Verfahren und Vorrichtung zur hydraulischen Regelung der Brennstoffzuführung zur Brennkanuner von Gasturbinenanlagen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur hydraulischen Regelung der Brennstoff- zuführung zur Brennkammer von Gasturbinenanlagen.
In der Brennkammer von Gasturbinenanlagen kön nen verschiedene Brennstoffe, sowohl flüssige als auch gasförmige verbrannt werden. Die Betriebsverhältnisse erfordern manchmal die Verbrennung von zwei oder mehr verschiedenen Brennstoffe in einer Brennkam- mer, und zwar entweder gleichzeitig oder in kontinuier licher Reihenfolge während des Betriebes. Die Brenn stoffe können verschiedener Art sein und oft ist es unmöglich, diese in die Brennkammer mit einem einzi gen Brennstoff- und Regelsystem zu bringen.
Man muss zwei oder mehr Brennstoffsysteme und dazugehö rige Regelorgane zur Steuerung der Brennstoffzufüh rung vorsehen.
Bei der Verwendung von zwei Brennstoffarten wird der Übergang von einem Brennstoff zum anderen bis her bei abgestelltem Aggregat durch Umschaltung der Brennstoffzuleitung durchgeführt.
Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, dass zwei flüssige Brennstoffe, z. B. Masut und leichtes Heizöl in die Brennkammer über das gleiche Regleror- gan zugeführt werden und die Wechsel durch Ingang- setzung der einen und Abstellen der anderen Brenn stoffpumpe durchgeführt wird. Es ist hierbei unmöb lich, dieses Verfahren für zwei Brennstoffarten, wie flüssigen und gasförmigen Brennstoff anzuwenden.
Ferner ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Ver brennung von flüssigem und gasförmigem Brennstoff bekannt, bei dem der flüssige Brennstoff die Schwan kungen in der Menge des gasförmigen Brennstoffes ausgleicht. Die Regelung wird zwar vom Öldruck abge leitet, aber die Vorrichtung erfüllt die Regelbedingun gen nur für den Betrieb mit einem Verdichter, d. h. für das Windblasen in einen Hochofen. Die Vorrichtung soll den Gasmangel mit dem flüssigen Brennstoff er gänzen und ist nicht für die Sicherung der Umschal tung von zwei Brennstoffarten bestimmt.
Es ist auch Ein Doppelbrennstoffsystem für zwei flüssige Brennstoffe, nämlich schweres Heizöl und leichte flüssige Brennstoffe, bekannt, bei dem beide Brennersysteme voneinander unabhängig sind und die Brennstoffe vor dem Eintritt in die Hauptbrennstoff pumpe durch ein Umschaltorgan fliessen, so dass bei dieser Anlage nur immer mit einem Brennstoff gefah ren werden kann. Selbst eine Verbrennung beider Stoffe gleichzeitig mit einem bestimmten Mischungs verhältnis ist unmöglich.
Schliesslich wurde bereits eine Gasturbinenanlage vorgeschlagen, bei der mittels eines an ein primäres Druckölsystem angeschlossenen Druckumformers soviel sekundäre Druckölkreise gesteuert werden als Brennstoffe vorhanden sind, und die Regelorgane, wel che die Zufuhr der einzelnen Brennstoffe regeln, je von einem dieser sekundären Druckölkreise gesteuert wer den.
Diese Anlage hat jedoch den Nachteil, dass die Öldrücke, die die einzelnen Organe in der Brennstoff zuführung steuern, vom Wert des primären Druckes abhängig sind, der sich aus der Summe der Einzel drücke zusammensetzt.
Die Erfindung geht von einer Anlage mit den letzt genannten Merkmalen aus und das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Drucköl in jedem sekundären Druckölkreis über den Druckumformer geführt wird, in welchem Druckumformer es auf den erforderlichen Wert gebracht wird.
Auf diese Weise sind die Öldrucke für die Zufuhr regelung der Brennstoffe vom Primärdruck unabhän gig. In jedem Zweig kann nun ein beliebiger Druck gebildet werden.
Im weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur hydraulischen Regelung der Brennstoffzuführung zur Brennkammer von Gasturbinenanlagen, welche sich dadurch auszeichnet, dass ein Druckumformer vorgese hen ist, der aus mehreren Einheiten besteht, von denen jede durch eine Hülse gebildet ist, in der ein vom pri mären Drucköl beaufschlagter, federbelasteter Steuer kolben geführt ist, der mechanisch mit .einem Schieber. gekuppelt ist,
welch letzterer mit einem mit einer Feder belasteten Kolben für das Drucköl im sekundären Druckölkreis zusammenwirkt, auf dessen hohlen Schaft der Schieber aufgesteckt ist, dessen Regelkante den Druck -des Öls im sekundären Druckölkreis steuert.
Die Kennlinien der Regelorgane sind linear. Beim Betrieb mit einem Generator für die Erzeugung der elektrischen Energie ist der Regelvorgang vom Netzzu stand abhängig, so dass ein solches Regelorgan nicht verwendbar ist. Die Regelorgane werden also von einem Regelsystem der Gasturbine gesteuert. Dieses System steuert den Betrieb der Gasturbine entweder nach Drehzahl, nach Temperatur der Verbrennungs produkte vor der Turbine, nach Wirkleistung, nach Netzfrequenz usw.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht einen kontinuierlichen Wechsel von einem Brennstoff auf einen anderen bei beliebiger Drehzahl und Belastung und ebenfalls einen gleichzeitigen Be trieb mit beiden Brennstoffen in beliebigem Verhältnis.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin- dung, und zwar bezüglich einem Doppelbrennstoffsy- stem für flüssigen und gasförmigen Brennstoff anhand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 Gesamtschema der Vorrichtung, Fig. 2 einen Schaltdruckumformer, Fig. 3 das elektrische Schaltschema, Fig. 4 das Diagramm des Schaltvorganges und Fig. 5 das Diagramm des Druckverlaufes des sekun dären Drucköls.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht, besteht die Gasturbi- nenanlage aus einem Verdichter 1, einer Turbine 2, einem Generator 3, einem Anfahrelektromotor 4 und einer Brennkammer 5. In. der Brennkammer 5 werden entweder einzeln flüssiger bzw. gasförmiger Brennstoff oder beide Brennstoffe gemeinsam in verschiedenen Verhältnissen verbrannt. Der gasförmige Brennstoff wird von einem Regelorgan 6 und der flüssige Brenn stoff von einem Regelorgan 7 geregelt.
Das Regelsy stem der Gasturbinenanlage ist hydraulisch und arbei tet mit Drucköl.
Eine Zahnradpumpe 8 saugt das<B>Öl</B> vom Behälter 9 an und liefert das Drucköl in das ganze System. Das Regelöl ist durch eine Blende 10 vom Schmieröl, durch eine Blende 11 vom primären Drucköl im Zweig I, durch eine Blende 12 vom sekundären Drucköl im Zweig 1I und durch eine Blende 13 vom sekundären Drucköl im Zweig III abgetrennt. Der Druck des pri mären Öls im Zweig I wird vom Fliehkraftregler 14, vom Anfahrventil 15, vom Temperaturregler 16 der Verbrennungsprodukte vor der Turbine oder von irgendeinem weiteren Regler gesteuert.
Im Zweig I des primären Drucköls ist ein Druck umformer 17 eingeschaltet, der das sekundäre Drucköl in den Zweigen 1I und III auf den erforderlichen Wert bringt, mit dem die Regelorgane 6 und 7 gesteuert werden. Die Kennlinien der Regelorgane sind linear.
Im Zweig II des sekundären Drucköls ist der Druckschalter 18 und im Zweig III der Druckschalter 19 angeordnet. Der Druckschalter 18 steuert den Elek tromotor 20 des Schaltdruckumformers 17 und der Druckschalter 19 steuert den Elektromotor 21.
Wie in Fig. 2 veranschaulicht, bilden den Druck umformer zwei selbständige Einheiten. Jede von diesen Einheiten setzt sich aus einer Hülse 22 zusammen, die mit Hilfe einer Schraube 23 bewegt wird, die von. einem als Mutter wirkenden Schneckenrad 24 vom Elektromotor 21 bzw. 20 angetrieben wird. In der Hülse 22 ist eine Feder 26 und ein Steuerkolben 27 angeordnet, der mechanisch mit einem Schieber 28 gekoppelt ist.
Der Schieber 28 steuert die Grösse der Öffnung 29 und somit den Druck des sekundären Öls in den Zweigen II oder HI unter Einwirkung des Kol bens 30, der von der anderen Seite her durch die Kraft der Feder 31 belastet ist. Der Steuerkolben 27 wird durch den Druck des primären Öls im Zweig I ge steuert.
Das elektrische Schaltschema ist in Fig.3 veran schaulicht. Der Druckschalter 18 steuert den Elektro motor 20, welcher ein Kummutatormotor sein kann, nur im Sinne der Druckverminderung des sekundären Drucköls im Zweig 11I. Der Druckschalter 19 steuert den Elektromotor 21 nur im Sinne der Druckvermin derung des sekundären Drucköls im Zweig II. Mit dem Schalter 32 wird der Gang der Elektromotoren 20 und 21 gesteuert. Die Endschalter 33 schalten die Elektro motoren 20 und 21 beim Erreichen der eingestellten Endlage ab.
Befindet sich der genannte Schalter 32 in der Stellung 1 , wird die Wicklung des Elektromotors 21 über den gekoppelten Endschalter 33 erregt, wel cher Motor sich zwecks Erhöhung des Öldruckes im Zweig 1I dreht. Wenn der Öldruck im Zweig 1I den durch den Druckschalter 18 eingestellten Wert erreicht, so schalten seine Kontakte den Stromkreis des Elektro motors 20 über den gekoppelten Endschalter 33 ein. Der Elektromotor 20 dreht sich entgegengesetzt dem Elektromotor 21, so lange, bis er die Endlage erreicht, in der der Endschalter 33 diesen Elektromotor abstellt. Der Elektromotor 21 wird durch den Endschalter 33 beim Erreichen seiner Endlage abgestellt.
In der Lage 0 des Schalters 32 ist der Strom zu beiden Elektromotoren 20 und 21 unterbrochen. In der Stellung 2 des Schalters ist der elektrische Kreis der Elektromotoren 20 und 21 bezüglich der Stellung <B> l </B> entgegengesetzt gepolt. Der Strom gelangt über den gekoppelten Schalter 33 zum Elektromotor 20, der sich zwecks Erhöhung des Öldruckes im Zweig III dreht. Wenn der Öldruck im Zweig III den durch den Druckschalter 19 eingestellten Wert erreicht, so schal ten seine Kontakte den Stromkreis des Elektromotors 21 über den gekoppelten Endschalter 33 ein.
Der Elektromotor 21 dreht sich im entgegengesetz ten Sinne des Elektromotors 20 so lange, bis er seine Endlage erreicht, in der der Endschalter 33 den Elek tromotor 21 abstellt. Der Elektromotor 20 wird durch den Endschalter 33 beim Erreichen seiner Endlage abgestellt.
Der Schaltervorgang verläuft wie folgt: Wird die Gasturbine mit flüssigem Brennstoff betrie ben, so befindet sich der Schalter 32 in der Lage 1. Soll man auf den Betrieb mit gasförmigem Brennstoff übergehen, so wird der Schalter 32 über die Lage 0 in die Lage 2 verstellt. Somit wird der Strom zur Wick lung des Elektromotors 20 geleitet, der mit Hilfe des als Mutter wirkenden Schneckenrades 24 und der Schraube 23 die Hülse 22 in der Richtung nach oben so lange verstellt, bis der Druck des sekundären Drucköls im Zweig III den Wert erreicht, bei welchem der Druckschalter 19 eingeschaltet und der Strom in die Wicklung des Elektromotors 21 geleitet wird.
Die ser Elektromotor 21 beginnt mit Hilfe des als Mutter wirkenden Schneckenrades' 24 und der Schraube 23 die Hülse 22 in der Richtung nach unten zu verstellen. Der Druck des sekundären Drucköls im Zweig 1I sinkt, während der Druck des sekundären Öls im Zweig IR steigt.
Die Druckverminderung des sekundären Öls irn Zweig II entspricht der Mengenverminderung des flüs sigen Brennstoffes für die Brennkammer, die Drucker höhung des sekundären Öls im Zweig III entspricht der Mengenvergrösserung des gasförmigen Brennstoffes für die Brennkammer.
Der Vorgang verläuft so lange, bis der Druck des sekundären Öls im Zweig 1I gleich Null ist, d. h. das Regelorgan des flüssigen Brennstof fes ist geschlossen, der Elektromotor 21 ist durch den Endschalter 33 abgeschaltet, der Druck des sekundären Öls im Zweig III hat den ursprünglichen Wert des sekundären Öls im Zweig 1I erreicht, der Elektromotor 20 ist durch den Endschalter 33 abgeschaltet. Auf diese Weise ist der Brennstoffwechsel in der Brennkammer durchgeführt.
Wenn die Gasturbine mit beiden Brennstoffen gleichzeitig betrieben werden soll, wird der Schaltvor gang durch Rückstellung des Schalters 32 in die Stel lung 0 im Augenblick des gewünschten gegenseitigen Verhältnisses der beiden Brennstoffe unterbrochen. Durch die Rückstellung des Schalters 32 in die Lage 0 wird der Strom zur Wicklung beider Elektromoto ren 20 und 21 unterbrochen, die stehen bleiben, wodurch auch die Bewegung der Hülsen 22 gestoppt wird. Das primäre Drucköl im Zweig I wirkt auf die Steuerkolben 27 in beiden Einheiten, deren Hülsen 22 dem gewünschten gegenseitigen Verhältnisse beider Brennstoffe entsprechend eingestellt sind.
Der Schaltvorgang ist in Fig. 4 veranschaulicht, wo die Druckveränderung des sekundären Drucköls in Zweigen 1I, III in Abhängigkeit von Hub H der Hülse 22 des Druckumformers 17 aufgezeichnet ist. H, ist der Gesamthub der Hülse 22.
In Fig.5 ist der Druckverlauf des sekundären Drucköls in den Zweigen II und III in Abhängigkeit der Zeit, in der die Schaltung verläuft, aufgezeichnet.
Gemäss Fig.4 und 5 sind die Abhängigkeit für zwei verschi--dene Anfangsdrücke des Drucköls in den Zweigen 1I und III aufgezeichnet. Der Druck pHei ist jener, bei dem die Druckschalter 18 und 19 die Strom- zuleitung zu den Elektromotoren 20 und 21 einschal ten.