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.
Process for operating thermal power plants. The invention relates to a method for operating thermal power plants in which at least the greater part of a gaseous working medium describes a circuit, where it is brought to a higher pressure in at least one compressor, then heated by external heat supply and here on in at least one turbine, the power both releases to the compressor as well as to a useful power receiver, is relaxed.
As is known, the useful power output of such thermal power plants can be regulated by z. B. the pressure level in the working circuit is changed. For this purpose, work equipment in the circuit can be or. be left out of the same.
The aim of the invention is to use simple means to better utilize the stored data! Pressurized gas and thus an improvement in efficiency should be achieved in the event that the useful power output of the system is to be increased by letting in working medium at higher pressure from a storage container into the circuit.
Above all, this precaution also brings about the adaptation to rapid increases in load by accelerating the control process.
For this purpose, according to the present invention, the pressure gradient between the memory and the greis is used as a propellant jet while the working medium is let into the circuit in an ejector.
In this way - the circulation speed of the working fluid in the circuit and, related to it, the pressure gradient in the turbine can be increased. Both of these factors lead to an increase in the turbine output, and since the output consumed by the compressor at the first moment of a load surge does not undergo any significant changes at the given speed and the suction pressure remains the same.
so the increase in output of the turbine is for the time being prak- ti.s@ch entirely for the benefit of the user, which is important in view of the possibility of a rapid increase in load.
Working according to the method is e.g. B. more advantageous than the EnLpannen letting the working fluid from the memory into the circuit in one of its power to the thermal power plant give off the auxiliary turbine, because apart from the price of such an auxiliary turbine requires its constant running with the machine of the thermal power plant, even if no control processes going on
a constant loss of friction and ventilation. The latter is the case even then. when the moving parts of such an auxiliary turbine under small pressure, z. B. atmospheric pressure or vacuum.
Another advantage that the process enables to achieve is that the surge limit of the compressor of the system is only reached with a much larger inlet volume than in the case
where working medium coming from the store is read into the working medium circuit on the high pressure side after it has been throttled or released in an auxiliary turbine.
In the accompanying drawing, an example embodiment of a device for performing the method is illustrated in a simplified representation. Certain parts that are particularly useful for understanding the invention are shown on a larger scale than the other parts of the system.
In the figure, 1 denotes a compressor. which brings the working fluid describing the cycle to a higher pressure. The part of the working medium compressed in this way passes through a line 2 into a heat exchanger 3, where it is preheated by the exhaust gases from a turbine 4, which pass through a line 5 into this heat exchanger 3.
The working medium preheated in this way is then brought to the working temperature in a heater 6, where heat is supplied from the outside, in order to then be expanded in the turbine 4 while releasing power.
The power generated by the turbine 4 is used firstly to drive the compressor 1 and then also to drive a useful power receiver 7.
The emerging from the turbine 4. In the already mentioned heat exchanger 3, the still hot working medium gives off most of its heat to the compressed, cold working medium and, after it has undergone further cooling in a pre-cooler 8, finally passes back into the compressor 1, whereby the cycle runs through is.
9 denotes a storage container in which working medium is stored at a much higher pressure than prevails in the high pressure part of the circuit described, and 10 denotes a compressor for filling the container 9.
If air is used as the working medium, the compressor 10 can un indirectly promote air sucked in from the environment into the memory 9; a line 11 is connected to the latter, which is inserted into a part of the line designed as an ejector mixing chamber 12. flows out.
The exit of the higher pressure working medium withdrawn from the memory 9 into the mixing chamber 12 is controlled by a valve cone 13, which is designed similarly to the needle nozzle of a free-jet Waeserturbine. This axially displaceable regulating needle 13 is to be designed together with the outflow opening 14 of the line 11 so that the pressure drop,
which the working medium flowing over from the line 11 into the mixing chamber 12 experiences, is converted as much as possible into Gesc.hm-indigkcit i! m, so that the highest outflow velocity at the outlet of the aforementioned outflow opening 14,
that is to say is reached when the relevant Tmibstrahlo enters the mixing chamber 12. To compensate for the C-pressure forces on the adjustable regulating needle 13, similar measures can be provided, as they are known from hydraulic free-jet turbine construction.
The energy of the working medium flowing over from the accumulator 9 into the line 2 and expanding in the valve 13, 14 is thus converted into speed. As a result of the impulse exchange of the propulsion jet that is formed in the process with the circulatory working medium, an increase in pressure and a higher circulatory speed then occur in the circuit.
Important is. that the entire ejector device 11, 12, 13, 14 in the normal state, that is to say with the needle nozzle 13 closed, is aerodynamically well designed so that it causes as little pressure loss as possible with respect to the working medium describing the circuit. It is advantageous to install such an ejector device in a bend in the line 2 if such a bend is necessary anyway.
Furthermore, the tip of the regulating needle 13 protruding from the valve in the closed state contributes to adding an aerodynamic favorable outline to the valve part 14 which is flushed by the working medium.
If the ratio of the pressure in the storage tank 9 to the pressure in the system's circuit is greater than the sound pressure ratio, the expansion nozzle can be followed by an extension after the narrowest flow cross-section of the ejector device in order to obtain the shape of a supersonic nozzle so that the Pressure energy of the stored gas is used up to supersonic speed. However, supersonic nozzles only give a pressure ratio corresponding to their shape.
full utilization of the energy. The shape must therefore be selected so that it fits the most frequently occurring operating states.
For the invention, it does not matter at which point of the Arbeitsmittelkreis-laufe.s the ejector is installed. Furthermore, the ejector can in principle be of any known type.