Verfahren zur Regelung der Wasserzufuhr in Gasturbinenanlagen und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Die Erfindung bezieht .sich auf ein Ver fahren zur Regelung der Was serzufuh.r in Gasturbinenanlagen, deren Verdichter mit Verdampfungsküh,lung ausgerüstet sind, und auf eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Regelvorrichtungen der erwähnten Gat tung werden zweckmässig so eingerichtet., dass das den Verdichter durchströmende Ar beitsmittel bei jedem Betriebszustand an kei ner Stelle einen Wasserdampfgehalt auf weist, der über der Sättigungsgrenze liegt. Die unmittelbare Messung des Feuchtigkeito- gehaltes von Gasen, die unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur stehen, lässt sich technisch nicht befriedigend durchführen.
Der Feuchtigkeitsgehalt muss deshalb durch mittelbare Messungen bestimmt werden. Wenn die Temperatur des Arbeitsmittels am Eintritt in den Verdichter und .der Druck am Austritt aus dem. Verdichter bekannt sind, lässt sich die Endtemperatur dem Ver dichtung rechnerisch bestimmen, unter der Voraussetzung,
dass die Zwischenkühlung den Zustand des Arbeitsmittels an der Kühlstelle bis mindestens angenähert an die Sättigungs grenze führt. Ausgehend von dieser Erkennt nis wird zur Regelung der während der Ver dichtung des Arbeitsmittels zuzuführenden Wassermenge gemäss dem Verfahren nach der Erfindung vorgeschlagen,
die Menge des dem Verdichter zuzuführenden Wassers nach Massgabe der Temperaturen am Eintritt und am Austritt des Verdichters. und .des Druckes am Austritt des Verdichters einzustellen. Zweckmässig wird diese Regelung so durch- gefühTt, dass die Menge des dem Verdichter zuzuführenden Wanseers nach Massgabe .der Temperatur am Austritt des Verdichters so eingestellt wird,
dass ein Sollwert für die Temperatur eingehalten wird, welcher nicht nur nach Massgabe der Temperatur am Ein tritt des Verdichters, sondern auch nach Massgabe des Druckes am Austritt desselben eingestellt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens besitzt je einen Fühler für die Temperaturen am Eintritt und am Austritt des Verdichters und einen Fühler für -den Druck am Aus tritt des Verdichters, welehe gemeinsam eine Regelvorrichtung für das dem Verdichter zuzuführende Wasser steuern.
Dass Verfahren nach der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung bei- spielsvveise erläutert. Fig. 1 zeigt ein Aus führungsbeispiel der zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Vorrichtung. Fig. 2 ,stellt in Einzelheiten die Regelvorrichtung der Anlage nach Fig. 1 dar.
Fig. 3 und 4 veranschaulichen zwei Ein zelheiten nach den Schnitten III-III und IV=IV der Fig. 2.
Dem Verdichter 1 strömt durch die Lei tung 2 Luft zum Beispiel aus der Atmo- aphäre zu. Der Übertritt der Luft vom Nie- derdruektell 3 zum Hochdruckteil 4 -des Ver dichters erfolgt durch eine Kühlkammer 5, in welche durch eine Düse 6 Wasser einge spritzt wird. Das Wasser wird in der durch die Verdichtung erhitzten Luft verdampft, wodurch ihre Temperatur vermindert wird.
Durch die Leitung 7 wird die verdichtete und mit Wasserdampf bis nahe an die Sättigungs- grenze beladene Luft aus dem Verdichter in die Brennkammer 8 geleitet,
in welcher ein Teil zur Verbrennung des durch den Brenner 9 zugeführten Brennstoffes im Brennraum 10 und ein anderer Teil zur Kühlung der Ver- brennungsgase in der Mischkammer 1'1 her- angezogen wird.
Das Arbeitsmittelgemisch strömt dann durch die Leitung 12, in die Hochdruckturbine 13 und anschliessend. durch die Leitung 14 in die NiederdrucktuuTrbine 15 weiter. Nach Entspannung gelangt das Ar beitsmittel durch die Leitung 116 wieder in die Atmosphäre.
Die Niederdruckturbine 15 treibt einen Stromerzeuger 17, .der zum Beispiel nicht ge- zeichnete Fahrmotoren eines Schienenfahr- zeuges mit Energie beliefert. Die HocUdruck- turbine 13 treibt den Verdichter 1.
Zum An lassen ist die aus Hochdruckturbine und Ver dichter bestehende Masehinengruppe mit einer Anlassmaschine 18 gekuppelt, welche die Ver- dichterturbinen@gruppe so lange mit Fremd energie antreibt, bis das in,
der Brennkammer erzeugte Arbeitsmittel zum Weiterbetrieb des Verdichters selber ausreicht.
Mit Hilfe der Brennstoffpumpe 19' wird dem Brenner 9 Brennstoff zugeführt, dessen Menge durch das Regelorgan 2,0, der Be- lastung entsprechend eingestellt werden kann. Mittels der Pumpe 2,1 wird aus der Leitung 22 über die Leitungen 23 und 24 der Ein- Spritzdüse 6 Wasser zugeführt.
Die Menge .des Was@-#eers wird durch eine Regelvorrich- tung 25 eingestellt. Diese Regelvorrichtung wird durch den Temperaturfühler 27 in der Eintrittsleitung <B>2</B> des Verdiehters 1, .durch den Temperaturfühler 2'6 in,
der Austrittslei- tung 7 des Verdichters 1 und durch den an die Austrittsleitung 7 des Verdichters 1 ange- Sahlossenen Druckfühler 28 gemeinsam be- einflusst. Die der Regelvorrichtung 2,
5 zuge führte überschüssige Wassermenge wird durch die Leitung 29 wieder in die Zufuhr leitung 22 zurückgeleitet. Die Beeinflussung der Vorrichtung 2'5 durch die Impulsgeber 26-28 erfolgt je über eine Feder 30, 31 bezw. 3'2, eine Steuervorrichtung 33, 3<B>,1</B> bezw. 3'5 und eine Steuerleitung 36, 37 bezw. 38.
Die beiden Temperaturfühler 26 und 27 (Fig. 2) bestehen aus einer Reihe ineinander- geschachtelter Rohre, von denen abwechs- lungsweise die einen einen grossen Tempera- turaussdehnungskoeffizient, die andern aber einen kleineren aufweisen. Diese Rohre sind so hintereinandergeschaltet, dass :
der Deh- nungsunterschied der zweierlei Rohre Sum miert und zur Veränderung der Spannung der Federn 3'0 und 31 benutzt wird. Durch die Schieber 3'9 und 40, der Steuervorrichtun- gen 3ss und 34 wird in den Steuerleitungen 316 bezw. 37 je ein Steuerdruck hergestellt,
der den Spannungen der Federn 3,01 bezw. 3@1 und damit der die Temperaturfühler 26 und 27 beeinflussenden Temperatur entspricht. Der Druck in der Leitung 7 wird über die Leitung 41 in den als Balgmembrane ausge bildeten Druckfühler 28 übertragen,,
welche sich dem Druck entsprechend mehr oder wenigem ausdehnt und ,damit die Spannung der Feder 32 nach Massgabe det Drackes in der Leitung 7 verändert. Der Schieber 42, der Steuervorrichtung 35 stellt dann in der Lei tung 38 einen dem Druck in der Leitung 7 ungefähr proportionalen Steuerdruck her.
Der Temperaturfühler 26 Ibeeinflusst über den Steuerkolben 43 und den Hebel 44 den Steuerschieber 45. Bei steigender Temperatur in der Leitung 7 wird durch den Tempera- turfühler 216 die Feder 30 stärker gespannt. Entsprechend dieser stärkeren Spannung stellt sich in der Steuerleitung 3,6 ein:
höherer Steuerdruck ein, welcher den Kolben 4,3' und über den Hebel 44 den Schieber 45 nach unten drückt. Es kann dann Druckmittel in den unter dem Kalben 46 befindlichen Zylin- derraum gelangen, wodurch mittels. des Kol bens 46 über den Hebel 47 das Ventil 48 des Regelorganes. 49 angehoben wird, Der Durchfluss',quenschnitt vergrössert sich, so dass durch die Leitung 24 :
der Kühlikammer des Verdichters eine grössere Menge Wassier zuge- führt wird. Hierdurch wird die anfänglich den Regelvorgang einleitende Temperatur- oteigerung wieder behoben.
Um Überregelung und dämit zusammen hängende Pendelungen zu verhüten, ist die den Schieber 45 und den Servometorkoll,
ben 46 aufweisende Regelvorrichtung mit einer nachgiebigen Rückführung ausgerüstet. Der Kolben 46 vensehiebt während des Regelvor ganges über den starr mit ihm verbundenen Kolben 50 und den Schleppzylinder 51 weiter auch den Hebel 44. Der Schieber 45 wird hierdurch unter Spannung der Feder 52 wieder gegen seine mittlere Stellung zurück- geführt,
in welcher weder dem unter noch dem über dem Kolben 46 liegenden Zylinder raum Druckmittel zufliessen kann. Die ,Span- nung der Feder 52 verschiebt den Schlepp zylinder 51 gegenüber dem Kolben 5'0 unter Verdrängung der Flüssigkeit im Zylinder raum auf der einen Seite des Kolbens 50, über die Drosselstelle 53 in den Zylinderraum auf der andern Seite des Kolbens.
Der ganze Re gelvorgang kommt .dann zur Ruhe, wenn :die Feder 52 wieder spannungslos geworden ist und der Schieber 45 wieder seine Mittellage eingenommen hat. Diese Stellung ist nur möglich, wenn die Temperatur in der Lei tung 7 wieder genau auf ihren uroprüng- lichen Sollwert zurückgeführt ist.
Ein entsprechender Regelvorgang stellt sich ein, wenn die Temperatur .des Arbeits mittels in der Leitung 7 fällt. Dann wird die Spannung der Feder 30 vermindert und ebenso der Druck in der Steuerleitung 3'6. Der Kolben 43 und der Schieber 45 werden dabei angehoben, der Kolben 46 und damit auch -das Ventil, 48 gesenkt.
Der Durchfluss- quers:ehnitt für das dem Verdichter zuzufüll- rende Wasser wird vermindert und die Tem peratur des Arbeitsmittels entsprechend der verminderten Wasserzufuhr wieder auf ihren ursprünglichen Sollwert gehoben.
Das, von .der Pumpe 2.1 zu viel geförderte Wasser kann über ein federbelastetes Ventil 54 und durch die Leitung <B>29</B> wieder in -die Zufuhrleitung 2ss zurückströmen, so dass vor dem Ventil 4,8 ein gleichbleibender Wasser druck aufrechterhalten bleibt. Die Durch flussmenge richtet sich .dann nur nach der Grösse des Durchflussquenschuittes.
Der Temperaturfühler 2,7 beeinfluss@t über die Leitung 37, den Kolben 55 und den Hebel 56 die Welle 57 in der Weise, -dass ihre axiale Lage. eine unmittelbare Funktion der Tempe ratur des Arbeitsmittels in .der Leitung 2 :
dar- stellt. Ein Steigen der Temperatur in !der Leitung 2 verursacht eine vermehrte Span nung der Feder 31, wodurch in der Leitung 37 ein erhöhter Steuerdruck hergestellt wird. Dieser :erhöhte Druck drängt den Kolfben 5,5 nach oben, so dass mittels, des. Hebels <B>516</B> die Welle 57 in +Richtung des Doppelpfeils 58 verschoben wird.
Umgekehrt verursacht ein Sinken der Temperatur in der Leitung 2. eine Verschiebung in -Richtung des Pfeils 58.
Durch den Druck des Arbeitsmittels in d'er Leitung 7 -wird über den Kolben 59-, die Zahnstange 60 und den Zahnkolben 61 die Welle 52 gedreht. Ein Steigen des: Druckes verursacht eine Versschiebung des, Kolbens 59 und der Zahnstange 60 in --Richtung des Pfeils 62.
Umgekehrt hat ein Sinken. des Druckes in der Leitung 7 ein Steigen des Kolbens. 59 und der Zahnstange 60 in -Richtung des Pfeils 02 zur Folge.
Durch :den Nocken 6-3 der Welle 57 wird der Rückführungsstössel 6@4 der Temperatur- regelvorrichtung und durch den Nocken 6,5 der Stössel 6-6 einer weiteren Regelvorrich- tung beeinflusst.
Gegen die Nocken 6,3, und 65 (F'ig. '2 his 4) werden die Laufrollen 6:7 bezw. <B>68</B> der Stössel 64 und 6:6 mittels der Federn @6.9, und <B>70</B> angedrückt.
Ein Steigen der Temperatur in der Zu fuh rleitung 2 (Fig. 2) des, Verdiehtens ver ursacht eine Bewegung des Rückführstössels 64 in + Richtung des: Pfeils 71.
Hierdurch wird der Sollwert der Temperatur in der Lei tung 7 vergrössert. Umbekehrt wird durch Verminderung der Temperatur in der Lei tung 2 der Sollwert der Temperatur in der Leitung 7 infolge einer Vero@chiebung des Stössels 64 in -Richtung des Pfeils 71 ver mindert.
Eine Zunahme des Druckes in der Lei tung 7 verursacht eine Drehung der Welle 57 in -Richtung der Doppelpfeile 72 und 73 in den Fig. 3 bezw. 4. Hierdurch wird der Rückführungsstössel 64 angehoben und damit der Sollwert der Temperatur ver grössert. Umgekehrt wird durch eine Vermin derung des Druckes in der Leitung 7 die Welle 5'7 in -Richtung der Doppelpfeile 7"2 und 73 verschoben und dadurch der Sollwert für die Temperatur in der Leitung 7 vermin dert.
Mittels des Stössels 66 der weiteren Regel vorrichtung wird über den Hebel 74 der Schieber 75 beeinflusst. Eine Bewegung in -1 -Richtung des Doppelpfeils, 761 lässt den Servomotorkolben 77 ansteigen, so dass über den Hebel 47 der vom Ventil 4 & freigegebene Durühflussquerschnitt vergrössert wird.
Um gekehrt verursacht eine Bewegung des Stösslels 06 in -Richtung des Pfeils 7:6 eine Ver minderung des vom Ventil 78 freigegebenen Querschnittes. Eine :
solche zusätzliche Ver grösserung des Durchflussquersohnittes am Ventil 48 ergibt sich, wenn der Druck in der Leitung 7 oder die Temperatur in der Lei tung 2 steigt. Umgekehrt stellt sich eine zu sätzliche Verminderung ein, w enn der Druck in der Leitung 7 fällt oder die Temperatur in der Leitung 2 abnimmt.
Die Form der Nocken 63 und 6'5 ist so gewählt, dass min destens indem grösseren Teil des ganzen Re gelbereiches die Menge des zuzuführenden Wassers derart eingestellt wird, da3 der Zu stand des Arbeitsmittels hinter der Zufüh rungsstelle mindestens angenähert auf der Sättigungsgrenze liegt. Das Verfahren nach der Erfindung lässt sich auch bei stationären Gaeturbinenanlagen anwenden.