DE674067C

DE674067C - Gasturbinenregelung

Info

Publication number: DE674067C
Application number: DEA82363D
Authority: DE
Inventors: Claude Seippel
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1937-03-19
Filing date: 1937-03-19
Publication date: 1939-04-04
Also published as: FR835372A

Description

Gasturbinenregelung Die Erfindung hat Bezug auf die Regelung von Gasturbinen, die zum Antrieb elektrischer Stromerzeuger insbesondere für Fahrzeuge dienen, deren Drehzahl nicht gleichbleibend ist, sondern sich in weiten Grenzen ändern kann, ferner auf solche Gasturbinen, die mit dem Verdichter zur Lieferung der Brennluft oder der Brennluft und des Brenngases unmittelbar gekuppelt sind.
Sollen solche Gasturbinen auch bei Teillasten mit dem besten Wirkungsgrade arbeiten, so muß die Brennluftmenge stets in richtigem Verhältnis zur Brennstoffmenge stehen, es muß aber auch der Verdichter mit der Drehzahl laufen, die für die jeweilige Fördermenge den besten Wirkungsgrad ergibt. Diese Drehzahl kann von derjenigen, auf welche sich die Gasturbinengruppe unter dein Einfluß der Belastungsänderung des Generators einstellt, verschieden sein.
Es ist bekannt,. in einer Gasturbinenanlage die Brennstoffmenge und die Luftmenge beide so zu regeln, daß stets ein günstiges Verhältnis zwischen beiden eingehalten. wird. Meistens wird dazu die Antriebsturbine des Verdichters von der die Nutzleistung erzeugenden Turbine getrennt, so daß beide mit voneinander unabhängigen Drehzählen laufen können. Ist aber eine einzige Turbine für die Verdichter- und Nutzarbeit vorgesehen, so wird entweder darauf verzichtet, bei verschiedenen Belastungen ein günstiges Verhältnis von Luft und Brennstoff aufrechtzuerhalten, oder die Luft wird, beispielsweise durch Drosselung, in unwirtschaftlicher Weise geregelt. Entweder baut man also eine verwickelte Anlage mit zwei Turbinen, oder man nimmt mit einem schlechten Wirkungsgrad bei Teillasten vorlieb.
Um dies zu verhindern, wird eine Regelweise vorgeschlagen, durch welche der Gasturbinengruppe stets die Drehzahl aufgezwungen wird, die für das günstigste Arbeiten des Verdichters, bei verschiedenen Belastungen des Stromerzeugers erforderlich ist. Die Erfindung besteht darin, daß der Brennstoff gemäß der verlangten Leistung der Gasturbine, die Drehzahl der Gasturbine .aber gemäß der für die Lieferung der benötigten Luftmenge günstigsten Geschwindigkeit des Verdichters geregelt wird. Handelt es sich üm Gleichstromerzeuger, so verursacht die Änderung der Erregung eine Änderung des magnetischen Kraftfeldes und damit eine Änderung der Drehzahl.
Durch geeignete Vorrichtungen kann nun die Regelung der Erregung so mit dem Brennstoffregler verkuppelt werden, daß jeder Brennstoffmenge eine ganz bestimmte Erregung oder Drehzahl des Stromerzeugers entspricht, und zwar unabhängig von der jeweiligen Belastung des Stromerzeugers.
Die Regelung des Brennstoffes wird in vielen Anwendungsf ällen, z. B. für Fahrzeuge (Lokomotiven), von Hand erfolgen. Sie kann aber auch in Abhängigkeit von der geforderten Leistung selbsttätig geschehen. Die Regelung der Erregung in Abhängigkeit von der Brennstoffmenge wird erfindungsgemäß auf verschiedene Weise herbeigeführt.
Abb. i zeigt die Regelung über einen Gemischregler. Es ist i die Gasturbine; ihr Treibmittel kommt aus der Brennkammer 2; es wird durch Verbrennung von Luft aus dein Verdichter 3 und Brennstoff aus der Pumpe q hergestellt. 5 ist der Stromerzeuger; hier ein Gleichstromerzeuger; er liefert Strom an Motor 6. Seine Leistung stellt die eigentliche Nutzarbeit der Anlage dar. Soll diese Leistung geändert werden, so wird, von Hand oder von irgendeiner Regelvorrichtung, die Brennstoffmenge durch Ventil ? verändert. Gleichzeitig soll aber auch der Verdichter 3 die erforderliche Brennluftmenge liefern, d.h. die Drehzahl .annehmen, die dieser Luftmenge bei bestem Wirkungsgrad entspricht. Hierfür dient ein Gemischregler 8; der auf die Erregung 9 des Stromerzeugers 5 einwirkt und diese so bemißt, daß sich die vom Stromerzeuger geforderte Leistung und Spannung bei der verlangten Drehzahl einstellt. Der Gemischregler 8 besteht in bekannter Ausführung aus zwei Meßdosen und den Membranen i o und i i, die mit der Blende 12 in der Brennstoffleitung oder der Blende oder dem Venturimeter 13 in der Luftleitung verbunden sind. Solange Brennstoff und Luft in richtigem Verhältnis stehen, nimmt der Steuerkolben 1q. eine Mittellage ein. Wird dieses Verhältnis gestört, so gelangt z. B. Steueröl auf eine bestimmte Seite des Steuerkolbens 15 und schaltet einen Widerstand 16 ein oder aus, wodurch sich die Erregung ändert. Der Vorgang spielt sich so lange ab, bis zwischen den beiden Membranen io und ii wieder Gleichgewicht herrscht, d. h. der Verdichter auf die Drehzahl eingestellt ist, die eine der jeweiligen Brennstoffmenge entsprechende Luftlieferung bewirkt.
An Stelle des Gemischreglers kann, wie in Abb.2, ein Temperaturregler zur Regelung der Erregung verwendet werden. Die Gas-, temperaturen vor oder nach der Gasturbine sind ein Maßstab dafür, daß die Verbrennung unter richtigen Verhältnissen vor sich ging, d. h. der von der Leistung der Gasturbine abhängigen Brennstoffmenge auch die richtige Luftmenge zukam. Ist dies nicht der Fall, so wird die Ein- oder Auslaßtemperatur zu hoch oder zu niedrig sein. Wird die Auslaßtemperatur zur Regelung verwendet, so muß, im Falle gleichbleibender Anfangstemperaturen, eine vom Anfangsdruck oder der Drehzahl abhängige Berichtigung angebracht werden. Der Temperaturregler ist bei 20 gezeigt. Er wirkt elektrisch oder mechanisch über eine Vorrichtung 21 auf den Steuerkolben 15 ein, der wieder, wie im vorhergehenden Beispiel, z. B. durch Drucköl die Regelung der Erregung 9 einstellt.
Die Erregung kann auch von einem Geschwindigkeitsregler 25, Abb. 3, gesteuert werden. Dieser Geschwindigkeitsregler wird von der Verdichterwelle aus angetrieben und ist mit einer Muffe 26 versehen, deren Stellung vom Brennstoffregler über eine Kulisse oder Kurvenbahn 27 bestimmt wird. Jeder Stellung der Muffe entspricht ein bestimmter Drehzahlbereich, in dem die Gasturbinengruppe so lange spielt, bis durch den Steuerkolben 28 und Steuerkolben 15 die Erregung eingestellt ist, die die verlangte Drehzahl herbeiführt. In Abb. 3 ist beispielsweise für die Erregung ein besonderer Stromerzeuger 29 angegeben.
Es sind auch noch andere Ausführungsarten des Erfindungsgedankens möglich. So ist es z. B. auch vorteilhaft, dem ersten Anstoß der Brennstoffverbrauchsänderung die Veränderung der Erregung so folgen zu lassen, daß der Verdichter stärker beschleunigt und die Luftmengenänderung rascher eintritt als die Änderung des Brennstoffes. Es ließe sich auch daran denken, zuerst mit der Änderung der Erregung und dann mit derjenigen des Brennstoffes zu beginnen, so daß die Luftlieferung der Brennstofflieferung etwas vorauseilt. Dieser erste Eingriff würde von Hand oder geeigneten Regelvorrichtungen geschehen, für die weitere Regelung und Endeinstellung dienen dann die oben beschriebenen Einrichtungen. Wesentlich bleibt für die Erfindung, daß die Regelung sowohl durch die Regelung des Brennstoffes als auch der Erregung geschieht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Regelung von mit veränderlicher Drehzahl laufenden und ihren Verdichter selbst antreibenden Gasturbinen zum Antrieb von elektrischen Stromerzeugern, insbesondere für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff gemäß der verlangten Leistung der Gasturbine, die Drehzahl der Gasturbine aber gemäß der für die Lieferung der benötigten Luftmenge günstigsten Geschwindigkeit des Verdichters geregelt wird. z. Regelung von Gasturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Gasturbine sowohl durch Änderung der Brennstoffmenge als auch durch Änderung der Erregung des Stromerzeugers geregelt wird. 3. Regelung von Gasturbinen nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß, entsprechend dem Leistungsbedarf, der Brennstoff von Hand oder selbsttätig von der Verbrauchsstelle aus geregelt und die der Brennstoffmenge zugehörige Luftmenge durch Einstellung des Verdichters auf eine bestimmte Drehzahl, die durch Beeinflussung der Erregung erfolgt, erhalten wird. .4. Regelung von Gasturbinen nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung der Erregung durch den Brennstoff über einen Gemischregler erfolgt, der das Mengenverhältnis zwischen Brennstoff und Luft aufrechterhält. 5. Regelung von Gasturbinen nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung der Erregung von einem Temperaturregler in Abhängigkeit von 'der Gastemperatur vor oder nach der Gasturbine erfolgt. 6. Regelung von Gasturbinen nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung der Erregung durch einen von der Gasturbine angetriebenen Drehzahlregler erfolgt, dessen Muffe vom Brennstoffregler z. B. durch eine Kulisse so verstellt wird, daß jeder Brennstoffmenge eine bestimmte Regeldrehzahl entspricht.