Erennkraftturbinenanlage mit Gleichdruckverbrennung. Bei Gasturbinen mit Gleichdruckverbren- nung ist vielfach die Gasturbine mit dem zur Beschaffung der Verbrennungsluft erforder lichen Verdichter und der leistungsverbrau chenden Arbeitsmaschine, z. B. dem elek trischen Stromerzeuger gekuppelt. Diese An ordnung hat den grossen Vorteil der Einfach heit. Man benötigt für eine derartige Anlage nur eine Turbine, einen Verdichter, eine Brennkammer und einen Wärmeaustauscher. Bei Änderung der Belastung stellen sich jedoch bei dieser Anordnung Nachteile ein. Geht man z.
B. mit der Belastung herunter, dann muss weniger Brennstoff eingespritzt werden. Da es nun zweckmässig ist, die Luft überschusszahl möglichst bei allen Laststufen gleich zu halten, muss man mit Verringerung der Brennstoffmenge auch die Luftmenge verringern. Dadurch wird man einerseits ge zwungen, den Verdichter langsamer laufen zu lassen, wenn man nicht die unwirtschaft liche Drosselregelung -anwenden will. Mit Rücksicht auf den elektrischen Stromerzeu- ger soll aber anderseits die Drehzahl bei allen Belastungen gleich bleiben.
Es sind nun schon Anlagen bekannt ge worden. bei .denen zur Vermeidung dieses Nachteils zum Antrieb der Arbeitsmaschine und des Verdichters je eine Gasturbine vor gesehen ist. Bei dieser bekannten An-Ordnung sind aber beide Gasturbinen in Reihe hinter einander geschaltet. Um den Gesamtwir kungsgrad zu erhöhen, ist dabei gewöhnlich vor der zweiten Gasturbine noch eine beson dere Brennkammer vorgesehen, in der zusätz lich so viel Brennstoff verbrannt wird, dass die Gastemperatur vor dem Eintritt in die zweite Turbine genau so hoch ist' wie vor der ersten Turbine. Diese Anordnung hat aber wiederum bei grossen Anlagen den Nachteil, dass die gesamte Gasmenge hinter einander durch jede der beiden Turbinen strö men muss.
Da aber bei Gasturbinenanlagen die verarbeiteten Gasmengen infolge der hohen Temperaturen und der verhältnis mässig kleinen Drücke sehr gross sind, erhält man sehr lange Turbinenschaufeln und da mit grosse Abmessungen der Maschine. Ausserdem lässt sich bei sehr langen Turbi nenschaufeln schlechter ein günstiger Wir kungsgrad verwirklichen als bei weniger langen Schaufeln.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage mit zwei parallel geschal teten Turbinen, von denen die eine den Ver dichter und die andere die Nutzarbeits- maschine, z. B. den elektrischen Stromerzeu ger ,;,a.ntreibt, und mit je einer Brennkammer für jede Turbine.
Die Erfindung besteht darin, dass zusätzlich zu der Regelung der Brennstoffzufuhr für die beiden Brennkam- mern durch einen mit der Arbeitsmaschine verbundenen Drehzahlregler die Brennstoff zufuhr für die Brennkammer des Verdichter satzes in Abhängigkeit vom Luftdruck hin ter dem Verdichter beeinflusst wird, z.
B. in der Weise, dass mit abnehmendem Luftdruck die Brennstoffmenge für die Brennkammer des Verdichtersatzes wieder etwas vergrössert wird, aber nur so weit, dass die Gastempe ratur hinter der Brennkammer die langsamer laufende Turbine des Verdichtersatzes nicht überbeansprucht.
In der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel einer Gasturbinena.nlage nach der Erfindung in schematischer Weise darge stellt.
Die Anlage besteht aus zwei parallelen Maschinensätzen. Von den aus den Brenn- liammern 1 und 2 und den Gasturbinen 3 und 4 bestehenden Turbinensätzen treibt die eine über die Kupplung 5 den Luftverdichter 6 und die andere über die Kupplung 7 die Arbeitsmaschine 8, z. B. einen elektrischen Stromerzeuger, an. Die durch den Luftein tritt 9 angesaugte Luft strömt nach der Ver dichtung über die Druckleitung 10 durch den Wärmeaustauscher 11 zu den Brennkam- mern 1 und 2. Der Brennstoff wird den Brennkammern 1 und 2 durch die Brenner 12 und 13 zugeführt.
Von den Kammern treten: die heissen Treibgase über die Leitun gen 14 und 15 in die Gasturbinen 3 und 4 ein und verlassen diese über die Ableitungen 16 und 17. Sie gelangen dann in den Wärme- austauscher 11, von dem aus sie durch die Leitung 18 ins Freie treten.
Auf der Welle der Arbeitsmaschine 8 ist ein Drehzahlregler 19 angeordnet, der über ein Gestänge 20, 21 und 22? die Brennstoff zufuhr zu den Brennern 12 und 13 regelt. Zur zusätzlichen Regelung der Brennstoff und Luftzufuhr zum Brenner 12 des Ver- dichtersatzes dient ein vom Luftdruck in der Leitung 10 bezw. der Zweigleitung 23 ge steuerter Kontaktgeber 24, dessen Steuer impulse auf elektrischem, hydraulischem oder pneumatischem Weg an das Steuerorgan 25 der Druclzluftzveigleitung 26 zur Brenn- kammer 1,
an den Leitapparat 27 des Ver dichters 6 und an die Brennstoffzufuhrrege- lung des Brenners 12 geleitet werden. Die zusätzliche Regelung der Brennstoffzufuhr zum Brenner 12 erfolgt vollkommen unab hängig von der Brennerregelung durch den Drehzahlregler 19 mit Hilfe des eingebauten Zwischengliedes 2'8. Als Kontaktgeber 24 kann irgendeine bekannte Ausbildungsart Verwendung finden. Die Erfindung selbst wird dadurch nicht berührt. Geht. man mit der Belastung der Anlage herunter, dann wird weniger Brennstoff ein gespritzt. Die Gastemperatur sinkt infolge dessen und die Turbinenleistung -eht zurück.
Bei allen Anlagen, die zur elektrischen Stromerzeugung dienen und auch noch bei vielen andern Arbeitsmaschinen muss aber unabhängig von der Belastung die Drehzahl gleich bleiben. Bei der Anlage nach der Er findung wird nun die zum Antrieb der Ar beitsmaschine 8 bezw. des Stromerzeugers dienende Gasturbine 4 auf gleichbleibende Drehzahl geregelt. Die zum Antrieb des Ver dichters 6 dienende Turbine 3, wird dagegen anders geregelt. Die Brennstoffmenge beider Brennkammern 1 und 2 wird von einem Drehzahlregler 19 der Nutzleistungsturbine 4 beeinflusst.
Bei Verringerung der Brennstoff zufuhr wird daher auch die Last der Ver- dichterturbine 3 ermässigt, so dass der Ver- dichter 6 langsamer läuft und entsprechend weniger Luft von geringerem Druck liefert. Demzufolge nimmt die Leistung beider Tur binen weiter ab, bis der Drehzahlregler 19 wieder etwas mehr Brennstoff gibt und den neuen Beharrungszustand einstellt.
Um eine wirtschaftlich arbeitende Gas turbinenanlage zu erhalten, ist es erforder lich, dass alle Teile der Anlage möglichst voll ausgenutzt werden. Die Gastemperaturen vor den Turbinen sind im allgemeinen so bemes sen, dass bei der höchsten Belastung die Tur binenläufer noch eine genügende Dauerstand festigkeit besitzen. Nun läuft bei kleinerer Last der Verdichter 6 langsamer. Die Flieh kraft und damit die Beanspruchung der Schaufeln und der Turbinenscheibe wird da mit geringer. Bei Belassung der Gastempe ratur auf der der Höchstlast entsprechenden Höhe wird also die zum Antrieb des Ver dichters dienende Turbine nicht mehr voll ausgenutzt.
Um die volle Ausnutzung zu erreichen, wird daher die Gasturbine 3 bei kleinerer Drehzahl mit Gasen höherer Tem peratur beaufschlagt. Bei der beschriebenen Anlage wird demzufolge der Brenner 12 für die Brennkammer 1 des Verdichtersatzes zu sätzlich durch den Luftdruck hinter dem Verdichter 6 beeinflusst, und zwar derart, dass mit abnehmendem Luftdruck die Brenn stoffmenge für die Brennkammer 1 des Ver- dichtersatzes wieder etwas vergrössert wird, aber nur so weit,
dass die Gastemperatur hinter der Brennkammer 1 die langsamer laufende Turbine 3 des Verdichtersatzes nicht überbeansprucht. Da nun aber bei glei cher Gas- und Luftmenge ein bestimmter Luftdruck hinter dem Verdichter 6 einer ganz bestimmten Gastemperatur vor der Ver- dichterturbine 3 entspricht, kann man natür lich die Gastemperatur vor der Verdichter turbine 3, nicht beliebig erhöhen.
Es ist daher mit der zusätzlichen Regelung der Brenn stoffmenge für die Brennkammer 1 des Ver- dichtersatzes ein Regelorgan 25 gekuppelt, welches die Luftmenge auf die beiden Brenn- kammern verteilt, und zwar derart, dass die Brennkammer 1 des Verdichtersatzes weniger Luft erhält. Die Brennkammer 2 der Nutz leistungsturbine 4 bekommt daher mehr Luft als in dem Fall, in dem kein Regelorgan vor handen ist.
Dies bewirkt jedoch wieder ein Ansteigen der Drehzahl der Nutzleistungs- turbine 4 und der vom Drehzahlregler 19 be- einflusste Brenner 13 der Brennkammer 2 der Nutzleistungsturbine 4 wird noch weni ger Brennstoff geben, wodurch die Luftüber- schusszahl in unerwünschter Weise zunehmen wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird der Leitapparat 27 vor der 1. Stufe des Ver dichters verstellbar ausgeführt, so dass durch Verdrehung der Leitschaufeln die Luftmenge weiter verringert werden kann.
Die Verklei nerung der Luftmenge kann selbstverständ lich auch durch Umführung eines Teils der verdichteten Luft in die Saugleitung oder durch irgendeine andere Regelungsart vorge nommen werden. Durch das Regelorgan 25 in der Luftleitung zu der Brennkammer 1 wird die so verringerte Luftmenge auf beide Brennkammern nun derart verteilt, dass die Brennkammer 2 der Nutzleistungsturbine 4 nur die Luft erhält, die sie ohne die Rege lung durch den Leitapparat 27 erhalten würde. Die durch die Leitapparateregelung zusätzlich verringerte Luftmenge wirkt sich also nur bei der Brennkammer 1 für die Verdichterturbine 3 aus.
Auf diese Weise lässt sich eine wirtschaftlich ausserordentlich günstige Regelung der Gasturbinenanlage erreichen.