DE2117066B2 - Gasturbinenanlage mit einem zentrifugalkompressor mit fluessigkeitsbaendern - Google Patents

Description

angetriebenen gewöhnlichen Kompressor (27 zu vermindern.

bzw. 49) nachgeschaltet ist, und daß in der Flüs- Zu diesem Zweck wird in einer Gasturbinenanlage

sigkeits-Zufuhrleitung zum Kompressor mit Flüs- 20 mit mindestens einem von der Gasturbine angetriebe-

sigkeitsbändern (31 bzw. 54) eine Mengenregel- nen Kompressor ein Zentrifugalkompressor mit Flüs-

vorrichtung (46 bzw. 65) angeordnet ist (F i g. 2 sigkeitsbändern verwendet, wodurch für große Lei-

bzw. 3). stungcn eine sehr kompakte Bauweise erreicht wer-

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, da- den kann.

durch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsmen- 25 Bei diesem Zentrifugalkompressor mit Flüssig-

gen-Regelvorrichtung als um die Eintrittsöffnung keitsbändern wird der Nutzeffekt bedeutend erhöht,

des Rotors des Zentrifugalkompressors mit Flüs- ohne daß Energie verlorengeht. Die Flüssigkeit wird

sigkeitsbändern angebrachtes zylinderförmiges tangential in die Flüssigkeitseintrittsöffnung des Ro-

Ventil z.B. als Drehschieberbuchse ausgebildet tors geführt; diese Eintrittsöffnung liegt nahezu auf

ist. 30 derselben Umfangsfläche des Rotors wie die Flüssig-

keitsaustrittsöffnungen der Düsen; ferner entspricht

die absolute Eintrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in den Rotor nahezu der örtlichen Umfangsgeschwin-

Gegenstand der Erfindung ist eine Gasturbincnan- digkeit des Rotors. Dabei wird der Rotor durch die lage mit mindestens einem von der Gasturbine ange- 35 tangential gerichtete Flüssigkeit angetrieben,
triebenen Kompressor, mindestens euiem Wärmetau- Äußer dem Vorteil des erhöhten Nutzeffekts des scher zur Übertragung der Wärme der Turbinenab- Kompresr-ors mit Flüssigkeitsbändern hat die erfingase auf das verdichtete Arbeitsmittel und minde- dungseemäße Gasturbinenanlage den überraschenstens einer Brennkammer mit regelbarer Brennstoff- den Vorteil, daß durch eine spezielle Regelung der zufuhr. 40 Austrittsteruperatur der Gasturbine also auch die Es ist allgemein bekannt, daß ein Wärmetauscher Temperatur der heißen Seite des Wärmetauschers für in einer Gasturbinenanlage zwar einen hohen Netzef- jeden Belastungszustand konstant gehalten wird. Dafekt erbringt, daß eine mit einem Wärmetauscher durch, daß auf bekannte Weise auch die Austrittsversehene Gasturbinenanlage aber bei Änderung der temperatur an der kalten Seite des Wärmetauschers, abgegebenen Leistung besonders träge ist. 45 die die deiche ist wie die Austrittstemperatur des Diese Trägheit läßt sich weitgehend aufheben, Kompressors mit Flüssigkeitsbändern, durch Kühler wenn in der Gasturbinenanlage ein Zentrifugalkom- im Flüssigkeitsstrom konstant gehalten wird, wird die pressor mit Flüssigkeitsbändern verwendet wird. Von thermische Trägheit des Wärmetauschers weitgehend diesem Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbad ausgeschaltet, so daß die Gasturbinenanlage sehr dem, dessen Rotor durch die Gasturbine angetrieben 50 schnell reagiert.

wird, ist mindestens eine der den Kompressorraum Sie wird dadurch gekennzeichnet, daß auf einer begrenzenden Wände frei rotierbar und dem Umfang Welle mindestens je ein Läufer einer Gasturbine, entlang mit Schaufeln versehen, und wird nächste- eines Kompressors und einer Flüssigkeitspumpe anhend als sekundärer Rotor bezeichnet. Eine ebenfalls gebracht ist, die hintereinander eine Nutzlast abgedurch die Gasturbine angetriebene Pumpe führt die 55 bende Flüssigkeitsturbine sowie mindestens einen Flüssigkeit zum Kompressor mit Flüssigkeitsbändern, Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern anin dem ein gasförmiges Arbeitsmittel, Luft, verdich- treibend beaufschlagt, der dem von der Gasturbine tet und anschließend von der die Bänder bildenden angetriebenen gewöhnlichen Kompressor nachge-Flüssigkeit getrennt und über einen Wärmetauscher schaltet ist, und daß in der Flüssigkeits-Zufuhrlei- und eine Brennkammer zur Gasturbine geführt wird. 60 tung zum Kompressor mit Flüssigkeitsbändern eine Die Flüssigkeit versetzt den sekundären Rotor in Mengenregelvorrichtung angeordnet ist.
Umdrehung. Die Verhältnisse sind dabei so gewählt, Die Flüssigkeitsmengen-Regelvorrichtung ist vordaß die von der Gasturbine abgegebene Nutzleistung teilhaft als ein um die Eintrittsöffnung des Rotors der Welle des sekundären Rotors zur Verfügung des Zentrifugalkompressors mit Flüssigkeitsbändern kommt, d. h., daß die am Ende des Verdichtungsvor- 65 angebrachtes zylinderförmiges Ventil ausgebildet,
gangs noch in der Flüssigkeit vorhandene Leistung, Die Leistungsregelung der Gasturbinenanlage erabgesehen von einigen Verlusten, also der von der folgt auf einfache Weise mittels einer kombinierten Gasturbine abzugebenden Leistung entspricht. Die Regelung der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer

und der Flüssigkeitszufuhr zum Rotor des Kompressors mit Flüssigkeitsbändern, wodurch die Austrittstemperatur der Gasturbine unteren allen Belastungsverhältnissen konstant gehalten werden kann.

Erfolgt die Leistungsregelung der Gasturbinenanlage durch Regelung der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer, so wird eine Abweichung der Gasturbinenaustrittstemperatur durch Regelung der Flüssigkeitszufuhr zum Rotor des Kompressors mit Flüssigkeitsbändern automatisch im selben Moment korngiert.

Wenn nämlich die Turbinenaustrittstemperatur zu hoch ist, wird die Flüssigkeitszufuhr zum Rotor des Kompressors mit Flüssigkeitsbändern vergrößert, das Druckverhältnis wird erhöht, so daß mehr Gas durch die Gasturbine fließt und demzufolge die Temperatur sinkt. Das Gegenteil ist der Fall, wenn die Gasturbinenaustrittstemperatur zu niedrig ist.

Wenn die Leistungsregelung der Gasturbinenanlaec durch Regelung der Flüssigkeitszufuhr zum Rotor des Kompressors mit Flüssigkeitsbändern erfolgt. so wird automatisch im selben Moment eine Abweichung der Gasturbinenaustrittstemperatur durch Receluna der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer korriciert: mit anderen Worten, wenn die Gasturbinenausirittstemperatur zu niedrig ist, wird die Brennstoffzufuhr vergrößert und umgekehrt.

Hs ist an und für sich nicht unwesentlich, daß das % erdichtete Arbeitsmittel erst in einem gewöhnlichen Kompressor und danach in einem Kompressor mit Flüssiakeitsbändern verdichtet wird, der umgekehrte Fall ist ebenso möglich wie die Anwendung von mehreren Verdichterstufen. Um ein schnelles Regelverhalten der Gasturbinenanlage zu erhalten, ist es jedoch notwendig, daß als letzter Verdichter ein Kompressor mit Flüssigkeitsbändern verwendet wird. In der Gasturbinenanlage kann die Flüssigkeitsturbine nicht nur nach, sondern auch vor der Pumpe angeordnet sein, in einem geschlossenen Überdruckkreislauf. und schließlich auch zwischen zwei Pum-

Die Gasturbine, axialer oder radialer Strömungsrichtung. k;mn aus einer Stufe bestehen, die den Kompressor, axialer oder radialer Strömungsrichiung. und die Flüssigkeitspumpe antreibt; sie kann aber auch mehrere Stufen je Maschine autweisen, die alle auf einer Welle angebracht sind. Ferner ist eine Ausführung mit Mehrwellenantrieb möglich, z. B. einer Welle für eine Gasturbinenstufc und den Kompressor bzw. die Kompressoren und einer weiteren Welle für eine weitere Gasturbinenstufe und die Pumpe bzw. die Pumpen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung, in der eine beispielsweise Ausführungsform schematisch dargestellt ist, erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern,

F i g. 2 eine schematisch dargestellte Gasturbinenanlage nach der Erfindung,

F i g. 3 einen halben Längsschnitt einer Gasturbinenanlage nach der Erfindung und

F i g. 4 eine Perspektivzeichnung eines zylinderförmigen Ventils der Flüssigkeits-Regelvorrichtung.

F i g. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Zentri- 6j fugalkompressors mit Flüssigkeitsbändern dar. Dieser besteht aus einem Kompressorgehäuse I, das mit dem Flüssigkeitsbehälter 2 zusammengebaut ist. Der zentral im Kompressorgehäuse gelagerte Rotor 3 ist mit Schaufeln 6 versehen, die ein zu verdichtende;, gasförmiges Strömungsmittel über das Mundstück? ansaugen.

Der Rotor ist ferner mit Düsen 8 versehen, die mit einem im Rotor angeordneten ringförmigen Kanal 9 direkt verbunden sind, in dem Schaufeln 10 angebracht sind und von dem aus die Flüssigkeit über die Düsen 8 verteilt wird. Rings um den Rotor 3 herum befindet sich eine ringförmige Flüssigkeitskammer 11 mit einem dem Innendurchmesser entlang angebrachten ringförmigen Austrittskanal 12, der sich gegenüber dem Eintritt 18 des ringförmigen Kanals 9 befindet. Im Austrittskanal 12 sind Leitschaufeln 13 angebracht, die zur Drehrichtung des Rotors 3 tangential gerichtet sind. Der Rotor 3 wird durch die tangential zuströmende Flüssigkeit angetrieben.

Ferner ist die Flüssigkeitskammer 11 an eine Zufuhrleitung 14 angeschlossen, welche über eine Regelvorrichtung 15 mit einer Pumpe 16 verbunden ist, die über eine Ansaugleitung 17 an den Flüssigkeitsbehälter 2 angeschlossen ist.

Der Kompressorraum, in dem die Flüssigkeitsbänder gebildet werden, wird durch die Wand. 20 und 21 begrenzt und von einem Sammelkanal 22 umschlossen, der mit dem Flüssigkeitsbehälter 2 in offener Verbindung steht.

Das \ erdichtete Strömungsmittel wird auf bekannte Weise im Flüssigkeitsbehälter 2 mit Hilfe von Scheidewänden 23 von der Flüssigkeit getrennt und über die Austrittsleitung 24 abgeführt.

Eine beträchtliche Erhöhung des Nutzeffekts wird erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß die Flüssigkeitseintrittsöffnung 18 des Rotors 3 nahezu auf derselben Umfangsfläche des Rotors liegt wie die Austrittsöffnungen 19 der Düsen 8 und daß die Flüssigkeit tangential mit einer absoluten Eintrittsgeschwindigkeit, die nahezu der örtlichen Umfangsgeschwindigkeit des Rotors entspricht, eingeführt wird.

Fig.2 stellt schematisch eine Gasturbinenanlage dar. in der der vorstehend beschriebene Zentrifugalkompressoi mit Flüssigkeitsbändern Verwendung findet.

Auf einer Welle 25 sind eine Turbine 26, ein gewöhnlicher Kompressor 27 und eine Flüssigkeitspumpe 28 angebracht.

Durch den Kompressor 27 wird über die Zufuhrleitung 29 Gas. z. B. Außenluft, angesaugt und auf Überdruck gebracht. Das verdichtete Gas wird über die Abfuhrleitung 30 zum Kompressor mit Flüssigkeitsbändern 31 geführt. Die Flüssigkeitspumpe 28 führt Flüssigkeit über die Abfuhrleitung 32 zur Flüssigkeitsturbine 33. Von dort wird die Flüssigkeit über die Austrittsleitung 34 zum Kompressor mit Flüssigkeitsbändern 31 geführt. Das verdichtete Gas wird durch die gebildeten Flüssigkeitsbänder noch höher verdichtet, von der Flüssigkeit getrennt und durch die Abfuhrleitung 35 über den Wärmetauscher und die Brennkammer 37 zum Einlaß 38 der Gasturbine 26 geführt.

An die Brennkammer 37 ist eine Brennstoffzuführleitung 39 angeschlossen, in der eine Regelvorrichtung 40 angeordnet ist. Die Austrittsleitung der Gasturbine 26 führt das verbrauchte heiße Gas über den Wärmetauscher 36 ab. Die im Kompressor mit Flüssigkeitsbändern 31 vom verdichteten Gas abgetrennte Flüssigkeit wird im Flüssigkeitsbehälter gesammelt und durch die Abfuhrleitung 43 über

einen Kühler 44 zur Flüssigkeitspumpe 28 zurückge- Aus der Flüssigkeitskammer 55 wird über die mit

führt. Schaufeln versehene ringförmige Kammer 56 Flüs-

Der Kompressor mit Flüssigkeitsbändern ist ein sigkeit zur Flüssigkeitspumpe 50 geführt. Nach Erhöisothermischer Kompressor. Bei dieser Art Kompres- hung des Drucks wird die Flüssigkeit durch die Flüssoren muß alle Verdichtungsarbeit in Form von 5 sigkeitsturbine 57 und danach in die ringförmige Wärme abgeführt werden, was hier also in einem Flüssigkeitskammer 58 des Kompressors mit Flüssigoder mehreren Kühlern 44 stattfindet. Das verdien- keitsbändern 54 geführt; der ringförmige Austrittskatete erhitzte Gas gibt in der Gasturbine 26 Leistung nal 59 dieser Flüssigkeitskammer 58 ist entlang dem ab, die verwendet wird, um den Kompressor 27 und Innendurchmesser mit zur Drehrichtung des Rotors die Flüssigkeitspumpe 28 anzutreiben. Durch die io 53 tangential gerichteten Leitschaufeln 60 versehen. Flüssigkeitspumpe 28 wird die Flüssigkeit auf Druck Der Flüssigkeitsaustrittskanal 59 befindet sich gegengebracht und durch die Flüssigkeitsturbine 33 gelei- über der Eintrittsöffnung des ringförmigen Kanals tet. 61, der mit Schaufeln 62 versehen ist und dem die

In dieser Flüssigkeitsturbine 33 gibt die Flüssigkeit Flüssigkeit an die anschließenden Düsen 63 verteilt einen Teil der in der Flüssigkeitspumpe 28 zugeführ- 15 wird. Im Kompressorraum 64 werden die Flüssigten Leistung ab. Diese Turbinenleistung steht nun als keitsbänder gebildet und das vom Kompressor 49 geNutzleistung der Gasturbinenanlage zur Verfügung lieferte verdichtete Gas noch höher verdichtet, von und kann von der Flüssigkeitsturbinenwelle 45 abge- der Flüssigkeit getrennt und auf die bekannte Weise nommen werden. In der Flüssigkeitszufuhrleitung 34 über einen nicht gezeichneten Wärmetauscher und zum Kompressor mit Flüssigkeitsbändern 31 befindet 20 eine Brennkammer zum Einlaß der Gasturbine 48 sich eine Regelvorrichtung 46, die die Menge des geführt.
Flüssigkeitsstroms regelt. Zwischen dem ringförmigen Austrittskanal 59 und

Die Leistung der Gasturbinenanlage wird durch der Eintrittsöffnung des ringförmigen Kanals 61 ist

eine kombinierte Regelung der Brennstoffzufuhr zur die Regelvorrichtung 65 angebracht, die den Flüssig-

Brennkammer 37 über die Regelvorrichtung 40 und 25 keitsdurchlaß zur Eintrittsöffnung des ringförmigen

der Flüssigkeitszufuhr zum Rotor des Kompressors Kanals 61 regelt. Die Regelvorrichtung kann als ein

mit Flüssigkeitsbändern 31 über die Regelvorrich- rings um den Rotor angebrachtes zylinderförmiges

tung 46 geregelt. Ventil, z. B. als Drehschieberbuchse, ausgeführt wer-

Fi g. 3 stellt einen halben Querschnitt einer erfin- den, wie perspektivisch in F i g. 4 dargestellt ist.

dungsgemäßen Gasturbinenanlage dar, aus dem 30 Der Nutzeffekt der vorstehend beschriebenen

deutlich hervorgeht, wie kompakt diese ausgeführt Gasturbinenanlage kann noch weiter erhöht werden,

werden kann. wenn im geschlossenen Pumpenkreis eine Flüssigkeit

Auf einer Welle 47 sind ein Gasturbinenläufer 48, mit hohem Siedepunkt, z. B. öl, verwendet wird,
ein Kompressorläufer 49 (hier als Zentrifugalkom- Durch die Möglichkeit, die gesamte Gasturbinenpressor gezeichnet) und ein Rüssigkeitspumpenläufer 35 anlage sehr kompakt bauen zu können, sowie durch 50 angebracht. Vom Kompressor 49 wird das ver- den sehr hohen Nutzeffekt und das sehr schnelle dichtete Gas über den Umbiegekanal 51 zum Gasein- Reagieren auf Belastungsänderungen und auf Einlaß 52 des Rotors 53 des Zentrifugalkompressors mit griffe der Regelung ist die Gasturbinenanlage ins-Flüssigkeitsbändern 54 geführt. besondere für Traktionszwecke geeignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansnriirhe· Regelung der abgegebenen Leistung erfolgt dann

   ratentansprucne. _{durch die Regelung der} Flüssigkeitszufuhr zum Kom-

   1. Gasturbinenanlage mit mindestens einem pressor mit Flüssigkeitsbändern. Die Austrittstempevon der Gasturbine angetriebenen Kompressor, ratur der Gasturbine wird dabei auf bekannte Weise mindestens einem Wärmetauscher zur Übertra- 5 durch eine automatische Regelung der Brennstoffzugung der Wärme der Turbinenabgase auf das ver- fuhr zur Brennkammer konstant gehalten.

   dichtete Arbeitsmittel und mindestens einer Obgleich in der oben umschriebenen Gasturbinen-Brennkammer mit regelbarer Brennstoffzufuhr, anlage der Einfluß der thermischen Trägheit des dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Wärmetauschers auf das Regelverhalten der Anlage Welle (25 bzw. 47) mindestens je ein Läufer io vollständig aufgehoben wird, ist deren Druckverhälteiner Gasturbine (26 bzw. 48) eines Kompressors nis beschränkt und dadurch werden die Abmessun-(27 bzw. 49) und einer Flüssigkeitspumpe (28 gen für eine wirtschaftlich vernünftige Anwendung bzw. 30) angebracht ist, die hintereinander eine großer Leistungen zu groß.

   Nutzlast abgebende Flüssigkeitsturbine (33 bzw. " Zweck der Erfindung ist, den Nutzeffekt einer der-

   57) sowie mindestens einen Zentrifugaikompres- 15 artigen Gasturbinenanlage zu erhöhen und die vor

   sor mit Flüssigkeitsbändern (31 bzw. 54) antrei- allem durch den Wärmetauscher bedingte Trägheit

   bend beaufschlagt, der dem von der Gasturbine bei Belastungsänderungen und Regelungseingriffen