CH274060A - Gasturbinen-Kraftanlage. - Google Patents

Description

  Gasturbinen-Kraftanlage.    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf  Gasturbinen-Kraftanlagen mit einem Haupt  kompressor, einem Vorverdiehter, einem von  der durch den Hauptkompressor geförderten  Luft durehströmten Wärmeaustauscher, einer  Verbrennungskammer, der die Luft aus dem  Wärmeaustauscher und der in dieser Luft zu  verbrennende Brennstoff zugeführt wird,  einem Haupt-Turbinenaggregat, das heisse  Gase der Verbrennungskammer aufnimmt  und sowohl den Hauptkompressor antreibt  als auch Nutzleistung abgibt, und einer mit  dem Vorverdiehter gekuppelten, durch Ab  gase aus dem Haupt-Turbinenaggregat     beauf-          schlagbaren    Abgasturbine.  



  Bisher war es üblich, den     Wärmeaustau-          scher    heizgasseitig nach der Abgasturbine an  zuordnen, so dass die Luft durch die in den  Abgasen der Anlage enthaltene Wärme er  hitzt wird.  



  Die Verwendung eines Wärmeaustau  sehers verbessert den Wirkungsgrad der An  lage, da ein Teil der in den Abgasen enthal  tenen Wärme zurückgewonnen wird. Der Ge  winn an Wirkungsgrad ist am grössten bei  Teillast und vermindert sich, wenn man sich  der vollen Leistung nähert, da mit steigender  Leistung einerseits das Kompressionsverhält  nis und damit die Endtemperatur der kom  primierten Luft steigt, anderseits die     End-          temperatur    der entspannten Gase fällt, so dass  die aus den Abgasen rückgewinnbare Wärme  kleiner wird,    Es ist bekannt, dass der Wirkungsgrad  einer solchen Anlage in ganzen Leistungs  bereich durch Verwendung eines Zwischen  kühlers zwischen dem Vorverdichter und dem  Hauptkompressor verbessert.

   werden kann  Es ist ferner bekannt, dass die Leistungs  abgabe durch Zwisehenerhitzung der Gase vor  Eintritt in eine zweite Turbine erhöht wer  den kann. Die     Leistungsabgabe    kann in einer  solchen Anordnung durch     Regulierung    der  Grösse der Brennstoffzufuhr zu den Verbren  nungskammern entweder übereinstimmend  oder unabhängig gesteuert werden.  



  Die erfindungsgemässe Gasturbinen-Kraft  anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass der  Wärmeaustauscher heizgasseitig zwischen dem       Haupt-Turbinenaggregat        und    der Abgas  turbine angeordnet ist, so     da.13    die Abgase aus  dein     Haupt-Turbinenaggregat.    durch den       Wärmeaustauseher    strömen können, um die  der Verbrennungskammer zugeführte kom  primierte Luft vorwärmen zu können, und  dass in der Anlage einstellbare Mittel vor  gesehen sind, mittels welcher die totale  Wärmemenge der zur Abgasturbine gelan  genden Abgase reguliert werden kann,

       uni    die  Drehzahl der Abgasturbine und des     Vorver-          dichters    und somit die sieh durch den     Vor-          verdiehter        iin    Betriebe der Anlage ergebende       Vorverdiehtung    einstellen zu können.  



  Die einstellbaren Mittel weisen vorzugs  weise eine     zweite,    zwischen dem     Wärmeaus-          tauseher    und der     Abgasturbine    geschaltete      Verbrennungskammer zwecks Nacherhitzung  der Abgase mit einem zwecks Regulierung der  Brennstoffzufuhr zu dieser zweiten Verbren  nungskammer einstellbaren Brennstoffzufuhr  organ oder eine den Wärmeaustauscher     über-          brüekende    Umleitung mit einem Ventil, um  die durch die Umleitung strömende Abgas  menge zu regulieren, oder eine Kombination  dieser Mittel auf.  



  Mit dieser Anordnung kann die Leistungs  abgabe in einem weiten Bereich durch Ver  ändern des Grade der durch den     Vor-          verdiehter    erzeugten Vorverdichtung regu  liert werden und der Grad der Vorverdich  tung kann durch Regulierung der den Wärme  austauseherumgehenden Abgasmenge und/oder  der der Nacherhitzungs-Verbrennungskain  mer zugeführten Brennstoffmenge gesteuert,  werden.  



  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung  in Anwendung bei einer für Schiffsvortrieb  geeigneten Kraftanlage wird nun in bezug auf  die beiliegende Zeichnung beschrieben.  



  Die Kraftanlage weist einen Hauptkom  pressor 1 auf, der durch einen Wärmeaustau  seher 2 in eine Verbrennungskammer 3 för  dert, in welcher Brennstoff in der kompri  mierten Luft verbrannt wird und von     wel-          eher    die Verbrennungsgase zu einer     Hoch-          druekturbine    4 für den Antrieb des     Haupt-          kompressors    1 gefördert werden. Aus der  Hoehdruekturbine 4 gelangen die Gase in eine  Nutzleistungsturbine 5, die eine Triebwelle 6  für den Antrieb des Schiffspropellers an  treibt. Die Hochdruckturbine 4 und die Nutz  leistungsturbine 5 bilden zusammen ein  Hauptturbinenaggregat.  



  Es wird vorgezogen, eine Hochdruck  turbine für den Antrieb des     Hauptkompres-          sors,    und eine unabhängige Nutzleistungs  turbine 5 anzuwenden, da dies Leerlauf  bedingungen für die Kompressor-Turbinen  gruppe ermöglicht, wenn die Leistungs  abnahmewelle stillsteht, und ein hohes Anlass  drehmoment gestattet.  



  Die Abgase aus der Nutzleistungsturbine 5  strömen zu dem Wärmeaustauseher 2, welcher  so ausgebildet ist, dass die ausnützbare    Wärme der Auspuffgase praktisch vollkom  men wiedergewonnen wird durch Erhitzen  der komprimierten Luft, die zu der Verbren  nungskammer 3 gefördert wird, wenn die     All-          lage    ihre maximale unvorverdiehtete Leitung  liefert, wodurch ein hoher thermischer Wir  kungsgrad und niedriger     Brennstoffver-          braueh    bei dieser Leistungsabgabe erhalten  wird.  



  Die Anlage weist auch einen Vorver  dichter 7 auf, welcher zum Hauptkompressor  1 fördert, und welcher durch eine durch die  Abgase beaufschlagte Turbine 8 angetrieben  wird. Die den Wärmeaustauseher 2 verlas  senden Abgase werden zu der durch die Ab  gase getriebenen Turbine S über eine     Naeh-          erhitzungskammer    9 gefördert.  



  Wenn die oben beschriebene Anlage ihre  maximale unvorverdichtete Leistung liefert,  so stellen die Abgasturbine 8 und der Vorver  dichter 7 entweder still oder laufen leer. Um  eine grössere Leistungsabgabe     zu    erhalten,  wird Brennstoff in die Nacherhitzungskam  mer 9 gefördert und verbrannt, wodurch die  durch die Abgase beaufsehlagte Turbine den  Vorverdiehter antreibt. Die Leistungsabgabe  kann durch fortschreitende Erhöhung der  Brennstoffzufuhr zu der     Naeherhitzungskam-          mer    9 erhöht werden.  



  Dabei kann der Wärmeaustauseher 2 ent  weder die ganze Zeit von allen Turbinen  abgasen durchströmt werden, oder es kann eine  Umleitung 10 mit einem Ventil 11 vorgesehen  sein, so dass der Wärmeaustauscher fortsehrei  tend umgangen werden kann, bis die maxi  male Leistung erreicht wird.  



  In einer weiteren Ausführungsform kann  die Drehzahl des     Wärmeaustauschers,    wenn  er von Rotationsbauart ist, verändert, werden,  statt die um den     Wärmeaustauscher    herum  geführte Menge     zli        regulieren.     



  Ein Zwischenkühler 12 ist zwischen dem       Vorverdichter    7 und dein Hauptkompressor  vorgesehen, um die Wirksamkeit der V     orver--          dichtung        besonders    bei hohen     Gesamtkoni-          pressionsverhältnissen    zu erhöhen. Der Zwi  schenkühler hat     zweekmässig    die Form eines       Wärmeaustausehers,    in welchem die Luft      vom Vorverdichter 7 durch Meerwasser ge  kühlt wird.  



  leer Wämeaustauscher kann auch so kon  struiert sein, dass die aus ihm strömenden Ab  gase genügend Energie enthalten, um die Ab  gasturbine 8 mit niedriger Geschwindigkeit  anzutreiben und eine niedrige Vorverdichtung  zu erzeugen. In solchen Fällen kann gleich  gültig, ob eine Nacherhitzungsbrennkammer,  eine Umleitung um den Wärmeaustauseher  oder beides vorhanden sind, um die maximale  Leistung der Anlage durch Erhöhung der  Vorverdichtung zu erzielen, eine Umleitung  13 mit einem Ventil 14 vorgesehen sein, um  die vom Wärmeaustauseher kommenden Ab  gase an der Abgasturbine 8 vorbeizuleiten, so  dass der Grad der Vorverdichtung durch Öff  nen dieser Umleitung allmählich auf Null  herabgesetzt werden kann.  



  Die Nacherhitzungskammer 9 kann auch  weggelassen werden, wenn das gewünschte  Mass der Vorverdiehtung durch Vorbeileiten  von Arbeitsmittel am Wärmeaustauscher oder  Veränderung der Drehzahl des Wärmeaus  tausehers erhalten werden kann.  



  Die Kraftanlage der Erfindung ist beson  ders als Schiffsvortriebseinheit geeignet, da  sie einen grossen Leistungsbereich mit günsti  gem Wirkungsgrad ermöglicht, so dass die An  lage sowohl bei der Reisegeschwindigkeit als  auch bei maximaler Geschwindigkeit günstig  arbeitet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Gasturbinenkraftanlage mit einem Haupt kompressor, einem Vorverdichter, einem von der durch den Hauptkompressor geförderten Luft durchströmten Wärmeaustauscher, einer Verbrennungskammer, der die Luft aus dem Wärmeaustauseher und der in dieser Luft zu verbrennende Brennstoff zugeführt wird, einem Haupt-Turbinenaggregat, das heisse Gase der Verbrennungskammer aufnimmt und sowohl den Hauptkompressor antreibt als auch Nutzleistung abgibt, und einer mit.

   dem Vorverdichter gekuppelten, durch Ab gase aus dem Haupt-Turbinenaggregat beauf- sehlagbaren Abgasturbine, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Wärmeaustauscher heizgas- seitig zwischen dem Haupt-Turbinenaggregat und der Abgasturbine angeordnet ist, so dass die Abgase aus dem Haupt-Turbinenaggregat durch den Wärmeaustauscher strömen kön nen, um die der Verbrennungskammer zuge führte komprimierte Luft vorwärmen zu kön nen, und dass in der Anlage einstellbare Mit tel vorgesehen sind, mittels welcher die totale Wärmemenge der zur Abgasturbine gelan genden Abgase reguliert werden kann,

   um die Drehzahl der Abgasturbine und des Vorv er- dichters und somit die sieh durch den Vor- verdiehter beim Betrieb der Anlage erge bende Vorverdichtung einstellen zu können.

   UNTERANSPRÜCHE: 1. Gasturbinen-Kraftanlage nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet., dass die einstellbaren Mittel eine zweite, zwischen dem Wärmeaustauscher und der Abgasturbine ge schaltete, zum Naeherhitzen der Abgase be stimmte Verbrennungskammer mit einem zwecks Regulierung der zu dieser Verbren nungskammer geführten Brennstoffmenge einstellbaren Brennstoffzufuhrorgan auf weisen.

   Gasturbinen-Kraftanlage nach Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch eine den Wärmeaustauseher überbrük- kende Umleitung mit einem Ventil vorgesehen ist, um die dureli die Umleitung strömende Abgasmenge regulieren zu können. 3. Gasturbinen-Kraftanlage nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbaren Mittel eine den Wärmeaustau- scher überbrückende Umleitung mit einem Ventil aufweisen, um die durch die Almlei tung strömende Abgasmenge regulieren zu können. 4.

   Gasturbinen-Kraftanlage nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärineaustauseher von Rotationsbauart ist, und dass einstellbare Mittel zum Ändern der Drehzahl des Wärmeaustausehers vorgesehen sind, um die totale Wärmemenge der zur Ab gasturbine gelangenden Abgase regulieren zu können, 5. Gasturbinen-Kraftanlage nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher von Rotationsbauart ist, und dass auch einstellbare Mittel zum Ändern der Drehzahl des Wärmeaustauschers vorge sehen sind. 6.

   Gasturbinen-Kraftanlage nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher so gebaut ist, dass, wenn die zweite Verbrennungskammer ausser Be trieb ist, die Energie der aus dem Wärme austauscher abströmenden Abgase ausreicht, die Abgasturbine und den Vorverdichter an zutreiben, und dass die einstellbaren Mittel auch eine mit einem Ventil versehene die Ab gasturbine umgehende Umleitung aufweisen, um die Menge der durch diese Umleitung strö menden Abgase regulieren zu können. 7.

   Gasturbinen-Kraftanlage nach Unteran sprueh 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher so konstruiert ist, dass, wenn die zweite Verbrennungskammer ausser Betrieb ist und die genannte Umleitung ge schlossen ist, die Energie der den Wärmeaus- tauscher verlassenden Abgase ausreicht, die Abgasturbine und den Vorverdichter anzu- treiben, und dass die einstellbaren Mittel noch eine zweite mit einem Ventil versehene, die Abgasturbine umgehende Umleitung aufwei sen, um die durch diese Umleitung strömende Abgasmenge regulieren zu können. B.

   Gasturbinen-Kraftanlage nach Unteran spruch 3, dadurch gekennzeiehnet, dass der Wärmeaustauseher so gebaut ist, dass, wenn die Umleitung um den Wärmeaustauscher ge schlossen ist, die Energie der den Wärmeaus- tauscher verlassenden Abgase genügt, um die Abgasturbine und den Vorverdichter anzu treiben, und dass die einstellbaren lIittel noch eine zweite mit. einem Ventil versehene, die Abgasturbine umgehende Umleitung aufwei sen, um die Menge des durch diese Umleitung fliessenden Abgases regulieren zu können.

   9. Gasturbinen-Kraftanlage nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Haupt-Turbinenaggregat, das den Hauptkom pressor antreibt und Nutzleistung abgibt., eine erste Turbine aufweist, die den Hauptkom- pressor antreibt, und eine zweite, durch die heissen Abgase der ersten Turbine beauf- schla.gte Turbine, die den Nutzleistungs- empfänger antreibt.