Wärmehraftanlage, in welcher mindestens der grössere Teil eines gasförmigen Arbeitsmittels unter Überdruck einen Kreislauf beschreibt. Die Erfindung betrifft eire Wärmekraft- anlage, in welcher mindestens der grössere Teil eines gasförmigen Arbeitsmittels unter 'Überdruck einen Kreislauf beschreibt, wo bei es in mindestens einem Verdichter .auf höheren Druck gebracht,
dann durch äussere Wärmezufuhr erhitzt und hierauf in min destens einer Turbine unter Leistungsabgabe expandieren gelassen wird.
Bei Anlagen dieser Art ist die mögliche Leistungsabgabe bekanntlich abhängig von dem im Kreislauf des Arbeitsmittels herr schenden Druckpegel, welcher, gleiehblei- bend.e Temperatur vorausgesetzt, durch die im Kreislauf enthaltene Arbeitsmittelmenge bedingt ist. Undichtigkeitsverluste, wie sie z.
B. an den Aussenstopfbüchs.en der Kreisel- maschinen der Anlage auftreten können, haben ein Fallen des Druckpegels im Kreis lauf und zusammenhängend damit ein all mähliches Sinken der möglichen Leistungs abgabe zur Folge, sofern nicht für Ersatz der aus dem Kreislauf entwichenen Arbeits- mittelmenge gesorgt wird.
Die Erfindung befasst sich nun mit der Lösung dieser Aufgabe. Gemäss derselben deckt ein zusätzliches Verdichteraggregat die in der Anlage auftretenden Undichtheits- verluste,. indem es von aussenangesaugtes Arbeitsmittel an einer Stelle des Kreis laufes, wo kein höherer Druck als an der Austrittsstelle des Arbeitsmittels aus der Turbine herrscht, in denselben fördert.
Falls das Arbeitsmittel Luft ist, kann ein solches zusätzliches Verdichteraggregat Luft aus der freien Atmosphäre ansaugen. Da durch, dass das zusätzliche Verdichteraggre- gat das Ersatzarbeitsmittel an einer Stelle in den Arbeitsmittelkreislauf fördert, an der kein höherer Druck als an der Austrittsistelle des Arbeitsmittels aus der Turbine herrscht,
kann ein solches Aggregat unter dem kleinst möglichen Enddruck arbeiten und daher mit geringer Stufenzahl ausgeführt werden. Es wird auch möglich sein, mit geringem Leistungsaufwand auszukommen.
Freilich werden im allgemeinen die Undichtheits- verluste hauptsächlich auf der Hochdruck- seite des Kreislaufes auftreten, .so dass das zugeführte Ersatzarbeitsmittel zum Teil doch noch auf den höheren Druck verdichtet werden muss.
Diese Nachverdichtung ge schieht aber im Kreislauf selbst durch den Hauptverdichter, welcher das zugeführte Ersatzarbeitsmittel gleichzeitig mit dem um laufenden Arbeitsmittel verdichtet. Diese Nachverdichtung wird aber durch den Hauptverdichter der Anlage unter wesent lich besserem Wirkungsgrad erfolgen als durch das zusätzliche Verdichteraggregat,
welches nur für die Verdichtung der einen verschwindend kleinen Bruchteil der um laufenden Arbeitsmittelmenge betragenden Ersatzarbeitsmi.ttelmenge bemessen ist.
Auf den beiliegenden Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfin dungsgegenstandes in vereinfachter Darstel lungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Wärmekraftanlage, in wel cher die vom zusätzlichen Verdiehteraggre- ga.t in den Kreislauf geförderte Ersatz- arbeitsmittelmenge selbsttätig sowohl in Ab hängigkeit vom Druck im Arbeitsmittel- krei-slauf als auch von der Drehzahl der Tur bine geregelt wird,
und Fig. 2 eine Anlage, in welcher die Dreh zahl des zusätzlichen Verdichteraggregates in Abhängigkeit vom Druck im Arbeits- mittelkreielauf und von der Drehzahl der Anlage geregelt wird.
In Fig. 1 bezeichnet 1 ,einen Verdichter, durch den ein zum grössten Teil in einem Kreislauf umlaufendes Arbeitsmittel ver dichtet wird. Dieses Arbeitsmittel gelangt hierauf durch eine Leitung 2, einen Wärme austauscher 3, eine Leitung 4, einen Er hitzer 5 und eine Leitung 6 in eine Turbine 7. um sich in dieser unter äusserer Arbeits- abgabe zu entspannen.
Anschliessend gelangt das Arbeitsmittel durch eine Leitung 8, den Wärmeaustauscher 3 und eine Leitung 9 mit eingebautem Kühler 10 wieder in den Verdichter 1, womit der Kreislauf durch laufen ist. Die von der Turbine 7 erzeugte Nutzleistung wird beispielsweise an einen Generator 11 abgegeben.
Ein der Anlage zugeordnetes Fliehkraft. Pendel 12 ist durch eine Stange 13 mit einem Balken 14 verbunden, der an seinem linken Ende an den Kolben 1:
5 eines Druck messgerätes aasgelenkt ist. Durch eine Lei tung 16 wird der Druck an der Stelle 17 des Arbeitsmittelkreislaufes auf die Oberseite des Kolbens 15 übertragen, wodurch eine Messfeder 1.8 um einen entsprechenden Be trag zusammengedrückt wird.
Am rechten Ende des Balkens 14 ist ein Stift 19 ange lenkt, der den Abfluss einer Druckflüssigkeit, z. B. Drucköl, durch eine Öffnung 20 nach einem Behälter 21 steuert: Der Zufluss von Drucköl zur Öffnung 20 geschieht durch eine Leitung 22 über eine Drosselstelle 23.
Der Druck im Raum über der (Wnung 20 wird durch eine Leitung 24 mit Drosselhuhn 25 auf die Otbeneito eines .Kolbens 26 über tragen, dem durch eine Feder 27 Gleich gewicht gehalten wird.
Der Kolben 26 ist mit einem Ventil 28 verbunden, welches den Zufluss von Ersatzarbeitsmittel aus einem Speicher 29 durch Leitungen 30 und 31 in die dem Niederdruckteil des Kreislaufes an gehörende Leitung 9 beherrscht. In dieser Leitung herrscht auf keinen Fall ein höherer Druck als an der Austrittsstelle des Arbeits- mittels aus der Turbine 7.
Das Ersatzmittel, das heisst aus der Atmosphäre angesaugte Luft; wird durch ein zusätzliches Verdich- teraggregat 32 in den Speicher 29 gefördert.
An denn Balken 14 ist ausserdem bei 33 eine Lasche 34 aasgelenkt, die über einen Balken 35 einen Steuerschieber 36 betätigt der die Mittel zur Änderung des Druckpegels im Kreislauf beeinflusst;
indem er den Zufluss von Druckflüssigkeit nach der Ober- bezw. Unterseite eines Servumotorkolbens 37 frei gibt, womit du@reh Vermittlung eines Balkens 38 mit Nocken 39 und 40, sowie von An- schlägen 41 und 42 entweder ein Auslass- ventil 43 bezw. ein Einlassventil 44 angeho ben wird.
Diese Ventile 43 und 44 stehen unter dem Druck von Federn 45 bezw. 46. Das Auslassventil 43 lässt Arbeitsmittel des Kreislaufinhaltes durch Leitungen 47 und 48 in einen Niederdrucksp,eichem 49 ent weichen, während das Ventil 44 den Eintritt von einem Hochdruckspeicher 50 entnomme nem Arbeitsmittel durch die Leitungen 51 und 47 in den Kreislauf gestattet.
Die den Zu- und Abfluss von Arbeitsmittel vermit telnde Leitung 47 ist dabei an die dem Hoch druckteil des Arbeits@mittelkreislaufes ange hörende Leitung 2 angeschlossen, um eine rasche Beeinflussung der von der Anlage ab gegebenen Leistung erreichen zu können. Ein von Hand einstellbares Ventil 58 ermöglicht, dass Arbeitsmittel aus der Leitung 48 auch unmittelbar ins Freie strömen kann.
Das in den Speicher 49 ausgelass .ene Arbeitsmittel kann durch eine Leitung 59 zu einem Hilfs verdichter 52 gelangen, der das zuströmende Arbeitsmittel in den Hochdruckspeicher 50 fördert. An die Leitung 59 ist über eine Leitung 60 auch der Speicher 29 angeschlos sen,- so dass das zusätzliche VerdicUter- aggregat 32 als Vorverdichter für den den Speicher<B>50</B> aufladenden Hilfsverdichter 52 dient.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Regelungseinrichtungen für die dargestellte Anlage is@@t folgende: Im Gleichgewichtszu stand nimmt der Steuerschieber 36 seine Mittellage ein, ebenso der Servomotorkolben 37. Die Ventile 43 und 44 sind dann ge schlossen, während das Ventil 28 so weit. ge öffnet isrt, dass die in der Zeiteinheit in den Kreislauf des Arbeitsmittels eingelassene <B>EI</B> rsatzarbeitsmittelmenge die Undichtheits- verluste gerade zu decken vermag.
Ver grössern sich nun diese Verluste aus irgend einem Grunde, oder vermindert sich bei- spielsweise infolge Nachlassens des Druckes im Speicher 29 :die eingelassene Ersatz arbeits:mittelmenge, so beginnt der Druck im Kreislauf zu sinken, so dass der Kolben 15 infolge des über ihm herrschenden ver minderten Druckes durch die Wirkung der Feder 18 nach oben bewegt wird. Bleibt die Drehzahl der Maschinen 1, 7 und 11 vor- erst noch gleich, so bleibt auch die Stange 13 noch in Ruhe und der Balken 14 schwenkt daher um Punkt 53 derart, dass der Stift 19 die Öffnung 20 weiter freigibt.
Der Öl druck oberhalb dieser Öffnung sinkt jetzt, oo dass über dem Kolben 26 sich befindendes Öl durch die Leitung 24 abfliessen kann. Der Kolben 26 wird nun durch den Druck der Feder 27 nach oben bewegt, so dass das Ven til 28 angehoben wird.
Dadurch wird der Zufluss von Ereatzarbeitsmittel vergrössert und der Druck im Arbeitsmittelkreislauf steigt daher wieder an, bis der Kolben 15 so weit zurückgeführt ist, dass das Ventil 28 eine Lage einnimmt, in welcher sich die Un- dichtheitsverluste und zugeführte Ersatz arbeitsmittelmenge das Gleichgewicht halten.
Im allgemeinen wird eine Drucksenkung im Arbeits:mittelkreislauf eine Leistungsverniin- derung der Anlage bedingen und damit, bei gleichbleibendem Leistungsverbrauch des Generators 11, auch zu einem Sinken der Drehzahl der Turbine 7 führen. Dies hat aber zur Folge, dass die Stange 13 und der vorhin als fest angenommene Drehpunkt 53 sich nach unten bewegen.
Es ist leicht ein zusehen, dass diese ebenfalls eine Abwärts- bewegung,des Stiftes 19 zur Folge hat und dass somit die oben, beschriebene Wirkung der Drucksenkung im Arbeitsmittelkreislauf bezw. über dem Kolben 15 noch unterstützt wird.
Ein Ausschwenken des Hebels, 14 in der beschriebenen Weise hat nun auch eine Be wegung der bei Punkt 33 angelenkten Laiche 34 zur Folge, und zwar in solchem Sinne, dass dem Servomoto:rkolben 37 um einen gewissen Betrag nach oben gesteuert wird. Damit würde dus, Einlassiventil 44 an gehoben.
Durch ein kleines Spiel zwischen Nocken 40 und Anschlag 42 kann aber er- reicht werden, dass das Einlassventil 41 erst betätigt wird, nachdem der Stift 19 die Öff nung 20 bereits so weit freigegeben hat, dass der üidruck über dieser Öffnung auf seinen. Mindestwert gesunken ist.
Ebenso kann durch entsprechendes Spiel zwischen Nocken 3:.9 und Anschlag 41 erreicht werden, dass bei umgekehrtem Vorgang dass Auslassventil 43 erst angehoben wird, nachdem der Stift 19 sich so weit nach oben bewegt hat, dass Öff nung 20 ganz gessehlossen ist.
Da die Undichtheitsverluste an sich schon sehr gering sind, so können Abweichungen der dem Arbeibsmittelkreislauf zugeführten Ersatzarbeitsmittelmenge von der entwei chenden Arbeitsmittelmenge nur zu lang samen und kleinen Änderungen im Druck- zustand der Anlage führen. Leistungsände- rungen, des Verbrauchers (Generator) können dagegen zu raschen Änderungen der Dreh zahl führen (z. B. beim Abschalten einer be stimmten Leistung).
In diesem Fall wird das Fliehkraftpend-el 12 so starke Ausschläge machen, dass durch Vermittlung der Stange 13 der Hebel 14 so weit ausgeschwenkt wird.
dass beim Steigen der Drehzahl das Auslass- ventil 43, beim Fallen der Drehzahl dagegen das Einlassventil 44 betätigt wird, so dass eine rasche Anpassung des Druckzustandes in, der Anlage an die geforderte Leistung stattfindet. Dass hierbei gleichzeitig auch das Ventil 28 mitbetätigt wird, ist von unter- geordneter Bedeutung,
da dies, nu(r eine vor übergehende Änderung der zugeführten Er satzarbeitsmittelmenge zur Folge hat. Nach Beendigung des Leistungsregelungsvorganges durch die Ventile 43 bezw. 44 wird das Ven til 28 wieder auf den Gleichgewichtszustand zwischen Verlusten und zugeführter Ersatz- arbeitsmittelmenge einspielen.
Durch Drosse lung des @Üldurchflusses in der zum Kolben 26 führenden Leitung 24 durch den Drossel bahn 25 kann übrigens erreicht werden, dass da.s Ventil 28 raschen Regelungsvorgängen nicht zu folgen vermag und damit nicht bei jeder kurzen Las,tsühwankung in seine End lage ausschlägt.
Zur Aufladung des Spei chers 50 kann auch Arbeitsmittel verwendet werden, das durch das Verdichteraggregat 32 bereits verdichtet wurde, i.nebesondere im Falle, wo das aus dem Kreislauf entnommene Arbeitsmittel statt in einen Niederdruck- behä,lter 49 in die freie Atmosphäre abge lassen wird.
Die in Fig. 2 veranschaulichte Bauart. unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeig ten lediglich dadurch, dass der Kolben 26; welcher von dem durch die Leitung 24 zu- fliessenden 01 gegen den Druck dem Feder 27 bewegt wird, statt eines;
Ventile einen Regulierwiderstand 54 steuert, welcher bei spielsweise in den Rotorstromkreis eines den Zusatzverdichter 55 antreibenden Drehstrom motors 56 eingeschaltet isst, derart, dass sich bei Abwärtsbewegung des Kolbens 26 die Drehzahl des Motors 56 vermindert, bei Auf- wärtsbewegung des Kolbens 26 dagegen er höht.
Der Zusatzverdichter 55 fördert die verdichtete Ersatzarbeitsmittelmenge nun unmittelbar durch eine Leitung 57 in die dem Kreislauf der Anlage angehörende Lei- tung 9.
Da die übrigen Regelorgane der An lage gleich sind wie bei der in Fig. 1 darge- stellten, hat daher ein Sinken des Druckes in der Anlage wiederum eine Aufwärtsbewe- gung des Kolbens 26 zur Folge,
weshalb' die Drehzahl des Verdichteraggregates 55 erhöht und somit die Zufuhr von Ersatzarbeits- mittel in den Kreislauf gesteigert wird. In diesem Falle arbeitet das zusätzliche Ver- dichteraggregat 55 unabhängig vom I3ilfs- verdichter 61, welcher zum Aufladen des Hochdruckspeichers 50 der Anlage dient.
Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anlagen erfolgt die Regelung ihrer Lei- stungsabgabe durch Änderung des Druck pegels im Kreislauf. Dabei wird die Regel art nach Fig. 2 namentlich dann vorteilhaft zur Anwendung kommen;
wenn bei Ände- rung,des Druckpegels sich der Druck an dler Stelle des Kreislaufes, wo das Ersatzarbeits- mittel eingelassen wird, in grossem Bereich ändert.
Im Gleichgewichtszustand ist dann jeder Leistung der Anlage an jeder Stelle des Kreislaufes ein bestimmter Druck zu geordnet.
Der Änderung des Druckes zwi schen Vollast und Leerlauf entspricht die Ungleichförmigkeit der Anlage, das heisst die Änderung der Drehzahl zwischen Vollast und Leerlaufdrehzahl. Jeder zwischen diesen beiden Drehzahlen liegenden Drehzahl ist im Gleichgewichtszustand eine bastimmte Lei- stung und damit auch ein bestimmter Druck an einer Stelle des Kreislaufes zugeordnet.
Geschieht die Leistungsregelung der An lage ausser durch Druckpegelregelung noch durch andere den Kreislaufinhalt nicht be einflussende Mittel oder ausschliesslich durch solche Mittel, beispielsweise durch Drosse lung des, Kreislaufstromes oder durch Re gelung eines Nebensühlussstromes des Ar beitsmittels, @so wird ein die Ersatzarbeits- mittelzufuh,r beeinflussendes Druckmessgerät zweckmässig an einer Stelle des Kreislaufes angeschlossen, wo der Druck durch jene Mittel zur Leistungsregelung nicht oder nur weni.g beeinflusst wird.
Bei einer Regelung der Leistung durch Drosselung oder Nebenschluss im Kreislauf vereinfachen sich die in den Figuren darge stellten Anordnungen für die Regelung der Verlustdeckung in der Weise,<B>da</B> der Steuer schieber 36 und die von ihm gesteuerten Ventile 43, 44 wegfallen, und dass das Flieh kraftpendel mit der Stange 13 direkt auf die andern, die Leistung regelnden Organe ein wirkt.
Der Punkt 53 wird dann zu einem festen Drehpunkt für den Balken 14, so dass die Bewegung des Stiftes 19, und damit die Betätigung des Ventils 28 in Fig. 1, bezw. des Regelwiderstandes 54 in Fig. 2, einzig von dem auf den Kolben 15 übertragenen, an der Stelle 17 des Kreislaufes herrschenden Druck abhängig ist.
Da die im Kreislauf auftretenden Un- dichtheitsverluste vom Betriebszustand -der Anlage abhängig sind (Druckpegel im Kreis lauf, Wärmedehnungen der dichtenden Teile, Abnützung der Kämme von Labyrinthdich- tungen), ist es unter Umständen zweck mässig, die zugeführte Zusatzarbeitsmittel- menge, anstatt selbsttätig, von Hand ein stellen zu können.
Dies kann beispielsweise so geschehen, dass das zusätzliche Verdichter- aggregat einen Speicher auflädt, wobei die von letzterem in den Kreislauf einzulassende Ersatzarbeitsmittelmenge durch ein von Hand einstellbares Drosselventil eingestellt werden kann. Der Antrieb des zusätzlichen Verdichter- a,ggregates kann durch eine besondere Ener giequelle, z. B. einen Elektromotor oder eine Dieselmaschine, erfolgen, oder auch durch Energie bewirkt werden, die von der Anlageselbst erzeugt wird.