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La présente invention concerne un procédé de surveillance et de réglage de la température d'entrée d'une turbine à gaz, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Dans les turbines à gaz, il faut que la température du gaz à l'entrée de la turbine soit surveillée et le cas échéant amenée à la main ou automatiquement à une certaine valeur voulue ou dans certaines zones de valeurs voulues.
Il faut à cette fin que la température d'entrée régnant à un moment donné soit rendue apparente. Il s'avère souvent -difficile de rendre la température d'entrée apparente par mesure au moyen d'un appareil sensible à la température (thermostat): Un thermostat convenant à être employé dans le courant de gaz chaud en amont de la turbine doit être relativement robuste Ceci et la nécessité qu'il faille lui donner un développement spatial relativement grand en vue de la mesure de la température ambiante moyenne, ont pour conséquence que sa capacité calorifique devient grande et ses indica- tions tardives.
Si la chambre de combustion est placée Immédiatement en amont de la turbine à gaz, il peut même être difficile de trouver encore de la place pour un tel thermostat, et encore plus difficile d'arriver à ce que le thermostat saisisse la température moyenne des filets de gaz, les uns chauds les autres froids, qui ne sont pas encore suffisamment mélangés immédiatement en aval de la chambre de combustion mais seulement en aval de la turbine à gaz. Même avec une conduite de gaz constituée à double paroi, il peut intervenir, en matière de construction, de multiples difficultés qui compliquent le montage d'un thermostat convenable et de fonctionnement absolument sûr dans la conduite de gaz chaud.
On propose en conséquence suivant le procédé conforme à l'invention de déterminer la température à l'entrée de la turbine à gaz à un moment donné par combinaison des valeurs mesurées à ce moment de la température à la sortie, de la pression à l'entrée et de la pression à la sortie de la. turbine à gaz. On arrive de ce fait à éviter tout placement d'un thermostat dans la conduite de gaz chaud en amont de la turbine et à ce que disparaissent également ainsi les difficultés qu'entraîne ce placement, comme il a été indiqué.
La combinaison des valeurs mesurées à un moment donné de la température à la sortie T2, de la pression à l'entrée p et de la pression à la sortie P2 de la turbine peut se faire sur la base de la formule.
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log Tl = log T +Il ..{ (log p 1 -log P2)' dans laquelle en outre T1 désigne la température, à déterminer, à l'entrée de la turbine,41 le rendement interne de celle-ci et C le rapport des chaleurs spécifiques de son gaz moteur.
Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on propose une installation dans laquelle sont disposés des moyens pour la mesure de la température à la sortie, de la pression à l'entrée et de la pression à la sortie de la turbine, ainsi que pour la détermination de la température à 1' entrée par combinaison de ces valeurs mesurées.
Pour la mesure des valeurs à un moment donné de la température T2 à la sortie de la turbine., de la pression à l'entrée P1 et de la pression à la sortie P2, il peut alors être disposé des moyens par lesquels les valeurs sont d'abord transformées en des forces qui leur correspondent et celle-ci en- suite en pressions d'un fluide proportionnelles au logarithme de ces valeurs, et de plus un groupe de pistons chargés d'un ressort, sur les faces des pis - tons duquel agissent les pressions de fluide, peut être disposé de telle ma - nière que la position du moment qu'il adopte sous l'action des pressions de fluide et du ressort indique la température T1 à l'entrée de la turbine résultant de la combinaison des valeurs mesurées au moyen de la formule
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log = log +q (log p-loh P log T, log TZ < log p:
L-:Loh p2), dans :Laquel1e't\, désigne le rendement interne de la turbine et X le rap- port des chaleurs spécifiques de son gaz moteur.
On a représenté sur le dessin un exemple de réalisation d'un dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
1 désigne le compresseur, 2 la chambre de combustion, 3 la turbine à haute pression qui actionne le compresseur 1, 4 la turbine à basse pression qui actionne un récepteur de puissance disponible non figuré.
Un thermostat 6 destiné à mesurer la température T2 à la sortie de la turbine à haute pression 3 est placé dans la conduite de communication 5 entre les deux turbines ; cetappareil, au moyen d'un tiroir cylindrique auquel peut arriver un liquide placé sous pression et d'où peut repartir un ex- cédent exempt de pression, dans le sens des flèches figurées sur le des- sin, engendre de façon connue dans le canal 8 une pression de liquide qui agit sur la face inférieure du piston 9, de telle manière que la valeur de la température mesurée par le thermostat 6 est transformée de ce fait en une force qui lui correspond et devient efficace sur le piston 9.
Si la température croit par exemple, la force augmente aussi et le piston 9 chargé sur sa face supérieure par un ressort 14 se soulève un peu; de ce fait une pression d'huile est transmise de la conduite d'huile sous pres- sion 10 par la conduite 11 dans l'espace situé au-dessus du piston 12.
Celui-ci se déplace vers le bas, fait ainsi tourner la came 13 de telle façon que le ressort 14 est plus fortement bandé et que le piston 9 est ramené de ce fait à sa position précédente. A toute pression dans la con- duite 8 correspond de cette manière une pression déterminée sur le piston 12. La nature de cette correspondance dépend de la forme de la came 13.
On peut en particulier conformer celle-ci de manière que la pression au- dessus du piston 12 devienne proportionnelle ou logarithme de la températu- re T qui commande la pression dans la conduite 8. De même les pressions P1 et p2 sont données sous les tiroirs distributeurs 15 et 16 par les conduites 23 et 24 et des pressions d'huile sont ainsi produites au-dessus des pistons 17 et 18, pressions qui sont proportionnelles aux logarithmes de P1 et P2. On fait alors agir les pressions qui s'exercent au-dessus des pistons 12, 17 et 18 sur les diverses faces d'un piston à gradins 19, savoir les pressions au-dessus de 12 et 17 sur les deux faces inférieures du pis- ton à gradins (sans positif ), et la pression au-dessus de 18 sur sa face supérieure (sens négatif).
Il se produit alors, si les faces des pistons et les tensions du ressort du piston à gradins 19 ont été convenablement calculées, un déplacement qui correspond exactement à la formule indiquée.
La position qui prend à un moment donné le groupe de pistons 19 constitué ici en piston à gradins, sous l'action des trois pressions d'huile indiquées ainsi que du ressort 22 chargeant le groupe de pistons, représente alors le logarithme de la température d'entrée et par conséquent aussi la température d'entrée elle-même.
Dans l'exemple d'exécution figuré, on a supposé que le dispositif doit servir seulement à empêcher le dépassement d'une limite de la températu- re d'entrée déterminée par le choix de la distance verticale entre la soupape à combustible 20 et l'enveloppe du piston à gradins 19. Si la température à l'entrée est sur le point de franchir cette limite, le piston à gradins 19 s'élève assez pour soulever le cône de la soupape à combustible 20 et diminuer suffisamment l'arrivée du combustible à la chambre de combustion 2 réglée par ailleurs à la main ou automatiquement à partir d'autres impulsions de réglage au moyen de la soupape 21, pour que soit empéché tout dépassement de la tem- pérature-limite fixée.
Toutefois un système de réglage de la température de genre connu peut aussi être raccordé au piston à gradins 19, système qui règle l'arrivée du combustible jusqu'à ce que soit établie une valeur assignée de la température d'entrée s'adaptant le cas échéant aux diverses conditions de fonctionnement.
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Dans les cas ou le rapporta #-1/# existant dans la formule in- diquée est soumis pendant la marche à d'assez fortes variations, il con- vient de remplacer le piston à gradins par un autre groupe de pistons dans lequel:les diverses faces de piston ne sont pas réunies à demeure 1' une à l'autre mais agissent l'une sur l'autre par exemple au moyen de le- viers dont le rapport de transmission puisse être réglé en fonction des variations de rapport, #-1.
On a figuré sur le dessin le cas général dans lequel peuvent varier tant la pression à l'entrée que la pression à la sortie de la tur- bine qui doivent en conséquence être mesurées toutes deux. Si au contrai- re l'échappement d'une turbine se fait à l'air libre, sa contre-pression est pratiquement constante et il suffit alors de mesurer P1. Le dispositif -de réglage se simplifie alors en conséquence. L'invention est applicable aux turbines à gaz de construction ouverte, demi-close et close.
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The present invention relates to a method for monitoring and adjusting the inlet temperature of a gas turbine, as well as to a device for implementing this method.
In gas turbines, the temperature of the gas entering the turbine must be monitored and, if necessary, brought manually or automatically to a certain desired value or in certain zones of desired values.
To this end, the inlet temperature prevailing at a given moment must be made apparent. It is often difficult to make the inlet temperature apparent by measurement by means of a temperature-sensitive device (thermostat): A thermostat suitable for use in the stream of hot gas upstream of the turbine must be relatively robust This and the need to give it a relatively large spatial development for the measurement of the average ambient temperature, results in its heat capacity becoming large and its indications late.
If the combustion chamber is placed Immediately upstream of the gas turbine, it may even be difficult to still find room for such a thermostat, and even more difficult to get the thermostat to capture the average temperature of the threads. gas, some hot and some cold, which are not yet sufficiently mixed immediately downstream of the combustion chamber but only downstream of the gas turbine. Even with a double-walled gas line, there can be many constructional difficulties that make it difficult to fit a suitable and absolutely safe thermostat in the hot gas line.
It is therefore proposed, according to the method according to the invention, to determine the temperature at the inlet of the gas turbine at a given moment by combining the values measured at that moment of the temperature at the outlet, of the pressure at the outlet. inlet and pressure at the outlet of the. gas turbine. As a result, any placement of a thermostat in the hot gas pipe upstream of the turbine is avoided and the difficulties which this placement causes also disappear, as has been indicated.
The combination of the values measured at a given time of the temperature at the outlet T2, the pressure at the inlet p and the pressure at the outlet P2 of the turbine can be done on the basis of the formula.
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log Tl = log T + Il .. {(log p 1 -log P2) 'in which in addition T1 denotes the temperature, to be determined, at the inlet of the turbine, 41 the internal efficiency of the latter and C the report of the specific heats of its engine gas.
For the implementation of the method according to the invention, an installation is proposed in which means are arranged for measuring the temperature at the outlet, the pressure at the inlet and the pressure at the outlet of the turbine, as well as for the determination of the inlet temperature by combining these measured values.
For the measurement of the values at a given moment of the temperature T2 at the outlet of the turbine., Of the pressure at the inlet P1 and of the pressure at the outlet P2, it can then be arranged means by which the values are first transformed into forces which correspond to them and this one then into pressures of a fluid proportional to the logarithm of these values, and moreover a group of pistons loaded with a spring, on the faces of the pis - tons of which the fluid pressures act, can be arranged in such a way that the position of the moment it adopts under the action of the fluid and spring pressures indicates the temperature T1 at the inlet of the turbine resulting from the combination values measured using the formula
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log = log + q (log p-loh P log T, log TZ <log p:
L-: Loh p2), in: Laquel1e't \, designates the internal efficiency of the turbine and X the ratio of the specific heats of its driving gas.
There is shown in the drawing an exemplary embodiment of a device intended for implementing the method according to the invention.
1 designates the compressor, 2 the combustion chamber, 3 the high pressure turbine which actuates the compressor 1, 4 the low pressure turbine which actuates an available power receiver, not shown.
A thermostat 6 intended to measure the temperature T2 at the outlet of the high pressure turbine 3 is placed in the communication line 5 between the two turbines; this apparatus, by means of a cylindrical drawer to which a liquid placed under pressure can arrive and from which an excess free of pressure can leave, in the direction of the arrows shown on the drawing, generates in a known manner in the channel 8 a liquid pressure which acts on the underside of the piston 9, such that the value of the temperature measured by the thermostat 6 is thereby transformed into a force which corresponds to it and becomes effective on the piston 9.
If the temperature increases for example, the force also increases and the piston 9 loaded on its upper face by a spring 14 rises a little; thus oil pressure is transmitted from the pressurized oil line 10 through line 11 into the space above piston 12.
This moves downwards, thus causing the cam 13 to rotate in such a way that the spring 14 is more strongly charged and the piston 9 is thereby returned to its previous position. Any pressure in the duct 8 in this way corresponds to a determined pressure on the piston 12. The nature of this correspondence depends on the shape of the cam 13.
The latter can in particular be shaped so that the pressure above the piston 12 becomes proportional or logarithm of the temperature T which controls the pressure in the pipe 8. Similarly, the pressures P1 and p2 are given under the spools. distributors 15 and 16 through lines 23 and 24 and oil pressures are thus produced above pistons 17 and 18, pressures which are proportional to the logarithms of P1 and P2. The pressures exerted above the pistons 12, 17 and 18 are then made to act on the various faces of a stepped piston 19, namely the pressures above 12 and 17 on the two lower faces of the piston. stepped tone (without positive), and pressure above 18 on its upper face (negative direction).
There then occurs, if the faces of the pistons and the spring tensions of the stepped piston 19 have been properly calculated, a displacement which corresponds exactly to the given formula.
The position which takes at a given moment the group of pistons 19 constituted here as a stepped piston, under the action of the three indicated oil pressures as well as of the spring 22 charging the group of pistons, then represents the logarithm of the temperature d 'inlet and therefore also the inlet temperature itself.
In the exemplary embodiment shown, it has been assumed that the device must serve only to prevent the exceeding of a limit of the inlet temperature determined by the choice of the vertical distance between the fuel valve 20 and l. casing of the stepped piston 19. If the inlet temperature is about to exceed this limit, the stepped piston 19 rises enough to lift the cone of the fuel valve 20 and sufficiently reduce the inlet of the fuel valve. fuel to the combustion chamber 2, otherwise regulated manually or automatically from further control pulses by means of the valve 21, so that any exceeding of the set limit temperature is prevented.
However, a temperature control system of a known type can also be connected to the stepped piston 19, which system regulates the arrival of fuel until an assigned value of the inlet temperature is established, adapting to the case. applicable to various operating conditions.
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In cases where the ratio a # -1 / # existing in the indicated formula is subjected during operation to rather strong variations, it is advisable to replace the stepped piston by another group of pistons in which: the various piston faces are not permanently joined to each other but act on each other, for example by means of levers, the transmission ratio of which can be adjusted according to the variations in ratio, # -1.
The general case has been shown in the drawing in which both the pressure at the inlet and the pressure at the outlet of the turbine can vary, which must therefore both be measured. If, on the contrary, the exhaust of a turbine is in the open air, its back pressure is practically constant and it is then sufficient to measure P1. The adjustment device is then simplified accordingly. The invention is applicable to gas turbines of open, half-closed and closed construction.