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Aus Kolbenverbrennungsmaschine zur Treibgaserzeugung und nachgeschalteter
mehrstufiger Gasturbine bestehender Maschinensatz Bei einer Gasturbinenanlage, bestehend
aus Kolbenverbrennungsmaschine zur Treibgaserzeugung, Verdichter und -nachgeschalteter
Gasturbine, pflegt man dem Hauptverdichter einen Vorverdichter vorzuschalten. Da
dieser Vorverdichter zweckmäßig als Kreiselverdichter ausgeführt wird. hat man vorgeschlagen,
ihn mit der Gasturbine unmittelbar oder über ein Zahnradgetriebe zu kuppeln. Diese
Anordnung hat aber den Nachteil, daß die Drehzahl des Vorverdichters und damit auch
seine Förderung von der Hauptturbinendrehzahl abhängig ist. Läuft die Hauptturbine
mit gleichbleibender Drehzahl, z. B. wenn sie einen Stromerzeuger antreibt, so ist
die Luftförderung auch bei kleiner Turbinenbelastung ebenso groß wie bei Vollast,
während der Regelvorgang in diesem Falle eine erheblich kleinere -Luftmenge verlangt.
Es sind demzufolge besondere Einrichtungen nötig, um die Förderung dem wirklichen
Bedarf anzupassen. Läuft dagegen die Hauptturbine mit veränderlicher Drehzahl, wie
es z. B. der Fall ist, wenn sie zum Antrieb von Lokomotiven oder Schiffen dient,
so kann es vorkommen, daß auch bei langsamem Gang große Luftmengen für die Brennkraftmaschine
zur Erzielung großer Drehmomente, z. B. beim Anfahren, verlangt werden. Hier ist
die Kupplung des Vorverdichters mit der Turbine zu verwerfen. Aus diesen Überlegungen
heraus kommt man dazu, dem Vorverdichter einen eigenen Antrieb zu geben, und besonders
zweckmäßig ist es, wenn bei mehrstufiger Ausbildung der Hauptturbine erfindungsgemäß
die Antriebsmaschine des Vorverdichters parallel zur zweiten Stufe der Hauptturbine
der ersten Stufe der Hauptturbine nachgeschaltet und von dort mit Treibgas gespeist
wird. Zweckmäßig kann z. B. die erste Stufe der Hauptturbine als Gleichdruckstufe,
die zweite als Überdruckstufe ausgebildet werden. In der Gleichdruckstufe wird die
Temperatur der Treibgase mit Hilfe von Expansionsdüsen auf denjenigen Betrag herabgesetzt,
der den Laufradschaufeln nicht mehr gefährlich werden kann, und die dadurch freiwerdende
Treibgasenergie wirkt als Geschwindigkeitsenergie auf ein Gleichdrucklaufrad. Der
zwischen diesem Gleichdruckrad und dem nachgeschalteten Überdruckrad der Hauptturbine
gelegene Raum ist der Zwischendruckraum, an dem erfindungsgemäß die Antriebsmaschine
des Vorverdichters angeschlossen werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Figur dargestellt. Zur Erzeugung
des Treibgases wird einem Zylinder z einer Verbrennungsmaschine
Druckluft
zugeführt, die in einem Verdichterzvlinder 2 auf den erforderlichen Druck verdichtet
ist. Der Kolben 3 des Verbrennungsteiles und der Verdichterkolben q. bilden in bekannter
Weise einen Stufenkolben. Der Brennstoff wird durch ein Ventil _# in den Zylinder
i eingeführt und die durch die Verbrennung des Treibmittels entstandenen Gase verlassen
die Verbrennungsmaschine durch das Ventil 6. Verdichter und Verbrennungsmaschine
bilden einen Treibgaserzeuger oder Brennkraftumformer, d. h. einen Maschinensatz,
der nur dazu dient, die Brennstoffenergie in eine Form überzuführen, daß man mit
ihr eine Gasturbine betreiben kann. Freie Leistung steht an der Kurbelwelle 7 nicht
oder nur in geringem Maße zur Verfügung.
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Um die Abmessungen des Verdichters 2 nicht zu stark anwachsen zu lassen,
wird ihm ein Vorverdichter 8 vorgeschaltet, der Luft von Atmosphärendruck ansaugt
und bis auf einen Zwischendruck verdichtet, Die vorverdichtete Luft wird über die
Leitung 9 in den Zylinder :2 eingeführt. Die Treibgasleitung io führt zunächst zum
Gleichdruckteil i i der Gasturbine, und der Treibgasstrom wird nach Verlassen des
Turbinenteiles i i über die Leitung 12 in denÜberdruckteil 13 eingeführt.
1q. ist die Auspuffleitung. Gemäß derErfindung ist nun für den Vorverdichter 8 eine
besondere Antriebsturbine 15 vorgesehen, die der ersten Stufe der Hauptturbine nachgeschaltet
ist, und zwar in diesem Falle der Gleichdruckstufe i i. Zu diesem Zweck ist von
der Leitung 12 eine Leitung 16 abgezweigt, die zur Turbine 15 führt. Ihre Auspuffleitung
17 vereinigt sich mit der Auspuffleitung 1q. der Hauptturbine 13.
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Der Vorteil einer solchen Anordnung wird ersichtlich, wenn man sich
einen Reguliervorgang vorstellt, der sich etwa folgendermaßen abspielt: Sinkt die
Belastung, so stellt der Turbinenregler auf weniger. Brennstoff ein, der Treibg
as 'druck vor der Turbine sinkt, und in Abhängigkeit davon sinkt auch der Zwischendruck
in der Leitung 12. Infolgedessen wird das Druckgefälle in der Antriebsturbine des
Vorverdichters geringer, und da infolge verringerter Brennstoffzufuhr zugleich auch
die Treibgasmenge abnimmt, geht mit der Drehzahl dieser Turbine die . Fördermenge
des Vorverdichters sowie der Förderdruck zurück, d. 1i. der ganze Regelvorgang vollzieht
sich, nachdem einmal der Impuls auf die Brennstoffzufuhr ausgeübt ist, an allen
nachgeschalteten Stellen gewissermaßen selbsttätig in dem gewünschten Sinne, ohne
daß unbedingt ein weiterer Reguliereingriff erforderlich wäre. Das schließt indessen
nicht aus, daß gewisse zusätzliche Maßnahmen getroffen werden müssen, wenn es sich
z. B. darum handelt, die Turbine gegen Durchgehen zu sichern. Für diesen Fall ist
in bekannter Weise die Turbine des Vorverdichters mit einem Sicherheitsregler zu
versehen, der die Treibgaszufuhr zu ihr absperrt.
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Die Erfindung ist nicht auf den hier behandelten Sonderfall beschränkt,
bei dem die Turbine des Vorverdichters aus dem Zwischenraum zwischen der Gleichdruck-
und Überdruckstufe gespeist wird. Man kann auch jeden anderen Zwischendruck wählen,
der in der aus mehreren Laufrädern bestehenden Überdruckturbine in einer beliebigen
Teilstufe auftritt. Schließlich ist auch der Grenzfall denkbar, daß die Hauptturbine
in ihrem Überdruckteil nicht bis auf den Atmosphärendruck herunterarbeitet, sondern
auf einen Gegendruck, und daß der Rest der Treibgasenergie zum Betriebe des Vorverdichters
ausgenutzt wird. Dann wäre also die Antriebsturbine des Vorverdichters dem Niederdruckteil
der Hauptturbine nachgeschaltet, während sie in dem vorherbehandelten Falle zu ihm
parallel geschaltet ist.