CH270344A - Gasturbinen-Kraftanlage. - Google Patents

Description

      Gasturbinen-Kraftanlage.       Die vorliegende Erfindung bezieht sich  auf     Gasturbinen-Kraftanlagen,    wie sie als An  triebe für Schiffe, Fahrzeuge, Kraftstationen  oder dergleichen Verwendung finden.  



  Bei Gasturbinen treten im allgemeinen  hohe Schaufelgeschwindigkeiten auf, wobei die  Beanspruchung der Schaufeln und die Tem  peraturen sowohl die Leistung als auch die       Lebensdauer    solcher Anlagen begrenzen. Jede  korrodierende oder erodierende Wirkung auf  die Turbinenschaufeln ist. äusserst nachteilig,  und es kann vom metallurgischen Standpunkt  aus erwünscht sein, die     Sehaufelung    frei von  jeder Berührung mit gasförmigen Verbren  nungsprodukten, z. B. Oxyden des Schwefels  zu halten.  



  Es ist bereits vorgeschlagen worden, in       Ileissluftkraftanlagen    ortsfeste, wärmeaufspei  chernde Elemente vorzusehen, um die Wärme  der mit     Verhr        ennungsrüekständen    verunrei  nigten Gase an ein verhältnismässig reines Ar  beitsmedium für die Maschine oder Turbine  zu übertragen, wobei Ventile dazu dienen,  den Zustrom der heissen verunreinigten Gase  und des verhältnismässig reinen Arbeitsme  diums zum     Austauscher    zu steuern.  



  Gemäss der Erfindung besteht die Gas  turbinen-Kraftanlage aus einem Luftkompres  sor, einer den Kompressor treibenden Luft  turbine, die ihrerseits noch einen     Nutzlei-          stungsernpfänger    antreibt, einer Einrichtung  zum Verbrennen von Brennstoffen in der  Abluft der Turbine, und einen Wärmeaustau-    scher mit     Wärmeaustauschmaterial    enthal  tenden Zellen, die zu und von einer Stelle  bewegbar sind, wo den     VerbrennungsprodLLk-          ten    Wärme entzogen wird, und ferner von  und zu einer Stelle bewegbar sind, wo diese  Wärme an die komprimierte Luft abgegeben  wird, bevor diese in die Luftturbine gelangt.

      Die     Gasturbinen-Kraftanlage    kann dabei  so ausgebildet sein, dass die komprimierte  Luft mindestens auf 500  C erhitzt werden  kann, bevor sie in die Turbine gelangt.    Der W     ärmeaustauscher    kann als     hohlzylin-          drisehe    Drehtrommel ausgebildet sein, wobei  der zwischen zwei durchlässigen, koaxialen  Mänteln vorhandene Zwischenraum durch ra  diale Wände in Zellen unterteilt ist, die ab  wechselnd in den Weg der Verbrennungspro  dukte (Heizfluidum) und in den Weg der  komprimierten Luft (zu erhitzendes Fluidum)  gelangen. Die Zellen der Trommel sind mit.

    dem     wärmeaustauschenden    Material gefüllt,  und der Innenraum der Trommel ist     zweek-          mässig    durch eine Längswand in zwei Kam  mern unterteilt, von denen die eine das     Heiz-          fluidum    und die andere das erhitzte Fluidum  aufnimmt. Der     Wärmeaustauseher    kann auch  derart ausgebildet sein, dass man durch seine  Zellen einen Strom Reinigungsluft hindurch  schicken kann, um feste Asche, Kohlenstoff  oder andere Rückstände, welche die Wirkung  des     Austauschers        beeinträehtigen    könnten, zu  entfernen.

        Es können ferner Nebenanschlüsse für die  komprimierte Luft, insbesondere für     Kon-          trollzwecke,    jedoch auch zur Kühlung vorge  sehen sein.  



  Nachstehend wird unter Bezugnahme auf  die Zeichnung eine Ausführungsform des     Er-          findungsgegenstandes    als Beispiel erläutert.  



       Fig.l    ist eine Ansicht im Längsschnitt  und     Fig.    2 ein Querschnitt durch eine Gastur  binenanlage gemäss der Erfindung.  



  Die Anlage besitzt ein Gehäuse 1, das ge  gen Wärmeverlust verkleidet ist, und einen       Lufteinlass    2 sowie einen Abgasschornstein 3.  Der     Lufteinlass    führt in einen mehrstufigen  axialen Luftverdichter 4, der gegebenenfalls  über einen     Diffilsor    in einen Luftkasten 5  mündet, dessen     eine    Wand von der Aussen  fläche einer     hohlzylindrisehen    Trommel 6 ge  bildet wird. Der Zwischenraum zwischen den  zwei durchlässigen, koaxialen Mänteln ist  durch radiale Wände in Zellen     10a,    10b usw.

         unterteilt.    In diesen Zellen ist das Wärme  austauschmaterial 10 untergebracht, das ir  gendein wärmespeicherndes und -übertragen  des Material sein kann, z. B. ebene und ge  wellte, ein     wabenartiges    Gebilde in einem;  Metallrahmen darstellende -Blechstreifen, in  einen metallenen Käfig eingefüllte Stücke aus  keramischem Material, oder ein keramisches       Zellgebilde        in    einem metallenen Rahmen. Der  Innenraum dieser Trommel ist durch .eine  Längswand 9 in zwei Kammern 7, 8 unter  teilt.

   Zwischen den Längsseiten dieser Wand  und der     Trommelinnenwand    sowie zwischen  den Trommelenden und dem Gehäuse, in dem  die Trommel montiert ist, sind Dichtungen  vorgesehen, um die     Gasverluste    herabzusetzen.  Die durch das     Wärmeaustauschmaterial    10  hindurchgegangene komprimierte Luft wird  zur     Einlassseite    der Luftturbine 11 geführt,  die ihrerseits direkt durch die Welle 12 mit  dem Rotor des Kompressors gekuppelt ist.  Die Welle 12 treibt über Zahnräder -und eine  Hilfswelle 12a noch einen     Nutzleistungsemp-          fänger.    Aus der Turbine strömt die Luft  in die Kammer 8 der Trommel, in welcher  Kammer Brennstoff in der Abluft verbrannt  wird.

   Dies geschieht mittels eines Ölbrenners    13 oder, wenn fester Brennstoff verbrannt  wird, eines Rostes 14 geeigneter Bauart für  die Verbrennung von festen Brennstoffen.  Die     Tatsache,    dass die Lift bereits erhitzt  ist, erleichtert mindestens bei gewissen Brenn  stoffarten die Verbrennung, und man kann  die heisse Luft, falls dies vorteilhaft ist, zur       Vortrockniiug    des Brennstoffes verwenden.  Nach dieser Verbrennung passieren die gas  förmigen Produkte das     Wärmeaustauschmate-          rial    10 und werden     durch    das Kamin 3 nach  aussen abgeleitet, wobei sie an das     Wärme-          austauschmaterial    10 Wärme abgeben.

   Die  Trommel kann über ihre Welle     6a    durch ein  geeignetes Antriebsmittel, z. B. durch einen  Motor 20 über eine     Transmission    22 mit Kupp  lung 24 und Reduktionsgetriebe 21, in Dre  hung versetzt werden. Die Trommel kann  auch von der Turbine aus über die Trans  mission 22, Kupplung 24 und das Reduktions  getriebe mit reduzierter     Drehzahl    angetrieben  werden.  



  Die Arbeitsweise unterscheidet sich von  dem üblicheren     Gasturbinenprozess    mit Ver  brennung bei konstantem     Druck    darin, dass  der Brennstoff auf der Abgasseite der Tur  bine verbrannt wird, und dass die Arbeitsluft  nach der Verdichtung nur durch das Wärme  austauschmaterial 10 des     Austauschers    6 er  hitzt wird (abgesehen vom Wärmetransport  durch den unvermeidlichen Gasrest im       Wärmeaustauschmaterial).    Es ergibt sich  daraus, dass die Verbrennungsprodukte und  etwaige Feststoffe oder schädliche Bestand  teile, die in den Verbrennungsgasen enthal  ten sein können, nicht durch die Turbine  hindurchgehen.  



  Der     Wärmeaustauscher    wird vorteilhaft  mit Spülluft beschickt, die bei geeigneter  Wahl des Druckes gleichzeitig eine abschlie  ssende     Wirkung    in den Zonen     16a    ausübt,  wo die Trommel eine bestmögliche Abdich  tung gegenüber dem Gehäuse 1 und der  Längswand 9 aufweisen sollte. Zu diesem  Zweck ist eine     Druckluftleitung    15 von einer       Zwischenstufe    der Turbine zum     Abschlussteil     16 der Gehäusewand 1 geführt, der sich übel  die Breite von angenähert zwei Zellen der      Trommel erstreckt. Die Längswand 9 kann  hohl sein, so dass sie Luft von einem zum an  dern Abschluss durchlässt und einen Druck  ausgleich bewirkt.

   Die aus der Leitung 15  strömende Luft wird bei geeignetem Druck  durch diejenige Zelle des     Wärmeaustauschers,     die jeweils von der     Verbrennungsgasseite    zur       Druckluftseite    übertritt, nach einwärts ge  blasen, tun Asche usw. zu entfernen und die  Zelle mit frischer Luft zu beladen, bevor sie  von der komprimierten Luft     durchströmt     wird. Es kann ferner eine direkte     Luft-          nebenleit.ung    vom     Druckluftkasten    5 zum Tur  bineneingang vorgesehen sein. Ein solcher  Strom kann z. B. durch das Ventil 17 gedros  selt werden.

   Hiermit lässt sich eine raschere  Regelung erzielen, als es nur mit Brennstoff  kontrolle allein erreicht werden könnte, da  letztere seitlich notwendigerweise nachhinkt,  wenn die Drehgeschwindigkeit der Austausch  trommel Fixiert oder niedrig ist. Ein Teil der       abgezweigten    Luft kann vom Kompressor zur  Turbine, z. B. längs der Welle, geleitet wer  den, wobei sie so geführt werden kann, dass  sie die Turbine, wo das erwünscht ist, kühlt.  



  Die Luftabzweigung wird vorzugsweise  durch auf der     Kraftabgabewelle        12ct    mon  tierte Steuerungsmittel 25, die von der Tur  bine angetrieben werden, kontrolliert, wäh  rend die Brennstoffzufuhr zu den Brennern  13 und/oder dem Rost 14 durch langsam  wirkende     thermostatische    Elemente 26, die  auf die Temperatur der Verbrennungsgase  vor dem     Austauseher    ansprechen, gesteuert  wird. Die Laufgeschwindigkeit der Trommel  kann erforderlichenfalls ebenfalls durch das  Reduktionsgetriebe 21 gesteuert werden, und  zwar von Hand, z. B. durch Hebel     21a    oder  durch     thermostat.ische    Mittel 26 in der     Brenn-          kammer    B.

   Eine Einspritzung von Wasser  durch     Zerstäuberdüsen    27 in die komprimierte  Luft kann ebenfalls erfolgen, um eine Steue  rung der Leistung der Maschine zu bewirken.  



  Zum Anlassen oder für andere vorüber  gehende Zwecke kann man auch in der Kam  mer 7 vor dem     Lufteinlass    der Turbine flüs  sige Brennstoffe verbrennen, z. B. durch  Brenner 18 in     Fig.    1,     und/oder    sogar im Luft-    kalten 5 zwischen dem     Kompressorauslass    und  der Trommel 6 mittels des Brenners 19, in  welchem Falle der     Wärmeaustauscher    ra  scher und sanfter aufgeheizt wird,     als    wenn  das Anlassen nur durch die Hauptheizung  (auf der Austrittsseite) erfolgen würde.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Gasturbinen-Kraftanlage, gekennzeichnet durch einen Luftkompressor, eine den Kom pressor antreibende Luftturbine, die ihrer seits noch einen Nutzleistungsempfänger an treibt, eine Einrichtung zum Verbrennen von Brennstoffen in der Abluft der Turbine, und einen Wärmeaustauscher mit Wärmeaus- tauschmaterial enthaltenden Zellen, die zu und von einer Stelle bewegbar sind, wo den Verbrennungsprodukten Wärme entzogen wird, und ferner von und ztt einer andern Stelle bewegbar sind, wo diese Wärme an die komprimierte Luft abgegeben wird,

   bevor diese durch die Luftturbine strömt. UNTERANSPRÜCHE 1. Gasturbinen-Kraftanlage nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die komprimierte Luft vor ihrem Eintritt in die Turbine auf mindestens 500 C erhitzt werden kann. 2. Gasturbinen-Kraftanlage nach Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher eine hohlzylindrische Dreh trommel ist, deren Zwischenraum zwischen den beiden koaxialen, durchlässigen Mänteln durch radiale Wände in Zellen unterteilt ist, wobei diese Zellen mit dem Wärmeaustausch material gefüllt sind und bei der Rotation des Austauschers abwechselnd in den Weg der Verbrennungsprodukte und der kompri mierten Luft gelangen.

   3. Gasturbinen-Kraftanlage nach Unter anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum der Drehtrommel durch eine Längswand in zwei Kammern unterteilt ist und zwischen den Enden dieser Wand und der Trommelwand sowie zwischen den Trom melenden und dem Gehäuse, in dem die Trom mel montiert ist, Dichtungen vorgesehen sind. 4. Gasturbinen-Kraftanlage nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um den Kompressor verlas sende komprimierte Luft abzuzweigen und direkt dem Turbineneingang zuzuführen.

   5. Gasturbinen-Kraftanlage nach Unter anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Anlassen Mittel aufweist, um in der den Kompressor verlassenden komprimierten Luft im Luftraum beim Kompressorauslass und im Trommelinnern beim Turbineneinlass flüssige Brennstoffe zu verbrennen.

   6. Gasturbinen-Kraftanlage nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzufuhr zu den Verbrennungsmit teln in der Verbrennungskammer beim Tur- binenauslass durch auf die Tempereatur der Verbrennungsgase vor dem-V ärmeaustauscher ansprechende thermostatische Mittel gesteuert wird. 7. Gasturbinen-Kraftanlage nach Unteran spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehtrommel von der Gasturbine mit redu zierter Drehzahl angetrieben werden kann.

   B. Gasturbinen-Kraftanlage nach Unteran spruch. 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Trommel durch thermostatische Mittel gesteuert wird, die auf die Temperatur der Verbrennungsgase vor dem Wärmeaus- tauscher ansprechen.