CH205302A - Regeleinrichtung an mit Gleichdruckverbrennung arbeitenden Gasturbinen-Anlagen mit einer Kompressorantriebsturbine und einer Turbine für die Nutzleistung, insbesondere für Schiffsantrieb. - Google Patents

Regeleinrichtung an mit Gleichdruckverbrennung arbeitenden Gasturbinen-Anlagen mit einer Kompressorantriebsturbine und einer Turbine für die Nutzleistung, insbesondere für Schiffsantrieb.

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CH205302A
CH205302A CH205302DA CH205302A CH 205302 A CH205302 A CH 205302A CH 205302D A CH205302D A CH 205302DA CH 205302 A CH205302 A CH 205302A
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turbine
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gas
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compressor drive
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Cie Aktiengesellschaft Boveri
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Bbc Brown Boveri & Cie
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description


  Regeleinrichtung an mit     Gleichdruckverbrennung    arbeitenden     Gasturbinen-Anlagen     mit einer     Kompressorantriebsturbine    und einer Turbine für die Nutzleistung,  insbesondere für     Schiffsantrieb.       Um bei mit     Gleichdruckverbrennung    ar  beitenden     Gasturbinenanlagen    die     geforderte          Arbeitsleistung    bei einer gewünschten Dreh  zahl ohne     übermässige        Verluste    zu erhalten,  muss man     bekanntlich    zwei     Gasturbinen    ver  wenden,

   von denen die eine den Kompressor  (im nachfolgenden kurz     gompressorturbine     genannt)     und    die andere die zum Antrieb vor  gesehene Arbeitsmaschine antreibt (im nach  folgenden kurz     Nutzleistungsturbine    ge  nannt).  



  Es ist ferner bekannt, hierbei durch einen       Leistungsregler    die     Gesamtleistung    durch  Veränderung der Brennstoffzufuhr und durch  einen     zweiten        Regler,die        Verteilung    der Lei  stung zwischen     gompressorturbine    und       Nutzleistungsturbine    zu regeln, indem bei.

         Belastungsänderung    die     Beaufschlagung     einer Turbine verändert wird oder .auch un  ter     Umständen    die zuströmenden     Treibmittel-          mengen    zu beiden Turbinen verändert     wer-          den..       Da wegen des in den heutigen Gastur  binen zur Verarbeitung kommenden .geringen  Gefälles und der verhältnismässig grossen       Treibgasmenge    in erster Linie Reaktions  turbinen in Frage kommen,

   so wird der Fach  mann     zwischen    der reinen     Drosselregelung     und der stufenweisen     Überbrückung    eine  Wahl zu     treffen    suchen.  



  Beide Arten haben aber im vorliegenden  Fall schwerwiegende Nachteile.  



  1. Bei der reinen     Drosselregelung    muss  die Turbine für das grösste Gasvolumen  <B>(100%</B>     Belastung)    bemessen werden. Teil  belastungen werden dadurch erreicht, dass -der  Anfangsdruck so abgedrosselt wird,     dass    das       Eintrittsvolumen    demjenigen für Vollast ent  spricht. Durch die Drosselung wird das       Wärmegefälle    und die durchgehende Gas  menge kleiner.

   Eine Drosselung ist jedoch  immer mit einem grossen     Wärmegefällever-          lust    verbunden und ein guter Wirkungsgrad  ist nur bei Vollast möglich.     Darum.    werden      jetzt fast alle     Reaktions.dampfturbinen    mit  einer     Aktionsregulierstufo    versehen.     Bei    Gas  turbinen ist das Wärmegefälle zu klein, um  eine     Aktionsregulierstufe    ohne bedeutende  Wirkungsgradverschlechterung     anwenden    zu  können.  



  ?. Die     stufenweise        Überbrückung    wird  jetzt bei reinen     Reaktionsturbinen        (Ljung-          strömturbinen)    allgemein im     Dampfturbinen-          bau    verwendet. Dabei wird .die Turbine für  eine Teillast entworfen; grössere Gasmengen       werden    dadurch erreicht, dass man eine oder  mehrere der ersten Stufen überbrückt. Da  durch wird die Schluckfähigkeit so erhöht.  dass die Gasmenge, die für     100    %     Belastung     nötig ist, in den     nichtüberbrückten    Stufen  arbeiten kann.

   Die     überbrückten    Stufen  müssen allerdings leer mitlaufen und wirken  durch die Ventilationsverluste stark brem  send.  



  Bei Turbinen, hei denen das Wärme  gefälle     sehr    klein ist, wie bei     Cxasturbinen,      -erden die Gasvolumina sehr gross.     Die        Quer-          s    -,ehnitte für den     Gasstrom    werden auch sehr  gross. Bei Gasturbinen ist eine Regelung  durch Überbrückung einer oder mehrerer       Stufen    mit grossen baulichen Schwierigkei  ten verbunden, weil die Überbrückungsleitun  gen und die Ein- und     Austritte    der     Mer-          brückungsleitungen        ausserordentlich    viel     Platz     brauchen.

   In baulicher Hinsicht     ist        somit     eine     stufenweise        Überbrückung        bei        Gaetur-          binen    kaum möglich.  



  Gemäss der     Erfindung    wird nun     aber    die       Leistungsverteilung    zwischen     @ompressor-          furbine    und     Nutzleistungsturbine    durch min  destens in .der ersteren     angeordnete    drehbare  Leitschaufeln     geregelt.     



  Die Vorteile     dieser        Regeleinrichtung     gerade für diesen Sonderfall einer solchen       Gasturbinenanlage    für Fahrzeugantrieb, z. B.       Schiffsantrieb    oder ähnliche     Anforderungen     stellende Anlagen, liegen     darin,    dass die Tur  bine, wie     bei    Drosselregelung, für das  grösste bei höchster     Luftansaugtemperatur          gebrauchte    Gasvolumen gebaut wird.

   Bei Be  lastungen kleiner als     100%    wirken auch die  drehbaren     Leitschaufeln    genau wie die Dros-         selregelung,    nur wird das     Drosselungswärme-          gefälle        in    den     Leitschaufeln    ausgenützt und  erzeugt dort eine hohe     Eintritt.sge@chwindig-          keit    für .die Laufschaufeln. Diese hohe     Ein-          trittsgeschwindigkeit    wird hier mit einem  verhältnismässig     guten    Wirkungsgrad aus  genützt.

   Werden die Laufschaufeln     hei    100  Belastung für axialen Eintritt vorgesehen, so  treten bei kleineren     Belastungen    grössere Ein  trittsgeschwindigkeiten auf und das Gas  kommt unter einer     gewissen        Stosswirkung    in  den Laufschaufeln an. Die Stosskomponente  tritt; als Bauchstoss auf und wird. wie Ver  suche zeigen, gut ausgenützt.  



  Die vorgeschlagene     Rege:.einrichtung    ist  also der     Pros-selregeleinrichtiuig    bezüglich  der Wirtschaftlichkeit weit     überlegen.     



  Aus baulichen Gründen ist sie auch der       l.lberbrückungsregeleinrzehtung,    deren An  wendung bei Gasturbinen, wie schon oben er  wähnt, kaum möglich erscheint, überlegen.  



  Die     Zeichnung    stellt eine mit Gleich  druckverbrennung     arbeitende        Sehiffgastur-          hinenanlage    mit einer     heispielsweisen    Regel  einrichtung gemäss der Erfindung dar. 1 ist  ein     Luftkompressor    von axialer Bauart,     \?     eine     Verhrennungskammer,    in die von erste  rein her die Kompressionsluft und mit der Ein  spritzdüse 3 der     Brennstoff        eingeführt    wer  den.

   Nach der Verbrennung expandieren die  heissen Gase in einer     Kompres-sorturbine    4  und einer     Nutzleistungsturbine    5     und    strö  men durch die Abgasleitungen     fi    und 7 zur  Atmosphäre.

   Die     Grasmengen    sollen zwischen       Kompressorturbine    4 und     Nutzleistungstur-          bine    5 so     verteilt    werden,     dass'    die Regelein  richtung 12 nicht eine höhere     Gastemperatur     einstellen muss, um genügend     Iaeistung    für  die Kompression zu     erhalten,    als dies für  das Schaufelmaterial noch gerade     zulässig     ist.

       Die    mittlere     Gastemperatur    wirkt     über     eine     Thermostateinrichtung    8 auf einen Ö1  druckregler 9,     .der    einen     Druckölservomotor     10     einstellt.    Der Servomotor 10     dreht    die  Leitschaufeln 11 der     Kompressorturbine,    und  zwar so, dass eine zu hohe Gastemperatur die       Leitschaufeln    öffnet und eine, zu     niedrige     Gastemperatur sie schliesst.

   Die     Leitschaufeln         11 und die Turbine 4 werden für die grösste  Gasmenge gebaut, die bei höchster     Luft-          ansaugtemperatur        gebraucht    wird. Bei     nie-          drigerer        Lufttemperatur        wird    die     Kompres-          sionsleistung    kleiner und     die    nötige Gas  menge der     Kompressorturbine    ebenso.

   Da die       Leistung    der     Kompressorturbine    zunächst un  verändert ist, würde bei     niedriger    Ansaug  temperatur die     Turbinenleistung    ,die     Kom-          pres:sorlei@stung    übersteigen.

   Es wird sich also  am Thermostat 8 wegen der gelieferten grö  sseren Luftmenge eine     niedrigere    Gastempera  tur     einstellen.    Die     Temperaturerniedrigung     wirkt, wie schon oben erwähnt, in dem Sinne  über Regler     J    und Servomotor 10 auf die       Leitschaufeln        1f1,        @dass    diese etwas geschlos  sen werden, also weniger Treibgase zulassen  und damit das     Gefälle    in den Leitschaufeln  11. erhöhen. Die     Eintrittsgeschwindigkeit    in  der ersten     Laufschaufelreihe    wird grösser.

   In  der     Turbine,    die für axiale Einströmung in  die Laufschaufeln mit maximaler     Leitschau-          felstellung    gebaut ,sei,     tritt    bei kleineren  Gasmengen und     Lestschaufelstellungen    ein       sogenanüter    Bauchstoss in der ersten Lauf  schaufelreihe ein. Weil der Bauchstoss mit  verhältnismässig kleinem Verlust verbunden  ist, nützt diese Mengenregelung mit dreh  baren Leitschaufeln das vorhandene Wärme  gefälle bedeutend     besser    aus, als eine Drossel  regelung und ist in baulicher Hinsicht bei  Gasturbinen der     Überbückungsregelung    über  legen.  



  Es kann zweckmässig sein, auch die Nutz  leistungsturbine mit einer     Regeleinrichtung     auszuführen. In der Zeichnung ist diese als  eine einfache, durch einen Kraftkolben be  wegte     Dross        -alklappe        1.3,    .dargestellt, es kann       aber        ebensobgut    auch hier eine     Vorrichtung     mit     drehbaren        Leitschaufeln    in     Betracht     kommen.  



  Die Leistung der     Turbine    4 kann durch       Gasmengen-    oder     Wärmegefälleregelung    ein  gestellt werden. Will man mit     konstantem          Wärmegefälle    fahren, muss Druck und Tem  peratur vor der Turbine konstant gehalten       werden.    Dies würde annähernd konstante       Kompressordreh.,zahl    voraussetzen.

       Bei    Teil-    last würde bei einer solchen Anordnung der       'Wirkungsgrad    sehr schlecht sein, weil die     er-          forderliGhe        Kompressionsleistung        fast    ebenso  gross wie bei Vollast sein     müsste.    Wird der  Leistungsbedarf an der Propellerwelle ge  ändert, so wird sowohl die     NutzIeistungs-          turbine    als auch die     Kompressorturbine    mit  voller     Beaufschlagung    ohne     Drosselung    ar  beiten,

   was     besonders    beim Antrieb von     Strö-          mungsmaschinen    mit variablen     Drehzahlen     vorteilhaft ist, da sich dann die     Parsons'sche     Zahl unabhängig von der Belastung fast       konstant    hält.  



  Die an die Propellerwelle abzugebende       Leistung    bestimmt also primär die     Kompres-          sordrehzahl    und den     Brennkammerdruck.    Um  die     Kompressordrehzahl    zu     steigern,    muss die  Leistung der     Kompressorturbine    vorüber  gehend die     Kompressorleistung    überwiegen.

    Diese     vorübergehende        Leistungssteigerung     kann dadurch erreicht werden, dass die Gas  temperatureine kurze Zeit erhöht wird., was  in Hinsacht auf die     Schaufelfestigkeit    .schon  erlaubt ist, weil für die     Kriechfestigkeitdie     mittlere Dauertemperatur entscheidend ist  und momentane     Temperaturänderungen    bei       Belastungsänderungen    kaum diese     Festig-          keitsgrenze    beeinflussen.

   In der     Zeichnung     ist 8 die früher     erwähne        Thermostateinrich-          tung,,die    über     den,01.druckregler    12, die Lei  tung 14 und den Servomotor 115 (ganz rechts  in der Figur) die Brennstoffmenge in einem       gewissen        Verhältnis    zur     Luftmenge    einstellt  und dadurch die Gastemperatur konstant  hält.

   Der     Einstelleistungsregler    16 der Nutz  leistungsturbine regelt den     0ldruck    in der       Leitung    17     und    wirkt dadurch auf     einenVer-          stellkolben        17a    zwischen dem Thermostat und  dem     Oldruckregler    12. Mit dem Leistungs  regler 16 kann also die Brennstoffmenge  und damit die Gastemperatur     vorübergehend     erhöht oder     heruntergesetzt    werden.

   Die Ver  änderung der     Gastemperatr    führt eine Ände  rung der     Kompresso:rdrehzahl    herbei, welche  eine Druckänderung und damit eine Nutz  leistungsänderung verursacht. Der Leistungs  regler 16     wirkt    durch die     Regelvorrichtungen     17a, 12, 15 durch     vorübergehende    Änderun-      gen der     Gastemperatur    auf die     Kompressor-          drehzahl    und den     Brennkammerdruck    und       regelt    somit die     Nutzleistung.     



  18 ist ein     Überströmventil,    19 ein     Grenz-          drehzahlregler,    20, 211     Auslilinkvorrichtun-          gen    der üblichen Art. Die     Nutzleistungstur-          bine    5     treibt    über ein     Getriebe    22 den Pro  peller 23 an. 24 ist ein     Anfahrmotor    für die       Gruppe    1.. 4; die     Ölpumpe    25 versorgt sämt  liche     Ölleitungen.    2,6 sind Drosselstellen der       Ölleitungen.  

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Regeleinrichtung an mit Gleichdruckver- brennung arbeitenden Gasturbinenanlagen mit einer Kompressorantriebsturbine und einer Turbine für die Nutzleistung, insbe- sondere für Schiffsantrieb, .dadurch gekenn zeichnet,
    dass die Leistungsverteilung zwi schen den Turbinen durch mindestens in der Kompressorantriebsturbine in mindestens einer der ersten Leitschaufelreihen angeord nete drehbare Leitschaufeln beeinflusst wird.
    UNTERANSPRüCHE 1. Regeleinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet"dass auch die Tur bine für die Nutzleistung eine Leistungs- regelvorriehtung besitzt. 2. Regeleinrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Turbine für die Nutz leistung als Leistungsregelvorrichtung drehbare Leitschaufeln in mindestens einer der ersten L eitschaufelreihen be sitzt.
    3. Regeleinrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, da ,durch gekennzeichnet, dass die bei der Nutzleistungsregelung auftretende Ände rung der Gastemperatur durch einen Ther- mostatregler auf einen für das Schaufel- material höchst zulässigen Wert zurück geführt wird.
CH205302D 1937-09-24 1938-06-22 Regeleinrichtung an mit Gleichdruckverbrennung arbeitenden Gasturbinen-Anlagen mit einer Kompressorantriebsturbine und einer Turbine für die Nutzleistung, insbesondere für Schiffsantrieb. CH205302A (de)

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CH205302D CH205302A (de) 1937-09-24 1938-06-22 Regeleinrichtung an mit Gleichdruckverbrennung arbeitenden Gasturbinen-Anlagen mit einer Kompressorantriebsturbine und einer Turbine für die Nutzleistung, insbesondere für Schiffsantrieb.

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE908211C (de) * 1943-04-11 1954-04-01 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Axial durchstroemte Kreiselradmaschine, insbesondere fuer Gas- oder Dampfturbinen
DE1258193B (de) * 1962-12-11 1968-01-04 Bbc Brown Boveri & Cie Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage
DE2046810A1 (de) * 1969-09-25 1971-06-16 Garrett Corp Gasturbine

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