Turbinenanlage mit mindestens zwei hintereinandergeschalteten Turbinen. Die Erfindung bezieht sieh auf eine Tur binenanlage mit mindestens zwei hinterein- andergesehalteten Turbinen und mindestens einer Umgehungsleitung, durch welche ein regelbarer Teil des Arbeitsmittels umgeführt werden kann. Die Erfindung ist,dadurch ge kennzeichnet, dass die Umgehungsleitung von der einen Turbine in die nachgeschaltete führt, derart, dass .sie einen Teil der Stufen wenigstens der einen Turbine umgeht und dass in dieser Umgehungsleitung eine weitere Turbine angeordnet ist.
Diese weitere Tur bine kann mit derjenigen der beiden h@in- tereinandergescha.lteten Turbinen gekuppelt sein, bei welcher durch dieUmgehungsleitung keine Stufen umgangen werden. Zweckmässig sind dann hinter der Austrittsstufe der vor- beschalteten 'Turbine noch weitere Stufen angeschlossen, durch die eine regelbare Teil menge an Arbeitsmittel einer Zwischenstufe der nachgeschalteten Turbine zugeführt wer den kann.
Stellen die beiden hintereinander geschalteten Turbinen einen Teil einer Gas turbinenanlage dar; so kann in der ,die bei den Turbinen miteinander verbindenden Hauptleitung ein Gaserhitzer angeordnet sein, welcher von der Umgehungsleitung der nachgeschalteten Turbine umgangen wird.
Drei Ausführungsbeispiele .sind auf der Zeichnung vereinfacht dargestellt.
Fig. 1 veranschaulicht eine Gasturbinen- anla.ge mit einmaligem Durchfluss des Ar beitsmittels, Fig. 2 .eine Gasturbinenanlage, bei wel- cher ein Teil des Arbeitsmittels in einem Kreislauf umströmt und Fig. 3 eine einfache, mit einer Turbine ausgerüstete Dampfkraftanlage.
Der Verdichter 1 der Gasturbinenanlage nach Fig. 1 saugt .durch die Leitung 2 aus der Atmosphäre Luft an und fördert sie in verdichtetem Zustand durch die Leitung 3 in den Gaserhitzer 4. Das hierin ,entstehende, hocherhitzte Gemisch aus Luft und Ver brennungsgasen strömt durch die Leitung 5 in eine erste Turbine 6 und gelangt anschlie ssend .durch die Leitungen 7 und & in die zweite Turbine 9. Die Abgase dieser letz teren Turbine strömen .endlich durch die Leitung 10 aus der Anlage fort.
Die vorgeschaltete Turbine -6 treibt den Verdichter 1 und ist ausserdem mit einer elektrischen Maschine 11 gekuppelt. Diese elektrische Maschine .dient zum Anlassen der Anlage. Sie kann nötigenfalls auch zum Be schleunigen .der Anlage verwendet werden und ist schliesslich auch im Stande, einen Überschuss an Leistung der Turbine 6, wel cher vom Verdichter 1 nicht benötigt wird, aufzunehmen. Die nachgeschaltete Turbine 9 treibt einen Stromerzeuger 12, welcher die Nutzleistung der Anlage in ein Netz 13 lie fert.
Der Gaserhitzer 4 besitzt einen Bren ner 14, dem durch die Leitung 15 ein flüssi-, ger Brennstoff zugeführt wird. Ein Teil .der durch die Leitung 3 zugeführten verdichte ten Luft gelangt als Verbrennungsluft durch die Öffnung 16 in den Brennraum 17, wäh rend ein anderer Teil durch den Kühlman tel 18 zur Kühlung der Brennraumwände strömt. An der Stelle 19 vereinigen sich die aus der Brennkammer 17 ankommenden Ver brennungsgase und die aus dem Kühlmantel ankommende erhitzte Luft.
Nach Austritt der Gase :aus der Austritts stufe 20 .der vorgeschalteten Turbine 6 strömt die ganze Menge oder mindestens ein grösse rer Teil .durch die Hauptleitung 7 zur Ein trittsstufe 21 der nachgeschalteten Turbine 9. Eine durch das Regelorgan 22 eistell'bare Teilmenge kann durch die Umgehungs leitung 8 -der Zwischenstufe 23 der nach geschalteten Turbine zugeführt werden.
Diese Teilmenge umgeht also die Eintritts stufe 211 der nachgeschalteten Turbine. In die Umgehungsleitung 8 ist eine Hilfsturbine 24 eingeschaltet, .deren Schaufelung auf dem gleichen Rotor sitzt wie die Schaufelung,der vorgeschalteten Turbine 6.
Soll das Leistungsverhältnis der beiden Turbinen 6-und 9 zu Gunsten der Turbine 6 verändert werden, so wird die durch die Um gehungsleitung 8 strömende Teilimenge durch Vergrössern des Querschnittes des Regel- organes 22 vergrössert.
Hierdurch wird die Leistung .der Turbine 9 vermindert, weil die Eintrittsstufe 21 eine geringere Gaemenge erhält und gleichzeitig .der Eintrittsdruck fällt, dagegen aber die Leistung .der Tur bine 6 vergrössert, weil .die Hilfsturbine 24 in vermehrtem Mass beauf schlagt wird und -der Gegendruck niedriger wird.
Soll das Leistungsverhältnis um gekehrt zu Gunsten der nachgeschalteten Turbine 9- verändert werden, so ist der Quer schnitt des Regelorganes. 22 zu vermindern, gegebenenfalls vollständig zu schliessen. Da durch erhält die Eintrittsstufe 21 der Tur bine 9 bei steigendem Eintrittsdruck eine ver grösserte Arbeitsmittelmenge, während die Beaufschlagung der Hilfsturbine 24 vermin dert wird und .der Gegendruck der vorge- schalteten Turbine 6 steigt.
Durch die Hilfs turbine 2'4 wird nicht nur die Regelwirkung der Umgehungsleitung bedeutend unterstützt, sondern gleichzeitig werden auch die Drossel verluste am Regelorgan 22 wesentlich ver kleinert. Es ist so möglich, eine verlangte Regelwirkung mit Umgehungsleitungen von geringerem Querschnitt zu erhalten als wie bisher ohne Hilfsturbine.
Bei der Anlage nach Fig. 2' wird durch .den Niederdruckverdichter 31 und den Hoch druckverdichter 32 aus der Leitung 3 an kommende Luft verdichtet und durch die Lei tungen 3'4 und 35 zwei Wärmeaustauschern 36 und 37 zugeführt. Während der Verdichtung findet in einem Zwischenkühler <B>38</B> eine Küh lung .der teilweise verdichteten Luft statt, um _die Verdichtungsarbeit zu vermindern. Die beiden in den Wärmeaustauschern 36 und 37 erwärmten Teilmengen der Luft ver einigen sich wieder und strömen in die Lei tung 39.
An der Stelle 40 findet eine erneute Aufteilung in zwei Teile statt, wovon eine Teilmenge durch die Leitung 41 in den Gas- *erhitzer 42 weiterströmt. Nach Erhitzung ge- längt diese Luftmenge durch die Leitung 43 in .die Turbine 44 und von hier durch die Lei tung 45 in@den Wärmeaustauscher 36.
Sie durch strömt hier die Wärmeaustauschrohre 46 und erwärmt hierbei unter Abgabe eines Teils ihrer Restwärme den einen aus dem Verdichter 32 ankommenden Teil der Luft. Durch die Lei tung 47 gelangt sie in den Kühler 48 weiter, wo ein. weiterer Teil ihrer Restwärme abge führt wird. Die nun gekühlte Luft gelangt durch die Leitung 33 wieder in den Ver dichter 31 zurück, wo sie den beschriebenen Kreislauf von neuem beginnt.
Die zweite Teilmenge der an der Stelle 40 aufgeteilten Luft wird dem Luftkreislauf entzogen und durch die Leitung 49 dem Luft erhitzer 42 zugeführt. Ein Teil dieser Luft dient als Verbrennungsluft für den durch den Brenner 5,1 zugeführten flüssigen Brenn stoff, ein anderer Teil diemt zunächst als Kühlluft für die Wandungen und die Ein bauten des Brennraumes 50 und mischt sich hernach mit .den Verbrennungsgasen. Das Gasgemisch strömt .durch die Wärmeaus tauschrohre 52 und erhitzt hierbei .die Luft des Kreislaufes.
Nach Austritt aus dem Gas- erhitzer 42 strömt das Gasgemisch durch die Leitung 53 in die erste von zwei hinterein- andergeschalteten Turbinen 54 und 55. Nach Austritt des Gasgemisches aus der Austritts stufe 20 der vorgeschalteten Turbine 54 ge langt das Gas durch die Leitung 56 in den Zwischengaserhitzer 57, wo der Restgehalt von Sauerstoff zur Verbrennung .des durch den Brenner 58 zugeführten flüssigen Brenn stoffes dient. Das wiederum erhitzte Gas strömt nun durch die Leitung 5!9 zur Ein trittsstufe 21 der Turbine 55.
Nach Ent spannung in dieser Turbine strömt das Gas endlich durch die Leitung 60 zum Wärme- austauscher 37, durchströmt hier die Wärme- austaus.ehrohre 61 und erwärmt hierbei den durch die Leitung 35 ankommenden Teil der verdichteten Luft. Durch die Leitung 6'2 ver lässt das Gas die Anlage.
Als Ersatz für .die an der Stelle 40 dem Kreislauf entnommene Teilmenge wird mit tels des Verdichters 6'3 durch die Leitung 64 aus der Atmosphäre angesaugte Luft in ver dichtetem Zustand durch die Leitung 65 an der Stelle 6ss in den Kreislauf eingeführt.
Die Nutzleistung der Anlage wird durch die Turbine 55 erzeugt und über das Ge triebe 67 und die Welle 618 auf einen Schiffs propeller 69 mitWendeflügeln weitergeleitet. Die der Nutzleistungsturbine 55 vorgeschal tete Turbine 54 treibt den Verdichter -63 für die Ersatzluft. Die Verdichter 31 und 32 werden durch die Turbine 44 getrieben. Ausserdem ist dieses Aggregat auch noch mit einer elektr_schen Maschine 70 gekuppelt, welche zum Anlassen der Anlage, zur all fälligen Zuführung eines Leistungsmangels oder zur Entnahme eines Leistungsüberschus ses dient.
Die Nutzleistungsturbine 55 besitzt zu Regelungszwecken eine Umgehungsleitung 8, in welcher ein Regelorgan 22 angeordnet ist. Die durch die Umgehungsleitung geführte Teilmenge des Gasgemisches beaufschlagt die Hilfsturbine 24, deren Läufer mit dem Läu fer der Turbine 54 gekuppelt ist. Wird der Querschnitt des Regelorganes 22 vergrössert, so verschiebt sich das Leistungsverhältnis zwischen den Turbinen 54 und 55 zu Gunsten der Turbine 54 und bei Verminderung des Querschnittes zu Gunsten der Turbine 55.
Bei dieser Regelung entsteht ausser der Ver änderung der Beaufschlagung der Hilfstur bine und der Nutzleistungsturbine und des Zwischendruckes zwischen beiden Turbinen auch eine Veränderung der den Zwischengas erhitzer 57 durchströmenden Gasmenge. Än dert man in diesem Falle die Brennstoffzu fuhr zum Zwischengaserhitzer 57 in zweck entsprechender Weise, so kann .die Wirkung der Regelung noch weiter unterstützt werden.
Bei Verminderung des Querschnittes des Regelorganes 22 wird nicht nur der Zwi schendruck zwischen den Turbinen 54 und 55 vergrössert und die Leistung der Hilfstur bine 24 vermindert, sondern auch die zuge führte Wärmemenge im Gaserhitzer 57 ver grössert, wodurch in erhöhtem Mass eine Lei stungssteigerung an der Turbine 55 erreicht wird. In gleichem Sinn wird bei Vergrösse rung des Querschnittes des Regelorganes 22 nicht nur der Zwischendruck zwischen den beiden Turbinen 54 und 55 vermindert und .die Leistung der Turbine 24 vergrössert, son dern auch die im Gaserhitzer 57 zugeführte Wärmemenge vermindert. Damit wird die Leistung der Turbine 55 in vermehrtem Mass gesenkt, dieselbe der Turbine 54 aber ver grössert.
Bei der Dampfkraftanlage nach Fig. 3 wird der Dampf eines Röhrenda.mpferzeu- gers 75 einer Turbine 76 zugeführt. Nach Entspannung des Dampfes wird er in einem Kondensator 77 niedergeschlagen und das Kondensat durch eine Speisepumpe 78 erneut dem Dampferzeuger zugeführt. Die Rauch gase des Dampferzeugers werden mittels eines Saugzuggebläses 79 in den Kanal 80 gebla sen. Die Turbine 76 treibt einen Strom:- erzeuger 81, welcher die Nutzleistung der Anlage in ein Netz 82 abführt.
Die Speise pumpe 78 und das Saugzuggebläse 79 werden durch eine Vorschaltdampfturbine 83 an getrieben, durch welche die ganze Dampf menge strömt, ehe sie in die Hauptturbine 76 gelangt. Ein grösserer Teil .dieser Dampf- menge strömt durch die Hauptleitung 84 zur Eintrittsstufe 85 der Nutzleistungsturbine 76. Ein weiterer Teil der Dampfmenge kann durch eine Umgehungsleitung 86 um die Stu fen 87 der Vorschaltturbine 8,3 umgeführt werden.
In diese Umgehungsleitung 8-6 ist eine Hilfsturbine 88 eingeschaltet, deren Läu fer mit dem Läufer der Nutzleistungstur- bine 76 gekuppelt ist. Zur Einstellung der Hauptdampfmenge ist in .der Hauptdampf leitung 89 ein Regelorgan 90 und zur Ein stellung der umgeführten Dampfmenge in der Umgehungsleitung 86 ein Regelorgan 9-1 an geordnet, Die Nutzleistung der Turbine 76 wird mit Hilfe des Regelorganes 90 in der Haupt leitung 819 eingestellt.
Ausserdem kann das Leistungsverhältnis zwischen der Nutz leistungsturbine 76 und der Hilfsturbine 83 durch das in der Umgehungsleitung 8'6 an geordnete Regelorgan 91 eingestellt werden. Wird der Querschnitt des Regelorganes 91 vergrössert, so verschiebt sich das Leistungs verhältnis zu Gunsten der Turbine 76; wird es aber verkleinert, so verschiebt es sich zu Gun sten der Hilfsturbine 83.
Bei Vergrösserung des Durchflussquerschnittes .des Regelo-rga- nes 91 in der Umgehungsleitung 816 erhält die Stufe 87 der Hilfsturbine & 3 eine geringere Dampfmenge und gleichzeitig wird der Druck an der Entnahmestelle kleiner.
Die durch die Umgehungsleitungströmende vergrösserte Dampfmenge beaufschlagt aber gleichzeitig noch die Hilfsturbine 88, an welcher der Ein trittsdruck steigt, so dass aus beiden Gründen eine Leistungssteigerung der Hilfsturbine 88 eintritt. Bei Verminderung des Querschnittes des Regelorganes 91 strömt eine vergrösserte Menge durch die Stufe 87 der Vorschalt- turbine 83 und gleichzeitig wird ihr Anfangs druck vergrössert und somit ihre Leistung vergrössert.
Die Hilfsturbine 88 erhält weni ger Dampf und gleichzeitig sinkt der Ein trittsdruck vor der Stufe 888, so dass die Nutz leistung vermindert wird.
Die beschriebene Erfindung lässt sich all gemein auf alle Turbinenanlagen anwenden, bei denen zwei Turbinen im. Strom des Ar- beitsmittels hintereinandergeschaltet sind.
Sie lässt sieh also auch anwenden auf Gasturbi- nenanlagen, bei denen das gesamte Arbeits mittel in einem Kreislauf umströmt und da bei zwei hintereinandergeschaltete Gastur binen beaufschlagt, und ebenso auf beliebige Dampfkraftanlagen mit hintereinanderge- schalteten Dampfturbinen.