CH224739A - Verfahren zum Betrieb von Wärmekraftanlagen. - Google Patents

Description

  Verfahren zum     Betrieb    von     Wärmekraftanlagen.       Die Erfindung betrifft ein Verfahren  zum Betrieb von     Wärmekraftanlagen,    in  welchen mindestens der grössere     Teil    eines       gasförmigen    Arbeitsmittels einen Kreislauf       beschreibt,    wobei es in mindestens einem       Verdichter    auf höheren Druck     gebracht,    dann  durch äussere Wärmezufuhr erhitzt und hier  auf in     mindestens    einer Turbine, die Leistung  sowohl an den Verdichter als auch an einen       Nutzleistungsempfänger    abgibt, entspannt  wird.  



       Bekanntlich    lässt sich die     Nutzleistungs-          abgabe    solcher Wärmekraftanlagen dadurch  regeln,     dass    z. B. der Druckpegel im     Arb@eite-          kreisllauf    geändert wird. Zu diesem Zwecke  kann     Arbeitsmittel    in den Kreislauf ein  bezw. aus demselben ausgelassen werden.

    Die Erfindung bezweckt nun, mit einfachen       Mitteln    eine bessere     Ausnutzung    des     ge-          speicherten!        Druckgases    und damit eine Wir  kungsgradverbesserung für den Fall zu er  reichen, wo durch Einlassen von     Arbeits-          mittel    höheren Druckes aus einem Speicher-    Behälter in den     Kreislauf    die     Nutzleistungs-          abgabe    der Anlage vergrössert werden soll.

    Durch     diese    Vorkehrung wird vor allem auch  die Anpassung an rasche     Belastungszunah-          men    durch Beschleunigung des Regelvor  ganges bewirkt.  



  Zu diesem Behufe wird gemäss vorlie  gender     Erfindung    das     Druckgefälle    zwischen  Speicher und     greis    lauf während des Ein  lassens von Arbeitsmittel in den Kreislauf  in einem     Ejektor    als     Treibstrahl    ausgenutzt.

    Auf diese     Weise    - lässt sich die Umlauf  geschwindigkeit des     Arbeitsmittels    im Kreis  lauf, und zusammenhängend damit das  Druckgefälle     in    der     Turbine        erhöhen.    Beides  bedingt eine Zunahme der     Turbinenleistung,     und da die vom Verdichter im ersten Augen  blick eines Belastungsstosses verbrauchte       Leistung    bei gegebener Drehzahl und noch  gleichbleibendem Saugdruck keine wesent  lichen Änderungen erfährt,

   so kommt die       Leistunb        erhöhung    der Turbine vorerst     prak-          ti.s@ch    ganz dem     Nutzleistungsempfänger    zu-      gut, was mit Rücksicht auf die Möglichkeit       rascher    Belastungszunahme wichtig ist.  



  Ein     Arbeiten    nach     dem        Verfahren    ist  z. B.     vorteilhafter    als das     EnLpannenlassen          des    aus dem     Speicher    in den Kreislauf ein  zulassenden Arbeitsmittels in einer ihre  Leistung an die Wärmekraftanlage abgeben  den Hilfsturbine, denn abgesehen vom     Preis     einer solchen Hilfsturbine bedingt deren  ständiger     Mitlauf    mit den Ma     chinen    der  Wärmekraftanlage, auch wenn keine Regel  vorgänge vor sich gehen,

   einen dauernden       Reibungs-    und     Ventilationsverlaust.        Letzteres     ist     selbst    dann der Fall. wenn die bewegten  Teile einer solchen Hilfsturbine unter klei  neren Druck, z. B. Atmosphärendruck oder  Vakuum, gesetzt werden.

   Ein     weiterer    Vor  teil, den das Verfahren zu erreichen     ermög-          lieht,        besteht    darin, dass die     Pumpgrenze    des       Verdichters    der Anlage erst bei einer viel  grösseren     Einlassmenge        erreicht    wird als im  Falle,

   wo aus dem     Speicher    kommendes     Ar-          beitsmittel    nach     erfolgter        Drosselung    oder  Entspannung in einer Hilfsturbine auf der  Hochdruckseite in den     Arbeitsmittelkreielauf          cingelaesen    wird.  



  In der beiliegenden     Zeichnung    ist eine       beispielsweise    Ausführungsform einer Ein  richtung zum Ausführen des Verfahrens in  vereinfachter     Darstellungsweise    veranschau  licht. Dabei sind     gewisse    Teile, die für das  Verständnis der Erfindung     besonders    in  Frage kommen, in grösserem Massstab als die  übrigen Teile der Anlage     dargestellt.     



  In der Figur bezeichnet 1 einen Verdich  ter. welcher das den     Kreislauf        beschrei-          bende        Arbeitsmittel    auf einen höheren Druck  bringt. Der auf diese     Weise        verdichtete    Teil  des     Arbeitsmittels        gelangt    durch eine Lei  tung 2 in einen     Wärmeaustauscher    3, wo er  durch die     Abgase    einer Turbine 4, welche  durch eine Leitung 5 in diesen     Wärme-          austauscher    3 gelangen,     vorgewärmt    wird.

    Das so vorgewärmte     Arbeitsmittel    wird dann  in einem Erhitzer 6, wo     Wärme    von aussen  zugeführt wird, auf die     Arbeitstemperatur     gebracht, um hierauf in der Turbine 4 unter       Abgabe    von     Leistung    entspannt zu werden.

      Die von der Turbine 4     erzeugte        j.eistung     dient einmal zum Antrieb des     Verdichters    1  und sodann auch zum Antrieb     eines        Nutz-,,,          leistungsempfängers    7.

       Das    aus der Turbine  4     austretende.    noch     heisse        Arbeitsmittel    gibt  in dem bereits     erwähnten        Wärmeaustauscher     3 seine Wärme     grösstenteils    an das     verdich-          tete,    kalte Arbeitsmittel ab und gelangt  schliesslich, nachdem es in einem     Vorkühler     8 eine     weitere    Abkühlung erfahren     hat,        wie-          der    in den Verdichter 1, womit der Kreislauf  durchlaufen ist.

   9     bezeichnet    einen Speicher  behälter, in welchem     Arbeitsmittel        unter     einem wesentlich höheren Druck     aufgespei-          chert    wird, als er im Hochdruckteil des     be-          schriebenen        KreiAaufes    herrscht, und 10       bezeichnet    einen     Verdichter    zum Auffüllen  des     Behälters    9.

   Wird als     Arbeitsmittel    Luft  verwendet, so kann der Verdichter 10 un  mittelbar aus der Umgebung angesaugte  Luft in den Speicher 9     fördern;    an den letz  teren ist eine Leitung<B>11</B>     angeschlossen,    die  in einen als     Ejektor-Mischkammer    12     aus-          gebildeten        Teil    der Leitung     \?    mündet.

   Der       Austritt    des dem Speicher 9 entnommenen       Arbeitsmittels    höheren Druckes in die Misch  kammer 12 wird von einem     Ventilkegel    13  beherrscht, der     ähnlich    gestaltet ist wie die       Nadeldiise    einer     Freistrahl-Waeserturbine.          Diese    axial     verschiebbare        Reguliernadel    13  ist     zusammen    mit der     Ausflussöffnung    14  der Leitung 11     so        auszubilden,    dass der       Druckabfall,

      den     das        aus    der     Leitung    11 in  die     Mischkammer    12     überströmende        Arbeits-          mittel        erfährt,    möglichst in     Gesc.hm-indigkcit          i!mgewandelt    wird, damit .die höchste     Aus-          flussgeschwindigkeit        heim    Austritt der er  wähnten     Ausflussöffnung    14,

   das heisst beim       Eintritt    des betreffenden     Tmibstrahlo    in die  Mischkammer 12 erreicht     wird.    Für den  Ausgleich der     CTasdruckkräfte    auf die ver  stellbare     Reguliernadel    13 können ähnliche  Massnahmen vorgesehen werden, wie sie aus  dem hydraulischen     Freistrahlturbinenbau    be  kannt sind.  



  Die Energie des aus dem Speicher 9 in  die Leitung 2 überströmenden und im Ventil  13, 14     expandierenden        Arbeitsmittels    wird      somit in Geschwindigkeit umgewandelt.  Durch     Impulsaustausth    des, dabei sich bil  denden     Treibstrahls    mit dem     Kreislauf-          arbeitsmittel    treten dann im Kreislauf ein       Druckanstieg    und eine höhere     Kreislauf-          Oeschwindigkeit    auf.  



  Wichtig ist.     d@ass    die ganze     Ejektorvor-          richtung    11, 12, 13, 14 im Normalzustand,  das heisst bei     geschlossener        Nadeldüse    13,  aerodynamisch gut ausgebildet ist, damit sie  möglichst wenig     Druckverlust    in     bezug    auf  das den     Kreislauf        beschreibende    Arbeits  mittel bedingt. Günstig ist der Einbau einer  solchen     Ejektorvorrichtung    in eine Krüm  mung der Leitung 2, falls eine solche Krüm  mung ohnehin erforderlich ist.

   Ferner trägt  die im     geschlossenen    Zustand aus dem Ventil  vorstehende Spitze der     Reguliernadel    13  dazu bei, dem vom Arbeitsmedium umspül  ten     Ventilteil    14 einen     aerodynamiseh    gün  stigen     Umriss    zugeben.  



  Ist das Verhältnis des Druckes im Spei  cher 9 zum Druck im Kreislauf der Anlage  grösser als das     Schalldruckverhältnis,    so kann  der     Exp.ansionsdüs-e    .der     Ejektorvorrichtung     nach dem engsten     Durchflussquerschnitt    eine       Erweiterung        nachgeschaltet    werden, um die  Form einer Überschalldüse zu     erhalten,    damit  die Druckenergie des gespeicherten Gases bis  auf Überschallgeschwindigkeit verwertet  wird.     Überschalldüsen    geben aber nur     bei     einem     bestimmten    ihrer Form entsprechenden  Druckverhältnis.

   eine volle Ausnützung der  Energie. Es muss daher die Form so gewählt    werden, dass sie zu den am häufigsten auf  tretenden Betriebszuständen passt.  



  Für die Erfindung ist es     gleichgültig,     an welcher     Stelle    des     Arbeitsmittelkreis-          laufe.s    der     Ejektor    eingebaut ist.     Ferner     kann grundsätzlich der     Ejektor    von irgend  einer bekannten     Bauart    sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Betrieb von Wärm-ekraft- anlagen, in welchen mindestens der grössere Teil eines gasförmigen Arbeitsmittels einen Kreislauf beschreibt, wobei @es in minde stens einem Verdichter lauf höheren Druck gebracht, dann durch äussere Wärmezufuhr erhitzt und hierauf in mindestens einer Turbine,

   die Leistung sowohl an den Ver dichter 'als auch au" einen Nutzleis.tungs - empfänger abgibt, entspannt wird, und in welchen ferner zwecks Vergrösserung der Nutzleistung der Kreislaufdruck durch Ein lassen von Arbeitsmittel aus einem Speicher höheren Druckes in den Kreielauf erhöht wird, dadurch gekennzeichnet,

   dass das Druckgefälle zwischen Speicher und Kreis lauf während des Einlassens von Arbeits mittel aus dem Speicher in den Kreislauf in einem Ejektar ausgenutzt wird, um die Um- laufgeschwindigkeit des Arbeitsmittels im Kreislauf und zusammenhängend 4amit das Druckgefälle in der Turbine zu erhöhen.