-
Wärmekraftanlage mit einem Kreislauf des Arbeitsmittels Die Erfindung
betrifft eine Wärmekraftanlage mit einem Kreislauf des Arbeitsmittels, in der letzteres,
nachdem es-durch äußere Wärmezufuhr erhitzt-worden ist, unter Leistungsabgabe an
mindestens einen Nutzleistungsempfänger in mindestens einer Turbine expandiert und
hierauf nach Kühlung in mindestens einem Turboverdichter wieder auf höheren Druck
gebracht wird.
-
Es gibt Anwendungsgebiete solcher Anlagen, -wo für besondere Zwecke
vorübergehend die Abgabe einer Nutzleistung gefordert wird, welche die normale Nutzleistung,
für die die Anlage ausgelegt ist, wesentlich übersteigt. Um dieser Forderung genügen
zu können, weist eine Wärmekraftanlage gemäß der Erfindung einen normalerweise nicht
arbeitenden Hilfsverdichter auf, der bei seiner Inbetriebsetzung entspanntes Arbeitsmittel
an einer Stelle hinter der Turbine ansaugt und unter höherem Druck wieder in die
Saugleitung des Kreislaufturboverdichters fördert, was den Gegendruck der Turbine
zu senken und zusammenhängend damit das in letzterer verarbeitete Wärmegefälle zu
vergrößern gestattet.
-
Bei einer solchen Wärmekraftanlage läßt sich vorübergehend eine die
normale Nutzleistung übersteigende Nutzleistung erzeugen, ohne da.ß der Druck im
Hochdruckteil der Anlage, d. h. zwischen der Austrittsstelle des Arbeitsmittels
aus dem Kreislaufverdichter und dessen Eintrittsstelle in die Turbine; prakisch
eine Änderung erfährt. Das
hängt damit zusammen, daß die vom Hilfsverdichter
am Austrittsende der Turbine verursachte Druckabsenkung das Druckgefälle, welches
in der Turbine bei praktisch sich gleichbleibendem Admissionsdruck verarbeitet wird,
derart erhöht, daß sich die angestrebte Steigerung der Nutzleistung erreichen läßt.
.
-
Der Umstand, daß sich eine die normale Nutzleistung übersteigende
Nutzleistung erzeugen läßt, ohne daß, der Druck an irgendeiner Stelle des normalen
Kreislaufes der Anlage erhöht zu werden braucht, ist wertvoll. Bei Anlagen der hier
in Frage kommenden Art besteht bekanntlich die Möglichkeit, eine Änderung der Nutzleistungsabgabe
durch Änderung des Druckniveaus im Kreislauf bei gleichbleibendem Verhältnis des
Admissionsdruckes zum Gegendruck der Turbine herbeizuführen. Die höchste derart
zu erreichende Leistungsabgabe ist aber mit Rücksicht auf die Beanspruchung der
einzelnen Teile des Kreislaufes, d. h. der Rohrleitungen, Wärmeaustauschapparate
und Gehäuse der Turbomaschinen, durch den Innendruck begrenzt. Der Erfindungsgegenstand
schafft nun die Möglichkeit, unter Umgehung . dieser einschränkenden Tatsache die
Anlage zu überlasten.
-
In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen von Anlagen
nach der Erfindung in vereinfachter Darstellungsweise veranschaulicht, und zwar
zeigt Fig. i eine Anlage mit nur einer Turbine und Fig. 2 eine Anlage, in Welcher
die Entspannung des Arbeitsmittels in zwei in Reihe geschalteten Turbinen erfolgt.
-
In Fig. i bezeichnet i den Turboverdichter, 2 einen Wärmeaustauscher,
3 den Erhitzer, ¢ die Turbine, 5 den Nutzleistungsempfänger und 6 den Vorkühler
einer Wärmekraftanlage, in. welcher beispielsweise Luft als Arbeitsmittel einen
Kreislauf beschreibt. Die Umlaufrichtung des Arbeitsmittels ist durch Pfeile angedeutet.
Die Turbine 4 treibt den Verdichter i und den Nutzleistungsempfänger 5 an. An einer
Stelle 7 kann Arbeitsmittel in den Kreislauf eingeführt bzw. aus demselben ausgelassen
werden. 8 bezeichnet einen ein- und ausschaltbaren Hilfsverdichter, der, wenn er
eingeschaltet ist, ebenfalls von der Turbine 4 angetrieben wird. Der Hilfsverdichter
8 ist auf der Saugseite durch eine Leitung g, in die ein einstellbares Absperrorgan
io eingebaut ist, an eine Stelle ii des Kreislaufes der Anlage angeschlossen, welche,
in der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels betrachtet, hinter der Turbine 4 und
vor dem Kreislaufturboverdichter i liegt. Die Druckseite des Hilfsverdichters 8
ist dagegen durch eine Leitung 12, in die ein Zwischenkühler 13 eingebaut ist, 4,n
eine Stelle 14 des Kreislaufes angeschlossen. Diese Stelle 14 liegt näher dem Verdichter
i als die erstgenannte Stelle i i, und zwischen diesen zwei Stellen i i und 14 ist
in den Arbeitsmittelkreislauf eineinstellbares Absperrorgan 1-5 eingebaut.
-
Solange die normale Nutzleistung zu erzeugen ist, befindet sich der
Hilfsverdichter 8 außer Betrieb, d. h. er ist ausgeschaltet, und das Absperrorgan
io ist geschlossen, während das Absperrorgan 15 geöffnet ist, so daß durch die Nebenleitung
9 den Hilfsverdichter 8 und die Nebenleitung 12 kein Arbeitsmittel strömt. Sobald
jedoch eine 2"Tutzleistung gefordert wird, welche die normale Nutzleistung übersteigt,
so wird der Hilfsverdichter 8 eingeschaltet; ferner wird das Absperrorgan io geöffnet
und das Absperrorgan 15 geschlossen. Das Arbeitsmittel strömt nun von der Stelle
i i durch die Nebenleitung g in den Hilfsverdichter 8,. der es auf einen höheren
Druck bringt und durch die Nebenleitung 12 an der Stelle 14 dem Kreislaufverdichter
i zufördert.
-
Der Hilfsverdichter 8 ist so ausgelegt, daß er einerseits am Austritt
aus der Turbine 4 eine Druckabsenkung herbeiführt, anderseits das durch denselben
strömende Arbeitsmittel praktisch auf den Druck bringt, der bei normaler Nutzleistungserzeugung
am Eintritt in den. Kreislaufverdichter i herrscht. Bei praktisch sich gleichbleibendem
Admissionsdruck der Turbine 4 wird daher das in dieser verarbeitete Druckgefälle,
d. h. also das Wärmegefälle, erhöht und damit die von der Turbine 4 erzeugte Leistung
vergrößert.
-
Würde bei ungeändertem Arbeitsmittelinhalt des Kreislaufes der Hilfsverdichter
8 zugeschaltet, so würde sich gleichzeitig mit der Erniedrigung des Gegendruckes
der Turbine 4 deren Admissionsdruck erhöhen, da der mittlere Druck im Kreislauf
praktisch sich gleichbleiben würde. Eine Erhöhung des Admissionsdruckes der Turbine
¢ über einen vorgeschriebenen Grenzwert hinaus kann aber durch entsprechenden Arbeitsmittelauslaß
aus dem Kreislauf, z. B. an der Stelle 7, verhindert werden. Damit wird eine mechanische
Überbeanspruchung des Hochdruckteils des Kreislaufes vermieden.
-
In Fig. 2 bezeichnet 16 einen Niederdruckv erdichter, 17 einen. diesem
nachgeschalteten Hochdruckverdichter, 18 einen Wärmeaustauscher, i9 einen ersten
Erhitzer, 2o eine Hochdruckturbine, 2i einen zweiten Erhitzer, 22 eine der Hochdruckturbine
2o nachgeschaltete Niederdruckturbine und 23 einen Vorkühler. Die in Reihe geschalteten,
als Turboverdichter ausgebildeten Verdichter 16 und 17 sind die normalen Kreislaufverdichter.
Die Hochdruckturbine 2o treibt den Hochdruckverdichter 17 an und die Nie;derdruckturbine
2,2 den Niederdruckverdichter 16 und einen z. B. als Generator ausgebildeten, Nutzleistungsempfänger
24. Die Umlaufsrichtung des Arbeitsmittels ist auch in Fig.2 durch Pfeile angedeutet.
Ferner bezeichnet 25 einen ein- und ausschaltbaren Hilfsverdichter, der im eingeschalteten
Zustand von der Niederdruckturbine 22 angetrieben wird. Die Eintrittsseite des Hilfsverdichters
25 ist durch eine Leitung 26 an eine Stelle 2@7 des Arbeitsmittelkreislaufes angeschlossen,
die sich hinter der Niederdruckturbin.e 22 und vo-r dem Niederdruckverdichter 16
befindet, und die Austrittsseite dieses Hilfsverdichters 25 ist durch eine Leitung
28, in die ein Zwischenkühler 2g eingebaut ist, an die Saugseite des N iederdruckverdichters
16 angeschlossen. Zwischen der Stelle 27
des Arbeitsmittelkreislaufes
und dem Ein.la,ß des Niederdruckverdichters 16 ist in den Kreislauf ein einstellbares
Absperrorgan 30 eingebaut; ein einstellbares Absperrorgan 3.2 ist auch in
die Leitung 26 eingebaut. Schließlich bezeichnet 33 eine Stelle, an der Arbeitsmittel
in den Kreislauf eingelführt b.zw. aus demselben ausgelassen werden kann.
-
Solange keine, größere als die normale Nutzleistung zu erzeugen ist,
bleibt der Hilfsverdichter 25 ausgeschaltet, ferner ist das Absperrorgan 32 geschlossen
und das Absperrorgan 30 geöffnet. Der Hilfsverdichter 25 fördert dann. kein
Arbeitsmittel. Sobald aber eine größere Nutzleistung als die normal zu erzeugende
verlangt wird, wird der Hilfsverdichter 25 eingeschaltet, ferner wird das Absperrorgan
32 geöffnet und das Absperrorgan 30 geschlossen. Es bewirkt dann der Hilfsverdichter
25, in entsprechender Weise wie der Hilfsverdichter 8 der ersten Ausführungsform,
eine Druckabsenkung am Austrittsende der Niederdruckturbine 22 und damit eine Vergrößerung
des in dieser verarbeiteten Druckgefälles, was die angestrebte Leistungsvergrößerung
zu erreichen gestattet.
-
Es können Mittel vorhanden sein, welche bei laufendem Hilfsverdichter
eine Erhöhung des Admissionsdruckes der Turbine über einen vorgeschriebenen Grenzwert
hinaus selbsttätig verhindern, indem sie z. B. eine Vorrichtung beeinflussen, welche
den Ausfluß von Arbeitsmittel aus dem Kreislauf beherrscht.
-
Anstatt den Hilfsverdichter von einer Turbine des Kreislaufes antreiben
zu lassen, kann für dessen Antrieb auch eine besondere Kraftquelle vor-,gesehen
sein.
-
Der Hilfsverdichter kann auch ständig mitlaufen, wobei aber in. der
Zeit, wo, er nicht arbeiten, d. h. nicht fördern soll, das Gehäuse saug- und druckseitig
abzusperren und zur Vermeidung von Ventilationsverlusten die Luft daraus zu evakuieren
ist.