Verfahren zur Leistungsregelung von Wärmekraftanlagen und Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelung von Wärmekraft anlagen, in denen mindestens der grössere Teileines gasförmigen Treibmittels einen Kreislauf beschreibt, wobei es in mindestens einem Verdichter auf höheren Druck ge bracht, dann durch Wärmezufuhr von aussen erhitzt und hierauf in mindestens einer Lei stung abgebenden Maschine entspannt wird und ferner Änderungen in der Leistungs abgabe der Anlage durch Änderung des Druckniveaus im Kreislauf erzeugt werden. Im weiteren betrifft die Erfindung eine Ein richtung zwo Ausführung dieses Verfahrens.
Eine Erhöhung der Leistungserzeugung eider Anlage der erwähnten Art, beispiels weise von Teillast auf Vollast, erfordert eine Zufuhr von Arbeitsmittel in den Kreislauf, sei es aus einem Arbeitsmittelspeicher, oder, falls dass Arbeitsmittel Luft ist, durch Ver dichtung von der Atmosphäre entnommener Luft vermittels eines Hilfsverdichters auf mindestens den Druck an der Einführstelle.
Man hat aus wirtschaftlichen Gründen ein Interesse daran, einen Arbeitsmittel speicher möglichst niedern Druckes verwen den zu können, oder doch das zuzuführende Arbeitsmittel nur wenig komprimieren zu müssen. Es ist daher schon vorgeschlagen worden, das Arbeitsmittel dem Kreislauf niederdruckseitig, d. h. an einer Stelle, die z. B. zwischen dem Austritt einer Turbine und dem Eitritt des Verdichters liegt, zuzu- führen. Da aber die gleichmässige Hebung des Druckniveaus im Kreislauf auch eine Vermehrung des in dessen Hochdruckteil enthaltenen Arbeitsmittelgewichtes bedingt, übernimmt bei niederdruckseitiger Zufuhr des Arbeitsmittels der Kreislaufverdichter selbst die Verdichtung jenes Anteils des zugeführten Arbeitsmittels, der in den Hoch druckteil des Kreislaufs gehört.
Die Lei stungsaufnahme des Verdichters erhöht sich damit vorübergehend auf Kosten der Nutz leistungsabgabe.
In den Fällen, wo eine sofort reagie rende Anpassung der Anlage an Schwan kungen der Belastung der Anlage, wie etwa bei der Frequenzregelung eines Kraftnetzes, zu erfolgen hat, ist im allgemeinen diese Regelungsart ungeeignet wegen der vorüber gehend mit dem Arbeitsmitteleinlass verbun den en Verminderung der Nutzleistungs abgabe.
Da aber die Leistungsverminderung nur verhältnismässig sehr kurze Zeit dauert, ist sie in all den Fällen bis zu einem gewis sen Grade zu1ä@ssig, wo nicht allzu sicharie Bedingungen an Drehzahlhaltung gestellt werden, wie etwa: beim Antrieb eines: Fahr zeuges, eines Schiffes oder auch eines Ver- dichtersl.
Immerhin stellen sich auch hier dem Ein lass des Aribeitsmittels .gewisse Grenzen. Da die Kompressionsarbeit ödes in den Hoch druckteil des Kreislaufs gehörenden Arbeits mittels vom Niederdruck- in den Hochdruck- teil von der Anlage selbst übernommen wird, könnte bei allzu raschem Einlass die ganze Nutzleistung aufgezehrt werden, so dass die Drehzahl der Anlage so weit sinken könnte, dass sie sich nicht mehr von selbst erholen würde und sie zum Stillstand käme. Dies wird um so eher eintreten, je kleiner das Druckniveau zu Beginn des Einlasses ist, da die zur Verfügung stehende Leistung dann kleiner ist.
Noch empfindlicher in dieser Hinsicht wird aber insbesondere die Anlage in jenen Fällen sein, wo die Kreislaufvor dichter ganz oder teilweise von einer beson deren Turbine ohne mechanische Kupplung mit einer Nutzleistungsturbine angetrieben wenden. In diesem Fall steht nur eine redu zierte Leistung für die zusätzliche Verdich tung des eingeführten Arbeitsmittels, resul tierend aus kleineren Verschiebungen der Leistungsverteilung auf die Turbinen bei vermindertem Druckverhältnis, zur Verfü gung. Es darf also dann insbesondere bei kleinem Druckniveau nur verhältnismässig langsam niederdruckseitig Arbeitsmittel ein gelassen werden.
Das Verfahren gemäss vorliegender Er findung vermeidet nun diesen Nachteil da durch, dass zur Vergrösserung der Leistungs abgabe, solange der Arbeitsmittelinhalt des Kreislaufs einen festgelegten Bruchteil des Vollastinhaltes nicht unterschreitet, nur dem Niederdruckteil des Kreislaufes von ausser halb des Kreislaufes Arbeitsmittel zugeführt wird, und dass, wenn jener Bruchteil unter schritten wird, in den Hochdruckteil des Kreislaufes eine mindestens gleiche Arbeits mittelmenge wie in den Niederdruokteil in der Zeiteinheit von ausserhalb des Kreis laufes eingeführt wird.
Durch den gleichzeitigen Einlass von Ar beitsmittel sowohl in den Niederdruck- als auch den Hochdruckteil, sobald ein fest gelegten Bruchteil des Vollastinhaltes des Kreislaufes unterschritten wird, wird die von der Anlage selbst zusätzlich zu leistende Verdichtungsarbeit vermindert oder sogar aufgehoben; ja es kann sogar ein Leistungs überschuss auftreten, Da, aber der hochdruck- seitige Einlass nun bei kleinerem Druck niveau im Kreislauf stattfindet, ist es trotz dem nicht erforderlich, einen Speicher hohen Druckes vorzusehen.
Da auch während des Einlassvorganges der Druck im Speicher sinkt und erst bei vollem Kreislauf seinen tiefsten Wert hat, herrscht auch zu jener Zeit, wo der hochdruckseitige Einlass in den Kreislauf stattzufinden hat, noch den relativ höchste Druck im Speicher.
Auf diese Weise kann also bei kleiner Last das Druckniveau beliebig rasch geho ben werden. Einzig von dem Augenblicke an, wo nur noch niederdruckseitiger Einlass stattfindet, ist die sekundlich einzulassende Menge begrenzt. Berechnungen haben aber gezeigt, dass das Druckniveau trotzdem in nur wenigen Sekunden beispielsweise von der Hälfte auf Vollastniveau gekracht wer den kann, ohne dass die Drehzahl der den Kreislaufverdichter antreibenden Turbine dabei unzulässig sinken würde.
Der gleichzeitige Einlass von Arbeits mittel auf der Hoch- und Niederdruckseite des Kreislaufs ist insbesondere zweckmässig, wenn der augenblickliche Arbeitsmittelinhalt des Kreislaufs weniger als die Hälfte des Vollastinhaltes beträgt.
Zur Verminderung der Leistungserzeu gung wird Arbeitsmittel dem Kreislauf ent nommen. Es ist dabei zweckmässig, dieses Arbeitsmittel in bekannter Weise an einer Stellte hohen Druckes des Kreislaufes .zu entnehmen, so dass für das, Wiedereinführen in den Sp#eiaher eine geringe oder eventuell gaw keine Verdichtungsleistung erforderlich ist.
Die beilüagende Zeichnung zeigt in ver- einfachter Darstellungsweise zwei beispiels weise Ausführungsfarmen von Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, an Hand welcher auch das Ver fahren beispielsweise erläutert wird..
In Fig. 1 dieser Zeichnung bezeichnet 1 den Verdichter, 2 den Wärmeaustauscher, 3 den Erhitzer, 4 eine den Verdichter 1 an treibende Hochdruckturbine, 5 eine einen als Propeller 7 ausgebildeten Nutzleistung.- empfänger antreibende Niederdruckturbine und 6 den Vorkühler einer Wärmekraft anlage, in welcher Luft als Arbeitsmittel einen Kreislauf beschreibt.
Die Umlaufs richtung des Arbeitsmittels ist durch Pfeile angedeutet. 8 bezeichnet einen Arbeitsmittel speicher, also im vorliegenden Falle einen Druckluftspeicher, an den die Druckleitung 14 mit eingebauter Rückschlagklappe 141 eines von einem Motor 10 angetriebenen Hilfsverdichters 9 angeschlossen ist.
Der Speicher 8 steht durch eine Leitung 1l, in die ein Einlassventil 111 eingebaut ist, mit einer Stelle 112 des Arbeitsmittelkreislaufes in Verbindung, die zwischen dem Austritt der Turbine 5 und dem Eintritt des Ver dichters 1 gelegen ist; es wind dieser Teil des Arbeitsmittelkreislaufes im vorliegenden Zusammenhange Niederdruckteil des Kreis laufes genannt, im Gegensatze zum Hoch druckteil des Kreislaufes , der zwischen dem Austritt des Verdichters 1 und dem Eintritt der Hochdruckturbine 4 gelegen ist. 13 he- zeichnet die Saugleitung des Hilfsverdich ters 9, in die ein Auslassventil 131 eingebaut isst.
Diese Leitung 13 ist an der Stelle 122 an den Hochdruckteil des Kreislaufes ange- scblossen. Durch eine Leitung 17, in die ein Einlassventil 12 und eine Rückschlagklappe 15 eingebaut sind, lässt sich eine Verbin dung zwischen den Leitungen 11 und 13 her stellen. Schliesslich bezeichnet 16 einen der den Verdichter 1 antreibenden Turbine 4 zugeordneten Drehzahlregler, der mit dem Ventil 12 in Wirkungsverbindung steht.
Liegt nun der Arbeitsmittelinhalt des Kreislaufes in der in Fig. 1 gezeigten Wärmekraftanlage z. B. unter einem fest gelegten Bruchteil des Vollastinhaltes und ist die erzeugte Leistung zu steigen, so wird durch gleichzeitige Öffnung der Ven tile 111 und 12 Arbeitsmittel sowohl an der Stelle 112 in den Niederdruckteil als auch an der Stelle 122 in den Hochdruckteil des Kreislaufes eingelassen. Das für hochdruck- seitigen Einlass bestimmte Ventil 12 wird im gezeigten Falle durch den Drehzahlregler 16 der den Verdichter 1 antreibenden Turbine 4 in öffnendem Sinne beeinflusst, wenn die Drehzahl unter einen gewissen Grenzbetrag sinkt.
Das Rückschlagventil 15 verhindert den Auslass von Arbeitsmittel aus dem Kreis lauf, falls bei zu niedrigem Druek im Spei cher 8 das Einlassventil 12 geöffnet würde.
Für ,die hochdruckseitig und niederdruck- seitig in der Zeiteinheit einzulassenden Ar beitsmittelmengen kann auch durch in den entsprechenden Zuleitungen angeordnete Drosselstellen ein festes Verhältnis fest gelegt werden. Das Gleichgewicht der Ver dichtergruppe wird dann am wenigsten ge- stört, wenn die in der Zeiteinheit in den Hochdruckteil einströmende Menge zu der in den Niederdruckteil einströmenden Menge im gleichen Verhältnis zueinander stehen wie die bei Vollast im Hochdruckteil und im Niederdruckteil enthaltenen Arbeitsmittel mengen.
Eine beispielsweisse Ausführungsfarm letzterer Art zeigt Fig. 2. In dieser Figur bezeichnen 18 und 19 zwei Drosselstellen und 20 ein Einlassventil. Durch die Drosselstellen 18 und 19 wird, falls die augenblickliche Leistungsabgabe zu steigern ist, ein unge fähr festes Verhältnis zwischen den in der Zeiteinheit niederdruckseitig und hochdruck- seitig in den Kreislauf gelangenden Mengen festgelegt. Einzig wenn der Druck im Spei cher 24 nahezu auf den Druck des Kreis laufes hochdruckseitig sinkt, wird dieses Verhältnis wesentlich gestört. Sind diese beiden Drücke gleich, was dann der Fall sein wird, wenn der Arbeitsmittelinhalt im Kreislauf einen gewissen Bruchteil des Vollastinhaltes erreicht hat, so findet kein hochdruckseitiges Einströmen mehr statt.
Bei weiterem Steigen des Kreislaufdruckes und Sinken des Speicherdruckes verhindert die Rüeksehla;gk,lappe2 21 ein Zurückströ men von Arheits.mitbel aus dem hochdruck- oleitigen Teil der Anlage in den Speicher 24.
Ein Einlass findet nur noch niederdruck- seitig starbt. In :diesem Druckbereich, wo nur niederdruckseitig Arbeitsmittel in .den Kreis lauf eingelassen -wird, ist eine Begrenzung der in der Zeiteinheit eingelassenen Menge zur Vermeidang unzulässiger Drehzahlsen- kng der Verdichtergruppe erforderlich.
Eine solche Begrenzung kann von Hand durch entsprechende Betätigung des Ein- lassventilg 20 unter Beobachtung der Dreh zahl der Turbine 26 erfolgen; sie kann aber auch dadurch geschehen, dass der Drehzahl regler 25 der den Verdichter 22 antreibenden Turbine 26 das einen Einlass von Arheits- mittel in den Niederdruckteil des Kreislaufs gestattende Ventil 20 in schliessendem Sinne beeinflusst, wenn die Drehzahl dieser Tur bine unter einen festen Grenzbetrag sinkt.