine ist. Die Hochdruckturbine treibt gleichzeitig die Arbeitsmaschine, z. B. einen elektrischen Stromerzeuger, an und läuft mit gleichbleibender Drehzahl. Bei Lastverringerung muß das in der 7eiteinheit die Turbine bzw. den Verdichter durchströmende Gas- bzw. Luftgewicht verringert werden. Bei gleichbleibender Temperatur vor der Turbine bzw. vor dem Verdichter und voller Beaufschlagung läßt sich die Abnahme des Gasgewichtes nur durch eine Herabsetzung des Drucke: erreichen. Bei Lastverringerung bzw. Lasterhöhung müssen also Niederdruckverdichter und \ iederdruckturbine langsamer bzw. schneller laufen. Wenn z. l3. im Hochdruckverdichter das Luftgewicht auf die Hälfte abnehmen soll, dann inuß bei gleicher Temperatur und gleichem Volumen (zum Zwecke der Gleichhaltung der Geschwindigkeitsdreiecke) der Druck auf die Hälfte sinken, wie sich an Hand der Zustandsgleichung für Gase leicht nachweisen läßt. Um die halbe Luftnieiige zu liefern, muß der Niederdruckverdichter finit etwa der halben Drehzahl laufen. Dabei sinkt jedoch der Druck auf etwa den vierten Teil. Man inull also den N iederdruckverdichter noch zusätzlich regeln, etwa durch Irisblenden o. ä., damit 1 )ruck und 1_iefermenge sich den Erfordernissen des llochdruckverdichters anpassen. Sinngemäß muß auch die (teil N iederdruckverdichter antreibende Niederdruckturbine geregelt werden. Da null erfindungsgemäß vor der N iederdruckturbine der Wärineaustatischer angeordnet ist, die Niederdruckturbine also niit Gasen verhältnismäßig geringer Temperatur beaufsdhlagt wird, lassen sich iitsprechende Regeleinrichtungen mit verhältnisiniil.)ig einfachen Mitteln verwirklichen.
l@m den Regelvorgang möglichst schnell durchzuführcil, muß inan dafür sorgen, daß bei Lastcrniedrigung bzw. -erhöhung die Drehzahl der N iederdruckturb ne möglichst schnell verringert bzw. erhöht wird. Dies erreicht man in. Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß bei Lasterniedrigung hinter dem Hoch.druckverdichterLuft entnommen und in einen Behälter geleitet wird. Im Behälter ist ein Überströmventil angeordnet, welches den Behälterdruck immer etwas tiefer hält, als der Druck hinter dem Hochdruckverdichter ist. Gleichzeitig mit dieser Entnahme wird weniger Brennstoff in die Brennkammer eingebracht. Bei Lasterhöhung wird Luft aus dem Behälter in die N ieclerdruc'kturbine eingelassen und zugleich mehr Brennstoff in die Brennkammer eingeführt, wodurch eilte Beschleunigung der Niederdruckturbine bewirkt wird. Gegebenenfalls kann in dieser Luft auch zusätzlich Brennstoff verbrannt werden.

\Ian kann eine Beschleunigung der Niederdruckturbine auch dadurch erzielen, daß man während

des Regelvorganges die Abgase der Hochdruck-

turbine unter Umgehung des @\'ärmeaustauschers

direkt in die Niederdruckturbine leitet. Hierdurch

erhält die Niederdruckturbi.ne heißere Gase und

damit eine höhere Fnergie zugeführt.

In der Zeichnung ist in schematischer Weise ein

Beispiel eitler Turbinenanlage nach der Erfindung

dargestellt.

An Hand der Abbildung sei die Anordnung und

Wirkungsweise erläutert. Der Niederdruckver-

dichter i ist durch die l#Zuplltlng 2 mit der Nieder-

druckturbine 3 gekuppelt. Er saugt bei .4 aus der

Atmosphäre Luft all, verdichtet sie und drückt sie

durch den Rückkühler 5 in den Hochdruckverdich-

ter 6, wo sie weiterverdichtet wird. Vom Hoch-

druckverdichter 6 wird sie durch die Leitung 7 in

den Wärmeaustatischer S "Teleitet und von dort über

die Leitung 9 in die Brentikaminer io. Hier wird

durch den Brenner i i lireiiiistoff zugeführt und

verbrannt. Die dadurch entstehenden Verbren-

nungsgase werden filier die 'kurze Leitung 12 in die

Hoclidruckttirbine 13 geführt. wo sie unter Ent-

spannung auf etwa den vor dein Hochdruckverdich-

ter herrschenden Druck .Xrlieit verrichten. Die

Hochdruckturbine 13 ist durch die Kupplung 1d

mit dem Hochdruckverdichter 6 und durch die

Kupplung i3 mit der Arbeitsmaschine. beispiels-

weise einem elektrischen Stromerzeuger 16, ge-

kuppelt. Die Abgase der Hochdruckturbine werden

nach Verlassen derselben durch das Rohr 17, den

Wärmeaustauscher 8, in dein sie einen Teil der

ihnen innewohnenden Wärme an die vom Hoch-

druckverdichter 6 kommende 1_uft abgeben, und

durch das Rohr 18 zur \ iederdruckturbine 3 ge-

leitet, wo sie auf Atmosphärendruck entspannt

werden. Bei ig verlassen die Abgase die N ieder-

druckturbine. [n der Leitung ; ist ein Regelventil

2o angeordnet, durch welches l.tift über die Lei-

tung 21 in eineu liehälter 22 geführt wird, wenn

die Last verringert werden soll. :\us dem Behälter

22 kann bei Lasterhöhung Ltift Tiber die Leitung 23

und das Ventil 24 in die Leitung i8 und damit in

die N iederdruckturbille 3 geführt werden. Parallel

zum Wärmeaustauscher ist eilte Leitung 25 mit

Ventil 26 (gestrichelt gezeichnet) angeordnet,

durch welche unter Umgehung des Wärmeaustau-

schers die Abgase direkt in die N iederdruckturbine

geleitet werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbinenanlage, dadurch gekennzeichriet, daß sie sowoli@ vierdichter- wie turbinenseitig aus zwei hintereinandergeschalteten Gruppen (1. 6 bzw. 13. 3 ) besteht und zwischen die beiden Verdichtergruppen (i und 6) ein Rückkühler (5) und zwischen die beiden Turbineligruppen (13 tilld 3) ein Wärmeaustauscher (8) geschaltet ist, der die von der Hochdruckturbine (t3) kommenden Abgase so weit abkühlt, daß die N iederdruckturbine (3) gerade noch den Niederdruckverdichter (1) anzutreiben in der Lage ist und wobei der Allfangsdruck des Hochdruckverdichters (6) etwa gleich dem Enddruck der Hochdruckturbine (13) ist.
2. Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckluftbehälter (22) vorgesehen ist, dem bei Lasterniedrigung hinter dem Hochdruckverdichter (6) entnommene Druckluft zugeführt und in ihr gespeichert wird, die hei Lasterhöhung der Niederdruckturbine (3) zugeführt wird.
3. Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daB am Behälter (22) ein Überströrnventil angeordnet ist, das den Druck im Behälter (22) stets etwas unterhalb dem Druck hinter dem Hochdruckverdichter (6) hält. .
4. Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daB die Abgase aus der Hochdruckturbine (13) unmittelbar unter Umgehung des Wärmeaustauschers (8) der Niederdruckturbine (3) zugeführt werden.