DE540367C - Aus Verbrennungskolbenmaschine zur Treibgaserzeugung und nachgeschalteter Gasturbine bestehender Maschinensatz - Google Patents

Description

• Aus Verbrennungskolbenmascbine zur Treibgaserzeugung und nachgeschalteter Gasturbine bestehender Maschinensatz Bei einer Gasturbine mit vorgeschalteter, einen Verdichter antreibender Dieselmaschine schaltet man zweckmäßig dem Verdichter einen Vorverdichter vor, der als Kreiselverdichter ausgeführt wird und entweder mit der Gasturbine oder mit der Dieselmaschine gekuppelt werden kann oder einen besonderen Antrieb erhält. Dieser Vorverdichter bildet die Niederdruckstufe für den gesamten Verdichtungsvorgang. Man hat bereits vorgeschlagen, die ihm entströmende vorverdichtete Luft abzukühlen, bevor sie in der zweiten Druckstufe in dem Verdichter weiterverdichtet wird. Die Gründe hierfür sind bekannt: Man verringert auf die Weise die Verdichterarbeit und vermeidet einen zu hohen Temperaturanstieg im Gebiete höherer Drücke. Aber in dem vorliegenden Fall, wo der Verdichter die Aufgabe hat, die Dieselmaschine mit Druckluft aufzuladen, verfolgt man mit der Zwischenkühlung noch einen weiteren Zweck. Die Verhältnisse liegen hier so, daß man den Vorverdichter und den Verdichter für eine größere Luftmenge ausführt, als zum Aufladen der Dieselmaschine nötig wäre und daß man die überschüssige Luft als Zusatzluft zu dem von der Dieselmaschine gelieferten Treibgas benutzt, um dessenTemperatur herabzusetzen undfürden Gasturbinenbetrieb brauchbar zu machen. Durch die Zwischenkühlung wird nun die Temperatur der den Treibgasen beigemischten Zusatzluft herabgedrückt und demgemäß eine genügend starke Abkühlung der Treibgase erreicht. Ferner wird durch die Zwischenkühlung erreicht, daß die Anfangstemperatur in der Dieselmaschine zu Beginn der Verdichtung in ihr niedriger ist als in normalen Dieselmaschinen; infolgedessen kann man auf höhere Verdichtungen gehen, ohne die Endtemperatur der Verdichtung über das übliche Maß hinaus zu steigern, und erreicht eine bessere thermische Ausnutzung.
• Für die Regelung einer solchen Gasturbine ist vorgeschlagen worden, die Brennstoffzufuhr zur Dieselmaschine in Abhängigkeit von der Turbinenbelastung zu verändern und in gleichem Sinn auch die Luftzufuhr zu beeinflussen.
• Erfindungsgemäß wird nun auch die Zwischenkühlung in Abhängigkeit von der Turbinenbelastung verändert, und zwar derart, daß sie bei größter Belastung am stärksten wirkt und mit sinkender Belastung immer mehr abnimmt, und daß bei Erreichen einer kleinen Belastung die Zwischenkühlung durch eine Vorwärmung der Verbrennungsluft ersetzt wird, die mit weiter absinkender Belastung zunimmt. Der Zweck dieser Maßnahme ist, die durch Zwischenkühlung abgeführte Wärmemenge den mit sinkender Belastung sich ändernden Temperaturverhältnissen in der Dieselmaschine anzupassen und gerade nur so viel Wärme durch Zwischenkühlung zu entziehen, als nötig ist, um nicht zu hohe Temperaturen in der Dieselmaschine selbst und in den von ihr gelieferten Treibgasen zu erhalten. Von einem bestimmten Belastungszustand an wird die Wärmeabfuhr durch die Zwischenkühlung ganz eingestellt und durch Wärmezufuhr aus den Abgasen ersetzt, um bei schwachen Belastungen eine genügend hohe Verdichtungstemperatur sicherzustellen und die Verschlechterung des Wirkungsgrades in den unteren Belastungsstufen durch Ausnutzung der Abwärme zum Teil. wieder auszugleichen.
• In der Abbildung ist das Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung dargestellt. Der Maschinensatz besteht im wesentlichen aus der Verbrennungskolbenmaschine i und dem Verdichter 2, denen gemeinsam ein Stufenkolben 3, 4 ist, ferner aus der Gasturbine, die aus der Hochdruckstufe 5 und der Niederdruckstufe 6 besteht, und aus dem Vorverdichter 7, der auf der Welle der Turbinenteile 5, 6 sitzt und seine Luft über einen Zwischenkühler 8 an den Verdichter 2 abgibt. Das Kühlmittel des Zwischenkühlers 8 wird durch eine Leitung g zugeführt und fließt bei io ab. Der Ansaugestutzen des Vorverdichters 7 ist mit ii, der Druckstutzen mit 12 bezeichnet. Der Zwischenkühler 8 ist mit dem Verdichter 2 durch eine Leitung 13 verbunden, von der eine Leitung 14 abzweigt, die über die Leitung 15 mit der Ansaugeleitung ii in Verbindung steht. Die Leitung 14 kann durch ein Ventil 16 abgesperrt werdün. Ferner ist in der Kühlwasserleitung g ein Ventil 17 und in der Verbindungsleitung 18 eine Klappe 1g vorgesehen. 2o ist eine Wärmeaustauschvorrichtung, die einerseits von den Abgasen der Turbine 6 durchströmt wird, die durch die Leitung 21 zu- und durch Leitung 22 abströmen und dem anderseits bei geöffneter Klappe ig vorzuverdichtende Luft zugeführt werden kann.
• Diese Anordnung wirkt folgendermaßen Solange die Turbine bei normaler oder erhöhter Belastung arbeitet, ist das druckgesteuerte Ventil 16 so weit geöffnet, daß ein Vorverdichtungsdruck eingehalten wird, der zum Treibgasdruck in einem bestimmten Verhältnis steht. Die Regelung dieses Ventils ist durch die Impulslinie 23 angedeutet. Das Ventil 17 ist dabei als ganz geöffnet anzunehmen, während die Klappe 1g geschlossen ist. Sinkt jetzt die Belastung, so wird das Ventil 17 z. B. in Abhängigkeit vom Druck vor der Turbinenstufe 5 weitergeschlossen, und zwar so weit, daß die Endtemperatur der Vorverdichtung einen Wert erreicht, der bei der Hauptverdichtung im Verdichter 2 den für die Verbrennung erforderlichen Wert ergibt. Je weiter die Belastung absinkt, um so mehr wird das Ventil 17 geschlossen. Wenn es ganz geschlossen ist, also eine Verringerung der Kühlwirkung im Zwischenkühler 8 nicht mehr möglich ist, so beginnt die Klappe ig zu öffnen. Jetzt strömt ein Teil der durch die Rückführleitung 14, 18,15 strömenden Luft durch den Abgasvorwärmer 2o und wird dadurch vorgewärmt, ehe sie von neuem in den Vorverdichter 7 eintritt. Je mehr die Klappe ig geöffnet und entsprechend die Leitung 15 abgesperrt wird, um so größer ist die Temperaturerhöhung der dem Vorverdichter 7 zuströmenden Luft. Es wird hierdurch erreicht, daß bei kleinen Belastungen bis herab zum Leerlauf, bei denen mit sinkenden Drücken im Vorverdichter und in der Treibgasleitung auch der Verdichtungsenddruck in der Verbrennungsmaschine sinkt, genügend hohe Zündtemperaturen zur einwandfreien Durchführung des Verbrennungsvorganges sich einstellen. Gleichzeitig wird verhindert, daß durch Überschreiten des Taupunktes in der Gasturbine Feuchtigkeitsniederschläge entstehen, die zu Korrosionserscheinungen Anlaß geben könnten.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCI3E: i. Aus Verbrennungskolbenmaschine zur Treibgaserzeugung und nachgeschalteter Gasturbine bestehender Maschinensatz mit mehrstufiger Vorverdichtung der der Verbrennungsmaschine zugeführten Luft und Zwischenkühlung der Luft zwischen x. und 2. Verdichtungsstufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkühlung in Abhängigkeit von der Turbinenbelastung derart geregelt wird, daß sie bei größter Belastung am stärksten wirkt und mit sinkender Belastung immer mehr abnimmt, und daß bei Eireichen einer kleinen Belastung die Zwischenkühlung durch eine Vorwärmung der Verbrennungsluft ersetzt wird, die mit weiter absinkender Belastung zunimmt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i mit einem Zwischenkühler und einem Abgasvorwärmer, gekennzeichnet durch Umschaltvorrichtungen, durch die bei Erreichen einer kleinen Belastung die Zwischenkühlung abgeschaltet und der der 2. Verdichtungsstufe zuzuführenden Luft der Weg über den Abgasvorwärmer freigegeben wird.