Gasturbinenanlage. Die Erfindung bezieht. sich auf eine Gas turbinenanlage, bei der ein Teil des Arbeits mittels unter Verdichtung in mindestens einem Verdichter und Entspannung in minde stens einer Turbine in einem Kreislauf um strömt, aus welchem ständig eine Teilmenge von Arbeitsmittel unter Entspannung in minde stens einer Turbine entnommen wird und in welchen als Ersatz für die Entnahme durch mindestens einen Verdichter Arbeitsmittel wieder eingeführt wird.
Sie ist dadurch ge kennzeichnet, dass die Verdichter der Anlage durch mindestens eine Turbine getrieben wer den, welche durch den aus dem Kreislauf entnommenen Teil des Arbeitsmittels beauf- schlagt ist, während die Nutzleistung von einer Turbine erzeugt wird, welche durch das im Kreislauf umströmende Arbeitsmittel beaufschlagt ist.
Der Kreislaufverdichter und der die Er- :;atzmenge fördernde Verdichter können je durch eine Turbine angetrieben werden, wo bei zum Beispiel die den Kreislaufverdichter antreibende Turbine vor die Turbine geschal tet ist, welche den die Ersatzmenge fördern den Verdichter antreibt. Das im Kreislauf umströmende Arbeitsmittel kann durch einen Niederdruck- und einen Hochdruckverdichter verdichtet werden, welche gemeinsam von einer Turbine angetrieben sind.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand des auf der Zeichnung vereinfacht dargestell ten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die durch die Verdichter 1 und Z Im- ter Zwischenkühlung im Kühler 3 verdich tete Luft wird zum einen Teil durch eine Leitung 4 dem Wärmeaustauscher 5 und zum andern Teil durch eine Leitung 6 dem Wärmeaustauseher 7 zugeführt, wobei die Verteilung der Luftmengen durch das in der Leitung 6 angeordnete Durchflussorgan 8 den Betriebserfordernissen a.ngepasst werden kann.
Nach Verlassen der als Vorwärmer zur Wirkung kommenden Wärmeaustauscher ver einigen sich die beiden Teilmengen der Luft an der Stelle 9 und werden gleich wieder in zwei Teile aufgeteilt. Der eine Teil strömt durch die Leitung 1.0 in den die Rohre 11 des Gaserhitzers 12 umgebenden Raum. In erhitztem Zustand gelangt dann die verdich tete Luft durch die Leitung 13 in die Tur bine 14. wo sie unter Entspannung und Ab kühlung einen Teil ihrer Energie an den Läufer abgibt.
Die entspannte Luft. strömt durch die Leitung 15 in den 'VVärmeaustau- scher 5 weiter, in welchem sie beim Durch strömen der Rohre 16 die durch die Leitung 4 zugeführte Teilmenge der verdichteten Luft vorwärmt. Nach Austritt aus dem Wärmeaustauscher 5 wird in einem Kühler 17 der Luft noch ein weiterer Teil ihrer Restwärme entzogen. Die nunmehr gekühlte Luft strömt durch die Leitung 18 in den Verdichter 1 zurück, um hier den Kreislauf von neuem zu beginnen.
Dem beschriebenen Luftkreislauf wird an der Stelle 9 ständig eine Teilmenge entnom- men und durch die Leitung 19 in den Brenn raum 20 des Gaserhitzers 12 geführt. Hier dient sie zur Verbrennung des durch den Brenner 21 zerstäubten Brennstoffes. Das Verbrennungsgas strömt durch die Wärme austauschrohre 11, wobei die im Kreislauf umströmende Luft erhitzt wird.
Nach Ab gabe eines Teils seiner Wärme strömt das Verbrennungsgas durch die Leitung 22 in die Turbine 23 und aus dieser in die Turbine 24 weiter.
Das so entspannte Verbrennungs gas gelangt schliesslich in die Rohre 25 des Vorwärmers 7 und anschliessend durch die Leitung 26 in. nicht gezeichnete weitere Ver brauchsstellen, zum Beispiel in Abwärme verwerter, oder unmittelbar ins Freie. Im. Wärmeaustauscher 7 wird ein Teil der Rest wärme des Verbrennungsgases an die durch die Leitung 6 zugeführte Teilmenge der im Kreislauf umströmenden Luft abgegeben.
Als Ersatz für den dem Kreislauf an der Stelle 9 entnommenen Teil des Arbeitsmit tels wird durch den Verdichter 27 Luft aus der Atmosphäre entnommen, verdichtet und durch die Leitung 28 in die den Wärmeaus tauscher 5 mit dem Kühler 17 verbindende Leitung 29 eingeführt. Beim Betrieb mit normaler Last wird durch den Verdichter 27 die Luft auf etwa 3 atü verdichtet, mit wel chem Druck sie dem Niederdruckverdichter 1 zuströmt. Am Austritt aus dem Hoch druckverdichter 2 ist die Luft des Kreislau fes auf einen Enddruck von ungefähr 12 atü verdichtet.
In der Turbine 14 wird die Luft wieder unter Arbeitsleistung auf den Druck von 3 atü entspannt. Zur Veränderung der Lei stung wird beispielsweise durch Verändern der Drehzahl der Turbine 24 das Verdichtungs verhältnis des Verdichters 27 verändert. Bei Leerlauf wird er die Luft ungefähr auf 0,2 atü verdichten, bei höchster Überlast un gefähr auf 3,5 atü oder noch höher. Der Höchstdruck im Kreislauf stellt sich dann am Austritt aus dem Hochdruckverdichter 2 auf 3 atü bei Leerlauf und 16 atü bei Über last.
Das Verdichtungsverhältnis im Kreis lauf wird somit bei Veränderung der Lei stung auch verändert, und zwar ist es bei niedriger Leistung wesentlich kleiner als bei grosser Leistung.
Durch die Veränderung des Verdichtungsverhältnisses im Kreislauf lässt sich der Regelbereich ohne Inkauf- nahme wirtschaftlicher Nachteile bedeutend erweitern. Kann auf besonders hohe Wir kungsgrade verzichtet werden, so kann. die Leistung der Anlage noch weiter gesteigert werden, indem der Druck der Ersatzluft schon bei Normallast zum Beispiel auf 4 bis 5 atü erhöht wird. Der höchste Druck im Kreislauf bei Normallast wird dann auf 20 atü und noch höher ansteigen.
Die durch die Luft des Kreislaufes be- aufschlagte Turbine 14 erzeugt die Nutz leistung. Sie treibt einen elektrischen Strom erzeuger 30, welcher seine Leistung zum Beispiel in ein bestehendes Netz abführt. Die zuerst vom Abgas des Gaserhitzers be- aufschlagte Turbine 23 treibt den Nieder druckverdichter 1 und den Hochdruckver dichter 2 des Kreislaufes.
Mit der aus den Verdichtern 1 und 2 und der Turbine 23 beste henden Maschinengruppe ist noch eine elek trische Hilfsmaschine 31 gekuppelt, welche nach Bedarf als Motor oder als Generator zur Wirkung kommen kann. Sie dient einer seits zum Anlassen der Anlage und ander seits zum Ausgleich eines Leistungsmangels oder eines Leistungsüberschusses an der Tur bine 23. Die durch das Abgas der Turbine 23 beaufschlagte Turbine 24 treibt den die Ersatzluft in den Kreislauf einführenden Verdichter 27.
Die Leistungzum Antrieb sämt licher Verdichter der Anlage wird also nur durch den dem Kreislauf entnommenen Teil des Arbeitsmittels und die Nutzleistung nur durch den im Kreislauf umströmenden Teil des Arbeitsmittels erzeugt.
Wenn auf besonders hohe Wirkungsgrade verzichtet werden kann, könnte der Wärme- austauscher, welcher von dem dem Kreislauf entnommenen A@rbeitamittel durchströmt wird, weggelassen werden. Das entnommene Ar beitsmittel würde dann aus der zuletzt be- aufschlagten Turbine unmittelbar ins Freie oder zu nicht gezeichneten Abwärmeverwer- tern strömen.
Zur Verdichtung des im Kreis- lauf umströmenden Arbeitsmittels könnte auch nur ein Verdichter verwendet werden, an welchen gegebenenfalls noch ein Zwi schenkühler angeschlossen werden könnte. In besonderen Fällen liessen sich zur weite ren Vereinfachung auch alle Verdichter durch eine einzige Turbine antreiben. Der ein fachste Fall entstünde dann, wenn ein Ver dichter für das im Kreislauf umströmende Arbeitsmittel und ein Verdichter für das als Ersatz dem Kreislauf zuzuführende Arbeits mittel gemeinsam von einer Turbine ange trieben würden.
Werden umgekehrt besonder,3 hohe Wirkungsgrade angestrebt, so könnte zwischen den beiden Turbinen, welche von dem dem Kreislauf entnommenen Arbeits mittel beaufschlagt sind, noch ein Zwischen erhitzer eingeschaltet werden. Schliesslich könnte noch eine Hilfsturbine vorgesehen sein, welche Hilfsmaschinen zu treiben hat und entweder vom Arbeitsmittel des Kreis laufes oder von dem dem Kreislauf entnom menen Arbeitsmittel beaufschlagt ist.