CH315996A - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung einer Gasturbenanlage - Google Patents

Description

  verfahren und Einrichtung zur Steuerung einer     Gasturbinenanlage       Die vorliegende Erfindung betrifft ein  Verfahren zur Steuerung einer Gasturbinen  anlage sowie eine Einrichtung zur Durchfüh  rung des genannten Verfahrens.  



  Die Erfindung bezieht sich speziell auf eine       Verbund-Gasturbinenanlage,    die unabhängig  voneinander rotierende Hochdruck- und Nie  derdruek-Kompressor-Turbinengruppen auf  weist, wobei der     Niederdruckkompressor    zur       Beaufschlagung    des     Hochdruckkompressors     bestimmt ist, während die den Hochdruckkom  pressor antreibende     Hochdruekturbine    ihre  Abgase an die     Niederdruckturbine    abgibt, die  ihrerseits den     Niederdruckkompressor    antreibt,  und wobei die Anlage ausserdem Mittel zur Ab  gabe einer Wellenleistung aufweist.  



  Der Hauptzweck der vorliegenden Erfin  dung besteht in der Schaffung eines Verfah  rens und einer Einrichtung zu deren Durch  führung, mittels welchen der Brennstoffver  brauch einer     Gasturbinenanlage    der genann  ten Art bei Teillast gegenüber bekannten An  lagen herabgesetzt werden kann.

   Nach dem  erfindungsgemässen Verfahren zur Steuerung  einer     Verbund-Gasturbinenanlage    der genann  ten Bauart, wird bei     Teillastbetrieb    der Anlage  das Arbeitsfluidum der Kompressoren unter  Umgehung des N     iederdruekkompressors    direkt  dem     IIoehdruekkompressor    zugeführt, wäh  rend die Abgase der     Hochdruckturbine    am  Eintreten in die     Niederdrlckturbine    gehindert.  werden.

      Die ebenfalls Erfindungsgegenstand bil  dende Einrichtung zur Durchführung des  vorgenannten Verfahrens zur Steuerung einer       Verbund-Gastürbinenanlage    besitzt erste     Um-          leitmittel,    mittels welchen der Niederdruck  kompressor aus dem Strömungsweg des Ar  beitsfluidums der Kompressoren ausgeschal  tet werden kann, um dieses     Arbeitsfluidum     direkt dem Hochdruckkompressor zuzuführen,  sowie zweite     Umleitmittel    um die Abgase der  Hochdruckturbine am Eintreten in die Nieder  druckturbine zu hindern.  



  Die vorliegende Erfindung eignet sieh be  sonders zur Anwendung bei Gasturbinen  anlagen mit offenem Strömungsweg, in wel  chen durch den     Niederdruckkompressor    aus  der Atmosphäre angesaugte Luft in beiden  Kompressoren komprimiert und in einer  Brennkammer erhitzt wird, deren Abgase zu  erst der Hochdruckturbine und anschliessend  der     Niederdruckturbine    zugeführt werden;  zwischen Hochdruckturbine und Niederdruck  turbine kann eine Turbine zur Erzeugung  von Wellenleistung geschaltet sein.

   Bei der  Anwendung der Erfindung auf eine     Gas-          turbinenanla.ge    der genannten Art besitzt die  Einrichtung zweckmässig eine erste Steuer  klappe, welche ein direktes Ansaugen von  Luft aus der Atmosphäre durch den Hoch  druckkompressor ermöglicht, während eine  andere Steuerklappe stromabwärts der Hoch  druckturbine oder stromabwärts der Turbine      zur Erzeugung von     Wellenleistung    (sofern  die letztgenannte Turbine zwischen der Hoch  druckturbine und der     Niederdruckturbine    an  geordnet ist) angeordnet sein kann, uni die  Abgase der Hochdruckturbine am Eintreten in  die     Niederdruckturbine    zu hindern;

   diese Ab  gase werden dann zweckmässig direkt oder  über einen in der Anlage vorgesehenen     Wärine-          austauselier    in die Atmosphäre     ausgestossen.     



  Die erfindungsgemässe     Einrichtung    ist bei  spielsweise in der beiliegenden     Zeiehnung    dar  gestellt; an Hand dieser Zeichnung soll gleich  zeitig auch das ebenfalls     Erfindungsgegen-          stand    bildende Verfahren beispielsweise näher  erläutert werden. Es zeigt:       Fig.1    schematisch eine     Verbund-Gastur-          binenanlage    und       Fig.    2 eine Einrichtung gemäss der Erfin  dung zur Steuerung der Anlage gemäss     Fig.    1.

    Die in     Fig.    1 gezeigte     Verbund-Gasturbi-          nenanlage    besitzt einen     Niederdruckkompres-          sor    10, der durch eine     Niederdi¯iickturbine    11  angetrieben wird, während ein Hochdruck  kompressor 12 der Anlage durch eine Hoch  druckturbine 13 angetrieben wird. Die Kom  pressoren und Turbinen können     Axia.lströ-          mungsmaschinen    sein, und die beiden Tur  binen können ein- oder mehrstufig sein.

   Zu  sätzlich zu den genannten     Hochdruek-    und       Niederdruckturbinen    ist eine Turbine 14 vor  gesehen, die zur Abgabe von Wellenleistung,  im vorliegenden Fall an eine schematisch dar  gestellte Schiffsschraube 15 bestimmt ist. Der       Niederdruckkompressor    10 saugt durch eine       Einlassleitung    16 aus der Atmosphäre Luft an  und gibt anderseits durch eine Förderleitung  17 komprimierte Luft an einen Zwischen  kühler 18 ab. Der Zwischenkühler 18 besitzt  ein Zellensystem mit Wasserzirkulation; sein  Einlass ist. mit 18' und sein     Auslass    mit 18"  bezeichnet..

   Aus dem Zwischenkühler 18 ge  langt die     vorkomprimierte    Luft durch eine  Leitung     17a    in den     Hoehdruckkompressor    12.  



  Der Hochdruckkompressor 12 fördert       Druekluft    durch eine Leitung 19 und einen       Wärmeaustauseher    21 in eine     Brennkammer     20, welcher durch ein     Brennstoffzufuhrrohr     20a Brennstoff zugeführt wird. Der Heissgas-    leite des     Wärineaustauschers    21 werden, wie  dies im folgenden näher beschrieben ist, Tur  binenabgase zugeführt. Die Brennkammer 20  ist zweckmässig so ausgebildet, dass in ihr  flüssiger, zerstäubter Brennstoff     verbrannt     werden kann; sie ist derart in der Gasturbinen  anlage angeordnet, dass die Verbrennungspro  dukte aus dieser     Brennkammer    in die Hoch  druckturbine 13 gelangen.

   Die Abgase der  Hochdruckturbine 13 strömen durch eine Lei  tung 22 in die Turbine 14 zur Erzeugung von       Wellenleistung,    aus welcher Turbine die Ab  gase durch eine Leitung 23 in die     Niederdruck-          turbine    11 gelangen. Die Abgase der     Nieder-          druekturbine    11 gelangen durch eine Leitung  <U>24</U> zur     Heissgasseite    25 des     Wärmeaustau-          schers    21 und werden aus dem letzteren durch  eine Abgasleitung 26 in die Atmosphäre aus  gestossen.  



  Die Leistung der     Gasturbinenanlage    wird  normalerweise     durch    Einstellen der Brenn  stoffzufuhr zur Brennkammer 20 gesteuert.  



  Das System der vorangehend beschriebenen       Gasturbinenanlage    ist bekannt; im folgenden  sollen ein Verfahren und eine Einrichtung zur  Steuerung dieser Anlage beschrieben werden,  welche bei     Teillastbetrieb    der Anlage einen  besonders niederen spezifischen Brennstoffver  brauch ermöglichen.  



  Die in     Fig.    2 gezeigte Einrichtung zur  Steuerung der     Gasturbinenanlage    besitzt eine  in einer     LTmführungsleitung    28 angeordnete  Steuerklappe     \?7.    Durch die Leitung 28 kann  der     Hoelidruekkompressor    Luft direkt aus der  Atmosphäre ansaugen. Die Leitung 28 über  brückt somit den     Niederdruckkompressor    10  und den Zwischenkühler 18.

   Die Steuerklappe  27 kann in eine     Offenlage    und in eine Schliess  lage eingestellt werden; in der     Offenlage    der  Steuerklappe 27 ist. der N     iederdruckkompres-          sor    aus     dein    Strömungsweg der zum Hoch  druckkompressor gelangenden Luft ausge  schaltet. In der Leitung     17a    ist ferner eine  weitere Steuerklappe 29 angeordnet. Mittels  dieser Steuerklappe 29 kann die     Verbindung     zwischen dem     Zwisehenkühler    18 und dem  Hochdruckkompressor unterbrochen werden;  die Leitung 28 ist dabei stromabwärts der      Klappe 29 an die Leitung 17a angeschlossen.

    Wie     Fig.    2 zeigt, werden die Steuerklappen 27,  29 beim gezeichneten Beispiel gleichzeitig be  tätigt; wenn die Klappe 28 geschlossen wird,  wird die Klappe     \?7    geöffnet. und umgekehrt;  dies wird durch die Verbindung der Betäti  gungsarme 27a,     29a.    der Klappen mittels eines  Lenkers 32 erreicht.    In einer die Leitung 23 mit der Leitung 24  verbindenden     Umführungsleitung    31 ist eben  falls eine Steuerklappe 30 vorgesehen. Die  Klappe 30 ist offen, wenn die Klappe 27 ge  öffnet ist, so dass sie eine freie     Verbindung          zwischen    den Leitungen 23 und 24 schafft.  Zweckmässig sind die Steuermechanismen der  beiden Klappen 27 und 30 miteinander verbun  den.

   Beim gezeichneten Beispiel ist. zu diesem  Zweck ein Lenker<B>33</B> zwischen dem Betätigungs  arm 30a der Klappe 30 und dem Betätigungsarm  29a der Klappe 29 vorgesehen, und der Arm  <I>29a</I> ist mit dem Betätigungsarm 27a der       Klappe    27 verbunden.    Versuche haben gezeigt, dass mit dem be  schriebenen Verfahren der spezifische Brenn  stoffverbrauch         Brennstoffgewieht   <U>pro</U>     Stunde     Wellenleistung in PS    einer Anlage gegenüber einer in üblicher  Weise gesteuerten Anlage bei Teillast. herab  gesetzt werden kann. So kann es vorkommen,  dass eine     Verbund-Gasturbinenanlage,    die z. B.

         für    eine Maximalleistung von 10000 PS ge  baut ist, während eines grösseren Teils ihrer  Betriebszeit nur eine Leistung von 1000 PS  abgeben muss. Bei einer solchen Anlage ist  es besonders wichtig, dass der Brennstoffver  brauch bei Teillast niedrig ausfällt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Steuerung einer Verbund Gasturbinenanla.ge, die unabhängig vonein ander rotierende Niederdruck- und Hoch druck-Kompressor-Turbinengruppen aufweist, wobei der Niederdruckkompressor zur Beauf- schlagung des Hochdruckkompressors be stimmt ist, während die den Hochdruckkom- pressor antreibende Hochdruckturbine ihre Abgase an die Niederdruckturbine abgibt, die ihrerseits den'Niederdruckkompressor antreibt, und wobei die Anlage ausserdem Mittel zur Abgabe einer Wellenleistung aufweist, da durch gekennzeichnet,

   dass bei Teillast der Anlage das Arbeitsfluidum der Kompressoren unter Umgehung des Niederdruckkompressors direkt dem Hochdruckkompressor zugeführt wird, während die Abgase der Hochdruck turbine am Eintreten in die Niederdruck turbine gehindert werden. UNTERANSPRUCH 1. Verfahren nach Patentanspruch I, zur Steuerung einer Verbund-Gasturbinenanlage mit offenem Strömungsweg, dadurch gekenn zeichnet, dass unter Umgehung des Nieder- druckkompressors dem Hochdruckkompressor Luft direkt aus der Atmosphäre zugeführt wird.

   PATENTANSPRUCHII Einrichtung zur Durchführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, gekennzeich net durch erste Umleitmittel, mittels welchen der Niederdruckkompressor aus dem Strö mungsweg des Arbeitsfluidums der Kompres soren ausgeschaltet werden kann, um dieses Arbeitsfluidum direkt dem Hochdruckkom pressor zuzuführen, sowie zweite Umleitmittel, um die Abgase der Hochdruckturbine am Eintreten in die Niederdruckturbine zu hin dern. UNTERANSPRÜCHE 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, wobei die Gasturbinenanlage eine solche mit offenem Strömungsweg ist, gekennzeichnet durch eine erste Steuerklappe (27), die in einer ersten Einstellage dem Hoehdruckkom- pressor das Ansaugen von Luft direkt aus der Atmosphäre ermöglicht, und eine weitere Steuerklappe (30) stromabwärts der Hoch druckturbine, um in der einen Einstellage die ser Klappe die Abgase der Hochdruckturbine unter Umgehung der Niederdruckturbine ins Freie zu führen. 3.

   Einrichtung nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass anschliessend an die genannte weitere Steuerklappe (30) im Strö mungsweg der Abgase der Hochdruckturbine ein Wärmeaustauseher (21) vorgesehen ist. 4. Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Steuerklappe zur überbrückung des Nieder- druekkompressors eine zweite Klappe (29) zu geordnet ist., um den Strömungsweg durch den Niederdruckkompressor abzuschliessen, wenn die erste Steuerklappe wirksam ist. 5.

   Einrichtung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Steuerklappe gleichzeitig so betätigbar sind, dass, wenn die eine Steuerklappe offen ist, die andere Steuerklappe geschlossen ist. 6. Einrichtung nach Unteransprueh 4, da durch gekennzeichnet, dass die genannte wei tere Steuerklappe (30) zur überbrüekung der Niederdruckturbine gleichzeitig mit den beiden Steuerklappen (27, 29) zur L'berbrückung des Niederdruckkompressors und im gleichen Sinne wie diese betätigbar ist.