CH218724A - Gas turbine plant. - Google Patents

Gas turbine plant.

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CH218724A
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turbine
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turbines
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German (de)
Inventor
Oerlikon Maschinenfabrik
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Oerlikon Maschf
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/003Gas-turbine plants with heaters between turbine stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16Control of working fluid flow
    • F02C9/18Control of working fluid flow by bleeding, bypassing or acting on variable working fluid interconnections between turbines or compressors or their stages

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Description

  

      Gasturbinenanlage.       Es ist bekannt, bei     Gasturbinenanlagen     den Verdichter durch eine besondere Turbine  anzutreiben. Die Drehzahl der     Nutzleistungs-          turbine    ist dabei im allgemeinen konstant,  während die Drehzahl der     Verdichterturbine     mit der Belastung ändert. Mit der Belastungs  änderung ändert auch das Verhältnis der  Leistungen zueinander, und es muss auf  irgendeine Art die     Leistungsverminderung    der  einen Turbine gegenüber der andern aus  geglichen werden. Es sind verschiedene Bau  arten bekannt, um dieses Ziel zu erreichen.

    Bei allen wird aber der     Wirkungsgrad    der  Anlage bei Teillast durch die getroffenen  Massnahmen verringert.  



  Gemäss vorliegender Erfindung wird bei  einer     Gasturbinenanlage    mit mindestens einer       Nutzleistungsturbine,    mindestens     einer    auf  einer besonderen Welle arbeitenden     Ver-          dichterturbine    und einem     Zwischenerwärmer     zwischen den beiden Turbinen dem Verdich  ter Luft aus mindestens einer Zwischenstufe  entzogen und zwischen den beiden Turbinen  zugeführt. Es kann dadurch die Temperatur    vor den Turbinen auch bei     Teillast    beibehal  ten werden und somit auch der höchstmögliche  Wirkungsgrad der Anlage.  



  Die     beiliegende,    schematische Zeichnung  betrifft ein     Ausführungsbeispiel    des Erfin  dungsgegenstandes. In     Fig.    1 bedeutet 1 den  Verdichter, 2 einen     Wärmeaustauscher,    3 den       Hauptbrennraum,    4 die     Nutzleistungsturbine,     5 den     Zwischenerwärmer,    6 die     Verdichter-          turbine    und 7 die     Nutzleistungsmaschine     (z. B. einen elektrischen Stromerzeuger.

   Die  vom Verdichter 1 angesogene Luft wird auf  Druck gebracht, im     Wärmeaustauscher    2  durch die Abgase der     Verdichterturbine    6       erwärmt    und dem     Hauptbrennraum    3 zuge  führt, von wo die     Brenngase    die Nutz  leistungsturbine 4     beaufschlagen    und dem       Zwischenerwärmer    5 und dann der     Ver-          dichterturbine    6 zuströmen. Nach Abgabe  eines Teils der Restwärme im     Wärmeaus-          tauscher    2     strömen    die Abgase ins Freie.  



  Die Drehzahl der     Nutzleistungsturbine    4  wird zum Beispiel konstant gehalten, indem  der auf der     Nutzleistungsturbinenwelle    sitzende      Leistungsregler 8 die     Brennstoffzufuhr    (Ventil  9) zum     Hauptbrennraum    3     beeinflulit.    Die  Drehzahl der     Verdichterturbine    6 ändert mit  der Belastung. Die Anlage wird zum Beispiel  so ausgelegt, dass bei     Normallast    die Leistun  gen der beiden Turbinen 4 und 6 genügen,  um die     Vollastleistung    der     Nutzleistungs-          maschine    i und die hierfür nötige Verdichter  leistung des Verdichters 1 zu decken.

   Bei  Teillast werden Druck und Drehzahl der     Ver-          dichterturbine    6 gesenkt, und damit ändert  das Verhältnis der beiden     Turbinenleistumgen     zueinander.     Im    angenommenen Beispiel wird  die Leistung der     Nutzleistungsturbine    4 zu  gross sein, und zwar dürfte, abhängig     von     der Belastung, die     Überschussleistung    der  N     utzleistungsturbine    4 ungefähr nach     Fig.    2  verlaufen.

   Als     Abzisse    ist das Fördergewicht  a als -Mass für die Nutzleistung, als Ordinate  die     Überschussleistung    b     aufgetragen.    Die  Kurve c zeigt den Verlauf der nötigen Aus  gleichsleistung.  



  Der Ausgleich findet nun dadurch statt,  dass dem Verdichter 1 Luft aus einer Zwi  schenstufe entzogen und durch eine Leitung  10 dem     Zwischenerwärmer    5 zugeführt wird.  Dadurch wird erstens der     Kraftverbrauch    des  Verdichters 1 herabgesetzt, die Luftmenge  zum     Hauptbrennraum    3 vermindert und     damit     die Leistung der     Nutzleistungsturbine    4.  Durch richtige     Steuerung    des     Brennstoff-          ventiles    9 kann die Temperatur vor der N     utz-          leistungturbine    4 annähernd konstant ge  halten werden.

   Die     Brennstoffzufuhr    (Ventil  11) zum     Zw        ischenerwärmer    5 kann auch  vom Leistungsregler 8 beeinflusst werden,  ebenso das Ventil 12, das den Luftzutritt  aus dem Verdichter 1 zum     Zwischenerwärmer     regelt.  



  Die höchstzulässige Temperatur kann vor  der     Nutzleistungsturbine    bei allen Belastun  gen angenähert konstant gehalten werden,  ebenso die Temperatur des     Zwischenerwär-          mers    5. Der Leistungsregler 8 kann durch       entsprechende        Beeinflussung    der Brennstoff  zufuhr und der dem Verdichter in einer Zwi  schenstufe     entzogenen    Luft den Leistungs  ausgleich der beiden Turbinen bewirken.    Beim     Ausführungsbeispiel        Fig.    1 ist die       Verdichterturbine    6 der     Nutzleistungsturbine     4 nachgeschaltet ; es könnte auch umgekehrt  sein.  



  Bekanntlich steigt bei     Teillast    zufolge des       schlechtern    Wirkungsgrades die Temperatur  im     Niederdruckteil    der Gasturbine. Die     Zn-,          terteilung    der Turbine in eine     Nutzleistungs-          und    eine     Verdichterturbine    ermöglicht es, die  nachgeschaltete Turbine zufolge der dort bei  Normallast herrschenden     niedrigeren    Tempe  ratur aus billigerem Material herzustellen.

    Da aber im Leerlauf und bei kleinen Be  lastungen die Temperatur zufolge des mit  der     Belastung    stark fallenden     Wirkungs-          grades    bei der nachgeschalteten Turbine steigt,  so muss     normalerweise    von dem Vorteil der  Verbilligung abgesehen werden.  



  Es ist nun möglich, die Temperatur im  Leerlauf und bei sehr kleinen Belastungen,  wo der Wirkungsgrad eine geringere Rolle  spielt, durch entsprechende Regelung der Ven  tile 11 und 12 herabzusetzen. Die nachge  schaltete Turbine kann also aus billigerem       3laterial    gebaut werden, ohne bei den höheren  Teillasten an Wirkungsgrad einzubüssen.  



  Selbstverständlich können die     Nutz-          leistungs-    und die     Verdichterturbine    auch in  mehrere Turbinen aufgeteilt werden. Die  Zwischenerwärmung kann bis auf die für das  verwendete Material zulässige Temperatur  oder eine     beliebig        niedrigere    erfolgen. Die  dem Verdichter entzogene Luft kann unmit  telbar vor oder in dem     Zwischenerwärmer     zugeführt oder nachher zugemischt. werden.

    In jedem Falle     wird    dem Verdichter Luft  aus mindestens einer Zwischenstufe entzogen  und dem     Treibmittelstrom    der dem     Zwischen-          erwärmer    nachgeschalteten Turbine     zugeführt.     Dadurch wird der     Kraftverbrauch    des Ver  dichters vermindert, aber noch mehr die Lei  stung der Turbine, die vom     Hauptbrennraum     gespeist wird, wodurch der Leistungsausgleich  der Turbinen auch bei Teillast ermöglicht  wird.



      Gas turbine plant. It is known to drive the compressor in gas turbine systems using a special turbine. The speed of the power turbine is generally constant, while the speed of the compressor turbine changes with the load. With the change in load, the ratio of the outputs to one another also changes, and the reduction in output of one turbine compared to the other must be compensated for in some way. Various types of construction are known to achieve this goal.

    In all of them, however, the efficiency of the system at partial load is reduced by the measures taken.



  According to the present invention, in a gas turbine system with at least one power turbine, at least one compressor turbine working on a special shaft and an intermediate heater between the two turbines, air is extracted from the compressor from at least one intermediate stage and fed between the two turbines. As a result, the temperature in front of the turbines can be maintained even at partial load and thus the highest possible efficiency of the system.



  The accompanying schematic drawing relates to an embodiment of the subject matter of the invention. In Fig. 1, 1 denotes the compressor, 2 a heat exchanger, 3 the main combustion chamber, 4 the power turbine, 5 the intermediate heater, 6 the compressor turbine and 7 the power machine (e.g. an electric power generator.

   The air sucked in by the compressor 1 is pressurized, heated in the heat exchanger 2 by the exhaust gases from the compressor turbine 6 and fed to the main combustion chamber 3, from where the combustion gases apply to the useful power turbine 4 and flow to the intermediate heater 5 and then the compressor turbine 6. After releasing part of the residual heat in the heat exchanger 2, the exhaust gases flow into the open.



  The speed of the power turbine 4 is kept constant, for example, by the power regulator 8 seated on the power turbine shaft influencing the fuel supply (valve 9) to the main combustion chamber 3. The speed of the compressor turbine 6 changes with the load. The system is designed, for example, in such a way that, at normal load, the outputs of the two turbines 4 and 6 are sufficient to cover the full-load output of the high-performance machine i and the required compressor output of the compressor 1.

   At part load, the pressure and speed of the compressor turbine 6 are reduced, and thus the ratio of the two turbine outputs to one another changes. In the assumed example, the output of the useful power turbine 4 will be too great, and indeed, depending on the load, the excess output of the useful power turbine 4 should run approximately according to FIG.

   The delivery weight a is plotted as the abscissa as a measure of the useful power, and the excess power b is plotted as the ordinate. Curve c shows the course of the necessary compensation.



  The compensation now takes place in that air is withdrawn from an intermediate stage from the compressor 1 and fed to the intermediate heater 5 through a line 10. This firstly reduces the power consumption of the compressor 1, the amount of air to the main combustion chamber 3 and thus the output of the power turbine 4. Correct control of the fuel valve 9 can keep the temperature in front of the power turbine 4 approximately constant.

   The fuel supply (valve 11) to the intermediate heater 5 can also be influenced by the power regulator 8, as can the valve 12, which regulates the air admission from the compressor 1 to the intermediate heater.



  The maximum permissible temperature in front of the power turbine can be kept approximately constant at all loads, as can the temperature of the intermediate heater 5. The power regulator 8 can balance the power of the two by influencing the fuel supply and the air withdrawn from the compressor in an intermediate stage Effect turbines. In the exemplary embodiment FIG. 1, the compressor turbine 6 is connected downstream of the useful power turbine 4; it could also be the other way around.



  It is known that the temperature in the low-pressure part of the gas turbine rises at partial load due to the poor efficiency. The Zn, division of the turbine into a power and a compressor turbine makes it possible to manufacture the downstream turbine from cheaper material due to the lower temperature prevailing there at normal load.

    However, since the temperature rises when the turbine is idling and with small loads due to the efficiency of the downstream turbine, which drops sharply with the load, the advantage of being cheaper should normally be disregarded.



  It is now possible to reduce the temperature when idling and at very low loads, where efficiency is less important, by regulating the valves 11 and 12 accordingly. The downstream turbine can therefore be built from cheaper 3laterial without sacrificing efficiency with the higher partial loads.



  Of course, the useful power and the compressor turbine can also be divided into several turbines. The intermediate heating can take place up to the temperature admissible for the material used or any lower temperature. The air withdrawn from the compressor can be added immediately before or in the intermediate heater or mixed in afterwards. will.

    In any case, air is withdrawn from at least one intermediate stage from the compressor and fed to the propellant flow of the turbine downstream of the intermediate heater. This reduces the power consumption of the compressor, but even more the performance of the turbine fed by the main combustion chamber, which enables the turbines to be balanced even at part load.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: G asturbinenanlage mit mindestens einer Nutzleistungsturbine, mindestens einer auf einer besonderen Welle arbeitenden Ver- dichterturbine und einem Zwischenerwärmer zwischen den beiden Turbinen, dadurch ge kennzeichnet, dass dem Verdichter Luft aus mindestens einer Zwischenstufe entzogen und zwischen den beiden Turbinen zugeführt wird. Claim: gas turbine system with at least one power turbine, at least one compressor turbine working on a special shaft and an intermediate heater between the two turbines, characterized in that air is extracted from the compressor from at least one intermediate stage and fed between the two turbines. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei Teillast die dem Verdichter aus der Zwischenstufe ent zogene Luftmenge dem Leistungsausgleich der beiden Turbinen entsprechend verschieden gross ist. 2. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Regelung der entzogenen Luft menge in Abhängigkeit von Belastungsregler erfolgt. <B> SUBClaims: </B> 1. Gas turbine system according to patent claim, characterized in that at part load the amount of air withdrawn from the compressor from the intermediate stage differs according to the power equalization of the two turbines. 2. Gas turbine system according to claim and dependent claim 1, characterized in that the amount of air withdrawn is regulated as a function of the load regulator.
CH218724D 1941-04-02 1941-02-17 Gas turbine plant. CH218724A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2554593A (en) * 1941-08-08 1951-05-29 Rateau Soc Apparatus, including gas turbines for the direct driving of vehicles
FR2197111A1 (en) * 1972-08-22 1974-03-22 Mtu Muenchen Gmbh
EP0646705A1 (en) * 1993-09-06 1995-04-05 ABB Management AG Method for providing partial load operation in a gas turbine plant

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