CH708576A2 - Verfahren zur Kühlung einer Gasturbine. - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Kühlung (30) einer Gasturbine ist geschaffen. Zu dem Verfahren gehört der Schritt (70) des Trennens einer Last von der Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt (72): Betreiben der Gasturbine mit einer Nenndrehzahl der Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet zudem den Schritt (78): Modulieren eines Winkels wenigstens einer Stufe von Einlassleitschaufeln, die in der Nähe eines Einlasses eines Verdichterabschnitts der Gasturbine angeordnet sind, wobei das Modulieren des Winkels eine Strömungsrate eines Einlassstroms modifiziert, um eine Abkühlzeit der Gasturbine zu reduzieren.

Description

Beschreibung

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG

[0001 ] Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Gasturbinen und spezieller ein Verfahren zur Kühlung einer Gasturbine.

[0002] Die Wirtschaftlichkeit des Betriebs von Gasturbinen setzt voraus, dass Gasturbinen verfügbar sind, die ein Maximum an möglicher Leistung erzeugen. Allerdings ist bekannt, dass über die Lebensdauer der Einrichtung hinweg planmässige und ausserplanmässige Ausfallzeiten für Wartung und Reparatur einer Gasturbine hinzunehmen sind. Es ist von Vorteil, wenn es möglich ist, die Gasturbine rasch herunterzufahren, die Bedingungen zu schaffen, die für die Wartung erforderlich sind, und anschliessend den Betrieb nach Abschluss der Wartung sofort wieder aufzunehmen.

[0003] Ein Abschnitt des oben erläuterten Verfahrens betrifft speziell ein Abkühlverfahren für die Gasturbine, das als Abkühlzyklus bezeichnet ist. Der Abkühlzyklus ist dem Betrieb der Gasturbine während eines Übergangs von einem maximalen Betrieb bei voller Drehzahl und voller Last (FSFL) zu einem vollständigen oder vorübergehenden Stillstand zugeordnet. Anwender der Gasturbine wünschen, dass dieser Vorgang so rasch wie möglich erfolgt, um die Gesamtausfallzeit, ob für eine zeitlich geplante Wartung oder für unerwartete Ausfälle, zu reduzieren. Ein Gesichtspunkt in Zusammenhang mit dem Abkühlzyklus betrifft Beeinträchtigungen der Lebensdauer von Komponenten. Insbesondere beeinflusst die Geschwindigkeit des Abkühlvorgangs die Spannungen, denen vielfältige Komponenten der Gasturbine unterworfen sind, und eine solche thermische Wechselbeanspruchung verkürzt die Lebensdauer von Komponenten unmittelbar. Gewöhnlich ist dem Benutzer auf der Grundlage einer vorsichtigen Bestimmung vertretbarer Spannungen, denen Bauteile ausgesetzt werden, nur eine einzige Zeitspanne bereitgestellt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0004] Gemäss einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Kühlung einer Gasturbine geschaffen. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Trennen einer Last von der Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt: Betreiben der Gasturbine mit einer Nenndrehzahl der Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet zudem den Schritt: Modulieren eines Winkels wenigstens einer Stufe von Einlassleitschaufeln, die in der Nähe eines Einlasses eines Verdichterabschnitts der Gasturbine angeordnet sind, wobei das Modulieren des Winkels eine Strömungsrate eines Einlassstroms modifiziert, um die Abkühlzeit der Gasturbine zu reduzieren.

[0005] Das Verfahren kann beinhalten, dass das Modulieren des Winkels der wenigstens einen Stufe von Einlassleitschaufeln ein Steigern der Strömungsrate des Einlassstroms beinhaltet.

[0006] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem den Schritt beinhalten: Injizieren von Wasser in mindestens einen Bereich der Gasturbine.

[0007] Jedes oben erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass der Bereich der Gasturbine wenigstens einen Verdichterabschnitt, einen Turbinenabschnitt und einen Verbrennungsabschnitt umfasst.

[0008] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem den Schritt beinhalten: Verringern einer Rotordrehzahl der Gasturbine auf eine erste vorbestimmte Abkühldrehzahl im Bereich von etwa 0, 1 % bis ungefähr 10% einer vollen Drehzahl der Gasturbine.

[0009] Weiter kann jedes der oben erwähnten Verfahren den Schritt beinhalten: Verringern einer Rotordrehzahl der Gasturbine auf eine erste vorbestimmte Abkühldrehzahl, die etwa H einer Umdrehung des Rotors pro 1 bis 5 Minuten aufweist.

[0010] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann ausserdem den Schritt beinhalten: wahlweises Halten der Rotordrehzahl bei der ersten vorbestimmten Abkühldrehzahl für eine von mehreren Zeitspannen.

[0011 ] Jedes oben erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass ein Benutzer die Auswahl aus den mehreren Zeitspannen auf der Grundlage eines Wartungsfaktoreinflusses trifft, der jeweils den mehreren Zeitspannen entspricht.

[0012] Jedes oben erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass die mehreren Zeitspannen eine erste Zeitspanne und eine zweite Zeitspanne beinhalten, wobei die zweite Zeitspanne grösser ist als die erste Zeitspanne.

[0013] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem den Schritt beinhalten: Erhöhen der Rotordrehzahl auf eine zweite vorbestimmte Abkühldrehzahl im Bereich von etwa 10% bis ungefähr 40% der vollen Drehzahl der Gasturbine; und Halten der Rotordrehzahl bei der zweiten vorbestimmten Abkühldrehzahl für eine zweite Drehzahlzeitspanne.

[0014] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem den Schritt beinhalten: Erfassen von Umgebungsbedingungen einer Umgebung der Gasturbine; und Ermitteln mindestens der zweiten Drehzahlzeitspanne und/oder der mehreren Zeitspannen auf der Grundlage der Umgebungsbedingungen.

[0015] Jedes oben erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass die erste vorbestimmte Abkühldrehzahl eine Schrittdrehzahl beinhaltet, und die zweite vorbestimmte Abkühldrehzahl eine Anlassdrehzahl beinhaltet.

[0016] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem den Schritt beinhalten: Erfassen von Umgebungsbedingungen einer Umgebung der Gasturbine; Verringern einer Rotordrehzahl der Gasturbine auf eine erste Rotordrehzahl der Gasturbine; Erhöhen der Rotordrehzahl der Gasturbine auf eine zweite Rotordrehzahl, die einer Kurbelwellendrehzahl der

2 Gasturbine entspricht; und Halten der Rotordrehzahl bei der ersten Rotordrehzahl für eine erste Zeitspanne und bei der Kurbelwellendrehzahl für eine zweite Zeitspanne, wobei die erste Zeitspanne und die zweite Zeitspanne durch die Umgebungsbedingungen bestimmt sind.

[0017] Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Kühlung einer Gasturbine geschaffen. Zu dem Verfahren gehört der Schritt: Betreiben der Gasturbine mit einer Nenndrehzahl der Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt: Verringern einer Rotordrehzahl der Gasturbine auf eine erste vorbestimmte Abkühlrotordrehzahl. Das Verfahren beinhaltet zudem den Schritt: Erhöhen der Rotordrehzahl von der ersten vorbestimmten Abkühlrotordrehzahl auf eine zweite vorbestimmte Abkühlrotordrehzahl. Weiter beinhaltet das Verfahren den Schritt: Modulieren eines Winkels wenigstens einer Stufe von Einlassleitschaufeln, um eine Strömungsrate eines Einlassstroms zu ändern. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt: Injizieren von Wasser in einen Bereich der Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet ausserdem den Schritt: Halten der Rotordrehzahl bei der zweiten vorbestimmten Abkühlrotordrehzahl für eine Zeitspanne, die durch Umgebungsbedingungen bestimmt ist.

[0018] Das Modulieren des Winkel der wenigstens einen Stufe von Einlassleitschaufeln kann ein Steigern der Strömungsrate des Einlassstroms beinhalten.

[0019] Jedes oben erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass der Bereich der Gasturbine einen Verdichterabschnitt enthält.

[0020] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem den Schritt beinhalten: wahlweises Halten der Rotordrehzahl bei der ersten vorbestimmten Abkühlrotordrehzahl für eine von mehreren Zeitspannen.

[0021 ] Jedes oben erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass ein Benutzer die Auswahl aus den mehreren Zeitspannen auf der Grundlage eines Wartungsfaktoreinflusses trifft, der jeweils den mehreren Zeitspannen entspricht.

[0022] Jedes oben erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass die mehreren Zeitspannen eine erste Zeitspanne und eine zweite Zeitspanne beinhalten, wobei die zweite Zeitspanne grösser ist als die erste Zeitspanne.

[0023] Jedes oben erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass die erste vorbestimmte Abkühlrotordrehzahl etwa 0,1 % bis ungefähr 10% einer vollen Drehzahl der Gasturbine beträgt, und dass die zweite vorbestimmte Abkühlrotordrehzahl etwa 10% bis ungefähr 40% der vollen Drehzahl beträgt.

[0024] Diese und andere Vorteile und Merkmale werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0025] Der als die Erfindung erachtete behandelte Gegenstand wird in den der Beschreibung beigefügten Patentansprüchen speziell aufgezeigt und gesondert beansprucht. Die vorausgehend erwähnten und sonstige Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich:

Fig. 1 veranschaulicht schematisch eine Gasturbine;

Fig. 2 zeigt ein Diagramm der Gasturbinendrehzahl als Funktion der Zeit während eines Verfahrens zur Kühlung einer Gasturbine; und

Fig. 3 veranschaulicht in einem Flussdiagramm das Verfahren zur Kühlung einer Gasturbine.

[0026] Die detaillierte Beschreibung erläutert anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0027] Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Turbinensystem, beispielsweise eine Gasturbine, schematisch mit Bezugszeichen 10 veranschaulicht. Die Gasturbine 10 weist einen Verdichterabschnitt 12, einen Brennkammerabschnitt 14, einen Turbinenabschnitt 16, einen Rotor 18 und eine Brennstoffdüse 20 auf. Es ist klar, dass ein Ausführungsbeispiel der Gasturbine 10 mehrere Verdichter 12, Brennkammeranordnungen 14, Turbinen 16, Rotoren 18 und Brennstoffdüsen 20 enthalten kann. Der Verdichterabschnitt 12 und der Turbinenabschnitt 16 sind durch den Rotor 18 verbunden. Der Rotor 18 kann auf einer einzelnen Welle oder auf mehreren Wellensegmenten basieren, die miteinander verbundenen sind, um den Rotor 18 zu bilden.

[0028] Der Brennkammerabschnitt 14 verwendet einen entzündbaren flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff, z.B. Erdgas oder ein Wasserstoffreiches Synthesegas, um die Gasturbine 10 zu betreiben. Beispielsweise befinden sich Brennstoffdüsen 20 in strömungsmässiger Verbindung mit einer Luftzufuhr und einer Brennstoffzufuhr 22. Die Brennstoffdüsen 20 erzeugen ein Luft/Brennstoff-Gemisch und entlassen das Luft/ Brennstoff-Gemisch in den Brennkammerabschnitt 14, so dass es zu einer Verbrennung kommt, die ein heisses verdichtetes Abgas hervorbringt. Der Brennkammerabschnitt 14 lenkt das heisse verdichtete Gas durch ein Übergangsstück in einen (auch als «Stufe-Eins-Leitapparat» bezeichneten)

3 Turbinenleitapparat und in weitere Stufen von Laufschaufeln und Leitapparaten, so dass die Turbinenlaufschaufeln in einem Aussengehäuse 24 des Turbinenabschnitts 16 in Drehung versetzt werden.

[0029] Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist ein Verfahren zur Kühlung 30 der Gasturbine 10 veranschaulicht. Das Verfahren zur Kühlung 30 kann in Reaktion auf mehrere Szenarien genutzt werden. Ein Beispiel ist ein planmässiges Herunterfahren der Gasturbine 10 aufgrund einer zeitlich geplanten Wartung. Ein weiteres Beispiel ist ein ausserplanmässiges Herunterfahren aufgrund vielfältiger Faktoren. Unabhängig davon, ob das Verfahren zur Kühlung 30 aufgrund eines planmässigen oder eines ausserplanmässigen Herunterfahrens durchgeführt wird, verkürzt das Verfahren zur Kühlung 30 vorteilhafterweise die Zeit, die erforderlich ist, um Komponenten der Gasturbine 10 ausreichend zu kühlen. Darüber hinaus stellt das Verfahren zur Kühlung 30, wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben, einem Benutzer Optionen mit Blick auf die Abkühlzeitspanne bereit.

[0030] Das Diagramm in Fig. 2 veranschaulicht die Rotordrehzahl 32 als Funktion der Zeit während wenigstens eines Teils der Zeitspanne des Verfahrens zur Kühlung 30. Zur Veranschaulichung ist die Gasturbine 10 zu Beginn mit der Rotordrehzahl 32 bei 100% und mit einer daran gekoppelten Last gezeigt, was einer Betriebsbedingung von voller Drehzahl und voller Last (FSFL) über die Zeitspanne 34 entspricht. Selbstverständlich arbeitet die Gasturbine 10 häufig bei einer sogenannten Nenndrehzahl, die gewöhnlich mehr als etwa 90% der oben erwähnten vollen Drehzahl (d.h. 100%) beträgt. Dementsprechend können sich die hier erörterten Drehzahlen und relativen Prozentsätze auf die volle Drehzahl oder auf die Nenndrehzahl beziehen.

[0031 ] Die Rotordrehzahl 32 wird anschliessend über die Zeitspanne 44 auf eine erste vorbestimmte Abkühldrehzahl 46 verringert 42. Die Last wird von der Gasturbine 10 zum Zeitpunkt 38 getrennt, und die Gasturbine 10 arbeitet über die Zeitspanne 40 kurz bei voller Drehzahl ohne Last (FSNL), bzw. bei der Nenndrehzahl. Es ist klar, dass die Last in manchen Fällen während der Zeitspanne 44 getrennt werden kann. Die erste vorbestimmte Abkühldrehzahl 46 wird in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung variieren. In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die erste vorbestimmte Abkühldrehzahl 46 eine sogenannte «Schrittdrehung» oder eine «Drehvorrichtungsdrehzahl». Die Begriffe Schrittdrehung und Drehvorrichtungsdrehzahl entsprechen beide einer verhältnismässig geringen Rotordrehzahl, wobei der Rotor 18 durch eine mechanisch Vorrichtung angetrieben wird, die betriebsmässig mit dem Rotor 18 verbunden ist. Die Rotordrehzahl 32 kann durch eine ausserordentlich langsame konstante Rotation des Rotors 18 oder ein intermittierendes Drehen definiert sein. In einem Ausführungsbeispiel entspricht die erste vorbestimmte Abkühldrehzahl 46 etwa H einer Umdrehung des Rotors 18 pro 1 bis 5 Minuten. Die genaue Drehzahl der ersten vorbestimmten Abkühldrehzahl 46 variiert in Abhängigkeit von der Anwendung. Wie zu sehen, kann die Rotordrehzahl 32 in speziellen Ausführungsbeispielen tatsächlich bis zu einem völligen Stillstand abnehmen, dargestellt durch 0% der Rotordrehzahl vor dem Erreichen der ersten vorbestimmten Abkühldrehzahl 46. In einem Ausführungsbeispiel entspricht die erste vorbestimmte Abkühldrehzahl 46 der Drehvorrichtungsdrehzahl und liegt in einem Bereich von etwa 0,1 % bis ungefähr 10% der Rotordrehzahl.

[0032] Wenn die erste vorbestimmte Abkühldrehzahl 46 erreicht ist, wird die Rotordrehzahl 32 für eine auswählbare Zeitspanne bei der ersten vorbestimmten Abkühldrehzahl 46 gehalten. Speziell kann ein Benutzer zwischen mehreren Zeitspannen wählen, in denen die Rotordrehzahl 32 bei der ersten vorbestimmten Abkühldrehzahl 46 gehalten wird. Dargestellt sind drei Zeitspannen, die als eine erste Zeitspanne 48, eine zweite Zeitspanne 50 und eine dritte Zeitspanne 52 bezeichnet sind. Diese Zeitspannen repräsentieren die Haltezeit bei der ersten vorbestimmten Abkühldrehzahl 46 vor dem Erhöhen der Rotordrehzahl 32 auf eine zweite vorbestimmte Rotordrehzahl 54. In einem Ausführungsbeispiel kann die zweite vorbestimmte Rotordrehzahl 54 einer «Kurbelwellendrehzahl» des Rotors 18 entsprechen. In einem solchen Ausführungsbeispiel liegt die Rotordrehzahl 32 in einem Bereich von etwa 10% bis ungefähr 40%.

[0033] Die erste Zeitspanne 48 bezeichnet eine Haltezeit von etwa 0 Minuten bei der ersten vorbestimmten Abkühldrehzahl 46. D.h. die Rotordrehzahl 32 wird entlang der Linie 49 unmittelbar vorbei an der ersten vorbestimmte Abkühldrehzahl 46 auf die zweite vorbestimmte Abkühldrehzahl 54 erhöht oder für eine kurze Zeitspanne, z.B. weniger als 1 Minute, gehalten. Die dritte Zeitspanne 52 bezeichnet die längste Haltezeitoption bei der ersten vorbestimmten Abkühldrehzahl 46, bevor die Rotordrehzahl 32 entlang der Linie 53 auf die zweite vorbestimmte Abkühldrehzahl 54 erhöht wird. Die zweite Zeitspanne 50 bezeichnet eine in Bezug auf die erste Zeitspanne 48 und die dritte Zeitspanne 52 intermediäre Haltezeit. Nach dem Halten der Rotordrehzahl 32 über die zweite Zeitspanne 50, wird sie entlang der Schnittlinie 51 auf die zweite vorbestimmte Abkühldrehzahl 46 erhöht. Obwohl hier drei Zeitspannen veranschaulicht und beschrieben sind, können einem Benutzer selbstverständlich auch mehr oder weniger Zeitspannen zur Auswahl bereitgestellt sein. Wie anhand der nachstehenden Beschreibung einsichtig, ist jeder der mehreren Zeitspannen ein entsprechender Wartungsfaktoreinfluss zugeordnet, mit der genutzten Ermittlung, welche Zeitspannenoption auf dem Wartungsfaktoreinfluss begründet ist.

[0034] Vorteilhafterweise ist der Benutzer in der Lage, auf der Grundlage des speziellen Betriebs der Gasturbine 10 eine Auswahl aus den mehreren Zeitspannen zu treffen. Speziell betreiben einige Benutzer die Gasturbine 10 vorwiegend bei der Grundlast (FSFL) und nicht in einer zyklischen Weise. Für solche Anwender ist die zyklische Beständigkeit des Rotors, die durch thermische Spannungen beeinflusst wird, die während thermischer Wechselbeanspruchung auftreten, von geringerem Belang als eine Reduzierung der Ausfallzeit. Diese Benutzer ziehen den grössten Vorteil aus der Wahl des Einsatzes der ersten Zeitspanne 48, mit einer geringen oder überhaupt keiner Haltezeit bei der ersten vorbestimmten Abkühldrehzahl 46. An dem entgegengesetzten Ende des Spektrums ist für einen Benutzer mit häufigen Zyklen der Gasturbine 10 die dritte Zeitspanne 52 am vorteilhaftesten, bei der es länger dauert, die Gasturbine 10 auf FSFL zu bringen, wobei jedoch auf den Rotor 18 ausgeübte thermische Spannungen behutsam berücksichtigt werden. Die zweite

4 Zeitspanne 50 beinhaltet eine mittlere Option für Anwender zwischen den oben beschriebenen Extremen. Wie erwähnt, können mehr oder weniger als die beschriebenen drei Optionen verwendet werden, und die drei Optionen sind nicht als beschränkend zu bewerten.

[0035] Unabhängig davon, welche Option der Anwender wählt, wird die Rotordrehzahl 32 auf die zweite vorbestimmte Abkühldrehzahl 54 erhöht und für eine Zeitdauer gehalten, die durch Umgebungsbedingungen bestimmt ist, die durch vielfältige Vorrichtungen erfasst sind, die der Gasturbine 10 zugeordnet sind. Es kommt in Betracht, dass die Umgebungsbedingungen ebenfalls verwendet werden können, um die mehreren Zeitspannen zu ermitteln, die der ersten vorbestimmten Abkühldrehzahl 46 entsprechen. Solche Bedingungen können beispielsweise Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit beinhalten. Die Umgebungsbedingungen werden automatisch oder manuell in analytische Rotormodelle eingegeben, um die Zeitdauer für das Halten bei der zweiten vorbestimmten Abkühldrehzahl 54 zu ermitteln. Mit Abschluss der Haltezeitspanne kann die Rotordrehzahl 32 auf die volle Geschwindigkeit erhöht oder bis zu einem vollständigen Stillstand verringert werden. In einer Abwandlung kann die Rotordrehzahl 32 auf eine dritte vorbestimmte Abkühldrehzahl 68 erhöht werden, die einer erhöhten Kurbelwellendrehzahl entspricht.

[0036] Während des Betriebs bei der zweiten vorbestimmten Abkühldrehzahl 54 beinhaltet das Verfahren zur Kühlung 30 ein oder mehrere Kühlvorgänge, die verwendet werden, um eine wirkungsvolle und zeitsparende Kühlung der Gasturbine 10 durchzuführen. Eine Kühlmassnahme beinhaltet ein Modulieren eines Winkels wenigstens eines Einlassleitschaufelsatzes. Gewöhnlich sind mehrere Einlassleitschaufeln (IGVs) in der Nähe eines Einlasses des Verdichterabschnitts 12 angeordnet. Es können mindestens eine bis sämtliche Stufen der Einlassleitschaufeln moduliert werden, um deren entsprechende Winkel in Bezug auf einen in den Verdichterabschnitt 12 eintretenden Einlassstrom zu ändern. Der Winkel in Bezug auf den Einlassstrom kann in Abhängigkeit von den speziellen Bedingungen der Gasturbine 10 vergrössert oder verkleinert werden. In einem Ausführungsbeispiel werden die Einlassleitschaufeln bis zu einer «vollständig geöffneten» Stellung moduliert, die die Strömungsrate des in den Verdichterabschnitt 12 eintretenden Einlassstroms vollständig erhöht, so dass dadurch die Kühlwirkung auf unterschiedliche Komponenten der Gasturbine 10 verbessert wird. Der spezielle Winkel, mit Blick auf den die Einlassleitschaufeln moduliert werden, kann fein abgestimmt werden, um einzelne Betriebsund/oder Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen. Eine weitere Kühlmassnahme, die verwendet werden kann, ist eine Injektion von Wasser in mindestens einen Bereich der Gasturbine 10 für Wärmeübertragungszwecke, die die Abkühlzeitdauer der Gasturbine 10 reduzieren. Der oder die mehreren Bereiche, in die das Wasser injiziert wird, können variieren. In einem Ausführungsbeispiel wird das Wasser in den Verdichterabschnitt 12 injiziert. Ein derartiges Ausführungsbeispiel kühlt die Luft, die durch den Verdichterabschnitt 12 strömt, was der Luft ermöglicht, zusätzliche Wärme von der Gasturbine 10 aufzunehmen und die Abkühlzeitdauer weiter zu verkürzen. In abgewandelten Ausführungsbeispielen kommt in Betracht, dass das Wasser in andere Regionen der Gasturbine 10 injiziert wird, z.B. in den Turbinenabschnitt 16, in den Brennkammerabschnitt 14 oder in eine Kombination des Turbinenabschnitts 16, des Brennkammerabschnitts 14 und des Verdichterabschnitts 12.

[0037] Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel ist mit Pfad 60 dargestellt, der die Rotordrehzahl 32 von FSNL bzw. von der Nenndrehzahl auf die zweite vorbestimmte Rotordrehzahl 54 verringert. Dieses Ausführungsbeispiel erfordert keine Verringerung der Rotordrehzahl 32 auf eine Drehzahl, die der ersten vorbestimmten Abkühldrehzahl 46 entspricht oder geringer ist als die erste vorbestimmte Abkühldrehzahl 46. Selbstverständlich kann die zweite vorbestimmte Rotordrehzahl 54 in diesem Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen Kurbelwellendrehzahl entsprechen, oder kann alternativ die erhöhte Kurbelwellendrehzahl 68 sein, wobei die erhöhte Kurbelwellendrehzahl 68 mit mehr als etwa 40% der vollen Drehzahl bzw. der Nenndrehzahl grösser ist als die Kurbelwellendrehzahl.

[0038] Unter Bezugnahme auf Fig. 3 veranschaulicht ein Flussdiagramm das Verfahren zur Kühlung 30 eingehender. Das Verfahren zur Kühlung 30 beinhaltet die Schritte: Trennen einer Last von der Gasturbine 70 und Betreiben der Gasturbine mit einer Nenndrehzahl der Gasturbine 72. Das Verfahren beinhaltet zudem den Schritt: Verringern einer Rotordrehzahl der Gasturbine auf eine erste vorbestimmte Abkühlrotordrehzahl 74. Das Verfahren beinhaltet ausserdem den Schritt: Erhöhen der Rotordrehzahl von der ersten vorbestimmten Abkühlrotordrehzahl auf eine zweite vorbestimmte Abkühlrotordrehzahl 76. Weiter beinhaltet das Verfahren das Modulieren eines Winkels wenigstens einer Stufe von Einlassleitschaufeln, um eine Strömungsrate eines Einlassstroms 78 zu ändern. Das Verfahren beinhaltet zudem den Schritt: Injizieren von Wasser in einen Bereich der Gasturbine 80. Das Verfahren beinhaltet noch den Schritt: Halten der Rotordrehzahl bei der zweiten vorbestimmten Abkühlrotordrehzahl für eine Zeitspanne, die durch Umgebungsbedingungen 82 bestimmt ist. Die zusätzlichen Merkmale des Verfahrens zur Kühlung 30 sind im Vorausgehenden mit Bezug auf Fig. 2 eingehend erläutert.

[0039] Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren zur Kühlung 30 wesentliche Zeiteinsparungen für den Abkühlvorgang, so dass Bemühungen in Zusammenhang mit Startausfallzeit rascher unterstützt werden. Darüber hinaus kann ein Benutzer aus den oben beschriebenen mehreren Zeitspannen auswählen, um den spezifischen Betriebsanforderungen der Gasturbine 10 Genüge zu leisten, mit spezieller Berücksichtigung des Wartungsfaktoreinflusses, der jeder der Zeitspannen zugeordnet ist.

[0040] Während die Erfindung lediglich anhand einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben wurde, sollte es ohne weiteres verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf derartige beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu verkörpern, die jedoch dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Während vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wur-

5 den, ist es ausserdem selbstverständlich, dass Aspekte der Erfindung möglicherweise lediglich einige der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorausgehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist vielmehr lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.

[0041 ] Ein Verfahren zur Kühlung einer Gasturbine ist geschaffen. Zu dem Verfahren gehört der Schritt des Trennens einer Last von der Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt: Betreiben der Gasturbine mit einer Nenndrehzahl der Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet zudem den Schritt: Modulieren eines Winkels wenigstens einer Stufe von Einlassleitschaufeln, die in der Nähe eines Einlasses eines Verdichterabschnitts der Gasturbine angeordnet sind, wobei das Modulieren des Winkels eine Strömungsrate eines Einlassstroms modifiziert, um eine Abkühlzeit der Gasturbine zu reduzieren.

Bezugszeichenliste

[0042]

10 Gasturbine 12 Verdichterabschnitt 14 Brennkammerabschnitt 16 Turbinenabschnitt 18 Rotor 20 Brennstoffdüse 22 Kraftstoffzufuhr 24 Aussengehäuse 30 Verfahren zur Kühlung 32 Rotordrehzahl 34 Zeitspanne 38 Zeit 40 Zeitspanne 42 Verminderung 44 Zeitspanne 46 Abkühldrehzahl 48 Erste Zeitspanne

50 Zweite Zeitspanne

51 Linie

52 Dritte Zeitspanne

53 Linie

54 Zweite vorbestimmte Abkühldrehzahl 60 Pfad

70 Trennen einer Last von der Gasturbine

72 Betreiben der Gasturbine mit einer Nenndrehzahl der Gasturbine

74 Verringern einer Rotordrehzahl der Gasturbine auf eine erste vorbestimmte Abkühlrotordrehzahl

76 Erhöhen der Rotordrehzahl von der ersten vorbestimmten Abkühlrotordrehzahl auf eine erste vorbestimmte Abkühlrotordrehzahl

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Claims (1)

1. 78 Modulieren eines Winkels wenigstens einer Stufe von Einlassleitschaufeln, um eine Strömungsrate eines Einlassstroms zu ändern 80 Injizieren von Wasser in einen Bereich der Gasturbine 82 Halten der Rotordrehzahl bei der zweiten vorbestimmten Abkühlrotordrehzahl für eine Zeitspanne, die durch Umgebungsbedingungen bestimmt ist Patentansprüche 1. Verfahren zum Kühlen (30) einer Gasturbine (10), mit den Schritten: Trennen einer Last (70) von der Gasturbine; Betreiben der Gasturbine mit einer Nenndrehzahl der Gasturbine (72); und Modulieren eines Winkels wenigstens einer Stufe von Einlassleitschaufeln (78), die in der Nähe eines Einlasses eines Verdichterabschnitts (12) der Gasturbine angeordnet sind, wobei das Modulieren des Winkels eine Strömungsrate eines Einlassstroms (78) modifiziert, um eine Abkühlzeit der Gasturbine zu reduzieren. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , zu dem ferner der Schritt gehört: Verringern einer Rotordrehzahl der Gasturbine auf eine erste vorbestimmte Abkühldrehzahl (74) im Bereich von etwa 0,1% bis etwa 10% einer vollen Drehzahl der Gasturbine. 3. Verfahren nach Anspruch 1 , zu dem ferner der Schritt gehört: Verringern einer Rotordrehzahl der Gasturbine auf eine erste vorbestimmte Abkühldrehzahl (74), die etwa H einer Umdrehung des Rotors pro 1 bis 5 Minuten beinhaltet. 4. Verfahren nach Anspruch 2, zu dem ferner der Schritt gehört: wahlweises Halten der Rotordrehzahl bei der ersten vorbestimmten Abkühldrehzahl für eine von mehreren Zeitspannen. 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Benutzer eine Auswahl aus den mehreren Zeitspannen auf der Grundlage eines Wartungsfaktoreinflusses trifft, der jeweils den mehreren Zeitspannen entspricht. 6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die mehreren Zeitspannen eine erste Zeitspanne (48) und eine zweite Zeitspanne (50) beinhalten, wobei die zweite Zeitspanne grösser ist als die erste Zeitspanne. 7. Verfahren nach Anspruch 4, ferner mit den Schritten: Erhöhen der Rotordrehzahl auf eine zweite vorbestimmte Abkühldrehzahl (76) im Bereich von etwa 10% bis ungefähr 40% der vollen Drehzahl der Gasturbine; und Halten der Rotordrehzahl bei der zweiten vorbestimmten Abkühldrehzahl (82) für eine zweite Drehzahl Zeitspanne. 8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit dem Schritt: Erfassen von Umgebungsbedingungen einer Umgebung der Gasturbine; und Ermitteln mindestens der zweiten Drehzahlzeitspanne und/oder der mehreren Zeitspannen auf der Grundlage der Umgebungsbedingungen. 9. Verfahren nach Anspruch 1 , zu dem ferner die Schritte gehören: Erfassen von Umgebungsbedingungen einer Umgebung der Gasturbine; Verringern einer Rotordrehzahl der Gasturbine auf eine erste Rotordrehzahl der Gasturbine; Erhöhen der Rotordrehzahl der Gasturbine auf eine zweite Rotordrehzahl, die einer Kurbelwellendrehzahl der Gasturbine entspricht; und Halten der Rotordrehzahl für eine erste Zeitspanne bei der ersten Rotordrehzahl und für eine zweite Zeitspanne bei der Kurbelwellendrehzahl, wobei die erste Zeitspanne und die zweite Zeitspanne durch die Umgebungsbedingungen bestimmt sind. 10. Verfahren zur Kühlung einer Gasturbine (30), mit den Schritten: Betreiben der Gasturbine mit einer Nenndrehzahl der Gasturbine (72); Verringern einer Rotordrehzahl der Gasturbine auf eine erste vorbestimmte Abkühlrotordrehzahl (74); Erhöhen der Rotordrehzahl von der ersten vorbestimmten Abkühlrotordrehzahl auf eine erste vorbestimmte Abkühlrotordrehzahl (76); Modulieren eines Winkels wenigstens einer Stufe von Einlassleitschaufeln, um eine Strömungsrate eines Einlassstroms (78) zu ändern; Injizieren von Wasser in einen Bereich der Gasturbine (80); und Halten der Rotordrehzahl bei der zweiten vorbestimmten Abkühlrotordrehzahl für eine Zeitspanne, die durch Umgebungsbedingungen bestimmt ist (82). 7