DE2008599C

DE2008599C - Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE2008599C
Authority: DE
Inventors: Pieter Van Pijnacker Staveren (Niederlande)
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Publication date: 1972-10-19

Description

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Gegenstand der Erfindung ist eine Gasturbinenanlage mit einem von der Turbine angetriebenen Zentrifugalkompressor für das Arbeitsmittel einer Brennkammer mit automatischer Regelung der Brennstoffzufuhr zur Konstanthaltung der Turbinenaustrittstemperatur und einem Wärmetauscher zu·· übertragung der Wärme der Turbinenabgase auf das verdichtete Arbeitsmittel.

Es ist allgemein bekannt, daß eine solche mit einem Wärmetauscher versehene Gasturbinenanlage zwar besonders wirtschaftlich aber auch besonders träge bei auf Leistungsänderungen ist.

Es ist auch bekannt, daß bei einer solchen, an einen elektrischen Generator angeschlossenen Gasturbinenanlage diese Trägheit vermindert werden kann, indem die nicht abgenommene Leistung in Form von Wärme in den Gasturbinenkreislauf zurückgeführt wird, wobei die Regelung der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer automatisch die Turbinenaustrittstemperatur konstant hält.

Aufgabe der Erfindung ist es, auch bei einer Gasturbinenanlage, die nicht an einen elektrischen Generator angeschlossen ist, die Trägheit bei Leistungsänderungen zu vermindern.

Zu diesem Zweck wird in der erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage mindestens ein Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern und zwei Rotoren verwendet, wobei der erste, das Arbeitsmittel verdichtender Rotor mit der Turbine gekoppelt und in der Flüssigkeits-Zufuhrleitung zum Kompressor eine Mengenverstellvorrichtung angeordnet ist, mit der die von der Anlage abgegebene Leistung steuerbar ist. Bei einem solchen Zentrifugalkompressor mit Flüssig-Kcitsbändern werden Flüssigkeit und gasförmige Mitte! wirkungsvoll getrennt und kann die in der Flüssigkeit lioch vorhandene überschüssige Energie zurückgewonnen werden.

Zu diesem Zweck ist eine oder sind bei der den Raum für die Flüssigkeitsbänder begrenzenden parallelen Wände mit einem Schaufelkranz besetzt und kann diese Wand bzw. können diese Wände konzentrisch zum angetriebenen Rotor frei rotieren. Diese Wand wird nachstehend als zweiter Rotor bezeichnet.

Das gasförmige Mittel wird vom Schaufelkranz, dessen Vorderseiten der Schaufeln durch eine Gazewand miteinander verbunden sind, seitlich abgeführt; die durch die Gazewand geschleuderte Flüssigkeit treibt den zweiten Rotor an.

Für die Zufuhr der Flüssigkeit zum Kompressor ist eine kleine Pumpe erforderlich, die z. B. von der Turbine angetrieben wird.

Der Kompressor ist derart entworfen, aaß die von der Gasturbine abgegebene Nutzleistung der Welle des zweiten Rotors zur Vcifügung kommt, d. h., daß die am Ende des Verdichtungsvorgangs in der Flüssigkeit noch vorhandene Leistung entspricht, abgesehen von einigen Verlusten, der von der Gasturbine abgegebenen Leistung.

Die Steuerung der abgegebenen Leistung kann durch die Verstellung der dem Kompressor zugeführten Flüssigkeitsmenge erfolgen.

Die erfind-ingsgemäße Gasturbinenanlage ist also dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zentrifugalkompressor mit- Flüssigkeitsbändern mit zwei Rotoren verwendet wird, daß sein erster, das Arbeitsmittel verdichtender Rotor mit der Turbine gekoppelt ist und daß in der Flüssigkeitszufuhrleitung zum Kompressor eine Mengenversteilvorrichtung angeordnet ist_; mit welcher die von der Anlage abgegebene Leistung steuerbar ist. Die Austrittstemperatur der Turbine wird dabei up'.er allen Umständen auf bekannte Weise durch automatische Regelung der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer konstant gehalten.

Verringert sich über die Mengen·¹ rstellvorrichtung die Flüssigkeitszufuhr zum ersten Rotor des Kompressors, so wird das Verdichtungsverhältnis des Kompressors vermindert, was zusammen mit der oben beschiiebenen Brennstoffzufuhrregelung wieder zu einer geringeren durch die Gasturbine strömenden Menge des gasförmigen Mittels führt. Die dabei auftretenden Drosselverluste in der Regelvorrichtung sind gegenüber der abgegebenen Leistung vernachlässigbar gering.

Soll bei laufender Anlage keine Leistung abgegeben werden, so wird die Zufuhr von Flüssigkeit zum Kompressor ganz geschlossen. Die Gasturbine arbeitet dann mit dem geringen Druckverhältnis, das der erste Rotor durch die auf ihm angeordneten für den stoßfreien Eintritt des gasförmigen Mittels in den Rotor erforderlichen Schaufeln noch abgibt,

Der Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern und die Turbine können dabei derart entworfen werden, daß bei jeder abgenommenen Leistung von Nulllast bis Vollast, also bei jeder Einstellung der Mengenverstellvorricbtung für die Flüssigkeitszufuhr zum Kompressor, die Drehzahl des ersten Rotors und damit der Tu.bine konstant bleibt. Dadurch entfällt somit auch das Problem der Trägheit, die durch das Beschleunigen und Verlangsamen der Anlage entsteht. Auch kann auf derselben Turbinenwelle mehr als ein Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern und mit zweitem Rotor verwendet werden, oder mindestens einer, der mit mindestens einem gewöhnlichen Kompressor in Serie geschaltet ist. Dies kann sich im

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Zusammenwirken mit dem Gesamtkreislauf vorteil- geleitet, während die Flüssigkeit durch ^d'^e

haft auswirken. 14 in den Schaufelkranz 13 tritt, wo die in der Fluss.g-

Die Erfindung läßt sich selbstverständlich bei Gas- keit noch vorhandene überschussige ^Le'^s™_p ⁿg· "^

turbineuanlagen mit offenem und geschlossenem gesehen von kleinen Verlusten, auigenom

Kreislauf anwenden. 5 und dadurch den zweiten Rotor 12 antrei

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeich- zurückgewonnene Leistung kann von der

nungen erläutert, in denen eine beispielhafte Aus- abgenommen werden,

führungsform schematisch dargestellt ist. Dabei zeigt In der in Fig. 1 schemaiisch dargestellten uas-

Fi g. I einen Längsschnitt durch einen schematisch turbinenanlage wird em derartiger /«ntniugaiKom-

dargestellten Zeinrifugalkompressor mit Flüssigkeits- io pressor mit Flüssigkeitsbändern und zwei motoren

bändern und verwendet, wobei mit 20 der erste Rotor mit Flussig-

F i g. 2 die erfindungsgemäße Gasturbinenanlage. keitsbändern und mit 21 der zweite Rotor scnema-

Fig. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Zentri- tisch bezeichnet ist. Dieser Κ°»Ρ™*κ»1 '" ™"^{e s} fugalkompressors mit Flüssigkritsbändern dar. Dieser einer Leitung 22 für das veidicbtete gasformige Ar-Kompressor besteht aus einem Gehäuse I mit zwei t₅ beitsmittel, z. B. Luft, mit einem Warme ^scher-3 parallelen Wänden 2 und 3, einem Eintrittskanal 4 verbunden, dessen Ausgang über eine Leitung .Λ mn für das gasförmige Strömungsmittel, einem Sammel- einer Brennkammer 25 verladen ist, die uDer emc raum 5 mit einem Austrittskanal 6 für das verdich- Leitung 26 an den Eintrittskana· einer Turb η : 27' antete gasförmige Mittel und einem mit einer an- geschlossen ist. D« A^ust"^ttek^ *"" T"™¹?^¹ getriebenen Welle 7 fest verbundenen Rotor 8, der *> über eine Le.tung 28 an den Warmetauscher 23 anmit Schaufeln 9 zum Ansaugen des zu verdichtender. geschlossen, von wo die Abgase über einen ausgasförmigen Mittels und mit Düsen 10 zur Bildung tnttskanal 29 abgeführt werden. In einer Brennstof der Flüssigkeitsbänder versehen ist. Ein mit einer zuführleitung 30 ist eine Regelvorrichtung 31 ur d.e Wcllell fest verbundener zweiter Rotor 12 ist die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer^ angeordnet
Welle 7 des Rotors 8 umhüllend und unabhängig von 25 Der erste Rotor 20 ist mn e.ner Welle 32 der Turdieser drehbar angeordnet und am Umfang mit einem bine 27 fest verbunden.

Schaufelkranz 13 versehen, dessen Schaufeln über Die Flüssigkeit, z. B. Wasser wird über eine ihre ganzen Vorderseiten durch eine herumgehende Flüssigkeitszufuhrleitung 33, in der eine Mengen-Gazewand 14 miteinander verbunden sind, welche verstellvorrichtung 34 angeordnet ist, aus einem den seitlichen Austritt 15 des gasförmigen Mittels be- 30 Flüssigkeitsbehälter 35 mit Hilfe einer Pumpe 36 dem grenzt. Die Flüssigkeit wird, nachdem sie den ersten Rotor 20 zugeführt. Die Flüssigkeit durch-Schaufelkranz 13 durchströmt hat, durch die Zentri- strömt unter Arbeitsabgabe die Schaufeln des zweiten fugalkraft gegen die Innenseite 16 des Kompressor- Rotors 21 und wird danach zum Flüssigkeitsbehälter gehäuses geschleudert und in ein Spiralgehäuse 17 ab- 35 zurückgeführt.

geführt, von wo sie mit Hilfe einer Pumpe 18 über 35 Der zweite Rotor 21 ist mit einer Welle 37, von

eine Leitung 19 zum Rotor 8 geführt wird. Die der Leistung abgenommen werden kann, test ver-

Flüssigkeitsbärder werden zwischen der Wand 2 und bunden. .

dem zweiten Rotor 12 gebildet. Das von den Flüssig- Durch die Mengenverstellvornchtung 34 wird d.e

keitsbändern mitgeführte und verdichtete Arbeits- von der Gasturbinenanlage abgegebene Leistung ge-

mittel wird durch den seitlichen Austritt 15 weiter- 4- steuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasturbinenanlage mit einem von der Turbine angetriebenen Zentrifugalkompressor für das Arbeitsmittel einer Brennkammer mit automatischer Regelung der Brennstoffzufuhr zur Konstanthaltung der Turbinenaustrittstemperatur und einem Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme der Turbinenabgase auf das verdichtete Arbeitsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern mit zwei Rotoren (20, 21) verwendet wird, daß sein erster, das Arbeitsmittel verdichtender Rotor (20) mit der Turbine (27) gekoppelt ist i^!nd daß in der Flüssigkeits-Zufuhrleitung (33) zum Kompressor eine Mengenverstellvorrichtung (34) angeordnet ist, mit welcher die von der Anlage abgegebene Leistung steuerbar ist.

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf derselben Turbinenwelle (32) noch mindestens ein gewöhnlicher Kompressor angeordnet und mit dem Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern in Serie geschaltet ist.