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Verfahren und Einrichtung zur Förderung des Arbeitsmittels beim Arbeitsmittelwechsel
zwischen dem geschlossenen Arbeitskreislauf einer Gasturbinenanlage und einem Arbeitsmittelspeicher
zum Zweck der Veränderung des Druckpegels in der Anlage Eine vorteilhafte Möglichkeit,
bei einer Gasturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsmittels die Leistungsabgabe
zu ändern, besteht bekanntlich darin, den Druckpegel im Kreislauf zu ändern, indem
zur Steigerung der Leistungsabgabe Arbeitsmittel von außen in den Kreislauf eingeführt
und zur Senkung der Leistungsabgabe Arbeitsmittel dem Kreislauf entnommen wird.
Die Verdichtung und Entspannung des Arbeitsmittels im Kreislauf erfolgt dann bei
gleichbleibenden Machzahlen. Nur die Dichte der durch die Turbomaschinen und Wärmeaustauscher
strömenden Gase ändert sich, und die Leistungsabgabe der Anlage ist im wesentlichen
proportional zur Arbeitsmitteldichte, sofern durch entsprechende Anpassung der Wärmezufuhr
das Arbeitsmittel vor der Entspannung auf stets gleichbleibende Temperatur erhitzt
wird. Wenn Luft als Arbeitsmittel verwendet wird, kann diese auf einfache Weise
mittels Kolben- oder Rotationsverdichtern aus der Umgebung in die Anlage gepreßt
werden. Zur Verminderung der Leistung wird die Luft in die Umgebung abgeblasen.
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Wird dagegen bei einer solchen Gasturbinenanlage beispielsweise Helium
als Arbeitsmittel verwendet, was sich im Zusammenhang mit gasgekühlten Atomkernreaktoren
als besonders günstig erweist, so wird das Helium vorzugsweise nicht auf Umgebungsdruck
gespeichert, da sonst das erforderliche Speichervolumen allzu groß würde. Das zur
Verminderung der Leistung der Gasturbinenanlage entzogene Arbeitsmittel wird in
einem Druckspeicher aufgenommen. Bei gegebenem Höchstdruck und Mindestdruck im Speicher
ist das Volumen des Speichers durch die der Gasturbinenanlage zu entnehmende Gasmenge
bestimmt. Eine wesentliche Schwierigkeit ergibt sich dadurch, daß, im Zusammenhang
mit gasgekühlten Atomkernreaktoren, für die Verdichtung des Heliums keine mit Öl
geschmierten Maschinen verwendet werden dürfen.
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Es ist zwar ein Verfahren bekannt, bei welchem der Speicher auf einem
zwischen dem höchsten und dem tiefsten Druck des Arbeitskreislaufs gelegenen Druck
gehalten wird, so daß stets ohne besondere Fördereinrichtungen im Bedarfsfall zwecks
Leistungssenkung Arbeitsmittel aus dem Hochdruckteil des Kreislaufs in den Speicher
bzw. zwecks Leistungssteigerung der Anlage Arbeitsmittel aus dem Speicher in den
Niederdruckteil des Kreislaufs abgeblasen werden kann. Da aber bei sinkendem Druck
im Kreislauf der Speicherdruck ansteigt und umgekehrt, wird bald ein Zustand erreicht,
bei welchem entweder der Speicherdruck den höchsten Druck oder den tiefsten Druck
des Kreislaufs erreicht und im einen Fall kein weiterer Auslaß von Arbeitsmittel
aus dem Kreislauf in den Speicher, im anderen Fall dagegen kein weiterer Einlaß
von Arbeitsmittel aus dem Speicher in den Kreislauf möglich ist. Der Regelungsbereich
ist verhältnismäßig klein, und dies ist besonders dann der Fall, wenn die Anlage
mit Helium als Arbeitsmittel betrieben wird, wobei in der Regel mit kleinerem Verdichtungsverhältnis
als bei Luftanlagen gearbeitet wird.
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Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei welchem durch einen Hilfsverdichter
im Fall einer Entlastung einer in geschlossenem Kreislauf arbeitenden Gasturbinenanlage
Arbeitsmittel von einer Stelle hohen Druckes des Kreislaufs in einen Speicher noch
höheren Druckes gefördert wird und dieser Hilfsverdichter von einer durch einen
Kurzschlußstrom zwischen zwei Stellen verschiedenen Druckes des Arbeitskreislaufs
beaufschlagten Hilfsturbine angetrieben wird. Da es sich aber beim Gaswechsel zwischen
Kreislauf
und Speicher einerseits um relativ geringe, je Zeiteinheit
übertretende Mengen handelt und andererseits relativ hohe Verdichtungsverhältnisse
auftreten, werden die Hilfsturbomaschinen sehr klein und arbeiten mit schlechtem
Wirkungsgrad. Auch ist eine Anpassung an die wechselnden Betriebszustände schwierig.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie betrifft ein Verfahren
zur Förderung des Arbeitsmittels beim Arbeitsmittelwechsel zwischen dem geschlossenen
Arbeitskreislauf einer Gasturbinenanlage und einem Arbeitsmittelspeicher zum Zweck
der Veränderung des Druckpegels in der Anlage.
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Gemäß der Erfindung werden bei diesem Verfahren durch einen Druckaustauscher
sowohl sich von einer Stelle hohen Druckes nach einer Stelle niedrigen Druckes des
geschlossenen Arbeitskreislaufes entspannendes Arbeitsmittel als auch das zwischen
dem Arbeitsmittelspeicher und dem Arbeitskreislauf wechselnde Arbeitsmittel derart
hindurchgeführt, daß die im Druckaustauscher beim Durchtritt des sich entspannenden
Arbeitsmittels entstehenden Druckwellen Verdichtung und Förderung des zwischen dem
Arbeitsmittelspeicher und dem Arbeitskreislauf wechselnden Arbeitsmittels bewirken.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens an einer Gasturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsmittels,
welche einen Speicher zur Aufnahme des bei Druckpegelsenkung dem Kreislauf zu entnehmenden
Arbeitsmittels aufweist. Bei dieser Einrichtung ist gemäß der Erfindung zwischen
dem geschlossenen Arbeitskreislauf der Anlage und dem Arbeitsmittelspeicher ein
für eine Gasströmung zwischen drei Stellen unterschiedlichen Druckes bestimmter
Druckaustauscher geschaltet, und es sind Mittel vorhanden, welche gestatten, zwei
Stellen unterschiedlichen Druckes des Kreislaufs je mit einer der einander gegenüberliegenden
Seiten des Druckaustauschers und den Arbeitsmittelspeicher mit einer der beiden
Seiten des Druckaustauschers zu verbinden.
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Bei in offenem Kreislauf arbeitenden Gasturbinenanlagen ist es zwar
bekannt, Druckaustauscher für die Verdichtung der Frischluft vom Atmosphärendruck
auf den Druck der Brennkammer der Gasturbine zu verwenden, wobei die Verbrennungsgase
von diesem letztgenannten Druck aus im Druckaustauscher auf den Atmosphärendruck
entspannen und so die Energie zur Verdichtung der Frischluft liefern. Solche Druckaustauscher
sind aber für den Arbeitsmittelwechsel zwischen Arbeitskreislauf und Arbeitsmittelspeicher
einer Gasturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf nicht verwendbar, da im allgemeinen
kein Gas zur Verfügung steht, das durch Entspannung zwischen den gleichen Drücken,
zwischen denen sich der Arbeitsmittelwechsel vollzieht, die Energie für diesen Arbeitsmittelwechsel
liefern könnte.
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An Hand der Zeichnung ist nachstehend das erfindungsgemPe Verfahren
beispielsweise erläutert. In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Einrichtung vereinfacht dargestellt; Fig. 2 ist ein Schaubild
für den Druckverlauf im Kreislauf und im Speicher in Abhängigkeit von der Nutzleistungsabgabe
der Anlage; Fig. 3 zeigt in vereinfachter Darstellungsweise einen Längsschnitt durch
den Druckaustauscher und Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Läufers des Druckaustauschers
und der Ein- und Auslaßkanäle; in Fig. 5 und 7 ist der Verlauf der Wellenfronten
im Druckaustauscher für zwei verschiedene Betriebszustände und in Fig. 6 und 8 der
Zusammenhang zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Druckzustand des Arbeitsmittels
im Verlauf eines Umganges des Läufers des Druckaustauschers für die gleichen Betriebszustände
dargestellt.
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Das Arbeitsmittel der in geschlossenem Kreislauf arbeitenden Gasturbinenanlage
wird in einem Verdichter 1 von einem Anfangsdruck p2 auf einen höheren Enddruck
p1 gebracht, gelangt dann über eine Leitung 2 in einen Wärmeaustauscher 3 und darauf
in einen Erhitzer 4, der beispielsweise durch einen Atomkernreaktor gebildet sein
kann. Das im Wärmeaustauscher 3 und im Erhitzer 4 erhitzte Arbeitsmittel entspannt
hierauf in einer Turbine 5. Das so entspannte Arbeitsmittel durchströmt den Wärmeaustauscher
3, in welchem es Wärme an das verdichtete Arbeitsmittel abgibt, und wird schließlich
über eine Leitung 6 einem Kühler 7 zugeführt, von welchem es wieder dem Verdichter
1 zuströmt, so daß der Kreislauf sich schließt. Die Turbine 5 treibt den Verdichter
1 an und gibt außerdem Nutzleistung an einen elektrischen Stromerzeuger 8 ab.
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Um eine Druckpegeländerung im Arbeitskreislauf und damit eine Änderung
der Leistungsabgabe bewirken zu können, ist ferner eine Einrichtung vorhanden, die
einen Arbeitsmittelspeicher 9 aufweist. Dieser Speicher 9 ist über ein System von
abschließbaren Leitungen mit zwei Stellen unterschiedlichen Druckes des Kreislaufs
verbunden, nämlich mit einer Stelle 10 der Leitung 2, in welcher der Verdichtungsenddruck
p1 herrscht, und mit einer Stelle 11 der Leitung 6, in welcher ein im wesentlichen
mit dem Saugdruck p2 des Verdichters 1 übereinstimmender Druck herrscht.
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Im erwähnten Leitungssystem ist nun zwischen dem Arbeitskreislauf
der Anlage und dem Arbeitsmittelspeicher 9 ein für eine Gasströmung zwischen drei
Stellen unterschiedlichen Druckes bestimmter Druckaustauscher 12 geschaltet. Der
Druckaustauscher 12 weist axial auf der einen Seite einen Kanal R und auf der anderen
Seite zwei Kanäle S und T auf.
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Der Kanal R kann einerseits über eine durch ein Ventil 13 abschließbare
Leitung 14 mit der Stelle 10 des Kreislaufs und andererseits über eine durch ein
Ventil 15 abschließbare Leitung 16 mit der Stelle 11 des Kreislaufs verbunden werden.
Auch der Kanal T des Druckaustauschers kann mit den beiden Stellen 10 und 11 des
Kreislaufs verbunden werden, nämlich mit der Stelle 10 über eine mit einem Ventil
17 versehene, an die Leitung 14 anschließende Leitung 18 und mit der Stelle 11 über
eine mit einem Ventil 19 versehene, an die Leitung 16 anschließende Leitung 20.
Ferner gestattet eine durch ein Ventil 21 abschließbare Leitung 22, den Speicher
9 mit dem Kanal S des Druckaustauschers zu verbinden. Weitere, durch unterbrochene
Linien dargestellte Leitungen 23, 24, 25 mit Ventilen 26, 27 bzw.
28 gestatten, wahlweise den Kanal S mit der Stelle 10 oder der Stelle 11
des Kreislaufs und den Kanal R mit dem Speicher 9 zu verbinden.
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In der Fig. 2 ist unter Voraussetzung der Leistungsregelung durch
Druckpegeländerung der Hochdruck p, und der Niederdruck p2 des Kreislaufs in Abhängigkeit
von der Nutzleistung N dargestellt. Je
kleiner der Druck im Kreislauf
ist, um so mehr Arbeitsmittel muß im Speicher 9 gespeichert werden. Der Druck p3
im Speicher verläuft also entgegengesetzt zu den Drücken p1 und p,; er ist um so
größer, je kleiner die Leistung ist. Der Unterschied zwischen dem höchsten und dem
tiefsten im Speicher 9 vorkommenden Druck ist bei einem vorgegebenen Regelbereich
der Leistung um so größer, je kleiner das Volumen des Speichers 9 ist.
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Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist der Speicherdruck so gewählt, daß
er im tiefsten Leistungsbereich A über dem Hochdruck p1 des Kreislaufs und im höchsten
Leistungsbereich C unter dem Niederdruck p2 des Kreislaufs liegt. In einem Zwischenbereich
B liegt der Speicherdruck p3 zwischen den Drücken p1 und p,.
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Im Zwischenbereich B läßt sich in bekannter Weise ohne weiteres eine
Leistungssteigerung der Anlage dadurch erreichen, daß vom Speicher mit dem Druck
p3 Arbeitsmittel in den Niederdruckteil des Kreislaufs mit dem Druck p2 ausgelassen
wird. Dies kann mit der Einrichtung nach der Fig. 1 dadurch geschehen, daß die beiden
Ventile 21 und 27 geöffnet werden, die übrigen Ventile jedoch geschlossen bleiben.
Dann strömt Arbeitsmittel aus dem Speicher 9 über die Leitungen 22, 24, 16 in die
Leitung 6 des Kreislaufs. Umgekehrt kann aber im Bereich B auch eine Leistungssenkung
dadurch herbeigeführt werden, daß vom Hochdruckteil des Kreislaufs mit dem Druck
p1 in den Speicher mit dem tieferen Druck p3 Arbeitsmittel ausgelassen wird, was
durch Öffnen der Ventile 21 und 26 geschehen kann, welche einen Arbeitsmitteldurchguß
von der Leitung 2 des Kreislaufs durch die Leitungen 14, 23, 22 nach dem Speicher
9 gestatten. Durch Öffnen der erwähnten Ventile 21, 26 oder 21, 27 kann auch eine
Leistungssteigerung im Bereich A, in welchem der Speicherdruck höher ist als jeder
der beiden Kreislaufdrücke p, und p" bzw. eine Leistungssenkung im Bereich C, in
welchem jeder der beiden Kreislaufdrücke p1 und p, höher liegt als der Speicherdruck
p3, erhalten werden.
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Der zwischen den Arbeitsmittelspeicher 9 und den Arbeitskreislauf
geschaltete Druckaustauscher 12 dient nun vor allem zur Beherrschung jener Leistungsänderungen,
die durch reines öffnen von Verbindungsleitungen zwischen Speicher und Kreislauf
nicht eingeleitet werden können, nämlich der Leistungssenkung durch Förderung von
Arbeitsmittel in den Speicher aus dem Kreislauf im Bereich A und der Leistungssteigerung
durch Förderung von Arbeitsmittel aus dem Speicher in den Kreislauf im Bereich C.
Dieser Druckaustauscher 12 benutzt Energie, die durch Entspannung von Arbeitsmittel
aus dem Hochdruckteil des Kreislaufs in den Niederdruckteil des Kreislaufs vom Druck
p1 auf den Druck p2 frei wird, um im Bereich A Arbeitsmittel vom Druck p1 hochdruckseitig
des Kreislaufs auf den noch höheren Speicherdruck zu bringen bzw. im Bereich C Arbeitsmittel
vom tiefer liegenden Speicherdruck auf den Druck p2 niederdruckseitig des Kreislaufs
zu bringen.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Druckaustauschers 12 dienen
die Fig. 3 bis B. Der Läufer des Druckaustauschers 12 besteht im wesentlichen aus
einer Trommel 29 mit radial gestellten Längsrippen 30, welche den zwischen Trommel
29 und Gehäuse 31 frei bleibenden Ringraum in einzelne, in Achsrichtung verlaufende
Kanäle 32 unterteilen. Die feststehenden Anschlußkanäle R, S, T verlaufen
je etwa auf einem Halbkreisbogen, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist, in welcher
die Gehäuseteile mit den Kanälen R, S, T zur Verdeutlichung um einen gewissen
Betrag in axialer Richtung vom Läufer entfernt gezeichnet sind. Der Kanal R befindet
sich axial auf der einen Seite des Läufers 27, 28, die Kanäle S und T dagegen auf
der gegenüberliegenden Seite in der Winkellage um etwa 90° versetzt.
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Um eine Leistungssenkung im Bereich A zu erhalten, wird der Kanal
R durch Öffnen des Ventils 13 der Fig. 1 über die Leitung 14 mit der Leitung 2 des
Hochdruckteiles des Kreislaufs in Verbindung gesetzt, so daß in diesem Kanal der
Druck p1 herrscht. Der auf der gegenüberliegenden Seite des Druckaustauschers liegende
Kanal T wird dagegen durch öffnen des Ventils 19 über die Leitungen 20 und 16 mit
der Leitung 6 des Niederdruckteils des Kreislaufs verbunden, so daß im Kanal T der
Druck p, herrscht. Ferner wird durch Öffnen des Ventils 21 der Kanal S über die
Leitung 22 mit dem Speicher 9 verbunden und auf den Druck p3 gebracht. Die übrigen
Ventile bleiben geschlossen. Im Bereich A ist der Druck p3 der höchste und p2 der
tiefste der drei Drücke p1 p2, p3. Fig. 5 zeigt die abgewickelte Lage der Kanäle
R, S, T.
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Wird der Läufer in Pfeilrichtung mit einer solchen Geschwindigkeit
in Umlauf versetzt, daß eine Schallwelle in der Zeit, in der ein Kanal 32 des Läufers
einen der Kanäle R, S, T überstreicht, die ganze axiale Länge L des Läufers hin
und zurück durcheilt, so stellt sich eine Strömung ein, welche in der Fig. 3 durch
ausgezogene Pfeile dargestellt ist.
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In den Kanälen 32 ergeben sich Wellenfronten, die durch die Linien
c', c' und e', e" veranschaulicht sind. Die Linien c', c" sind Verdichtungswellen
und die Linien e', e" Entspannungswellen.
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In der Fig. 6 ist in einem Schaubild als Abzisse die Strömungsgeschwindigkeit
w und als Ordinate die jeweilige Schallgeschwindigkeit a für den betreffenden Gaszustand
aufgetragen. Die Schallgeschwindigkeit a wurde zur Vereinfachung an Stelle des zu
ihr in bestimmter Beziehung stehenden Druckes aufgetragen.
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Der Punkt 33 entspricht dem Zustand zwischen den beiden Entspannungswellen
e', e" der Fig. 5. Das Gas ist hier in Ruhe. Beim Übergang in den mit dem Kanal
T in Verbindung stehenden Bereich entspannt es längs der Entspannungswelle e" auf
den Druck p2 gemäß Punkt 34 der Fig. 6, wobei es eine Geschwindigkeit w, in Richtung
gegen den Kanal T erhält.
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Von der einen Kante des gegenüberliegenden Kanals R geht eine Verdichtungswelle
c' aus, die das Gas auf den Druck p1 gemäß Punkt 35 der Fig. 6 bringt und gleichzeitig
dessen Geschwindigkeit in Richtung gegen den Kanal T auf den Betrag w1 erhöht.
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Die nächste Verdichtungswelle c" ergibt sich beim übergang auf den
Kanal S, wobei der Druck auf den noch höher liegenden Speicherdruck p3 ansteigt
und sich die Geschwindigkeit auf den Betrag w3 erniedrigt (Punkt 36 in Fig. 6).
Nachher wiederholt sich das Spiel.
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Bei diesem Vorgang entspannt also im Druckaustauscher 12 Arbeitsmittel
von der Stelle 10 hohen Druckes des Kreislaufs nach der einen niedrigeren Druck
aufweisenden Stelle 11 des Kreislaufs, und zwar über die Kanäle R, T des Druckaustauschers
12. Andererseits tritt durch die Kanäle R und S des
Druckaustauschers
12 Arbeitsmittel von der Stelle hohen Druckes 10 in den Speicher 9 über, der einen
noch höheren Druck aufweist. Diese beiden Arbeitsmittelströme sind derart durch
den Druckaustauscher 12 geführt, daß die beim Durchtritt des entspannenden Arbeitsmittels
entstehenden Druckwellen c', c" eine Verdichtung und Förderung des über die Kanäle
R, S vom Kreislauf in den Speicher wechselnden Arbeitsmittels bewirken.
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Soll anderseits im Bereich C eine Leistungssteigerung der Anlage erhalten
werden, so werden die Ventile 15, 17 und 21 geöffnet, während die übrigen Ventile
geschlossen bleiben. Auf diese Weise wird über die Leitungen 14 und 18 die hochdruckseitig
liegende Stelle des Kreislaufs mit dem Kanal T des Druckaustauschers 12 verbunden,
und durch die Leitung 16 wird eine Verbindung zwischen dem Kanal R des Druckaustauschers
12 und der niederdruckseitig des Kreislaufs liegenden Stelle 11 hergestellt. Der
Speicher bleibt wie zuvor über die Leitung 22 mit dem Kanal S des Druckaustauschers
12 verbunden.
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Bei gleicher Drehrichtung des Läufers 29, 30 des Druckaustauschers
12 stellt sich in diesem Fall eine Strömung ein, wie sie durch die mit unterbrochenen
Linien in den Fig. 3, 4, 7 eingetragenen Pfeile dargestellt ist. Gemäß der Fig.7
ergeben sich in den Kanälen 32 wiederum Verdichtungswellen c', c" und Entspannungswellen
e', e". Der Zustandsverlauf des Gases in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit ergibt
sich aus der Fig. B.
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Im Bereich zwischen c' und c" der Fig. 7 befindet sich das Gas in
Ruhe. In Fig. 8 entspricht dies dem Punkt 37. Bei Herstellung der Verbindung mit
dem Kanal T steigt der Druck auf p1, wobei dem Gas eine Geschwindigkeit w1 in Richtung
gegen die Seite des Kanals R erteilt wird (Punkt 38 der Fig. 8). Im Kanal R herrscht
der tiefere Kreislaufdruck p2. Es entsteht eine Entspannungswelle e', wobei sich
die Geschwindigkeit w1 auf w2 erhöht (Punkt 39 der Fig. 8). Eine weitere Entspannungswelle
e" folgt zwischen dem Kanal R und dem Kanal S, in welchem der noch tiefere Druck
p3 herrscht. Die Geschwindigkeit des Gases geht hierbei auf w3 zurück (Punkt 40
der Fig. 8). Im Bereich zwischen c' und c" ist der ursprüngliche Zustand wieder
erreicht, und das Spiel wiederholt sich.
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Bei diesem Vorgang entspannt wiederum im Druckaustauscher 12 Arbeitsmittel
von der Stelle 10 hohen Druckes des Kreislaufs nach der einen niedrigeren Druck
aufweisenden Stelle 11 des Kreislaufs. Die Strömung geht hier im Vergleich zum Vorgang
nach der Fig. 5 in umgekehrter Richtung durch den Druckaustauscher 12, nämlich vom
Kanal T nach dem Kanal R. Zugleich strömt Arbeitsmittel vom Speicher 9, der nun
einen tieferen Druck als der Kreislauf aufweist, nach der Stelle 10 niedrigeren
Druckes des Kreislaufs. Auch diese Strömung ist gemäß der Fig. 7 entgegengesetzt
zur Strömung nach der Fig. 5 gerichtet. Die beiden Arbeitsmittelströme sind gemäß
der Fig. 7 derart durch den Druckaustauscher 12 geführt, daß die beim Durchtritt
des entspannenden Arbeitsmittels entstehenden Druckwellen c', c" eine Verdichtung
und Förderung des über die Kanäle S, R vom Speicher 1 in den Kreislauf wechselnden
Arbeitsmittels bewirken.
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Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde angenommen, daß das Verhältnis
des höchsten Drukkes pl zum tiefsten Druck p2 im Arbeitskreislauf ungefähr 2,5 beträgt.
Es kann dann maximal auch etwa ein Verdichtungsverhältnis von 2,5 für das zu fördernde
Arbeitsmittel erreicht werden. Der Druckverlauf p3 für den Speicher wurde daher
so angenommen, daß der höchste Wert von p3 etwa das 2,5fache des tiefsten Wertes
von p1 und der höchste Wert von p2 etwa das 2,5fache des tiefsten Wertes von p3
beträgt. Die Schaubilder nach den Fig. 6 und 8 entsprechen diesen Zuständen. Es
sind daher die Geschwindigkeitssprünge für alle Wellenfronten gleich, und die Diagramme
erscheinen als Quadrate.
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Ohne Änderung der Ventilstellung kann aber jeweils der ganze Bereich
A bzw. der ganze Bereich C bestrichen werden, wobei das Verdichtungsverhältnis für
das zu fördernde Arbeitsmittel sich bei Näherung an den Bereich B vermindert. Der
Druckaustauscher paßt sich der Veränderung des Betriebszustandes selbsttätig an,
und die Quadrate der Fig. 6 und 8 gehen in Rechtecke über. Durch die beschriebene
Einrichtung kann somit bei allen Betriebszuständen eine Leistungssteigerung oder
Leistungssenkung der Anlage auf einfache Weise erreicht werden, und zwar auch dann,
wenn der Speicherdruck höher als der höchste Kreislaufdruck oder tiefer als der
tiefste Kreislaufdruck liegt.
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Die Drehung des Läufers 27, 28 des Druckaustauschers 12 dient nicht
dazu, Leistung an das durchströmende Arbeitsmittel abzugeben, sondern lediglich
dem Zweck, die Kanäle 32 im richtigen Takt mit den feststehenden Kanälen R, S, T
in Verbindung zu setzen. Der Antrieb des Läufers 27, 28 braucht daher nur die mechanischen
Reibungsverluste zu überwinden, muß aber die Drehzahl so einhalten, daß die Verdichtungswellen
bzw. Entspannungswellen in der Zeit in axialer Richtung von einer Seite zur anderen
Seite des Läufers gelangen, in welcher ein Kanal des Läufers die Hälfte eines der
Kanäle R, S, T überstreicht. Für den Antrieb kann beispielsweise eine Turbine oder
ein Elektromotor dienen.
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Dadurch, daß bei der beschriebenen Einrichtung zusätzlich die Leitungen
23, 24, 25 mit den Ventilen 26, 27, 28 vorgesehen sind, ist es auch möglich, die
Stellen 10,11 unterschiedlichen Druckes des Kreislaufs mit den Kanälen S, T der
einen Seite und den Speicher 9 mit dem Kanal R der gegenüberliegenden Seite des
Druckaustauschers 12 zu verbinden. Dies erlaubt, den Druckaustauscher 12 auch im
Bereich B der Fig.2 nutzbringend zu verwenden, also dann, wenn der Speicherdruck
p3 zwischen p1 und p2 liegt.
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Je nachdem, ob der Kanal T über das Ventil 17 mit der hochdruckseitig
liegenden Stelle 10 des Kreislaufs und der Kanal S über das Ventil 27 mit der niederdruckseitig
liegenden Stelle 11 des Kreislaufs verbunden wird oder ob der Kanal T über das Ventil
19 mit der Stelle 11 und der Kanal S über das Ventil 26 mit der Stelle 10 des Kreislaufs
verbunden wird, ergibt sich eine Förderung von Arbeitsmittel aus dem Kreislauf in
den Speicher oder eine Förderung von Arbeitsmittel aus dem Speicher in den Kreislauf.
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Im ersten Fall gelangt nicht nur vom Hochdruckteil, sondern auch vom
Niederdruckteil des Kreislaufs Arbeitsmittel in den Speicher 9, das unter Ausnutzung
der beim übertritt von Arbeitsmittel aus dem Hochdruckteil des Kreislaufs in den
Speicher frei werdenden Energie im Druckaustauscher 12 auf den Speicherdruck verdichtet
wird.
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Im zweiten Fall tritt nicht nur Arbeitsmittel vom Speicher in den
Niederdruckteil des Kreislaufs über,
sondern es wird zugleich Arbeitsmittel
vom Speicher verdichtet und in den Hochdruckteil der Gasturbinen anlage gefördert.
Es wird so der Kreislaufverdichter entlastet.
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Wird beim Druckaustauscher für den Läufer ein Antrieb mit veränderbarer
Drehrichtung vorgesehen, so kann auch eine Umkehr der Förderrichtung statt durch
Vertauschen der Anschlußstellen der Kanäle S und T durch Umkehr der Drehrichtung
des Läufers erreicht werden.
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Auch in den Bereichen A und C der Fig. 2 wäre eine Umkehr der Förderrichtung
durch Vertauschen der Anschlüsse der Kanäle S und T in den Fig. 5
bzw. 7 oder durch Umkehr der Drehrichtung des Läufers des Druckaustauschers möglich.
Die Energie des im Bereich A vom Speicher in den Kreislauf oder im Bereich C vom
Kreislauf in den Speicher übertretenden Arbeitsmittels würde dann dazu benutzt,
zusätzlich im Kreislauf parallel zum Kreislaufverdichter 1 umgewälztes Arbeitsmittel
zu verdichten und so eine erhöhte Nutzleistung zu erhalten.
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Für den Anschluß des Druckaustauschers 12 an den Arbeitskreislauf
könnten gegebenenfalls statt der Stellen 10 und 11 höchsten bzw. tiefsten Druckes
andere Stellen unterschiedlichen Druckes, z. B. an Zwischenstufen des Verdichters
1 oder der Turbine 5 gelegene Stellen, verwendet werden, wobei allerdings für die
Verdichtung des zwischen Speicher und Kreislauf wechselnden Arbeitsmittels eine
geringere Energie zur Verfügung stehen würde.