DE969004C - Gas turbine plant with facility for waste heat recovery - Google Patents
Gas turbine plant with facility for waste heat recoveryInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
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Description
Gasturbinenanlage mit Einrichtung zur Abwärmeverwertung Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinenanlagen mit Einrichtungen zur Abwärmeeausnutzung, wobei der Wärmeinhalt der Abgase der Gasturbine in einem Dampfkessel ausgenutzt wird. Hierfür ist ein Abwärmekreis.lauf aus einem von einer Turbine angetriebenen Verdichter und einer besonderen Nutzlei.stungsturbine, deren Abgase durch eine Brennkammer und von dort durch einen Wärmeaustauscher gehen, vorgesehen. Die den Verdichter antreibende Turbine wird nachstehend als »Verdichterturbine«, die ganze Anordnung von Verdichter und Verdichterturbine als »Verdic'hteraggregat« bezeichnet.Gas turbine plant with device for waste heat recovery The invention refers to gas turbine plants with facilities for waste heat utilization, whereby the heat content of the exhaust gases from the gas turbine is used in a steam boiler. A waste heat circuit from a compressor driven by a turbine is required for this and a special power turbine whose exhaust gases pass through a combustion chamber and from there go through a heat exchanger. The the compressor The driving turbine is hereinafter referred to as the "compressor turbine," the whole arrangement from the compressor and compressor turbine referred to as "compressor unit".
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Gasturbinenanlagen mit Abwärmekreislauf bei Lokomotiven, jedoch ist die vorliegende Erfindung keineswegs auf die Verwendung in Lokomotiven beschränkt.In particular, the present invention relates to gas turbine plants with waste heat circuit in locomotives, however, the present invention is by no means limited to use in locomotives.
Der Ausdruck »Gasturbine« wird in der Regel auf Anlagen bezogen, bei denen das Arbeitsfluidum Luft oder ein Gemisch von Luft und Verbrennungsprodukten oder ähnliche gasförmige Arbeitsmedien sind. In dem vorliegenden Fall wird auch noch Wasserdampf eingeführt, welcher aber nur eine andere Form eines unter die vorHie,gende Erfindung fallenden kompressiblen Mediums darstellt.The term "gas turbine" is usually used to refer to plants which the working fluid is air or a mixture of air and combustion products or similar gaseous working media. In the present case, too water vapor was also introduced, but it was only a different form of the present one Invention represents falling compressible medium.
Bekannt ist, daß bei von Gasturbinen angetriebenen Lokomotiven der Wärmeinhalt der Abgase durch einen Dampfkessel, welcher den Dampf zur Zugsbeheizung liefert, ausgenutzt werden kann. Wenn derartiger Dampf stets verfügbar wäre, könnte man diesen also auch zum Antrieb einer Dampfturbine und für durch Dampf angetriebene Hilfsmaschinen verwenden und ebenso für den Antrieb der Verdichterturbine.It is known that the locomotives driven by gas turbines Heat content of the exhaust gases through a steam boiler, which the steam to Train heating supplies, can be exploited. If such steam were always available, it could You can also use this to drive a steam turbine and for steam-powered ones Use auxiliary machines and also for driving the compressor turbine.
Die Art des Lokomotivbetri,°äes bringt es jedoch mit sich, daß die Abgasmengen zwischen Leerlauf und Vollast erheblich schwanken mit dem Ergebnis, daß man sich nicht darauf verlassen kann, bei Verwendung eines normalen Kreislaufs eine genügende Dampfleistung zu erhalten.However, the nature of the locomotive operation means that the Exhaust gas quantities fluctuate considerably between idling and full load with the result that one cannot rely on using normal circulation to obtain sufficient steam output.
Selbst die Zugs.beheizun.g, welcher die durchschnittlich gelieferte Dampfmenge zugrundegelegt werden kann, arbeitet mit dem Dampfkessel allein nicht zufriedenstell,end, und bisher war es sogar notwendig, einen zweiten Dampfkessel mit gesonderter und unabhängiger Feuerung, meistens Ölfeuerung, aufzustellen, oder aber den Dampfkessel mit einem zusätzlichen Brenner zu versehen. Dieser Brenner muß mit einer automatischen Steuerung ausgerüstet werden, wodurch die Anlage verwickelter und eine Quelle möglicher Störungen geschaffen wird.Even the Zugsbeheizun.g, which the average delivered The amount of steam that can be used as a basis does not work with the steam boiler alone satisfactory, end, and so far it was even necessary to have a second steam boiler set up with separate and independent firing, mostly oil firing, or but to provide the boiler with an additional burner. That burner must be equipped with an automatic control, which makes the system more complex and creating a source of possible interference.
Es besteht der weitere bisher bekannten Anlagen anhaftende Übelstand, daß nach den Gesetzen der Thermodynamik bei Gasturbinen bei einer gegebenen Leistung die Abgastemperatur fällt, wenn die Temperatur der umgebenden Luft am Verdichtereinsaugstutzen fällt. Im Winter beispielsweise, wenn die Temperaturen der Außenluft niedriger sind als im Sommer, würde die Abgastemperatur bei gleicher Leistung entsprechend niedriger sein mit dem Ergebnis, daß für den Dampfkessel -,veniger Abwärme verfügbar ist, also gerade dann, wenn sie am nötigsten gebraucht wird.There is the further disadvantage attached to the system so far, that according to the laws of thermodynamics in gas turbines at a given power the flue gas temperature falls when the temperature of the surrounding air at the compressor intake port falls. In winter, for example, when the outside air temperatures are lower than in summer, the exhaust gas temperature would be correspondingly lower with the same output with the result that less waste heat is available for the steam boiler, in other words, precisely when it is needed most.
Durch die Erfindung werden alle diese Nachteile behoben und die Möglichkeit des gleichzeitigen Aufheizens der Turbine und des Dampfkessels vor dem Anlassen - und: des Verbrennens zusätzlichen Brennstoffes in der Brennkammer geschaffen, wodurch die Abwärmemenge immer dann, wenn ein Dampfüberschuß benötigt wird, erhöht werden kann. Die Erfindung bietet den weiteren Vorteil, daß normale Dampflokomotivausrüstungste-ile verwendet werden können, z. B. Injektoren, dampfgetriebene Kompressoren und Stromerzeuger. Außerdem sind, was ein weiteres Kennzeichen der Erfindung ist, zusätzliche Brenner dadurch entbehrlich, daß die Anlaßleitung durch direkte oder indirekte Dampfzufuhr aus dem Dampfkessel verfügbar gemacht werden kann.The invention overcomes all of these disadvantages and the possibility the simultaneous heating of the turbine and the steam boiler before starting - and: the burning of additional fuel created in the combustion chamber, whereby the amount of waste heat increases whenever an excess of steam is required can be. The invention offers the further advantage that normal steam locomotive equipment parts can be used e.g. B. injectors, steam-powered compressors and power generators. Also, what is another feature of the invention are additional burners dispensable because the starting line is supplied by direct or indirect steam can be made available from the steam boiler.
Es ist an sich bekannt, die die Turbine verlassende Luft in einen Verdichter zurückzuleiten, wobei man jedoch bisher diese Luft vor dem Übergang in den Verdichter gekühlt hat. Ebenso ist es bekannt, zwischen Turbine und Verdichter eine Verbrennungskammer vorzusehen und in diese Brennkammer Heißluft einzuleiten, die aus einer Verdichtungs- oder Expansionsstufe abgezapft ist.It is known per se, the air leaving the turbine in a To return the compressor, but so far this air before the transition in has cooled the compressor. It is also known between the turbine and the compressor to provide a combustion chamber and to introduce hot air into this combustion chamber, which is tapped from a compression or expansion stage.
Die Erfindung benutzt diese je für sich bekannten Merkmale und geht von einer Gasturbinenanlege aus, die eine Einrichtung zur Abwärmeausnutzung, eine Verdichterturbine und eine von der Verdichterturbine mechanisch unabhängige, jedoch in Serie mit dieser geschaltete Nutzleistungsturbine aufweist. Das Abgas dieser Nutzleistungsturbine wird einer Brennkammer und von da einem Wärmeaustauscher zugeführt, der zur Vorwärmung der verdichteten Luft vor der Verdichterturbine dient, wobei die Abgase des Wärmeaustauschers einen Dampferzeuger beaufschlagen und wobei ferner die Abwärmeabgabe durch Regelung der Temperatur des Arbeitsmittels vor den Verdichtern dem Bedarf angepaßt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß diese Regelung der Verdichtereintrittstemperatur zwecks konstanter, von der Nutzleistung unabhängiger Dampflieferung durch Zuführung von dem Nutzturbinenauslaß oder einem beliebigen Punkt des Kreislaufes zwischen dem Verdichter und dem Nutzturbinenauslaß abgezapfter heißer Luft in dem Verdichtereinlaß erfolgt. Außerdem wird erfindungsgemäß Luft aus einer Stufe des Verdichtungs- oder des Expansionsteiles der Anlage oder beiden entnommen und unmittelbar der Brennkammer zugeführt, wobei die entnommenen Mengen mittels Regeleinrichtungen eingestellt und geregelt werden können.The invention uses these features, each known per se, and goes from a gas turbine installation, which has a device for utilizing waste heat, a Compressor turbine and one mechanically independent of the compressor turbine, however having in series with this connected power turbine. The exhaust of this Power turbine is fed to a combustion chamber and from there to a heat exchanger, which serves to preheat the compressed air in front of the compressor turbine, wherein the exhaust gases from the heat exchanger act on a steam generator and furthermore the waste heat output by regulating the temperature of the working fluid upstream of the compressors is adapted to the needs. The invention is characterized in that this scheme the compressor inlet temperature for the purpose of being more constant and more independent of the useful power Steam delivery by supply from the power turbine outlet or any other Point of the circuit between the compressor and the power turbine outlet tapped hot air takes place in the compressor inlet. In addition, according to the invention, there is air from a stage of the compression or expansion part of the system or both taken and fed directly to the combustion chamber, the quantities removed can be set and regulated by means of control devices.
Es ist ferner zum Zwecke der Aufheizung der Anlage bei Inbetriehna;hme derselben zusätzlich ein unabhängig von den Turbinen angetriebenes Gebläse vorgesehen, dessen Luftstrom dem Verdichter zugeführt wird, wobei ein Teil dieser Luft von einer Stufe des Verdichters abgezapft und unmittelbar der Brennkammer zugeführt wird, während der Rest durch die übrigen Stufen des Verdichters und von da durch die Luftseite des Wärmeaustauschers und durch die Turbinen strömt, bevor er in die Brennkammer eintritt.It is also used to heat up the system when it is started up the same is additionally provided with a fan driven independently of the turbines, whose air flow is fed to the compressor, part of this air from a Stage of the compressor is drawn off and fed directly to the combustion chamber, while the rest through the remaining stages of the compressor and thence through the air side of the heat exchanger and flows through the turbines before entering the combustion chamber entry.
Zum Anlassen ist eine von den Gasturbinen unabhängige Kraftmaschine, z. B. eine Dieselmaschine, angeordnet, die entweder unmittelbar, z. B. mechanisch, oder mittelbar, z. B. elektrisch, auf die Verdichterturbinenwelle wirkt.An engine that is independent of the gas turbines is required for starting z. B. a diesel engine, arranged either directly, e.g. B. mechanical, or indirectly, e.g. B. electrically, acts on the compressor turbine shaft.
Die schematische Zeichnung zeigt eine bevorzugte Anordnung einer Anlage zum Einbau in eine oder zur Verwendung bei einer Lokomotive gemäß der Erfindung.The schematic drawing shows a preferred arrangement of a system for installation in or for use with a locomotive according to the invention.
Es erscheint zweckmäßiger, der Beschreibung der Wirkungsweise der Anlage ein Verzeichnis der Teile voranzustellen, die in der Zeichnung mit Bezugnummern versehen sind: i ist ein Verdichtereinsaugstutzen; a ist eine Drosselklappe im Verdichtereinsaugstutzen; 3 ist die erste Stufe bzw. die ersten Stufen des Verdichters; .4 ist die zweite Stufe bzw. die zweiten Stufen des Verdichters; 5 ist eine Welle, welche den Verdichter mit einer Verdichterturbine verbindet; 6 ist eine Verdichterturbine; 7 ist eine Kammer zwischen einer Verdichterturbine und einer Nutzleistungsturbine; 8" ist eine Nutzleistungsturbine; 8b ist eine Abgasleitung von der \Tutzleistungsturbine zu einer Brennkammer; 9 ist die Brennkammer; io ist eine Brennstoffeinspritzdüse; i l ist ein Wärmeaustauscher; 12 ist eine Kammer zwischen dem Wärmeaustauscher und einem Dampfkessel; 13 ist ein Dampfkessel; 14 ist ein Abgaskanal hinter dem Wärmeaustauscher; 15 ist ein Abgaskanal hinter dem Dampfkessel; 16 ist eine Drosselklappe in dem Kanal 14; 17 ist eine Drosselklappe im Kanal 15; 18 ist ein Druckregler zur Betätigung der Drosselklappen 16 und 17; 1g ist ein Speisewasserrohr; 20 ist ein Dampfleitungsrohr; 21 sind Entnahmestellen und Ventile für die Dampfzuleitung zu den Hilfsmaschinen und für Heizzwecke; 22 ist .eine Dampfturbine zum Antrieb eines Stromerzeugers; 23 ist ein Stromerzeuger, der auch als Motor zum Antrieb eines Gebläses verwendet werden kann; 24 ist ein Gebläse; 25 sind ausrückbare Kupplungen; 26 ist ein elektrischer Schaltkasten; 27 ist eine Akkumulatorenbatterie; 28 bis 31 stellen in gestrichelten Linien die Anordnung eines Anlassers, eines Schaltkastens und eines Dieselaggregats dar; 32 ist eine Leitung, welche von den ersten Stufen des Verdichters zu dem Brennkammereinlaß, d. h. zu -der Abgasleitung der Arbeitsturbine führt; 33 ist ein Regelventil in Teil 32; 34 ist eine Leitung, welche heiße Luft aus der Kammer zwischen der Verdichterturbine und der Nutzleistungstwrbine in die Leitung 32 führt; 35 ist ein Regelventil in Teil 34; 36 ist eine Leitung, welche heiße Luft von der Abgasleitung 8b in den Verdichtereinsaugstutzen und zu Filtern 4o führt; 37 ist ein Regelventil in Leitung 36; 38 ist ein Ventil, welches den Prozentsatz der in den V erdichtereinsaugstutzen i hinter der Drosselklappe 2 eintretenden heißen Luft regelt; 39 ist ein Ventil, welches den Prozentsatz der durch die Filter 4o in den durch 41 umrissenen geschlossenen Raum eintretenden heißen Luft regelt; 40 sind Filter, durch welche Luft in einen geschlossenen Raum 41 und von dort in den Verdichtereinsaugstutzen i eintritt; 41 ist die unter Pos. 40 erwähnte Umhüllung des geschlossenen Raumes; 42 ist eine Leitung, welche heiße Luft unter Druck an die Leitung 36 abgibt; 43 ist ein Regelventil in Leitung 42; 44 ist eine Leitung, welche Luft erhöhter Temperatur unter Druck in die Leitung 36 leitet; 45 ist ein Regelventil in Leitung 44; 46 ist eine Leitung vom Gebläse 24 zum Verdichtereinsaugstutzen 1; 47 ist ein Ventil in Leitung 46; 48 ist ein Dampfleitungsrohr, welches zum Verdnchterdruckstutzen führt; 49 ist ein Ventil im Dampfleitungsrohr 48.It seems more appropriate to prefix the description of the operation of the system with a list of the parts which are provided with reference numbers in the drawing: i is a compressor intake connection; a is a throttle valve in the compressor intake port; 3 is the first stage or stages of the compressor; .4 is the second stage or stages of the compressor; 5 is a shaft connecting the compressor to a compressor turbine; 6 is a compressor turbine; 7 is a chamber between a compressor turbine and a power turbine; 8 "is a power turbine; 8b is an exhaust pipe from the power turbine to a combustion chamber; 9 is the combustion chamber; io is a fuel injector; il is a heat exchanger; 12 is a chamber between the heat exchanger and a steam boiler; 13 is a steam boiler; 14 is an exhaust gas duct behind the heat exchanger; 15 is an exhaust gas duct behind the steam boiler; 16 is a throttle valve in duct 14; 17 is a throttle valve in duct 15; 18 is a pressure regulator for operating the throttle valves 16 and 17; 1g is a feed water pipe; 20 is a steam pipe; 21 are tapping points and valves for the steam supply to the auxiliary machines and for heating purposes; 22 is a steam turbine for driving a power generator; 23 is a power generator that can also be used as a motor for driving a blower; 24 is a fan ; 25 are releasable clutches; 26 is an electrical switch box; 27 is a storage battery; 28 to 31 places n in dashed lines represents the arrangement of a starter, a switch box and a diesel unit; 32 is a line which leads from the first stages of the compressor to the combustion chamber inlet, ie to the exhaust line of the power turbine; 33 is a control valve in part 32; 34 is a conduit that carries hot air from the chamber between the compressor turbine and the power turbine into conduit 32; 35 is a control valve in part 34; 36 is a pipe which carries hot air from the exhaust pipe 8b into the compressor suction port and to filters 4o; 37 is a control valve in line 36; 38 is a valve which regulates the percentage of hot air entering the compressor intake port i behind the throttle valve 2; 39 is a valve which regulates the percentage of hot air entering through the filters 4o into the closed space outlined by 41; 40 are filters through which air enters a closed space 41 and from there into the compressor intake port i; 41 is the enclosure of the closed space mentioned under item 40; 42 is a conduit which discharges hot air under pressure to the conduit 36; 43 is a control valve in line 42; 44 is a conduit which directs elevated temperature air under pressure into conduit 36; 45 is a control valve in line 44; 46 is a conduit from fan 24 to compressor intake port 1; 47 is a valve in line 46; 48 is a vapor line pipe leading to the evaporator pressure port; 49 is a valve in the steam pipe 48.
Die verschiedenen feile sind so miteinander verbunden, wie es die schematische Darstellung zeigt.The various files are connected to each other as the shows schematic representation.
Für den Betrieb wird die Anlage vor dem Anlassen der Gasturbine wie folgt vorbereitet: i. Anlassen des elektrisch angetriebenen Gebläses 24 bei geschlossener Drosselklappe 2 und geöffnetem Ventil 47. Ein Luftstrom geht dann durch den Verdichter, um die Außenseite der Rohre im Wärmeaustauscher herum, durch die Turbinen und die Brennkammer; dann durch die Rohre des Wärmeaustauschers und von dort zu dem Dampfkessel; das ist der Weg des Luftstroms bei voller Belastung der Maschinen.For operation, the system is like before starting the gas turbine prepared follows: i. Starting the electrically driven fan 24 with the closed Throttle 2 and open valve 47. An air flow then goes through the compressor, around the outside of the tubes in the heat exchanger, through the turbines and the Combustion chamber; then through the tubes of the heat exchanger and from there to the steam boiler; this is the path of the air flow when the machines are fully loaded.
2. Die Ventile 33 und 35 können geöffnet werden. um das Volumen des Luftstroms, welcher durch die Brennkammer hindurchgeht, zwecks schnelleren Aufheizens zu vergrößern.2. The valves 33 and 35 can be opened. the volume of the Air flow that passes through the combustion chamber for faster heating to enlarge.
3. Der Brennstoff wird bei io eingespritzt, und die Brenner werden entzündet. Das Verhältnis von Brennstoff zu Luft wird so eingestellt, daß die Verbrennungsgase die gewünschte Temperatur haben. Nach einiger Zeit ist zuerst der Wärmeaustauscher auf volle Temperatur aufgeheizt und einige Zeit später auch der Dampfkessel. Da nun auch ein Luftstrom längs des Weges des Hauptstroms durch den Wärmeaustauscher und die Turbinen geht, wird die ganze Anlage ungefähr auf die Temperaturen aufgeheizt, wie sie unter Betriebsverhältni.ssen erhalten "verden.3. The fuel is injected at io, and the burners are turned on ignited. The ratio of fuel to air is adjusted so that the combustion gases have the desired temperature. After a while, the heat exchanger comes first heated to full temperature and some time later also the steam boiler. There now also an air flow along the path of the main flow through the heat exchanger and the turbines are running, the whole system is heated up to approximately the same temperature as how they get under operating conditions.
Damit das Anlassen des Verdichteraggregats leicht vor sich gehen kann, muß die Temperatur des Wärmeaustauschers genügend hochgetrieben werden. Bei Abwärmebetrieb im Kreislauf werden die Brenner vor dem Anlassen angezündet. Wenn (las Gebläse in der Lage ist, einen gewissen Luftstrom zu liefern, dann sollte das Verdic.hteraggregat in Betrieb kommen, sobald die Rohre des Wärmeaustauschers eine gewisse Temperatur erreicht haben. An der Verdic.hterwelle ist keine Kraftentnahme, es sei denn für ein Tachometer oder für einen Regler, die Lager werden warm, und solange das Ventil 35 voll geöffnet ist, wird das Gesamtdruckgefälle vorwiegend in der Verdichterturbine verarbeitet.The temperature of the heat exchanger must be increased sufficiently so that the start-up of the compressor unit can be carried out easily. In the case of waste heat operation in the circuit, the burners are lit before starting. If (the fan is able to deliver a certain air flow, then the compressor aggregate should start operating as soon as the tubes of the heat exchanger have reached a certain temperature Tachometer or for a controller, the bearings get warm, and as long as the valve 35 is fully open, the total pressure gradient is mainly processed in the compressor turbine.
Der das Gebläse antreibende Elektromotor sollte einen zweiten und höheren Drehzahlbereich besitzen, welcher zum Anlassen benutzt werden kann.The electric motor driving the fan should have a second and Have a higher speed range which can be used for starting.
Bei angelassenem Verdichter wird die Drosselklappe 2 von Hand oder selbsttätig geöffnet; das Gebläse 24 kann dann abgeschaltet werden, die Turbinen laufen nun mit eigener Kraft entweder in Leerlauf oder unter Last.When the compressor is running, the throttle valve 2 is manually or automatically opened; the fan 24 can then be switched off, the turbines now run under their own power either in idle or under load.
Steht ein Hilfsdieselaggregat oder eine Akkumulatorenbatterie großer Kapazität zur Verfügung. dann kann die ganze Anlage statt pneumatisch angelassen durch einen Anlaßmotor unter Aufheizen mechanisch angelassen werden, wie es in der schematischen Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Die Drosselklappe 2 würde dann geöffnet sein. Das Öffnen der Ventile 33 und 35 würde für ein schnelleres Aufheizen und einen selbständigen Betrieb bei geringerer Drehzahl sorgen. Also selbst wenn das Anlassen durch einen über ein Getriebe auf Welle 5 wirkenden Anlaßmotor erfolgt und der Verdichter selbst die Arbeit des nur zum pneumatischen Anlassen notwendigen Gebläses 24 besorgt, bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß die ersten Stufen des Verdichters für eine erhöhte Luftzufuhr zu der Brennkammer und das Ventil 35 für ein leichteres Anlassen verwendet werden können.If there is an auxiliary diesel generator or an accumulator battery larger Capacity available. then the entire system can be started up instead of pneumatically be started mechanically by a starter motor with heating, as in the schematic drawing is indicated by dashed lines. The throttle 2 would then be open. The opening of the valves 33 and 35 would make for a faster Heat up and ensure independent operation at a lower speed. So yourself when starting by a starter motor acting on shaft 5 via a gearbox takes place and the compressor itself does the work of only for pneumatic starting necessary fan 24 concerned, the present invention offers the advantage that the first stages of the compressor for increased air supply to the combustion chamber and valve 35 can be used for easier starting.
Nach dem Anlassen läßt man die Maschine einige Zeit lang bei stillstehender Lokomotive leer laufen. Die vorliegende Erfindung sieht Mittel vor, damit auch unter Leerlaufverhältnissen genügend Abwärme zur vollen Dampferzeugung geliefert wird. Das Offenhalten des Ventils 33 bedeutet, daß eine zusätzliche Luftmenge durch die Brennkammer strömt, in- welcher sie aufgeheizt wird und somit dazu beiträgt, die Menge sowie die Temperatur des in den Dampfkessel eintretenden Gases zu erhöhen. Da die Rohre des Wärmeaustauschers nunmehr auf voller Temperatur sind, hat das Verdichteraggregat die Tendenz, sich zu beschleunigen. Um dessen Drehzahl auf Leerlaufdrehzahl zu halten, können die Ventile 37, 43 und 45 je nach Notwendigkeit geöffnet werden.After starting the machine, leave it at a standstill for a while Locomotive run empty. The present invention provides means for doing so even Sufficient waste heat is supplied for full steam generation under idle conditions will. Keeping the valve 33 open means that an additional amount of air through the combustion chamber flows, in which it is heated and thus contributes to to increase the amount as well as the temperature of the gas entering the steam boiler. Since the tubes of the heat exchanger are now at full temperature, the compressor unit has the tendency to accelerate. To keep its speed at idle speed, the valves 37, 43 and 45 can be opened as required.
Das Ventil 37 sargt für einen Rückstrom heißer Luft in den Verdichter und erhöht dabei das gesamte Temperaturniveau des Kreislaufs in Übereinstimmung mit der erhöhten Einlaßtemperatur. Wird die Rohrtemperatur konstant gehalten, dann würde eine solche Erhöhung der Einlaßtemperatur. die verfügbare Leistung herabsetzen. Wenn die Einlaßtemperatur gleich der Abgastemperatur ist, kann überhaupt keine Wärmekrafterzeugung stattfinden. Bei geschlossenen Ventilen 33, 35, 43 und 45 und geöffnetem Ventil 37 würde die Temperatur der Abgase erhöht werden, und damit würde auch das für die Dampferzeugung verfügbare Temperaturgefälle größer sein. Das Öffnen von Ventil 33 erhöht die durch die Brennkammer strömende Luftmenge und gestattet damit die Verbrennung einer größeren Menge an Brennstoff und eine Zunahme der verfügbaren Abgasmenge. Das Öffnen von Ventil 35 erleichtert das Anlassen und beeinflußt auch die unter Leerlaufverhältnissen verfügbare Abgasmenge. Das Öffnen des Ventils 43 führt heiße Luft unter höherem Druck als durch 37 herbei, wodurch die Kanäle bzw. Rohrleitungen einen geringeren Durchmesser erhalten können. Das Öffnen des Ventils 45 sorgt für den größten Rückstrom an Luft, setzt aber gleichzeitig den Wirkungsgrad des Verdichteraggregats herab. Wie es die Zeichnung zeigt, kann die unter Druck aus den Ventilen 43 und 45 entweichende Luft in der Leitung 36 durch ihre Strahlwirkung zur Verwendung gelangen.The valve 37 cages hot air to flow back into the compressor, thereby increasing the overall temperature level of the circuit in accordance with the increased inlet temperature. If the pipe temperature is kept constant, then such an increase in the inlet temperature would occur. reduce the available power. When the inlet temperature is the same as the exhaust gas temperature, no heat generation can take place at all. With valves 33, 35, 43 and 45 closed and valve 37 open, the temperature of the exhaust gases would be increased, and thus the temperature gradient available for steam generation would also be greater. Opening valve 33 increases the amount of air flowing through the combustion chamber, thereby allowing a greater amount of fuel to be burned and an increase in the amount of exhaust gas available. Opening valve 35 makes starting easier and also affects the amount of exhaust gas available under idle conditions. The opening of the valve 43 introduces hot air at a higher pressure than through 37, as a result of which the ducts or pipelines can be given a smaller diameter. Opening the valve 45 ensures the greatest return flow of air, but at the same time reduces the efficiency of the compressor unit. As the drawing shows, the air escaping under pressure from the valves 43 and 45 can be used in the line 36 through its jet effect.
Die Luftströmung in Leitung 36 kann auch durch die Betätigung der Einsaugdrosselklappe 2 beschleunigt werden.The air flow in line 36 can also be achieved by actuating the Intake throttle valve 2 are accelerated.
Die kombinierte Verwendung eines oder aller Ventile 33, 35, 37, 43, 45 und der Drosselklappe :2 ist ein Mittel, um sowohl die Menge als auch die Temperatur der durch den Dampfkessel bei Leerlauf strömenden Gase zu erhöhen und um die Leerlaufdrehzahl den Erfordernissen des Lokomotivbetriebes entsprechend einzustellen.The combined use of one or all of the valves 33, 35, 37, 43, 45 and the throttle: 2 is a means of measuring both the amount and the temperature the number of gases flowing through the boiler at idle and by the idle speed to adjust the requirements of the locomotive operation accordingly.
Im praktischen Betriebe schwankt die erforderliche Leistung in weitem Maße zwischen Leerlauf und Vollast je nach Geschwindigkeit und erforderlicher Zugkraft. Bei Teillasten kann die Einsaugtemperatur des Verdichters erhöht werden, indem man heiße Luft durch die Leitung 36 zum Verdichtereinsaugstutzen fördert, wodurch man infolge der erhöhten Abgastemperatur eine größere Dampferzeugung erhält. Die Strömung in Leitung 36 kann durch die von 43 und 45 aus oder durch die Drosselklappe 2 gesteuerte Strahlwirkung beschleunigt werden. Das Öffnen von 33 und 35 erlaubt eine weitere Zunahme der verfügbaren Abwärme. Die Verwendung des Ventils 37 allein für das Abführen heißer Luft hat praktisch keine Wirkung auf den thermischen Wirkungsgrad des Kreislaufs, weshalb es in erster Linie verwendet werden sollte.In practical operation, the required output varies widely Dimensions between idle and full load depending on speed and required tractive effort. At partial loads, the intake temperature of the compressor can be increased by promotes hot air through line 36 to the compressor intake, whereby one as a result of the increased exhaust gas temperature, a greater amount of steam is generated. The current in line 36 can be controlled by those of 43 and 45 or by the throttle valve 2 Jet effect can be accelerated. Opening 33 and 35 allows another Increase in the available waste heat. The use of valve 37 only for drainage hot air has practically no effect on the thermal efficiency of the circuit, which is why it should be used in the first place.
Je weniger heiße Luft in den Verdichtereinsaugstutzen zurückgeführt wird, desto größer ist die Leistung der Turbinen. Obwohl sich die vorliegende Erfindung im allgemeinen auf die Beeinflussung der Hauptströmung im Kreislauf und auf den Wärmefluß durch die Brennkammer erstreckt. sollte bei einer gewissen Leistung die Abwärme doch für die erforderliche Dampferzeugung ausreichen und für diesen Fall daher keine Einflußnahme auf die Hauptströmung des Kreislaufs notwendig sein.The less hot air is returned to the compressor intake port the greater the power of the turbines. Although the present invention in general on influencing the main flow in the circuit and on the Heat flow extends through the combustion chamber. should the Waste heat is sufficient for the necessary steam generation and for this case therefore it is not necessary to influence the main flow of the circuit.
Die Erfindung ist von besonderem Wert für die Überwindung der unter arktischen Verhältnissen anzutreffenden Schwierigkeiten. Wie bereits erwähnt wurde, ist die Temperatur der Abgase am niedrigsten, wenn die Einlaßtemperatur des Verdichters am niedrigsten ist, und die Dampferzeugung wird also gerade dann am geringsten sein, wenn der Dampf am meisten benötigt wird. Das. Rückführen heißer Luft bringt die Dampferzeugung auf das normale Maß oder sogar darüber hinaus. Wenn der Verdichter die Luft einem geschlossenen Raum innerhalb der Hülle 41 entnimmt, dann kann die Temperatur dieser Luft dadurch erhöht werden, daß man einen Teil der heißen Luft in diesen Raum leitet. Die in diesen Raum durch die Filter 4o eintretende Luft kann durch Öffnen des Ventils 37 vorgewärmt werden, wodurch die Filter gegen extreme Kaltluft geschützt bleiben.The invention is of particular value for overcoming the under difficulties encountered in arctic conditions. As already mentioned, the temperature of the exhaust gases is lowest when the inlet temperature of the compressor is lowest, and the steam generation will be lowest just then, when steam is needed most. That. Returning hot air brings the Steam generation to the normal level or even beyond. When the compressor takes the air from a closed space within the envelope 41, then the The temperature of this air can be increased by taking part of the hot air leads into this room. The air entering this space through the filter 4o can be preheated by opening the valve 37, whereby the filter against extreme Stay protected from cold air.
Die erfindungsgemäße Anordnung, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist und «-elche reichlich Dampf liefert, besitzt ihre Vorzüge auch für den Betrieb unter tropischen Verhältnissen und in großen Höhen. Der Einfluß der erhöhten Einlaßtemperatur und der verminderten Dichte der Luft @ergi.bt eine Verminderung der Leistung. Praktisch kann die volle Leistung dadurch wieder erreicht werden, daß man der den Verdichter verlassenden Luft, bevor sie in den Wärmeaustauscher eintritt, durch das Rohr 48 und unter Kontrolle des Ventils 49 Dampf beimischt.The arrangement according to the invention as shown in the drawing is and «-which supplies abundant steam, has its advantages also for the enterprise under tropical conditions and at high altitudes. The influence of the increased inlet temperature and the reduced density of the air @ results in a reduction in performance. Practically the full capacity can be achieved again that the compressor exiting air, before entering the heat exchanger, through tube 48 and under the control of valve 49, steam is added.
Da gemäß der Erfindung Dampf stets verfügbar ist, können die Hilfsmaschinen der Lokomotive durch Dampf, welcher durch die Rohre 2 1 zugeführt wird, angetrieben werden. Dampf kann also den Rohren 21 entnommen und dem Einlaß des Wärmeaustauschers zugeführt werden, d. h. es kann - falls gewünscht - ein Gemisch von Luft und Dampf dazu verwendet werden, die Verd-ichterturbine anzutreiben.Since steam is always available according to the invention, the auxiliary machines the locomotive is driven by steam supplied through the pipes 2 1 will. So steam can be taken from the tubes 21 and the inlet of the heat exchanger are supplied, d. H. if desired, a mixture of air and steam can be used can be used to drive the compressor turbine.
Der Elektromotor 23, welcher das Gebläse 24 über eine Kupplung 25 antreibt, kann so konstruiert werden, daß er auch als Stromerzeuger arbeitet, wobei er über die andere Kupplung 25 durch eine Dampfturbine 22 angetrieben wird. Die Vorbereitung der Anlage vor dem Anlassen und das Anlassen selbst können - falls gewiinscht - nach irgendeinem bereits bekannten Verfahren erfolgen, z. B. durch ein Dieselaggregat, falls ein wie oben beschriebenes Gebläse nicht vorgesehen sein sollte.The electric motor 23, which drives the fan 24 via a coupling 25 drives can be constructed so that it also works as a generator, whereby it is driven by a steam turbine 22 via the other clutch 25. the Preparation of the system before starting and the starting itself can - if desired - by any method already known, e.g. B. by a diesel generator if a fan as described above is not provided should.
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|---|---|---|---|
| DE1952P0008424 DE969004C (en) | 1952-09-26 | 1952-09-26 | Gas turbine plant with facility for waste heat recovery |
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| DE1952P0008424 DE969004C (en) | 1952-09-26 | 1952-09-26 | Gas turbine plant with facility for waste heat recovery |
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| Publication Number | Publication Date |
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| DE969004C true DE969004C (en) | 1958-04-17 |
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ID=582656
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| DE1952P0008424 Expired DE969004C (en) | 1952-09-26 | 1952-09-26 | Gas turbine plant with facility for waste heat recovery |
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| DE (1) | DE969004C (en) |
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