DE1262074B

DE1262074B - Gasturbinenanlage mit aufgeladenem, teilgeschlossenem Kreislauf mit unmittelbarer Verbrennung im Arbeitsgasstrom

Info

Publication number: DE1262074B
Application number: DE1965G0042981
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Nebojsa Gasparovic
Original assignee: NEBOJSA GASPAROVIC DIPL ING
Current assignee: NEBOJSA GASPAROVIC DIPL ING
Priority date: 1965-03-03
Filing date: 1965-03-03
Publication date: 1968-02-29

Description

Gasturbinenanlage mit aufgeladenem, teilgeschlossenem Kreislauf mit unmittelbarer Verbrennung im Arbeitsgasstrom Die Erfindung nach Patent 1235 669 betrifft eine Gasturbinenanlage mit aufgeladenem, teilgeschlossenem Kreislauf mit unmittelbarer Verbrennung im Arbeitsgasstrom, der eine Mischung aus Frischluft, umgewälzter Luft und Verbrennungsgasen enthält, mit mindestens einem Verdichter, mindestens einer Brennkammer, in welcher im Arbeitsgasstrom Brennstoff unmittelbar verbrannt wird, mindestens einer den oder die Verdichter treibenden und Nutzleistung abgebenden Turbine und mindestens einem Kühler, der nur von demjenigen Teil des Arbeitsgasstroms durchströmt wird, der durch den oder die Verdichter, die Brennkammer und die Nutzleistungsturbine strömt, wobei die Luft und ein Teil der Verbrennungsgase einen geschlossenen Kreislauf bilden, dessen Druckpegel vor dem Eintritt in den Verdichter über dem Umgebungsdruck liegt sowie mit einer Aufladeturbogruppe, bestehend aus mindestens einem Aufladeverdichter, der die erforderliche Verbrennungsluft aus der Atmosphäre ansaugt und in den Niederdruckteil des Kreislaufs einspeist und auch dessen Druckpegel aufrechterhält und dessen oder deren Leistungsbedarf von mindestens einer Aufladeturbine gedeckt wird, die von dem vor dem Kühler abgezweigten Teil des Arbeitsgasstroms über eine absperrbare Leitung von der Austrittsseite der Nutzleistungsturbine oder von einer der Niederdruckstufen der Nutzleistungsturbine gespeist wird und auf den Umgebungsdruck expandiert.
Nach der Lehre des Hauptpatents ist außer der ersten absperrbaren Leitung, die die Austrittsseite der Nutzleistungsturbine oder eine ihrer Niederdruckstufen mit der Aufladeturbine verbindet, eine zweite absperrbare Leitung vorhanden, die zwischen der Brennkammer und der Nutzleistungsturbine oder an eine der Hochdruckstufen der Nutzleistungsturbine angeschlossen ist und zur Eintrittsseite der Aufladeturbine führt, und es ist im Niederdruckteil des geschlossenen Kreislaufs zwischen dem Kühler und dem Verdichter eine mit der Umgebung in Verbindung stehende absperrbare Luftansaugöffnung sowie zwischen der Nutzleistungsturbine und dem Kühler eine in die Umgebung führende absperrbare Abgasauslaßöffnung angeordnet. Der Vorteil der Gasturbinenanlage nach dem Hauptpatent besteht unter anderem, daß eine Trennung der Aufladeturbogruppe vom Hauptkreislauf gegeben ist, wodurch der Hauptkreislauf bei ruhender Aufladeturbogruppe angefahren werden kann, ohne daß für das Anfahren der Aufladeturbogruppe eine zusätzliche Anfahrleistung notwendig ist. Außerdem kann der Hauptkreislauf im offenen Gasturbinenprozeß betrieben werden. Bei der genannten Anlage ist jedoch zum Zweck einer einwandfreien Verbrennung des Brennstoffs im Gemisch von Frischluft und Abgas ein entsprechender Luftüberschuß, erforderlich. Dieser Luftüberschuß belastet die Aufladeturbogruppe unvorteilhaft, d. h., der Anteil an umgewälztem Gas geht zurück.
Damit nun der Brennstoff in praktisch reiner Luft verbrennen kann, wird in weiterer Ausbildung des Gegenstands des Hauptpatents erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der im geschlossenen Kreislauf angeordnete Verdichter je zwei ineinanderliegende, konzentrisch zur Drehachse angeordnete Ansaug- bzw. Auslaßkanäle besitzt, .durch die die vom Aufladeverdichter gelieferte Frischluft und das im geschlossenen Kreislauf strömende Arbeitsgas voneinander getrennt angesaugt bzw. abgeführt werden, daß zwischen Verdichter und Brennkammer voneinander getrennte Leitungen für die Frischluft und das Arbeitsgas vorhanden sind und daß die Brennkammer in an sich bekannter Weise derart ausgebildet ist, daß der Brennstoff in den Frischluftstrom eingespritzt wird und die Vermischung der Brennkammerabgase mit dem umgewälzten Arbeitsgas erst nach der Verbrennung erfolgt. Damit wird eine unnötige Belastung der Aufladegruppe ausgeschaltet.
Zur Trennung von zwei konzentrischen Gasströmen ist die Anordnung von Zwischenstücken an den Leit- und Laufschaufeln von Strömungsmaschinen bereits bekannt. Um auf jeden Fall bei einer gemäß der Erfindung betriebenen und ausgebildeten Gasturbinenanlage im Verdichter eine Vermischung des Frischluftstroms mit dem Arbeitsgasstrom zu vermeiden, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, an den Leit- und Laufschaufeln des Verdichters jeweils ein die Schaufel in ihrer Höhe unterteilendes, den Arbeitsgasstrom von dem Frischluftstrom trennendes Zwischenstück anzuordnen. Für den Betrieb der Anlage, .insbesondere beim Hochfahren der Aufladegruppe, ist es zweckmäßig, wenn in die Leitung für den Frischluftstrom zwischen dem Aufladeverdichter und dem Verdichter eine absperrbare Zweigleitung zum Ansaugen von Frischluft mündet.
Weitere Einzelheiten einer Gasturbinenanlage zur Durchführung .des Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, .das in der Zeichnung dargestellt ist.
Der Hauptkreislauf der Gasturbinenanlage setzt sich .aus dem Verdichter a, der Brennkammer b, der Nutzleistungsturbine c und dem Kühler d zusammen. Der Turbine c ist ein Generator e zugeordnet. Die Aufladeturbine f mit dem zugehörigen Aufladeverdichter g wird über die Leitung k mit einem Teilstrom .des Arbeitsgasstroms 1 gespeist. Der in dem Aufladeverdichter b verdichtete Frischluftstrom 2 gelangt über den Kühler h zum Verdichter a. In der Leitung für den Frischluftstrom ist eine absperrbare, während .des Hochfahrens der Aufladegruppe geöffnete Leitung h angeordnet.
Die Trennung des Frischluft- und Arbeitsgasstroms vor und nach dem Verdichter a kann mit Hilfe von konzentrischen Kanälen sichergestellt werden, so daß sich, in axialer Richtung des Verdichters gesehen, eine äußere und eine innere Ringfläche ergibt, die jeweils von einem Stromdurchströmt werden. Es findet also im Verdichter selbst nur ein geringer Stoffaustausch in radialer Richtung statt, der durch die Anordnung von Zwischenstücken noch gänzlich vermieden werden kann, so daß die Ströme am Austritt des Verdichters wiederum in konzentrischen Leitungen aufgefangen und ungemischt weitergeleitet werden können. Hierbei ist es grundsätzlich unwesentlich, ob der Frischluftstrom die innere oder die äußere Ringfläche des Verdichters durchströmt.
Um diese Gasturbinenanlage im offenen Gasturbinenprozeß betreiben zu können, muß in der Leitung für den Frischluftstrom 2 zwischen dem Aufladeverdichter g und dem Verdichter a eine absperrbare, während des Stillstands oder während des Hochfahrens der Aufladegruppe f, g geöffnete Zweig t2 -n angeordnet sein.

Claims

Patentansprüche: 1. Gasturbinenanlage mit aufgeladenem, teilgeschlossenem Kreislauf mit unmittelbarer Verbrennung im Arbeitsgasstrom, der eine Mischung aus Frischluft, umgewälzter Luft und Verbrennungsgasen enthält, mit mindestens einem Verdichter, mindestens einer Brennkammer, mindestens einer den oder die Verdichter treibenden und Nutzleistung abgebenden Turbine, mit mindestens einem im geschlossenen Teil des Arbeitsmittelkreislaufs zwischen Nutzleistungsturbine und Verdichter angeordneten Kühler, wobei der Druckpegel vor dem Eintritt in den Verdichter über dem Umgebungsdruck liegt, sowie mit einer Aufladeturbogruppe, bestehend aus mindestens einem Aufladeverdichter, der die erforderliche Verbrennungsluft aus der Atmosphäre ansaugt und in den Niederdruckteil des Kreislaufs einspeist und so den Druckpegel aufrechterhält, und einer den Aufladeverdichter treibenden Aufladeturbine, .die von einem vom Austritt der Nutzleistungsturbine oder einer ihrer Niederdruckstufen abgezweigten Teil des Arbeitsgasstroms über eine erste absperrbare Leitung gespeist wird und auf den Umgebungsdruck expandiert, ferner mit einer zweiten absperrbaren Leitung, die zwischen .der Brennkammer und der Nutzleistungsturbine oder an eine der Hochdruckstufen der Nutzleistungsturbine angeschlossen ist und zur Eintrittsseite der Aufladeturbine führt und mit einer im Niederdruckteil des geschlossenen Kreislaufs zwischen dem Kühler und dem Verdichter angeordneten, mit der Umgebung in Verbindung stehenden absperrbaren Luftansaugöffnung, und mit einer zwischen der Nutzleistungsturbine und dem Kühler angeordneten, in die Umgebung führenden absperrbaren Abgasauslaßöffnung, nach Patent 1235669, dadurch gek;ennzeichn e t , daß der im geschlossenen Kreislauf angeordnete Verdichter (a) je zwei ineinanderliegende, konzentrisch zur Drehachse angeordnete Ansaug-und Auslaßkanäle besitzt, durch die die vom Aufladeverdichter (g) gelieferte Frischluft (2) und das im geschlossenen Kreislauf strömende Arbeitsgas (1) voneinander getrennt angesaugt bzw. abgeführt werden, daß zwischen Verdichter (a) und Brennkammer (b) voneinander getrennte Leitungen für die Frischluft (2 a) und das Arbeitsgas (1 a) vorhanden sind und daß die Brennkammer in an sich bekannter Weise derart ausgebildet ist, daß der Brennstoff (3) in den Frischluftstrom (2a) eingespritzt wird und die Vermischung der Brennkammerabgase mit dem umgewälzten Arbeitsgas (2a) erst nach der Verbrennung erfolgt.
2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an .den Leit- und Laufschaufeln des Verdichters (a) jeweils ein die Schaufel in ihrer Höhe unterteilendes, den Arbeitsgasstrom von dem Frischluftstrom trennendes Zwischenstück angeordnet ist.
3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung für den Frischluftstrom (2) zwischen dem Aufladeverdichter (g) und dem Verdichter (a) eine absperrbare Zweigleitung (n) zum Ansaugen von Frischluft mündet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1051069, 1030103; schweizerische Patentschrift Nr. 248 608; britische Patentschrift Nr. 613 392.