CH216504A - Verfahren zur Regelung von Gasturbinenanlagen. - Google Patents

Verfahren zur Regelung von Gasturbinenanlagen.

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CH216504A
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Aktiengesellschaft Gebr Sulzer
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Sulzer Ag
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  Verfahren zur Regelung von     Gasturbinenanlagen.       Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver  fahren zur Regelung von     Gasturbinen-          anlagen,        .die    folgendermassen arbeiten:

   Das  Arbeitsmittel wird von mindestens einem  Hauptverdichter bei einem Druck, der grö  sser ist als der atmosphärische,     angesaugt,     verdichtet, einer Erhitzung unterworfen und  alsdann in mindestens einer Turbine expan  diert auf einen Druck, der ebenfalls höher  ist als der     atmosphärische.    Der Prozess spielt  sieh also vollständig unter Überdruck ab,  was so erreicht wird,     @dass    mindestens ein  weiteres unabhängiges Turboaggregat, ge  nannt Ladeaggregat, vorgesehen ist, be  stehend aus einem Kompressor, der fortwäh  rend Luft ansaugt, komprimiert und dem  übrigen     System        zuführt,    und einer Turbine,  der aus diesem letzteren fortwährend Ar  beitsgas unter Überdruck zuströmt,

   um zu  expandieren und die Anlage zu verlassen.  Die Leistung solcher Anlagen lässt sich in  vorzüglicher Weise so. regeln,     da.ss    durch       Verändern    der Drehzahl des     Ladeaggregates     das gesamte Druckniveau der unter Über-    druck arbeitenden Anlage entsprechend dem  Belastungszustand verändert und die Brenn  stoffzufuhr     dementsprechend    angepasst wird.  Eine solche Regelung ist eine ausserordent  lich wirtschaftliche.

   Ist aber die anzutrei  bende Maschine ein elektrischer Generator,  bei dem nur geringe Drehzahlschwankungen  zulässig     sind,    so stellt sich die Schwierigkeit  ein, dass bei plötzlich veränderter Belastung  der Anlage die Drehzahl     eles    Ladeaggregates  nicht rasch genug geändert werden kann, so  dass noch zusätzliche     Hilfsmittel    nötig sind,  die eine sofortige     Anpassung    der Leistungs  abgabe     ermöglichen:    Als solche kommen bei  spielsweise in Frage:

       Reserveluftbehälter,    in  denen Druckluft aufgespeichert wird,     die    bei  plötzlicher steigender Belastung in die An  lage geleitet wird, damit sofort der erhöhte  Druckzustand     eintritt,    noch bevor das Lade  aggregat die entsprechende höhere Drehzahl  erreicht hat. Bei plötzlicher Entlastung hin  gegen lässt man in analoger Weise durch       Ausströmorgane    Luft oder Gas aus der An  lage austreten, so dass sich     sofort    ein niedri-           gerer    Druckzustand einstellt.

   Ein anderes  sehr vorteilhaftes     Mittel    zur Schnellrege  lung     besteht    darin,     dass    die     Scha.ufelung        des          Hauptverdichters    vorübergehend derart ver  stellt wird, dass das im Hauptverdichter er  zeugte Druckverhältnis momentan grösser  oder kleiner wird je nach der Art der Be  lastungsänderung. Sobald sich die Drehzahl  des Ladeaggregates dem     neuen    Belastungs  zustand angepasst hat, wird die     Schaufelung     wieder in ihre normale Lage zurückgestellt.

    Auch Dampfspeicher und     Hilfsdampfturbi-          nen    können als solche     Schnellregelvorrich-          tung    Verwendung finden.  



  Die Anwendung solcher Mittel setzt     aber     voraus,     dass    ein Reguliermechanismus ge  schaffen wird, der nach einem Verfahren  arbeitet, durch das die betreffenden Ein  griffe (Öffnen und Schliessen der Ventile,  Verstellen und Rückstellen der     Schaufelung)     in     ztveckmässige.r    Weise     benverkstelligt    wer  den, das heisst derart, dass die     folgenden        B < @-          dingungen    erfüllt sind:

   Die Regelung muss  nicht nur stabil sein, also nach jeder Be  lastungsänderung der Anlage wieder eine  neue     Beharrungslage    einstellen, sondern die  neue     Beharrungslage        muss    möglichst     rasch     und mit einem Minimum von vorübergehen  den Schwankungen eingestellt werden, so  dass die vorgesehenen Hilfsmittel für die  Schnellregelung nur ganz kurze Zeit einge  schaltet     bleiben.    Dies ist deshalb zu fordern,  weil die Arbeitsweise der Anlage eine un  wirtschaftliche ist, während diese Hilfsein  richtungen in Tätigkeit sind. Bei verstell  barer     Gebläseschaufelung    beispielsweise wird  der Anlagewirkungsgrad schlechter.

   Sieht  man     Reserveluftbehälter    vor, so muss deren       Speichervermögen    sehr gross und die     Nach-          füllvarrichtung    sehr leistungsfähig sein.  wenn der Speicher während relativ langer  Zeit in Anspruch genommen werden muss.  Dies wäre eine sehr     unerwünschte        Kompl        i-          zierung    der Anlage. Durch die vorliegende  Erfindung ist ein Regelungsverfahren ge  funden worden, das den obigen     Forderungen     in besonders hohem Masse entspricht.

   Das  Verfahren besteht darin, dass die Mittel, die    bei plötzlich veränderter Leistungsaufnahme  der     angetriebenen    Maschine (z. B.     Generator)     die     Leistungsabgabe    der     Gasturbinenanlage     sofort dem neuen     Belastungszustand    anpas  sen, noch bevor sich die Drehzahl des Lade  aggregates diesem angepasst hat, nur dann  und nur so lange in Tätigkeit.

   gehalten wer  den, als die Drehzahl der anzutreibenden Ma  schine um mehr als den     zugelassenen    bleiben  den     Irngleichförmigkeitsgrad    von der mitt  leren Drehzahl     abweie.ht.    Unter dem blei  benden     Ungleichförmigkeitsgrad    wird be  kanntlich diejenige positive oder negative  Abweichung von einer bestimmten vorge  schriebenen mittleren Drehzahl     verstanden,     welche im Betrieb dauernd zugelassen wer  den kann.

   Er beträgt     in    praktischen Fällen  beispielsweise     -i-    1     %.    - Im Falle der abso  luten     Isodroniregelung    ist dieser bleibende       Ungleichförmigkeitsgrad    0. - Es kann ge  nügend und zweckmässig sein, die genannten  Mittel zur raschen     Leistungsveräntderung    so  zu regeln, dass die Drehzahl der zu treiben  den Maschine der einzige Impuls ist, der auf  ihre Regelung einwirkt.

   Dies gilt besonders  für den     Fa1il    der     verstellbaren        Schaufelung.     Wird hingegen ein     Reserveluftbehälter    vor  gesehen, so kann es vorteilhaft sein, die  Regelung so auszubilden, dass, sobald die  Drehzahl der anzutreibenden Maschine ihren  tiefsten Wert erreicht hat und wieder zu  steigen beginnt, die Luftzufuhr aus dem Be  hälter derart. geregelt wird, dass in der An  lage annähernd der Druckzustand bestehen       bleibt,    der im     Augenblick    kleinster Drehzahl  erreicht war, und zwar so lange, bis das       Ladeaggregat    nahezu die geforderte Dreh  zahl erreicht hat und die Reserveluftzufuhr       abgestellt    wird.

   Umgekehrt wird bei raschen  Entlastungen,     bei    denen man Luft aus der  Anlage     abblasen        lässt,        dieser        Luftauslass    so  geregelt, dass er von dem Moment an, wo die  Drehzahl ihren     Höchstwert    erreicht hat und  wieder zu sinken     beginnt,    einen konstanten  Druck in der Anlage einstellt. Die     Vorrich-          tungen,welche    zur Anpassung der Drehzahl  des     Ladeaggregates    an die jeweilige Be  lastung dienen, (z.

   B. elektrische     Maschinen         oder Regelventile zur Stufenüberbrückung  an der Turbine des Ladeaggregates     ete.)     können an sich ebenfalls derart geregelt  werden, dass die Drehzahl der anzutreiben  den Maschine der einzige Regulierimpuls ist.  Zweckmässiger wird die Regelung dieser  Vorrichtung so, ausgebildet, dass sie durch  die vereinigte Wirkung der Drehzahlen der  anzutreibenden Maschine und des Lade  aggregates bestimmt ist.  



  An Hand der Figuren wird das erfin  dungsgemässe Verfahren beispielsweise er  läutert.  



       Fig.    1     stellt    beispielsweise das     Arb.eits-          Schema    einer     Gasturbinenanlage    der hier in  Frage stehenden     Art,dar.    Der Hauptverdich  ter 1 saugt durch den Stutzen 2 Luft unter  Überdruck an, verdicket sie und fördert sie  durch den Stutzen 3 in den Wärmeaustausch  apparat 4     (Rekuperator),    wo sie im Gegen  strom aufgewärmt wird. Sie gelangt als  dann durch die Leitung 5 in das Röhren  system 6 des     Lufterhitzers    7, wird :dort auf  Maximaltemperatur erhitzt und durch die  Leitung 8 in die Turbine 9 geleitet, wo sie       wiederum    expandiert.

   Die Luft verlässt die  Turbine 9 durch die Leitung 10. Ein Teil  strömt durch die Leitung 14, in den     Wärmc-          austauscher    4, den sie im Gegenstrom durch  strömt, um hierauf im Kühler 15 rück  gekühlt und wieder dem Verdichter 1 zuge  führt zu werden. Der übrige Teil strömt in  den Verbrennungsraum 11 des Lufterhitzers  7, wo durch die Düse 12 Brennstoff zuge  führt wird.

   Nach Abgabe der Verbrennungs  wärme an die     Erhitzerrohre    6 strömt das       Gas:    durch die Leitung 16 ebenfalls in den       ZVärmeaustauscher    4 und nach Austritt aus  diesem durch die Leitung 17 in die Lade  turbine 18.     Dort    findet die Expansion auf  den atmosphärischen Druck statt,     und    das  Gas verlässt die Anlage durch den Stutzen  19. Die Ladeturbine 18     treibt    den Ladever  dichter 20, der durch den Stutzen 21 Luft  aus der Atmosphäre ansaugt, sie komprimiert  und durch die Leitung 23, in die ein Rück  schlagventil 22 eingebaut ist, und den Küh  ler 24 dem Verdichter 1 zuzuführen. Die    Anlage treibt den Drehstromgenerator 25.

    Zum Ausgleich der     Leistungen    der Maschi  nen: 18 und 20 dient die     elektrische    Maschine  26, die als Gleichstrommaschine ausgebildet  ist. Der Gleichstrom wird ihr aus einem       Quecksilberdampfmutator27    zugeführt. Die  sem wird in bekannter Weise Drehstrom  über einen Transformator (Primärwicklun  gen 28,     Sekundärwicklungen    29) aus dem  Netz 41 zugeführt. Der     Mutator    arbeitet als       Gleichrichter,    wenn die Maschine 26 als  Motor arbeitet, als     Wechselrichter,        wenn    sie  als- Generator arbeitet.

   Die Maschine 26 wird  deshalb als Gleichstrommaschine ausgebil  det, weil dann die     Tourenzahlvariation    ohne  weiteres möglich ist. Selbstverständlich kann  an Stelle der Gleichstrommaschine 26 auch  eine     tourenvariable        Wechselstrommaschine     verwendet werden, wobei der     Mutator    über  flüssig wird.  



  Um die Leistung bei rascher Belastungs  steigerung genügend rasch erhöhen zu kön  nen, ist ein     Druckluftbehälter    30 vorgesehen,  aus dem durch Öffnen des     Absperrorganes    31  Luft in die Anlage geleitet werden kann, um  sie auf höheren Druck zu bringen. Umge  kehrt kann .durch Öffnen des Absperrorganes  32 Luft     aus    der Anlage abgelassen werden  bei plötzlicher Entlastung.

   Die Regelung  dieser beiden Ventile erfolgt unter -dem Ein  fluss des     Fliehkraftreglers    33, und zwar er  findungsgemäss derart, dass das Absperr  organ 31 erst geöffnet wird, wenn die Dreh  zahl tiefer ist als dem     zugelassenen    bleiben  den     Ungleichförmigkeitsgrad        entspricht,    wäh  rend 32 nur geöffnet wird,     wenn    die Dreh  zahl     entsprechend    höher ist. Die Drehzahl  regelung der     elektrischen    Maschine 26 und  damit des Aggregates 18, 20 kann unter dem  Einfluss des Reglers 33 erfolgen, zweckmässi  ger aber unter dem vereinigten Einfluss der  Regler 33 und 34.

   Das     Rückschlagventil    22  hat den Zweck, ein Rückströmen von Luft  durch das Gebläse 20 zu vermeiden. Wird  nämlich die Anlage vom Behälter 30 aus auf  höheren Druck aufgefüllt, so hört das Ge  bläse 20 zunächst auf zu     fördern,    weil es bei  der augenblicklichen Drehzahl das hohe      Druckverhältnis nicht erzengen kann. Erst  wenn seine     Drehzahl    genügend gestiegen ist,  setzt die Förderung wieder ein.     Fig.    1 lässt       ferner    noch: eine     zusätzlie.he    Regelvorrich  tung erkennen. Sie besteht in einem Stufen  kolben 35, der über einen Hebel 36 ein     IMb-          sperrorga    n 37 betätigt.

   Hat das Verhältnis  der Drücke auf Hochdruckseite und Nieder  druckseite der Hauptanlage seinen normalen       Wert,    so ist die Kraft auf die untere grö  ssere Kolbenfläche des     Stufenkolbens        etwas     grösser als diejenige auf die kleinere obere  Kolbenfläche. Steigt aber das     genannte;     Druckverhältnis, so     überwiegt    die Kraft auf  die obere kleine Kolbenfläche. Damit. bewegt  sich der Stufenkolben nach unten und das       Abschlussorgan    37 öffnet sich und lässt Luft  von der     Hochdruckseite    nach der Nieder  druckseite strömen, so dass eine Reduktion  des Druckverhältnisses eintritt.

   Dadurch  wird vermieden, dass der Verdichter 1  pumpt, was bei zu grossen Druckverhältnis  sen, eintreten kann. - Ein kleiner Hilfs  kompressor 39 speist über eine     Leitung    40  den Behälter 30 nach, so     dass    dort stets die  nötige     Luftreserve    vorhanden ist.  



  In     Fig.    2 ist ein Diagramm eines Regel  vorganges dargestellt. Als Abszisse ist die  Zeit aufgetragen, als Ordinate die Drehzahl.       jlo    sei die vorgeschriebene mittlere Drehzahl,       fr.'    die im     Dauerzustand    minimal zulässige,       ri   <I>'</I> die entsprechende maimal zulässige  Tourenzahl.

   Das Band zwischen n' und     7i"'          entspricht.    also dem bleibenden     Ungleich-          förmigkeitsgra.d.    Erfindungsgemäss erfolgt  nun die Regelung des     Abschlussorganes    31  so, dass dieses Ventil sich erst dann öffnet,  wenn die Drehzahl unter den Wert     n'        sinkt.     Ganz analog kann das     Abschlussorgan    32  nur dann geöffnet werden, wenn die Dreh  zahl über     u"    steigt.

   Solange sich also die  Drehzahl auf und zwischen den beiden  Linien     -rä    und     rz"    befindet. ist keines der     bei-          ,den    genannten     Abschlussorgane    31, 32 ge  öffnet, und insbesondere sind sie demnach  geschlossen, solange die Drehzahl um nicht  mehr als dem zugelassenen bleibenden     LTn        -          gleichförmigkeitsgrad    von     n"    abweicht.         Fig.    3 stellt beispielsweise einen     Regii-          liermecha.nismus    dar, der nach dem genann  ten Verfahren arbeitet.

   Die Beeinflussung  der Drehzahl des Motors 26 geschieht in die  sem Fall unter dem gleichzeitigen Einfluss  der     Regler    33 und 34. Sinkt beispielsweise  die Drehzahl des     Generators,    so sinkt die       Muffe    des Reglers 33, damit aber auch     das     linke Ende des Hebels 42 und schliesslich die  Punkte 45 und 46. Da Punkt 48 des Hebels  47 zunächst in Ruhe bleibt, hebt sich der       Punkt    49, und der Schieber 51 bewegt sich       nae.h    oben.

   Da     bei    52     Drucköl        zugeführt     wird, gibt somit der Schieber 51 den     Druck-          älzutritt    zur obern Seite des Kolbens 53  frei, während auf der untern Seite das 01  ablaufen kann (dies ist auch die gezeichnete  Lage des Schiebers 51). Der Kolben 53 be  wegt sich folglich nach unten und damit  auch der Punkt 48, was eine     Rüe.kführung     des     Schiebers    51 mit sich bringt.

   Diese Rück  führung ist aber keine starre, sondern es sind  erstens Federn 50     vorgesehen,    welche den       Punkt    48 in eine     bestimmte    Lage zu bringen  bestrebt sind, während gleichzeitig ein     Öl-          katarakt    54 vorgesehen ist, der     in    bekannter  Weise mit einem Kolben versehen ist, der  eine kleine     Durchtrittsbohrung    55 für das  01 besitzt. Es ist klar, dass sich nach be  endigtem Regulierungsvorgang der Schieber  51     unbedingt        wieder    in seiner neutralen Mit  tellage befinden muss, weil sonst eben noch  weitere Bewegungen eintreten würden.

   Damit  nimmt aber auch der Punkt 49 eine ganz be  stimmte Lage ein, aber auch der Punkt 48  muss nach beendigtem Regelvorgang wieder  eine ganz bestimmte (nämlich seine ursprüng  liche) Lage einnehmen, da er durch die  Federn 50 schliesslich in     diese    Lage zurück  gebracht wird (die Federn 50 müssen sich  nach beendigtem Regelvorgang im Gleich  gewicht befinden, da nämlich sonst der     Öl-          katarakt    sich noch bewegt, was ja voraus  setzungsgemäss nicht der Fall sein soll). Ist  aber die Lage der Punkte 48 und 49 fest  gelegt, so ist es schliesslich auch diejenige  des     Punktes    45. Damit ist aber zu jeder  Stellung des     Reglers    33 eine Stellung des      Reglers 34 zugeordnet.

   Die Regelung- arbei  tet also so, dass zu jeder Stellung des Reg  lers 33 auch eine ganz bestimmte Touren  zahl des Ladeaggregates gehört, unabhängig  davon, wie die zum vornherein nicht genau       bekannte        Charakteristik    dieses     Aggregates     ist. Durch den Kolben 53 wird einfach der  Bürstenträger 56 der elektrischen Maschine  26 um den Punkt 57 gedreht. Im vorliegen  den Fall ist angenommen, dass die Maschine  als Motor arbeitet.

   Ihre Leistungsabgabe ist  dann um so grösser, je weiter sich die Ebene  der Bürsten aus derjenigen der Pole 58 ent  fernt und wird am grössten, wenn die bei  den Ebenen senkrecht aufeinander     stehen.     Eine     Abwärtsbewegung    des Kolbens 53, wie  sie bei Belastungsvorgängen eintritt, bringt  demnach eine Leistungszunahme, das heisst  eine Drehzahlerhöhung der Maschine 26 mit  sieh.  



  Der Regler 33 bestimmt nun aber     gl-eieli-          zeitig    auch das     Öffnen,    und Schliessen der  Ventile 31 und 32. Das rechte Ende des  Hebels 43 ist mit dem Punkt 59 verbunden.  Die Punkte 59, 60 und 61 gehören ein und  demselben Hebel an, der mit dem Kolben 63  und dem Schieber 64 zusammen eine ge  wöhnliche Krafteinschaltung darstellt, die  einfach derart arbeitet, dass die Lage des  Kolbens 63 durch die Stellung des Reglers  33 eindeutig bestimmt ist. Dadurch wird  aber auch der Punkt 62a des Winkelhebels  <B>62</B> durch den Regler 33 verstellt, und zwar  im gleichen Sinne wie dieser.

   Schliesslich  werden damit auch die     Winkelhebel'65    und  106     durch    den Regler 33     verstellt.    Der  Punkt 65a     bewegt    sich im gleichen Sinne  wie der Regler 33, nämlich nach abwärts,  wenn der Regler sinkt, nach aufwärts,  wenn der Regler steigt. In der Figur ist  diejenige Lage eingezeichnet, die der Dreh  zahl     7ä    entspricht.     Sinkt    also in diesem Zu  stand -die     Drehzahl    noch weiter, so muss das  Ventil 31 geöffnet werden. Das wird da  durch erreicht, dass bei einer weiteren Ab  wärtsbewegung des Schiebers 66 der Druck  ölzutritt zum Kolben 74 durch die Leitung  67, 68, 69, 70, 71 freigegeben wird.

   Gleich-    zeitig kann das 01 über dem Kolben 74  durch die     Leitungen    72, 73, 75, 76, 77, 78  abfliessen. Der Kolben bewegt sich also  nach     oben    und öffnet das Ventil 31. Durch  den Stutzen 100 kann nun Druckluft aus  dem Reservebehälter in die Leitung 99 über  strömen, die direkt an die Anlage ange  schlossen ist.  



  Es ist zudem     vorgesehen,    dass die Rege  lung, sobald die Drehzahl ihren tiefsten'  Wert erreicht hat und wieder zu steigen an  fängt, in der     Anlage    einen konstanten  Druckzustand einstellt. Das wird folgender  massen erreicht: Steigt die Drehzahl des  Generators., so steigt auch der unter dem  Einfluss des Reglers 33 sich bewegende  Schieber 66, folglich auch der Kolben 83.  Beim     vorhererfolgten        Abwärtsgang    dieses  Kolbens konnte in den Raum über demselben  Öl unter schwachem Druck nachströmen,  nämlich durch die Leitungen 79, 80, 82.  unter     Durchströmung    des     Rückschlagventils     81.

   Bewegt sich nun aber der Kolben 83 nach  oben, so kann ein Rückströmen des Öls  wegen des     Rückschlagventils    81 nicht statt  finden. Da der Schieber 66 hierbei nach  Voraussetzung tiefer steht     auls    die gezeich  nete Lage, tritt durch die Leitung 102  Drucköl unter den Kolben 84, so dass auch  ein Abströmen des Öls durch die     Leitung   <B>8 ,5,</B>  78 zunächst nicht möglich ist. Daher wird  nun der Schieber 86     entgegen    der Kraft der  Feder 87 von der untersten in die oberste  Lage gedrückt.

   Erst dann erzeugt der Kol  ben 83 bei     seiner    weiteren     Aufwärtsbewe-          gung    einen solchen Druck, dass weiterver  drängtes 01 unter     Zurückdrückung    des Kol  bens 84 durch die Leitungen 85 abströmt.  Dadurch, dass sich 86 in seiner     obersten    Lage  befindet,     tritt        folgendes        eiü:        .Die    Verbin  dungen zwischen den Kanälen 76 und 77,  sowie zwischen 68 und 69 sind unterbrochen.

    Damit hört der Schieber 66 auf, die Bewe  gung dies Kolbens 74 zu     beeinflussen.    Hin  gegen gelangt nun     Drucköl    aus, der Leitung  68 durch die Leitung 88     unter    den Kolben  89, der folglich die     Nadel    90 auf ihren Sitz       drückt.    Man erkennt, dass nunmehr der      Kolben 91 keine Bewegung mehr ausführen  kann, weil die Räume über und unter diesem  Kolben nicht mehr miteinander kommunizie  ren. Folglich ist jetzt auch der Einsatz 92  festgehalten.

   Steigt der Druck in der An  lage also auch in der     Leitung    99     noch    wei  ter an, so bewegt sich der Kalben 95 weiter  nach oben, damit aber auch der Punkt 9 7  und somit der     Schieber    93. Damit gelangt       Drucköl    durch die Kanäle 68, 98, 72 über  den Kolben 74. während unter demselben  das Öl durch die Kanäle 71, 104     abströmen     kann. Der Kolben 74 gebt also nach unten  und bewegt das Ventil 31 im Sinne des  Schliessens. Es kann sich also in der Lei  tung 99 kein wesentlich höherer Druck ein  stellen, denn das würde ein vollständiges  Schliessen des Ventils 31 zur Folge haben.

    Anderseits würde ein     beträchtliches    Absin  ken des Druckes ein     vollständiges    Öffnen     des          Ventils    31 bewirken, so dass entsprechend  Druckluft nachgefüllt würde. Man erkennt  also, dass ein Festhalten des Einsatzes 92 zur  Folge hat, dass von diesem Augenblick an ein  ungefähr     konstanter    Druck in .der Leitung  99, also ein nahezu     konstanter    Druckzustand  der Anlage eingestellt wind.

   Ist der Einsatz  92 frei beweglich, so ist dies nicht der Fall,  weil er dann durch die Federn 94 relativ  zum Schieber 93 immer in der neutralen  Lage     gehalten    wird, so dass dieser keinerlei  steuernden     Binfluss    ausübt.  



  Es wird also durch die gezeigte Art der  Regelung tatsächlich     erreicht,    dass, sobald  die     Drehzahl    des Generators wieder zu stei  gen anfängt, ein konstanter Druckzustand in  der Anlage eingestellt wird, und man kann  die Teile der     Regelvorrichtung    so bemessen,  dass dieser Druckzustand nicht weit von dem  jenigen abweicht, der im Augenblick tiefster  Drehzahl vorhanden war. Sobald das Lade  aggregat genügend beschleunigt ist, fängt es  wieder an zu     fördern.    Demzufolge wird die       Druckregelung    das. Ventil 31 mehr schliessen,  bis es     ganz        geschlossen    ist.

   Auf alle Fälle       schliesst    sich     das    Ventil 31 aber, sobald die  Drehzahl den Wert n' übersteigt. Denn ist       yä    erreicht, so hat der Schieber 66 wieder    die gezeichnete Lage. Hebt er sich     weiter,    so  kann das 01 unter dem Kolben 84     durch,die     Leitungen 102, 103, 104 abfliessen; die Feder  87 drückt den Kolben 86 wieder in die  unterste Lage, so dass die Kanäle 68 und 69       wieder    miteinander in Verbindung treten,  ebenso 76 und 77.     Anderseits    wird der Kol  ben 91 wieder freigegeben.

   Es     übernimmt     nun     also    wieder der     Schieber    66 die Steue  rung des Kolbens 74, und zwar wird dieser,  weil der     Schieber    in einer höheren Lage ist  als     gezeichnet,    nach unten gedrückt und       schliesst    das     Ventil    31.  



       Es    muss natürlich auch die Brennstoff  zufuhr dauernd dem     Druckzustand    der An  lage angepasst werden. Das kann beispiels  weise so     geschehen,    dass eine federnde Druck  dose 105 das als Regulierkonus ausgebildete       Brennstoffregelventil    13 derart einstellt, dass  eine richtige Anpassung der     Brennstoff-          menge    an den     Druckzustand        stattfindet.     



  Auf ganz analoge Weise wird das Ven  til 32 betätigt, durch das Luft aus der An  lage abgelassen werden kann. Der     Steue-          rungsmechanismus    ist genau     derselbe    wie für  das Ventil 31, nur dass er im umgekehrten  Sinne arbeitet, was durch die andere Anord  nung des Winkelhebels 106 (gegenüber dem  Hebel 65) und des Kolbens 107 (gegenüber  dem Kolben 95) bedingt ist. Die beiden       Steuerungsmechanismen    lassen sich natürlich  konstruktiv in einen einzigen vereinigen,  doch wurden sie hier der     Deutlichkeit    halber  getrennt gezeichnet.  



  Der in     Fig.    2     dargestellte        Regelvorgang     spielt sich nun so ab;     Ursprünglich    schwache       Belastung    und Drehzahl n,. Im Zeitpunkt     t1     wird die Belastung plötzlich erhöht, so dass  die Drehzahl sofort fällt. In     t,    öffnet sich  das Ventil 31 und füllt die Anlage auf, so  dass das     weitere    Abfallen der Drehzahl  immer mehr aufgehalten wird, bis sie sogar  wieder zu steigen beginnt.     Unmittelbar     darauf nämlich vom Zeitpunkt     t"    an, arbei  tet die Regelung so, dass sie einen konstan  ten Druckzustand in der Anlage einstellt.

         Das        Ladeaggregat        habe    sich im Zeitpunkt     t,     so weit     beschleunigt,    dass es wieder zu för-      lern beginnt. Dementsprechend schliesst die  Druckregelung das Ventil 31, welches im  Punkt     tz;    vollständig geschlossen sei. Von  jetzt ab spielt nur noch die Drehzahlrege  lung des Ladeaggregates (das heisst der Ma  schine 26) und stellt nach einigen kleineren  Schwankungen schliesslich den neuen Behar  rungszustand ein, der     durch,die    Drehzahl     n.2     gekennzeichnet ist und im Zeitpunkt     ta    er  reicht sei.  



  Durch das beschriebene     Reglungsverfah-          ren    werden erhebliche     Vorteile    erreicht. Vor  allem ist es dabei völlig ausgeschlossen,     @dass     sich ein Betriebszustand als Beharrungs  zustand einstellt, bei dem die Mittel, die  zur sofortigen Leistungsanpassung dienen,  dauernd eingeschaltet bleiben würden. Es  wird auch vermieden, dass die     Generatordreh-          za.hl    während. des Reguliervorganges stark  um den Wert     herumpendelt,    den sie dann  schliesslich einnimmt. Selbst wenn im ersten  Augenblick stark     überreguliez-t    wird (also  z.

   B . zu viel Luft in die Anlage     eingelassen     wird) kann dies keine grossen     Nachteile    ver  ursachen. Denn die Drehzahl steigt in die  sem Falle an, was aber die     Mittel    zur Lei  stungserhöhung sofort wieder ausschaltet,  nämlich sobald n' erreicht ist. Beispielsweise  wird dann     das        Abschlussorgan    31 .geschlos  sen, so dass überhaupt nirgends Luft in die  Anlage eintritt,     weil,das        Ladeaggregat    wäh  rend der kurzen Zeit, die hier in Frage  kommt, noch nicht so weit beschleunigt sein  kann, dass es zu fördern beginnt.

   Damit  nimmt aber die Drehzahl sofort wieder ab,  kann also niemals über den Wert n" anwach  sen, was ein Abblasen zur Folge hätte. Es  kann sich daher kein Pendeln einstellen, bei  dem mehrmals hintereinander Luft nachge  füllt und abgelassen würde, bis sich die  Regelung beruhigt hätte. Höchstens kann  sich ein etwas unstetiges Auffüllen     (bezw.     Ablassen beim Entlastungsvorgang) ergeben.  Aber selbst dieser viel kleinere Nachteil wird  noch behoben, wenn man vom Moment der  umkehrenden Drehzahl an eine Druckrege  lung in     Tätigkeit    bringt.

   Der schwankungs  freie Verlauf der Drehzahl des Generators    bewirkt dann, dass jede Verschleppung bei  der Drehzahländerung des Ladeaggregates  vermieden wird, so     da3        sich    dieses rasche  stens dem neuen Zustand anpasst und der       Regelvorgang    sehr schnell abgeschlossen ist.

    Die gezeigte Art der Drehzahlregelung des  Ladeaggregates durch den     kombinierten    Ein  fluss der Regler 33 und 34 unter Einschal  tung von nachgiebiger Rückführung und Öl  katarakt hat den Vorteil, dass unabhängig  von der zum voraus oft nicht sehr genau be  kannten Leistungscharakteristik des Lade  aggregates, eine ganz bestimmte Zuordnung  der Drehzahl des, Generators     (bezw.    der       Generatorleistung)    und derjenigen des Lade  aggregates erzielt werden kann, die sieh im  Beharrungszustand immer einstellt. Zudem  zeigt die     Berechnung,    dass eine solche Rege  lung immer stabil ist.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Regelung von Gastur binenanlagen, bei denen zur Anpassung der Leistung der Gasturbine an die Belastung der angetriebenen Maschine der Druckzu stand des durchströmenden Arbeitsmittels durch Veränderung der Drehzahl eines das Arbeitsmittel vorverdichtenden Ladeaggre gates erhöht bezw. erniedrigt wird und Mit tel vorgesehen sind, die bei rascher Verände rung der Belastung der angetriebenen Ma schine die Leistung,der Gasturbine schon vor der Veränderung der Drehzahl des Lade aggregates dem veränderten Belastungszu stand anpassen, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel zur raschen Leistungsanpassung nur in Tätigkeit gehalten werden, wenn :die Drehzahl der Gasturbine bezw. der angetrie benen Maschine aus der Zone des zulässigen bleibenden Ungleichförmigkeitsgrades her- ausfällt. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1.
    Verfahren nach Patentanspruch, -da durch gekennzeichnet, dass die Mittel zur raschen Leistungsanpassung in Abhängig keit von der Drehzahl der angetriebenen, Ma schine eingestellt werden. 2.
    Verfahren nach Patentanspruch zur Regelung von Gasturbinenanlagen, bei denen zur raschen Leistungsanpassung mindestens ein, verdichtete Luft enthaltender Behälter vorgesehen ist, aus welchem bei raschen Be lastungserhöhungen dem Arbeitsmittelstrom zur Erhöhung des Druckzustandes Luft zu geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhr - sobald die Drehzahl der angetriebenen Maschine nach Erreichung des tiefsten Wertes wieder zu steigen beginnt - derart eingestellt wird, dass in der Anlage mindestens angenähert derjenige Druckzu stand bestehen bleibt,
    der im Zeitpunkt der kleinsten Drehzahl erreicht wurde. 3. Verfahren nach Patentanspruch zur Regelung von Gasturbinenanlagen, bei denen zur raschen Leistungsanpassung mindestens eine Auslassvorrichtung vorgesehen ist, mit tels welcher bei raschen Belastungsverminde rungen aus dem Arbeitsmittelstrom zur Sen kung des Druckzustandes eine Teilmenge ab geführt werden kann, dadurch gekennzeich net, dass die Auslassvorriehtung - sobald die Drehzahl der angetriebenen Maschine nach Erreichung des höchsten Wertes wieder zu sinken beginnt - derart eingestellt wird, dass in der Anlage mindestens angenähert derjenige Druckzustand bestehen bleibt, der im Zeitpunkt der grössten Drehzahl erreicht wurde.
    4. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen, welche zur Anpassung der Leistung die Drehzahl des Ladeaggregates verändern, in Abhängigkeit von der Drehzahl der angetrie benen Maschine eingestellt werden. 5. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen zur Drehzahlverände rung des Ladeaggregates nicht nur in Ab hängigkeit von der Drehzahl der angetriebe nen Maschine, sondern auch in Abhängigkeit von der Drehzahl des Ladeaggregates einge stellt werden.
CH216504D 1939-09-09 1939-09-09 Verfahren zur Regelung von Gasturbinenanlagen. CH216504A (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE868807C (de) * 1942-06-10 1953-02-26 Sulzer Ag Aus einer nach aussen Leistung abgebenden Turbine und einer die Hilfsmaschine antreibenden Turbine bestehende Gasturbinenanlage
DE929161C (de) * 1953-03-06 1955-07-20 Siemens Ag Gasturbinenanlage mit getrennten Maschinensaetzen fuer Nutzleistung und Verdichterleistung

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DE868807C (de) * 1942-06-10 1953-02-26 Sulzer Ag Aus einer nach aussen Leistung abgebenden Turbine und einer die Hilfsmaschine antreibenden Turbine bestehende Gasturbinenanlage
DE929161C (de) * 1953-03-06 1955-07-20 Siemens Ag Gasturbinenanlage mit getrennten Maschinensaetzen fuer Nutzleistung und Verdichterleistung

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