CH257213A - Gasturbinenanlage. - Google Patents

Description

  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  entnommen und in mindestens einer Turbine       entspannt    wird und in     welchen    als Ersatz  für die Entnahme duroh mindestens einen  Verdichter Luft wieder eingeführt wird, ins  besondere zum Antrieb von Schiffen. Die Er  findung ist dadurch gekennzeichnet, dass min  destens ein Kreislaufverdichter durch eine  Turbine allein angetrieben wird, welche  durch den aus dem Kreislauf entnommenen  Teil des Arbeitsmittels beaufschlagt ist.  



  Die den Kreislaufverdichter treibende,  durch den entnommenen Teil des Arbeits  mittels beaufschlagte Turbine kann einer  Turbine vorgeschaltet sein, welche die Nutz  leistung erzeugt. Der Kreislaufverdichter  kann auch unmittelbar durch eine Turbine  getrieben werden, welche die Nutzleistung  ganz oder teilweise erzeugt. Im ersten Fall  kann in der Leitung zwischen den beiden  hintereinander geschalteten Turbinen ein  Gaserhitzer angeordnet sein. Im letzteren Fäll  kann die zugleich den Kreislaufverdichter  treibende Nutzleistungsturbine in zwei Ent  spannungsabschnitte aufgeteilt sein, zwi  schen denen das Arbeitsmittel in einem Gas  erhitzer erhitzt wird. Hierbei können die bei  den Entspannungsabschnitte der Nutzlei  stungsturbine in separaten Gehäusen unter-    gebracht sein, in deren Verbindungsleitung  ein Gaserhitzer angeordnet ist.  



  Zwei Ausführungsbeispiele des Erfin  dungsgegenstandes sind auf der Zeichnung  in Fig. 1 und 2 dargestellt.  



  Die durch die Verdichter 1 und 2 (Fig. 1  und 2) unter Zwischenkühlung im Kühler 3  verdichtete Luft wird durch die Leitung 4  zum einen Teil dem Wärmeaustauscher 5  und zum andern Teil dem Wärmeaustauseher  6 zugeführt. Die beiden parallel im Luft  strom liegenden Wärmeaustauscher kommen  als Vorwärmer zur Wirkung. Die Verteilung  der Luft auf die, beiden Wärmeaustausoher  wird durch nicht gezeichnete Durchfluss  organe den Betriebserfordernissen angepasst.  Die     beulen    Teilmengen vereinigen sieh in  vorgewärmtem Zustand in der Leitung 7,       umerneut    an der     Stelle    8 in zwei Teile auf  geteilt zu werden.

   Der eine Teil strömt durch  die Leitung 9 in den die Rohre 10 des     Luft-          erhitzers    11 umgebenden Raum. Im erhitz  tem Zustand gelangt dann die verdichtete  Luft durch die Leitung 12 in die Turbine  13, wo sie unter Entspannung und Abküh  lung einen wesentlichen Tei1 ihrer Energie  an den Läufer abgibt. Die entspannte Luft  strömt durch die Leitung 14 in den     Wärme-          austauscher    5, in welchem sie beim Durch  strömen der Rohre 15 den durch den     Wärme-          austaus    eher 5 strömenden Teil der     verdichte-          ten    Luft vorwärmt.

   Nach Austritt aus dem       Wärmeaustauscber    5     gelangt    die Luft durch       eine        Leitung   <B>10</B> in den     !Cith        ler    17, in wel-      chem ein weiterer Teil ihrer Restwärme ent  zogen wird. Anschliessend strömt die Luft  durch die Leitung 18 in den Verdichter 1  zurück, um hier den beschriebenen Kreis  lauf von neuem zu beginnen.  



  Dem Luftkreislauf wird an der Stelle 8  ständig eine Teilmenge entnommen und durch  die Leitung 19 in den Brennraum 20 des  Lufterhitzers 11 geführt. Hier dient sie zur  Verbrennung des durch den Brenner 21 zer  stäubten Brennstoffes. Das Gemisch aus Luft  und Verbrennungsgas, strömt alsdann durch  die Wärmeaustauschrohre 10, wobei die im  Kreislauf umströmende Luft erhitzt wird.  Nach dem Austausch eines Teils seiner  Wärme strömt das Gasgemisch durch die  Leitung 22 zur Erzeugung mechanischer  Leistung in mindestes eine Turbine.

   Her  nach gelangt das Gemisch in entspanntem  Zustand durch die Leitung 23 in den     Wärme-          austauscher    6, wo beim Durchströmen durch  dessen Rohre 24 ein Teil seiner Restwärme  an den dem Wärmeaustauscher 6 zugeführ  ten Teil der verdichteten Luft des Kreislau  fes überfragen wird. Durch die Leitung 25  strömt, das Gasgemisch schliesslich an weitere  nicht gezeichnete Verbrauchsstellen, zum Bei  spiel in Abwärmeverwerter oder unmittelbar  ins Freie.  



  Zum Ersatz für den dem Kreislauf an  der Stelle 8 ,entnommenen Teil der Luft wird  durch den Verdichter 26 aus der Atmosphäre  Luft entnommen, verdichtet und durch die  Leitung 27 in die Leitung 16 des Kreislau  fes eingeführt. Beim Betrieb mit normaler  Last wird durch den Verdichter 26 die Luft  etwa auf 3 atü verdichtet, mit welchem  Druck sie dem Niederdruekverdichter 1 zu  strömt. Am Austritt aus dem Hochdruck  verdichter 2 ist die Luft des Kreislaufes auf  einen Enddruck von ungefähr 12 atü ver  dichtet Mit diesem Druck strömt die Luft  in die Turbine 13, um unter Arbeitsleistung  wieder auf den ursprünglichen Druck von  ungefähr 3 atü entspannt zu werden.

   Zur  Veränderung der Leistung wird beispiels  weise durch Verändern der Drehzah1 des  Verdicktere 26 oder durch Einstellen seines    Leitapparates oder einer Drosseleiurichtung  der Verdichtungsenddruck in der Leitung 27  verändert. Bei Leerlauf wird der Verdich  ter 26 die Luft ungefähr auf 0,2 atü verdich  ten, bei höchster Überlast ungefähr auf  3,5 atü. Die Höchsbdrücke im Kreislauf stel  len sich am Austritt des Verdichters 2 auf  3 bzw. 16 atü. Das Verdichtungsverhältnis  im Kreislauf wird somit bei Veränderung der  Leistung     ebenfalls    verändert, und zwar ist  es bei niedriger Leistung wesentlich kleiner  als bei grosser Leistung. Durch die Verände  rung des Verdichtungsverhältnisses im Kreis  lauf 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 erhöht wer  den, indem der Druck der Ersatzluft schon  bei Normallast zum Beispiel auf 4-5 atü  erhöht wird. Der höchste Druck im Kreis  lauf bei Normallast wird dann ebenso über  12 atü zum Beispiel auf 20 atü oder noch  höher ansteigen.  



  Die durch die Luft des Kreislaufes be  aufschlagte Turbine 13 treibt den Kreis  laufverdichter 1 und den die Ersatzluft in  den Kreislauf einführenden Verdichter 26.  Mit der aus den Maschinen 1, 13 und 26     bu-          stehenden    Gruppe kann noch eine elektrische  Hilfsmaschine 28 gekuppelt Nein, welche nach  Bedarf als Motor oder als Generator zur  Wirkung kommen und so zum Anlassen der  Anlage und zum Ausgleich eines Leistungs  mangels oder eines Leistungsüberschusses an  der Turbine 13 herangezogen werden kann.  



  Der Kreislaufverdichter 2 (Fig. 1 und 2)  wird durch eine Turbine getrieben, welche  dureh den aus dem Kreislauf entnommenen  Teil des Arbeitsmittels beaufschlagt ist. Bei  der in Fig. 1 gezeigten Gasturbinenanlage  strömt das Gasgemisch des Lufterhitzers 11  durch die Leitung 22 in eine     Hochdruck-          tur'bine    29,     welche    mit.     dem    Verdichter 2       mec'hanie.c:h    gekuppelt ist.

   Nach     teilweiser     Entspannung     d,es    Gasgemisches in dieser       Turbine,erfol;gt    in einem Gaserhitzer     30    eine       Zwischenerhntzuug.        Das        Gasgemisch    enthält      noch genügend Sauerstoff, um den durch den  Brenner 31 zerstäubten Brennstoff vollstän  dig zu verbrennen und dadurch die Tempe  ratur des Gasgemisches unmittelbar zu er  höhen. Das so erhitzte Gasgemisch gelangt  dann in die Turbine 32 weiter, in welcher es  auf den Enddruck entspannt wird. Die Tur  bine 32 erzeugt die Nutzleistung, sie treibt  über das Getriebe 33 und die Welle 34 eine  als Verstellpropeller ausgebildete Schiffs  schraube 35.  



  Bei der Gasturbinenanlage nach Fig. 2  strömt das Gasgemisch aus dem Gaserhitzer  11 in eine Turbine 36, die einerseits mit  dem Kreislaufverdichter 2 und anderseits mit  der als Wendepropeller ausgebildeten     Schiffs-          chraübe    35 über das Getriebe 33 und die  Welle 34 mechanisch gekuppelt ist. Nach  Entspannung in der Turbine 36 gelangt das  Gasgemisch in die Leitung 23.  



  Die Turbine 36 könnte gegebenenfalls in  zwei Entspannungsabschnitte aufgeteilt sein,  zwischen denen das Gasgemisch in einem  Gaserhitzer nochmals erhitzt wird. Hierbei  könnten die beiden     Entspannungsabschnitte     in separaten     Gehäusen    untergebracht sein,  wobei die Rotoren mechanisch miteinander  gekuppelt sind. In der Verbindungsleitung  der beiden Gehäuse wäre dann ein Gaserhitzer  eingebaut. Die Turbine 36 erzeugt zweck  mässig die volle Nutzleistung. Im Ausnähme  fällen könnte aber auch eine weitere Nutz  leistungsturbine zum Beispiel in den Kreis  lauf eingeschaltet sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Gasturbinenanlage, bei der ein Teil des Arbeitsmittels unter Verdichtung in minde stens einem Verdichter und Entspannung in mindestens einer Turbine in einem Kreislauf umströmt, aus welchem ständig eine Teil.- menge entnommen und in mindestens einer Turbine entspannt wird und in welchen als Ersatz für die Entnahme durch mindestens einen Verdichter Luft wieder eingeführt wird, insbesondere zum Antrieb von Schif- fen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kreislaufverdichter durch eine Turbine allein angetrieben wird, welche durch den aus dem Kreislauf entnommenen Teil des Arbeitsmittels beaufschlagt ist, UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass minde- :stens ein Kreislaufverdichter mechanisch un abhängig vom übrigen Teil der Anlage durch eine Turbine angetrieben wird, welche durch den aus dem Kreislauf entnommenen Teil des Arbeitsmittels beaufschlagt ist, 2. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kreislaufverdichter treibende, durch den ent nommenen Teil des Arbeitsmittels beauf schlagte Turbine einer Turbine vorgeschaltet ist, welche die Nutzleistung erzeugt. 3.

   Gasaurbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislaufverdichter durch eine Turbine ge trieben wird, welche gleichzeitig die Nutz- 1eistung erzeugt. 4. Gasturbinenanlage nach Unteran spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung für das entnommene Arbeitsmittel zwischen der den Kreislaufverdichter trei benden, vorgeschalteten Turbine und der Nutzleistungsturbine ein Gaserhitzer ange ordnet ist, in welchem das Arbeitsmittel er hitzt wird. 5.

   Gasturbinenanlage nach Unteran- sprueh 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zugleich den Kreislaufverdichter treibende Nutzleistungsturbine in zwei Entspa.nnungs- abs:ehnitte aufgeteilt ist. zwischen denen das A4rbeitsmittel in einem Gaserhitzer erhitzt wird.

   6. Gasturbinenanlage nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Entspannungsabschnitte der Nutz,eistungs- turbine in separaten Gehäusen untergebracht; sind, in deren Verbindungsleitung ein Gas erhitzer a.n.geordnet ist.