DE921655C

DE921655C - Deflagration turbine plant and method of operating the same

Info

Publication number: DE921655C
Application number: DEH4080D
Authority: DE
Inventors: Hans Dr-Ing E H Holzwarth
Original assignee: Holzwarth Gasturbinen Ges M B
Current assignee: Holzwarth Gasturbinen Ges M B
Priority date: 1945-01-13
Filing date: 1945-01-13
Publication date: 1954-12-23

Description

Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage und Verfahren zum Betrieb derselben Verpuffungsbrennkraftturbinenanlagen, bei denen die Ladung in kolbenlosen Verpuffungskammern periodisch verpufft wird, erfordern zur Verwirklichung genügend großer Aufladegewichte und zum Austreiben der Restbrenngase aus den Verpuffungskammern Verdichter mit gutem Wirkungsgrad für die den Verpuffungsturbinen zuzuführenden Betriebsmittel in Form vorverdichteter Luft und vorverdichteten Gases. Da die Gasturbinenanlagen mit veränderlicher Leistung betrieben werden und auch bei Teilbelastung guten Wirkungsgrad aufweisen müssen, ist bei Auslegung der Verdichter darauf Rücksicht zu nehmen, daß sie auch bei Teilbelastungen der Gasturbine, also bei vermindertem Druck und vermindertem Fördervolumen, mit gutem Wirkungsgrad arbeiten, was beispielsweise nicht der Fall ist bei Antrieb der Verdichter durch Drehstrommotoren mit gleichbleibender Drehzahl.Deflagration turbine plant and method of operating the same Detonation combustion turbine systems in which the charge is stored in pistonless detonation chambers is periodically deflated, require sufficiently large loading weights to be realized and to expel the residual combustion gases from the deflagration chambers with a good compressor Efficiency for the resources to be supplied to the deflagration turbines in the form pre-compressed air and pre-compressed gas. Since the gas turbine plants with variable Power operated and have good efficiency even with partial load must be taken into account when designing the compressor that they also at partial loads on the gas turbine, i.e. at reduced pressure and reduced Funding volume, work with good efficiency, which is not the case, for example is when the compressor is driven by three-phase motors with constant speed.

Für den Antrieb dieser Verdichter sind verschiedene Vorschläge gemacht und ausgeführt worden. So hat man bei einer mit Gichtgas betriebenen Anlage großer Leistung, in der die Ausnutzung des in den Brenngasen enthaltenen Arbeitsvermögens in .mehreren Turbinenstufen erfolgt, in der ersten Stufe zwei auf verschiedenen Wellen angeordnete Verpuffungsturbinen vorgesehen, die gemeinsam auf die als zweite Stufe gesondert angeordnete Dauerstromturbineneinheit arbeiten. Wenn die Dauerstromturbine die Netzleistung in Verbindung mit einer auf gleicher Welle angeordneten Abwärmedampfturbine abgibt, dienen die beiden Verpuffungsbrennkraftturbinen zum Antrieb der Verdichter. Erfolgt der Betrieb mit Gichtgas, so kann infolge der annähernd gleichen Verdichtungsleistungen für Luft und Gas eine besonders einfache Aufteilung vorgenommen werden, indem die eine Verpuffungsbrennkraftturbine die Luftverdichter, die andere die Gasverdichter antreibt.Various proposals have been made for driving these compressors and been executed. With a furnace operated with furnace gas one has larger ones Performance, in which the utilization of the work capacity contained in the fuel gases takes place in several turbine stages, in the first stage two on different ones Shafts arranged deflagration turbines are provided, which are common to the second Step separately arranged Continuous current turbine unit work. If the continuous current turbine the network power in connection with an on the same Shaft arranged waste heat steam turbine emits, the two deflagration turbines are used to drive the compressors. If the furnace is operated with furnace gas, as a result of the approximately the same compression performance for air and gas a particularly simple one Division can be made by adding a deflagration combustion turbine to the air compressor, the other drives the gas compressors.

Für größere Brennkraftturbinenanlagen eignen sich am besten Kreiselverdichter, die entweder in radialer oder in axialer Bauart ausgeführt werden.Centrifugal compressors are best suited for larger internal combustion turbine systems, which are either radial or axial.

Die Regelung hat man bisher in der verschiedensten Weise durchgeführt. Im allgemeinen gesehen, wird man Kreiselverdichter, die auf ein Druckluftnetz arbeiten, nach einer Linie regeln, die im p/po - T% -Diagramm als Linie konstanten Druckes erscheint, bei welcher also auch bei Volumenänderungen keine Änderung in der Drucksteigerung eintritt.The regulation has so far been carried out in the most varied of ways. In general, centrifugal compressors that work on a compressed air network will be regulated according to a line that appears in the p / po - T% diagram as a line of constant pressure, at which there is no change in pressure increase even with changes in volume.

Zur Leistungsregelung von Verpuffungsbrennkraftturbinenanlagen ist es bereits vorgeschlagen worden, die Drehzahl der Verdichter zu regeln zwecks Änderung von Druck und Volumen der zu liefernden Betriebsmittel, wobei es offengelassen wird, in welcher Abhängigkeit die Druckänderung zu der Volumenänderung steht; die Regelung wird ergänzt durch eine Regelung der gesamten Spielzahl je Minute. Im p/po-V-Diagramm können also die Regellinien als senkrechte, waagerechte oder schräge Geraden auftreten.For power control of deflagration combustion power turbine systems is it has already been proposed to regulate the speed of the compressors for the purpose of change of the pressure and volume of the equipment to be delivered, whereby it is left open, the relationship between the change in pressure and the change in volume; the regulation is supplemented by a regulation of the total number of games per minute. In the p / po-V diagram the control lines can therefore appear as vertical, horizontal or inclined straight lines.

Ferner ist es zur Leistungsregelung von Verpuffungsbrennkraftturbinenanlagen bekanntgeworden, die Wärmetönung des Luft-Brennstoff-Gemisches bei allen Belastungen auf gleicher Höhe zu halten und bei unveränderter gesamter Spielzahl je Minute nur den Ladedruck zu ändern. Dies schließt bei der Forderung gleichbleibender Wärmetönung eine Änderung des Volumens ein. Eine Abhängigkeit bestimmter Art zwischen Druck- und Volumenänderungen ist auch bei diesem Vorschlag nicht eingehalten worden. Im Gegenteil, es wird ausdrücklich von einem Überschuß an Ladeluft bei Teilbelastungen gesprochen, der sich naturgemäß aus der weiteren Forderung dieses Vorschlages dadurch ergibt, daß die in Dampfform umgesetzte Abwärme zum Antrieb der. die Verdichter antreibenden Dampfturbinen benutzt werden soll. Im p/po-V-Diagramm erscheint nach diesem Vorschlag eine gerade Regelkennlinie, welche durch den Normalpunkt geht und die h-Achse schneidet. Eine bestimmte Abhängigkeit zwischen den Änderungen von p/po und den Änderungen von V ist nicht gegeben.It is also used to control the output of deflagration combustion turbine systems became known, the heat tint of the air-fuel mixture under all loads to keep at the same level and with unchanged total number of games per minute only to change the boost pressure. This includes the requirement of a constant heat tone a change in volume. A certain kind of dependency between pressure and volume changes have not been complied with with this proposal either. in the On the contrary, it is expressly stated that there is an excess of charge air at partial loads spoken, which naturally results from the further requirement of this proposal shows that the waste heat converted into vapor form to drive the. the compressors driving steam turbines should be used. After appears in the p / po-V diagram this proposal a straight control characteristic, which goes through the normal point and the h-axis intersects. A certain dependency between the changes in p / po and the changes in V are not given.

Das bisher bekanntgewordene Leistungsregeln für Verpuffungsbrennkraftmaschinenanlagen macht also eine zusätzliche Regelung der gesamten Spielzahl je Minute bzw. Regelung der Spielzahl und/ oder Regelung der Zahl der arbeitenden Verpwffungskammern erforderlich und verursacht eine Erzeugung von überschußluft bei Teilbelastungen. Dabei ist es nicht ausschlaggebend, ob die Verdichter durch die Verpuffungsturbinen, durch abwärmegespeiste Dampfturbinen oder durch Drehstrommotoren angetrieben werden, solange man nicht den günstigsten Wirkungsgrad anstrebt.The previously known performance rules for deflagration internal combustion engine systems so makes an additional regulation of the total number of games per minute or regulation the number of games and / or regulation of the number of working Verpwffungskammern required and causes excess air to be generated at partial loads. It is there It does not matter whether the compressors are supplied by the deflagration turbines or by waste heat Steam turbines or three-phase motors are used, as long as one is not strives for the most favorable efficiency.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß demgegenüber erhebliche Vorteile entstehen, wenn im p/po-V-Diagramm der Verdichter nach einer geraden Kennlinie geregelt wird, die durch den Normalpunkt und den Nullpunkt der p/po-V-Linie verläuft. Es werden also Druck und Volumen der Betriebsmittel gleichzeitig verändert. Die Änderung erfolgt dabei in bestimmter gegenseitiger Abhängigkeit, nämlich proportional zueinander, d. h. die relative Drucksteigerung ist gleich der relativen Volumensteigerung, mathematisch ausgedrückt durch die Formel Im p/po-h-Diagramm werden üblicherweise die Zustandsgrößen p und h des Normalpunktes gleich i bzw. iooo/o gesetzt. Dadurch ergibt sich die vereinfachte Formel d (p # PO) - v.The invention is based on the knowledge that, on the other hand, there are considerable advantages if the compressor is regulated according to a straight characteristic in the p / po-V diagram, which runs through the normal point and the zero point of the p / po-V line. So the pressure and volume of the equipment are changed at the same time. The change takes place in a certain mutual dependence, namely proportional to one another, ie the relative pressure increase is equal to the relative volume increase, expressed mathematically by the formula In the p / po-h diagram, the state variables p and h of the normal point are usually set equal to i or iooo / o. This results in the simplified formula d (p # PO) - v.

Das demgemäß vorgeschlagene Verfahren zum Betrieb von Verpuffungsbrennkraftturbinenanlagen, bei deren Leistungsregelung die zu verdichtenden Betriebsmittel durch Drehzahländerungen nach Druck und Volumen geändert werden, kennzeichnet sieh dadurdh, daß im p/po-h-Diagramm nach einer geraden Kennlinie geregelt wird, die Normal- und Nullpunkte miteinander verbindet.The method proposed accordingly for the operation of deflagration combustion turbine systems, in their power control, the equipment to be compressed by changing the speed after pressure and volume are changed, see dadurdh that in the p / po-h diagram is regulated according to a straight characteristic curve, the normal and zero points with each other connects.

Rechnet man einen derartigen Verpuffungsturbinenprozeß mit Nachladung unter Annahme eines bei allen Belastungen konstanten spezifischen Wärmeinhaltes (konstanter Wärmetönung) des Gas-Luft-Gemisches mit O = 4oo kcal/nms und den für größere Leistungen in Betracht kommenden Druckverhältnissen von etwa Ladedruck des Gas-Luft-Gemisches in der Kammer gleich zo ata, Druck vor der Dauerstromturbine ,4 ata gleich Ladeluftdruck gleich Gegendruck für die Verpuffungsturbinenstufen, Verpuffungsdruck gleich 32 ata nach, so ergibt sich, daß bei Anwendung des vorgeschlagenen Regelungsverfahrens der Leistungsbedarf für die Verdichter einschließlich der Nachladeluftverdichter von den Verpuffungsbrennkraftturbinen bei allen Belastungen übernommen werden kann, ohne daß bei kleineren Belastungen ein Überschuß bzw. bis Vollast ein Mangel an Antriebsleistung auftritt. Die Drehzahl der Steuerwelle nst", und damit die Zahl der Verpuffungen je Zeiteinheit bleiben hierbei unverändert. Das Regelungsverfahren beansprucht also keine verwickelten Einrichtungen, ist einfach und kann durch Drehzahländerungen der Verdichter bzw. der Verpuffungsbrennkraftturbinen durchgeführt werden. Dabei ergibt sich bei allen Belastungen ein verhältnismäßig günstiger Wirkungsgrad, weil bei den bisher ausgeführten Verdichtern die Regelkennlinie in der Nähe der Scheitelpunkte der üblicherweise Wirkungsgradellipsen genannten Kurven vorbeiführt.If one calculates such a deflagration turbine process with recharging assuming a constant specific heat content for all loads (constant heat tone) of the gas-air mixture with O = 4oo kcal / nms and the for greater performance under consideration pressure ratios of about the boost pressure Gas-air mixture in the chamber equals zo ata, pressure in front of the continuous flow turbine , 4 ata equals charge air pressure equals counter pressure for the deflagration turbine stages, Deflagration pressure equal to 32 ata after, it follows that when the proposed Control method of the power requirement for the compressors including the post-charge air compressor can be taken over by the deflagration turbines at all loads, without an excess or a deficiency up to full load with smaller loads Drive power occurs. The speed of the control shaft nst ", and thus the number the deflagrations per unit of time remain unchanged. The regulatory process does not require any complicated facilities, is simple and can be changed by changing the speed the compressor or the deflagration combustion turbines are carried out. Included there is a relatively favorable efficiency with all loads, because with the compressors carried out so far, the control characteristic near the vertices the Usually curves called efficiency ellipses passes.

Demgemäß kennzeichnet sich das in weiterer Durchführung des Erfindungsgedankens vorgeschlagene Betriebsverfahren dadurch, daß die gesamte Verdichtungsleistung ausschließlich den Verpuffungsbrennkraftturbinen entnommen und auf die Verdichter übertragen wird, wobei ausschließlich durch Drehzahländerungen der zweckmäßig in zwei parallelen Sätzen einer Dauerstromturbine zugeordneten und vorteilhaft die Luft sowie die Gasverdichter antreibenden Verpuffungsbrennkraftturbine geregelt wird.Accordingly, this is characterized in the further implementation of the inventive concept proposed operating method in that the entire compression output exclusively taken from the deflagration turbines and transferred to the compressors, being purely by changing the speed of the expedient in two parallel Sets of a continuous flow turbine assigned and advantageously the air and the gas compressor driving deflagration combustion turbine is regulated.

Nun liegen die Temperaturbereiche, innerhalb deren die Verpuffungsbrennkraftturbine und die nachgeschaltete Dauerstromturbine arbeiten, bei einer Wärmetönung von q.oo kcal/nm3 des Gas-Luft-Gemisches verhältnismäßig hoch. Sie können den bekannten Baustoffen für Schaufeln und Düsen bei Kühlung dieser Teile zwar zugemutet werden, aber es erscheint sicherer, die gegebenen Möglichkeiten nicht voll auszuschöpfen, sondern mit Rücksicht auf einen vielstündigen Dauerbetrieb mit einer etwas kleineren Wärmetönung Q zu fahren, z. B. mit Q = 35o kcal/nm3 Gas-Luft-Gemisch. Hierbei ergeben sich Brenngastemperaturbereiche, die von den bekannten Baustoffen im vielstündigen Dauerbetrieb mit vollerZuverlässigkeitverarbeitetwerden können. Rechnet man den Turbinenprozeß mit Q = 35o kcal/nm3, aber sonst gleichen Druckverhältnissen, wie oben angegeben, nach, so ergibt sich, daß die Verpuffungsturbinen in diesem Falle den Leistungsbedarf der Verdichter nur bis nVerd, etwa = 85 % des Normalpunktes decken. Für die Belastungen oberhalb von 85 % des Normalpunktes muß also eine zusätzliche Energiedeckung für den Restbetrag an Verdichtungsarbeit aufgebracht werden. Das kann dadurch geschehen, daß die Verdichter für die Nachladeluft unabhängig von den Verpuffungsbrennkraftturbinen angetrieben werden. Demgemäß kennzeichnet sich das vorgeschlagene Betriebsverfahren weiterhin dadurch, daß die Verdichtungsleistung bis auf den Leistungsbedarf des Nachladeluftverdichters, zu dessen Deckung eine von den Verpuffungsbrennkraftturbinen unmittelbar unabhängige, gesonderte Kraftmaschine vorgesehen ist, den Verpuffungsbrennkraftturbinen entnommen und auf die Verdichter übertragen wird. Die Regelungscharakteristik des Nachladeluftverdichters, vorzugsweise auch diejenige der die übrigen Verdichter antreibenden Verpuffungsbrennkraftturbinen, ist dabei wieder zweckmäßig durch den Wert A(p-po) -0V derart bestimmt, daß im p/po-V-Diagramm nach einer gegebenen Kennlinie geregelt wird, die Normal- und Nullpunkt verbindet.Now are the temperature ranges within which the deflagration internal combustion turbine and the downstream continuous current turbine are working, with a calorific value of q.oo kcal / nm3 of the gas-air mixture is relatively high. You can use the familiar building materials for blades and nozzles when cooling these parts can be expected, but it seems safer not to take full advantage of the given possibilities, but rather considering the long hours of continuous operation with a slightly smaller heat tint Q to drive, e.g. B. with Q = 35o kcal / nm3 gas-air mixture. This results in fuel gas temperature ranges which are processed by the known building materials in many hours of continuous operation with full reliability can. If one calculates the turbine process with Q = 35o kcal / nm3, but otherwise the same Pressure conditions, as indicated above, after, it follows that the deflagration turbines in this case the power requirement of the compressor only up to nVerd, about = 85% of the Cover normal point. For loads above 85% of the normal point must thus an additional energy cover is applied for the remaining amount of compression work will. This can be done in that the compressor for the recharge air is independent driven by the deflagration turbines. Accordingly, indicates The proposed operating method continues to be characterized by the fact that the compression performance except for the power requirement of the post-charge air compressor, which is covered by a separate engine that is directly independent of the detonation combustion turbines is provided, taken from the detonation combustion turbines and on the compressor is transmitted. The control characteristics of the post-charge air compressor, preferably also that of the deflagration combustion turbines that drive the other compressors, is again appropriately determined by the value A (p-po) -0V in such a way that in the p / po-V diagram is regulated according to a given characteristic that connects the normal and zero point.

Durch die Anordnung eines besonderen, unabhängig angetriebenen Nachladeluftverdichters ergeben sich eine Reihe weiterer Möglichkeiten. Man kann zunächst mit einem aus Nachladeluftverdichter und Antriebsmaschine bestehenden Ausgleich-Satz mehrere Verpuffungs@rennkraftturbineneinheiten derselben Anlage bzw. Anlagen desselben Kraftwerks regeln, da allein mittels Änderung der Drehzahl des Nachladeluftverdichters durch Lieferung eines kleineren oder größeren Luftgewichtes an die Verpuffungsturbinen diese und damit die Hauptverdichter selbst geregelt werden können. Es ergibt sich aber auch die Möglichkeit, mit der in den Nachladeluftverdichtern erzeugten verdichteten Luft die Verpuffungsbrennkraftturbinen, -einheiten und -anlagen anzufahren. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, die Antriebsmaschine des Nachladeluftverdichters als Dampfturbine auszubilden, die mit einem Teil des Abwärmedampfes gespeist sein kann. Wird die Antriebsdampfturbine des Nachladeluftverdichters als Gegendruckturbine ausgebildet, so wird der Dampf, nachdem er in der Turbine sein Arbeitsvermögen abgegeben hat, durch einen hinter der Dauerstromturbine angeordneten Ü:berhitzer geführt, um zusammen mit der Hauptmenge des teilweise schon abgearbeiteten Abwärmedampfes in einer Kondensationsdampfturbine endgültig abgearbeitet zu werden. Dient der Ausgleichsatz zum Anfahren, so wird die Antriehsdampfturbine des Nachladeluftverdichters zweckmäßig mit Fremddampf in Gang gesetzt. Der Nachladeluftverdichter saugt dann Luft aus der Atmosphäre an und verdichtet sie auf etwa 2,5 ata und I20° C. Diese Druckluft kann dann einer besonderen Anfahrdüsengruppe zugeleitet werden, die vorteilhaft im Gehäuseoberteil jeder Verpuffungsturbine angeordnet ist. Der Schaufeldruck der mit rund 420 m/Sek. ausströmenden Luftmenge genügt, um die Verpuffungsbrennkraftturbinen und damit die Verdichter anzufahren, so daß die Förderung von Luft und Gas zu den Verpuffungskammern beginnt. Mit den anfänglich schwachen Verpuffungen werden die Verpuffungsturbinen und damit die Dauerstromturbinen langsam hochgefahren, bis die volle Leistungsabgabe eintritt.Due to the arrangement of a special, independently driven post-charge air compressor there are a number of other possibilities. You can go out with one first After charge air compressor and prime mover existing compensation set several deflagration @ rennkraftturbineneinheit regulate the same system or systems of the same power plant, since only by means of change the speed of the post-charge air compressor by supplying a smaller or larger one Air weight to the deflagration turbines and thus the main compressors themselves can be regulated. But there is also the possibility of using the Post-charge air compressors produced compressed air in the deflagration combustion turbines, to approach units and systems. It is particularly useful here to use the prime mover of the post-charge air compressor as a steam turbine, which is connected to part of the Waste heat steam can be fed. Becomes the driving steam turbine of the post-charge air compressor designed as a back pressure turbine, so the steam after it is in the turbine has given up his work capacity by a arranged behind the continuous current turbine O: superheater led to together with the main amount of the partially already processed Waste heat steam to be finally processed in a condensation steam turbine. If the compensation kit is used for starting up, the drive steam turbine of the post-charge air compressor is used expediently set in motion with external steam. The post-charge air compressor then sucks Air from the atmosphere and compresses it to about 2.5 ata and I20 ° C. This Compressed air can then be fed to a special starting nozzle group, which is advantageous is arranged in the upper housing part of each deflagration turbine. The blade pressure of the at around 420 m / sec. The amount of air flowing out is sufficient to control the deflagration combustion turbines and thus to start up the compressor, so that the conveyance of air and gas to the Deflagration chambers begins. With the initially weak deflagrations, the Deflagration turbines and thus the continuous flow turbines slowly started up until the full power output occurs.

Gegenüber dem vorgeschlagenen Regelungsverfahren unter Anwendung eines Ausgleichsatzes gibt es zwar noch eine Reihe weiterer Möglichkeiten zur Deckung,des Restbetrages des Arbeitsbedarfes der Verdichter ab nv"d. - 85 % des Normalpunktes. Beispielsweise kann die Leistung der Verpuffungsbrennkraftturbinen erhöht werden, indem die Leistung der Dauerstromturbine erniedrigt wird. Das ist ohne weiteres dadurch zu erreichen, daß ein größerer Teil des Brenngasgefälles auf die Verpuffungsbrennkraftturbine verschoben wird, indem weitere Düsen zur Dauerstromturbine hin geöffnet werden, so daß der Gegendruck hinter den Verpuffungsbrennkraftturbinen sinkt. Eine derartige, an sich bekannte Düsenregelung ist aber baulich und betrieblich einfacher durch die Anwendung eines Ausgleichsatzes zu ersetzen. Außerdem stellt sich bei der Düsenregelung ein geringerer Wirkungsgrad ein. Da in diesem Teil der Nachladeluftverdichter von einer der Verpuffungsbrennkraftturbinen angetrieben wird, wäre eine besondere Anfahrgruppe zum Anfahren vorzusehen, die nach dem Anfahren stillgesetzt wird. Bei Anwendung eines besonderen Ausgleichsatzes kann eine einzige Anfahrgruppe für das gesamte Brennkraftturbinenkraftwerk ausreichen.Compared to the proposed control method using a compensation rate, there are a number of other options for covering the remaining amount of the work required by the compressor from nv "d. - 85% of the normal point This can easily be achieved by shifting a larger part of the fuel gas gradient onto the deflagration combustion turbine by opening further nozzles towards the continuous flow turbine so that the back pressure behind the deflagration combustion turbines is reduced Structurally and operationally easier to replace by the use of a compensation kit. In addition, the nozzle control is less efficient. Since the post-charge air compressor in this part is driven by one of the deflagration combustion power turbines, would be a special one A start-up group to be provided for start-up, which is stopped after start-up. If a special compensation set is used, a single start-up group can be sufficient for the entire internal combustion turbine power plant.

Eine weitere Möglichkeit zur Deckung des Restbetrages der Verdichterleistung ab zay"a. = 851/o des Normalpunktes besteht darin, die Anzahl der Kammerfüllungen je Zeiteinheit durch Erhöhung der Steuerwellendrehzahl zwecks Steigerung der Brenngasmenge und damit der Gasturbinenleistung auf den Höchstwert zu vergrößern. Bei dieser Füllungsregelung nimmt aber der Wirkungsgrad ab nv"a. = 85% des Normalpunktes langsam ab. Die angelieferten Betriebsmittel werden in den Verpuffungskammern nicht mit dem vollen Druck p0 ausgenutzt. Ebensowenig erfolgt die volle Ausnutzung .des Gegendruckes hinter den Verpuffungsbrennkraftturbinen. Da die Zahl der Verpuffungen bzw. die Steuerwellendrehzahl bei dieser Regelungsart beträchtlich gesteigert werden muß, werden an die Steuerung selbst sehr hohe bauliche und betriebliche Anforderungen gestellt. Beispielsweise müssen die Ventile gegenüber dem bevorzugten Regelungsverfahren je Zeiteinheit beinahe doppelt so oft betätigt werden, und sie müssen außerdem einen doppelt so großen Querschnitt besitzen.Another possibility to cover the remaining amount of the compressor capacity from zay "a. = 851 / o of the normal point is the number of chamber fillings per unit of time by increasing the control shaft speed in order to increase the amount of fuel gas and thus to increase the gas turbine power to the maximum value. With this filling regulation but the efficiency decreases slowly from nv "a. = 85% of the normal point. The delivered Equipment in the deflagration chambers is not used with full pressure p0. Neither is the full use of the back pressure behind the deflagration combustion power turbines. Because the number of deflagrations or the control shaft speed with this type of control must be increased considerably, the control itself is very high and operational requirements. For example, the valves must be opposite the preferred control method is actuated almost twice as often per time unit and they must also have a cross-section that is twice as large.

Das vorgeschlagene Regelverfahren ergibt die günstigsten Gesamtverhältnisse hinsichtlich Wirkungsgrad auch bei Teilbelastungen, Einfachheit im Betrieb und in der Anordnung. Mit Anwendung anderer Regelkennlinien durchgerechnete Beispiele ergeben im allgemeinen ungünstigere Ergebnisse.The proposed control method results in the most favorable overall conditions in terms of efficiency even with partial loads, simplicity in operation and in the arrangement. Calculated examples using other control characteristics result generally less favorable results.

Entsprechend der angebahnten Entwicklung wird man die Verdichter auch so bauen können, daß die Scheitelpunkte der Wirkungsgradellipsen auf der vorgeschlagenen Regelkennlinie liegen; damit würde der höchstmögliche Wirkungsgrad bei allen Belastungen der Brennkraftgasturbine erreicht werden.The compressors will also be in line with the development that has been initiated can build so that the vertices of the efficiency ellipses on the proposed Control characteristic lie; this would result in the highest possible degree of efficiency under all loads the internal combustion gas turbine can be achieved.

Die Zeichnungen zeigen eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel einer Brennkraftturbinenanlage, in der Zwillingsverpuffungsbrennkraftturbinen auf eine nachgeschaltete Dauerstromturbine arbeiten.The drawings show an embodiment of the inventive concept on Example of an internal combustion turbine system in which twin deflagration internal combustion turbines work on a downstream continuous current turbine.

Fig. i zeigt in schematischer Darstellung die Anlage, während Fig.2 das bisher gebräuchliche p/p0- V-Schaubild des zugehörigen Kreiselverdichters wiedergibt, in das neben die Linien gleicher Drehzahl und die Ellipsen gleicher Wirkungsgrade die erfindungsgemäß vorgeschlagene Regelkennlinie eingezeichnet ist; Fig. 3 ist eine schaubildlicheDarstellung des oben angeführten Rechnungsbeispiels für eine 2o ooo-kW-Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage mit einer Wärmetönung von 4oo kcal/nms Gemisch; Fig. 4 zeigt dasselbe, aber für eine Wärmetönung von 350 kcal/nms Gemisch.Fig. I shows a schematic representation of the system, while Fig. 2 shows the previously common p / p0-V diagram of the associated centrifugal compressor, in which the control characteristic proposed according to the invention is drawn in addition to the lines of the same speed and the ellipses of the same efficiency; Fig. 3 is a diagrammatic representation of the above calculation example for a 20,000 kW deflagration combustion turbine system with a calorific value of 4oo kcal / nms mixture; Fig. 4 shows the same, but for an exotherm of 350 kcal / nms mixture.

In Fig. i bezeichnen i und 2 die beiden Verpuffungsbrennkraftturbineneinheiten, die auf je einer Seite der gemeinsamen Dauerstromturbine 3 angeordnet sind. In den Verpuffungsbrennkraftturbinen wird das Gefälle von 32, ata auf 4 ata verarbeitet, während die nachgeschaltete Dauerstromturbine das gleichmäßig zuströmende Brenngas von 4 ata auf 1,04 ata verarbeitet. In die Sammelräume 4 puffen die über Düsenventile 5 zu den Hochdruckstufen 6, 7 gelangenden und dort teilweise abgearbeiteten Brenngase aus, die sich hier mit den Restgasen mischen, die aus den stehend angeordneten Verpuffungskammern g, io über die Auslaßventile 8 verdrängt worden sind. Der Brenngasrest wird also unter Umgehung der Hochdruckstufen 6, 7 von der unter annähernd gleichem Druck stehenden Ladeluft unmittelbar aus den Kammern in den Sammelraum 4 übergeschoben. Mit 7' ist der nur bei einer Turbine notwendige Regler mit Regelöleinrichtung bezeichnet.In FIG. In the deflagration combustion power turbines, the gradient from 32 ata to 4 ata is processed, while the downstream continuous flow turbine processes the evenly inflowing fuel gas from 4 ata to 1.04 ata. The fuel gases, which arrive via nozzle valves 5 to the high pressure stages 6, 7 and are partially processed there, puff out into the collecting chambers 4; The residual fuel gas is thus pushed over by the charge air, which is under approximately the same pressure, directly from the chambers into the collecting space 4, bypassing the high pressure stages 6, 7. The regulator with a regulating oil device, which is only necessary for a turbine, is designated by 7 '.

Die Kammern g und io werden bei allen Belastungen mit Luft und Gas nachgeladen, da durch Anwendung der Nachladung bekanntlich Verdichtungsarbeit gespart wird. Zweckmäßig strömt die Nachladeluft .etwas später in die Kammer ein als das Gas. Ebenso wird das Nachladeluftventil zweckmäßig etwas später als das Gasventil geschlossen, damit, besonders bei Anwendung von miteinander vereinigten Nachladeluft- und Gasventilen, keine Gasnester verbleiben, die zu Frühzündungen Anlaß geben können. Außerdem ist die Aufladung bei geschlossenem Auslaßventil günstig, weil keine Ladungsbestandteile unverbrannt entweichen können. Damit auch die oberen Schichten der Ladeluft in den Verpuffungskammern gut mit Gas durchmischt werden, ist es von Vorteil, wenn sich die Öffnungszeiten von Auslaß- und Gasventil etwas überschneiden.The chambers g and io are exposed to all loads with air and gas recharged, as it is known that compression work is saved by using recharging will. The reloading air expediently flows into the chamber a little later than that Gas. The recharge air valve is also expediently a little later than the gas valve closed so that, especially when using combined recharge air and gas valves, no gas pockets remain which can give rise to pre-ignition. In addition, charging with the exhaust valve closed is beneficial because there are no charge components can escape unburned. So that the upper layers of the charge air in the Deflagration chambers are well mixed with gas, it is an advantage if the opening times of the exhaust and gas valve overlap somewhat.

Der Druck im Sammelraum 4. wird entsprechend der von der Dauerstromturbine verlangten Netzleistung eingestellt. Nachdem die Brenngase in der Dauerstromturbine 7 abgearbeitet sind, strömen sie durch eine Abhitzeanlage, in der ihre fühlbare Wärme zu Zwecken der Dampferzeugung- und -überhitzung ausgenutzt wird. Es bezeichnet weiter i i eine auf der gleichen Welle angeordnete Dampfturbine, die mit Abwärmedampf gespeist wird. Mit 12 ist schließlich ein elektrischer Generator bezeichnet, dem die Leistung der Turbinen 3 und i i zugeführt wird.The pressure in the plenum 4. is corresponding to that of the continuous flow turbine required network power. After the fuel gases in the continuous flow turbine 7 are processed, they flow through a waste heat system in which their perceptible Heat is used for the purpose of steam generation and overheating. It denotes further i i a steam turbine arranged on the same shaft, which with waste heat steam is fed. With 12 finally an electric generator is referred to, the the power of the turbines 3 and i i is supplied.

Die Verpuffungsbrennkraftturbine i treibt die Luftverdichterstufen 13 und 14, die Verpuffungsbrennkraftturbine 2 die Gasverdichterstufen 15 und 16 an.The deflagration internal combustion turbine i drives the air compressor stages 13 and 14, and the deflagration internal combustion turbine 2 drives the gas compressor stages 1 5 and 16.

Die Fig. 2 gibt die zugehörige Kreiselverdichtercharakteristik wieder. Die Abszisse stellt die angesaugten Fördermengen V, in Prozent gemessen, dar, während die Ordinate die Drucksteigerungen ebenfalls in Prozent gemessen, wiedergibt. Eingezeichnet sind weiter die Drosselkurven, d. h. die Linien, die die Fördervolumina und Drucksteigerungen wiedergeben, wenn bei unveränderten Drehzahlen des Verdichters die Fördervolumina durch verschiedene Einstellung eines in die Druckleitung eingebauten Drosselschiebers geändert werden. Außer diesen Kennlinien enthält die Charakteristik die Kurven gleicher Wirkungsgrade. NP ist der günstigste Betriebspunkt, der sogenannte Normalpunkt, für welchen der Verdichter ausgelegt ist. Von diesem Normalpunkt aus tritt nach allen Seiten hin ein Abfallen des Wirkungsgrades ein.Fig. 2 shows the associated centrifugal compressor characteristics. The abscissa represents the sucked-in delivery rates V, measured in percent, while the ordinate shows the pressure increases also measured in percent. Drawn in are further the throttle curves, d. H. the lines that control the delivery volumes and pressure increases reproduce if the delivery volumes are unchanged with the compressor speed through various settings of a throttle slide built into the pressure line to be changed. In addition to these characteristic curves, the characteristic contains the curves of the same Efficiencies. NP is the most favorable operating point, the so-called normal point, for which the compressor is designed. From this normal point there is a drop in efficiency in all directions.

Um die Bedingung zu erfüllen, eine derartige, in Fig. i dargestellte Brennkraftturbinenanlage besonders wirtschaftlich lediglich durch Drehzahländerung der Verpuffungsbrennkraftturbinen und damit der Verdichter selbst bei unveränderter Steuerwellendrehzahl und unveränderter Zahl der arbeitenden Kammern zu regeln, erfolgt die Regelung erfindungsgemäß nach der eingezeichneten, geraden Kennlinie K, die den Nullpunkt, also den Koordinatenanfangspunkt, und außerdem den Normalpunkt miteinander verbindet. Die Kennlinie ist somit durch die Formel (0 p/po) = A V bestimmt. Wird eine derartige, durch die Kennlinie K charakterisierte Regelung bei einer Wärmetönung von Q = 40o kcal/nm3 Gemisch durchgeführt, so deckt sich die Leistung der Verpuffungsturbinen über den gesamten Lastbereich mit dem Leistungsbedarf der Verdichter.In order to meet the condition of controlling such an internal combustion turbine system shown in FIG that connects the zero point, i.e. the coordinate starting point, and also the normal point. The characteristic curve is thus determined by the formula (0 p / po) = A V. If such a control, characterized by the characteristic curve K, is carried out with a heat rate of Q = 40o kcal / nm3 mixture, then the output of the deflagration turbines over the entire load range corresponds to the output requirement of the compressors.

In der Fi.g. 3 sind die hauptsächlichsten Berechnungswerte einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelten 2o ooo-kW-Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage aufgetragen, mit den stündlich zugeführten Gemischvolumina als Abszissen, bei einer Wärmetönung des Gemisches von 400 kcal/nm3. Es bezeichnet a die Kurve des Aufwandes an Verdichtungsenergie, gemessen an der Kupplung, b die Kurve der Leistung der Verpuffungsturbine, gemessen an der Kupplung, c die Kurven gleichen Ladeenddruckes p. in den Verpuffungskammern, d die Kurve der Schaltbrettleistung der gesamten Anlage, e die Kurve des Wirkungsgrades der gesamten Anlage, f die Drehzahl der Verdichter in Hundertteilen der Drehzahl im Normalpunkt, g die Kurve der Feuergastemperaturen vor der Düse der Dauerstromturbine.In Fi.g. 3 are the main calculation values after the method according to the invention regulated 2o, ooo kW deflagration combustion power turbine system plotted, with the mixture volumes fed in every hour as abscissas, at a Exothermicity of the mixture of 400 kcal / nm3. It denotes the curve of the effort of compression energy, measured at the clutch, b the curve of the power of the deflagration turbine, measured at the clutch, c the curves of the same loading end pressure p. in the deflagration chambers, d the panel performance curve for the entire system, e the efficiency curve of the entire system, f is the speed of the compressor as a percentage of the speed at normal point, g is the curve of the flue gas temperatures in front of the nozzle of the continuous flow turbine.

Aus Sicherheitsgründen wird man jedoch die vorhandenen Baustoffe nicht bis an die Grenze ihrer Belastbarkeit ausnutzen, sondern mit geringeren Wärmetönungen, etwa mit Q = 350 kcal/nm3, fahren. Die entsprechenden Kurven für diese Wärmetönungen sind mit denselben Bezeichnungen wie bei Fig. 3 in die Fig. 4 eingetragen.For safety reasons, however, the existing building materials will not be used to the limit of their load-bearing capacity, but rather with lower heat tones, such as Q = 350 kcal / nm3. The corresponding curves for these heat tones are entered in FIG. 4 with the same designations as in FIG. 3.

Da bei einer Wärmetönung von 35o kcal/nm3 die Verdichterleistung von den Verpuffungsbrennkraftturbinen nur bis zu etwa 85 1/a des Normalpunktes gedeckt wird, ist die Zuordnung eines Ausgleichsatzes erforderlich. Dieser Ausgleichsau besteht nach Fig. i aus einer Gegendruckdampfturbine 17, die den Nachladeluftverdichter 18 antreibt. Dieser unabhängig angeordnete Ausgleichsatz deckt ab nVerd. - 85 % den Restbetrag der notwendigen Verdichturngsarbeit der Betriebsmittel. Er dient gleichzeitig zum Regeln der gesamten BrennkraftturbinenanJage. Außerdem kann der Ausgleichsatz zum Anfahren benutzt werden. Aus diesem Grunde sind im Oberteil der Verpuffungsbrennkraftturbinengehäuse besondere Anfahrdüsengruppen i9 vorgesehen, die mit der Verdichterluft gespeist werden, die der Verdichter i8 anliefert. Während dieser Zeit wird die Dampfturbine 17 zweckmäßig mit fremd erzeugtem Dampf gespeist. Über die Versorgung der Brennkraftturbinensätze i, 2 hinaus kann der Ausgleichsatz 17, 18, der dementsprechend mit größerer Leistung auszuführen wäre, für weitere Einheiten derselben Anlage oder desselben Kraftwerkes herangezogen werden, Wobei der Ausgleichsatz wiederum zu Regelungs- und Anfahrzwecken dienen kann.Since at a heat rate of 35o kcal / nm3 the compressor output of the deflagration combustion power turbine is only covered up to about 85 1 / a of the normal point, the allocation of a compensation rate is necessary. According to FIG. This independently arranged compensation kit covers nVerd. - 85% the remaining amount of the necessary compression work of the operating resources. At the same time, it serves to regulate the entire internal combustion turbine system. In addition, the compensation kit can be used for starting up. For this reason, special starting nozzle groups i9 are provided in the upper part of the deflagration combustion turbine housing, which are fed with the compressor air supplied by the compressor i8. During this time, the steam turbine 17 is expediently fed with externally generated steam. In addition to supplying the internal combustion turbine sets i, 2, the compensation set 1 7, 1 8, which would accordingly have to be designed with greater power, can be used for other units of the same system or the same power plant, whereby the compensation set can in turn serve for control and start-up purposes.

Die Mittel zur Durchführung dieses Regelverfahrens für die Anlage sowohl ohne als auch mit gesondert angetriebenem Nachladeluftverdichter sind sehr einfacher, bekannter Natur; dies ist ein Vorzug des vorgeschlagenen Verfahrens. Durch eine elektrisch betätigte Solenoidvorrichtung wird beispielsweise eine Beziehung geschaffen zwischen der Schaltbrettleistung und der Drehzahl des Verdichtersatzes, derart, daß z. B. bei Änderung in der Schaltbrettleistung Kurve d der Fig. 3 oder 4 eine darauf abgestimmte Änderung in der Drehzahlkurve f der Verdichter eintritt. Durch das Solenoid wird die neue Solldrehzahl des Reglers eingestellt entsprechend der Schaltbrettbelastung. Nun tritt die Regelöleinrichtung in Tätigkeit, welche in bekannter Weise Druck und Volumen der gelieferten Betriebsmittel dieser Solldrehzahl entsprechend einstellt. Sind mehrere Verdichtergruppen vorhanden, so genügt die Ausrüstung einer dieser Gruppen mit einem Regler und der zugehörigen Regelöleinrichtung, welche natürlich auf alle Verdichtergruppen dann einwirkt, also auch gegebenenfalls auf den gesondert angetriebenen Nachladeluftverdichter.The means to carry out this control procedure for the system both with and without a separately driven recharge air compressor are very simple, familiar nature; this is a merit of the proposed method. For example, a relationship is established by an electrically operated solenoid device created between the switchboard power and the speed of the compressor set, such that z. B. with a change in the dashboard power curve d of FIG. 3 or 4 a coordinated change in the speed curve f of the compressor occurs. The new target speed of the controller is set accordingly by the solenoid the switchboard load. Now the control oil device comes into action, which in a known manner, pressure and volume of the supplied equipment at this target speed adjusts accordingly. If there are several compressor groups, this is sufficient Equipping one of these groups with a regulator and the associated control oil system, which of course then acts on all compressor groups, i.e. also if necessary on the separately driven post-charge air compressor.

Claims

PATENT CLAIM: i. Process for the operation of detonation combustion power turbine systems, with the power control of which the resources to be compressed are changed by changing the speed of the compressors according to pressure and volume, characterized in that the regulation characteristic is determined by the value A (p / po) = A h in such a way that in p / po - The h-diagram is regulated according to a straight characteristic that connects the normal and zero points in the diagram.

2. The method according to claim i for operation preferably with recharging of the chambers of deflagration combustion turbine systems, characterized in that the entire compression capacity is exclusively the Deflagration combustion turbines are removed and transferred to the compressors, whereby only by changing the speed of rotation the expedient in two parallel sets of one Continuous flow turbine assigned and each advantageously the air and the gas compressor driving deflagration internal combustion turbines is regulated.

3. The method according to claim i for operation with recharging of the chambers of deflagration combustion turbine systems, characterized in that the compression performance except for the The power required for the compression of the recharge air, which is covered by one of the deflagration turbines directly independent separate engine is used, the exhaust gas turbines is removed and transferred to the compressor. q ..

Method according to Claim 3, characterized in that the regulation characteristic of the post-charge air compressor or the post-charge air compressors, preferably also that of the deflagration combustion power turbines driving the other compressors, is determined by the value d (p / pa) = / \ Ir in such a way that im p / po - The h-diagram is regulated according to a straight characteristic that connects the normal and zero points.

5. Procedure according to one of the Claims 3 and .4, characterized in that with a post-charge air compressor and prime mover existing compensation kit consisting of several deflagration turbine units and / or systems of the same power plant are regulated.

6. The method according to claim 3, characterized by using those generated by the post-charge air compressor compressed air for start-up purposes of the deflagration combustion turbine units and / or -Investments.

To carry out the method according to one of Claims r and 2, the deflagration combustion turbine system, characterized in that the deflagration combustion turbines driving the compressors have a speed controller, the characteristic of which is determined by the value L (p / po) = 0 h in such a way that in p / po - The h-diagram is regulated according to a straight characteristic that connects the normal and zero points. B.

Deflagration combustion turbine system for carrying out the method according to claim 3, characterized in that a separate engine and preferably the deflagration turbines used to drive the other compressors are equipped with a speed controller whose characteristics are determined by the value @ (p / po) = A II is determined in such a way that the p / po-TI diagram is regulated according to a straight characteristic curve that connects i @ normal and zero points. G.

Deflagration internal combustion turbine system according to claim 8 with The post-charge air compressor is driven by a preferably operated with low-temperature steam Steam turbine, characterized in that the steam turbine is a back pressure turbine is trained. ok

Deflagration internal combustion turbine system according to one of the claims 8 and g, characterized in that a post-charge air compressor and drive engine existing compensation set several deflagration turbine units and / or -systems of the same power plant is assigned. i i.

Deflagration turbine plant according to one of claims 8 to io, characterized in that a post-charge air compressor and drive engine existing balancing kit for the deflagration combustion turbines, units and / or systems of the same power plant is assigned as a start-up set.

12. Deflagration combustion power turbine plant according to the preceding claims, characterized in that characterized in that in each of the deflagration turbines a special group of nozzles is arranged for starting.