Verfahren zur Regelung einer Gasturbinenanlage und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Regelung einer Gasturbinenanlage mit mindestens zwei Turbinen, welche von Teilmengen verdichteten Arbeitsmittels durch strömt sind und von denen die eine Turbine mindestens einen Verdichter antreibt und die andere Turbine die Nutzleistung abgibt, wo bei eine Druckeinstellvorrichtung die Auftei lung des Arbeitsmittels auf die beiden Tur binen mittels mindestens eines von ihr beein flussten Regelorgans durch Einstellung der durch die Turbinen strömenden Arbeitsmittel teilmengen in Abhängigkeit vom Druck des Arbeitsmittels regelt. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durch führung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Es ist bekannt, mindestens eine der beiden Turbinen mit einem in der Zuleitung für das Arbeitsmittel angeordneten Regelorgan, bei spielsweise einem Stufenüberbrückungsventil, einem Drosselventil oder einer verstellbaren Leitschaufelvorrichtung auszurüsten. Eine empfindliche und trägheitsfreie Regelung lässt sieh dann erzielen, wenn jede der beiden Tur binen beispielsweise mit je einem Regelorgan ausgerüstet ist, wobei die beiden Regelventile durch die Druckeinstellvorrichtung gegen gleich beeinflusst werden, so dass bei jedem Übergang auf einen andern Sollwert des Ar beitsmitteldruckes anlässlich einer Lastände- rung das eine Ventil sieh schliesst und das andere Ventil sich öffnet.
Diese Anordnung zweier Ventile bedingt aber immer eine Kom- plikation im Aufbau der Gasturbinenanlage, die sich nur in wenigen Fällen rechtfertigt.
Die Anordnung nur eines einzigen Regel ventils in der Zufuhrleitung für das Arbeits mittel einer der beiden Turbinen, sei es an der Nutzleistungsturbine oder an der Verdich- terantriebsturbine, ist jedoch ebenfalls mit Nachteilen behaftet. So wird ein unmittelbar vor der Nutzleistungsturbine angeordnetes und in Abhängigkeit vom Arbeitsmitteldruck die dieser Turbine zugeführte Teilmenge regelndes Ventil nur mit grosser Verzögerung arbeiten.
Wird bei einem obergang zu einem andern Sollwert des Druckes in der Anlage die Arbeitsmittelzufuhr zur Nutzleistungstur- bine durch Betätigung des dieser zugeordne ten Ventils mittels eines Regeleingriffes ver ändert, so wird sich der angestrebte neue Druck in der Anlage bzw. die dazu erforder- liehe neue Drehzahl der Verdichtergruppe nur mit erheblicher Verzögerung einstellen, ist. doch ein beträchtliches Zeitintervall zur Beschleunigung bzw. Verzögerung der in einer modernen Anlage mit. gutem Wirkungs grad umströmenden grossen Arbeitsmittel volumina nötig.
Dieser Nachteil kann vermieden erden, indem ein Regelorgan zur Aufteilung der Ar beitsmittelmenge auf die beiden Turbinen un mittelbar in der Zuleitung zur Verdichteran- triebsturbine angeordnet wird, deren Arbeits- mittelzufuhr es nach Massgabe des einzuhal tenden Verdichtungsdruckes regelt. Auch diese Anordung ist jedoch mit einem Nachteil verbunden. Öffnet man beispielsweise das Regelorgan zur Erzielung einer Drucksteige rung, so wird der Druck im ersten Augenblick vor der Verdichterantriebsturbine um einen bestimmten Betrag abfallen, um erst allmäh lich in dem der Verdichtercharakteristik ent sprechenden Masse anzusteigen.
Die Regelung reagiert also im ersten Augenblick im falschen Sinne, was die Stabilität der Druckeinstell vorrichtung nachteilig beeinflusst. Umgekehrt stellt sich beim Schliessen eines der Verdich- terturbine zugeordneten Regelorgans im ersten Augenblick ein Druckanstieg infolge Stauung ein, welcher ebenfalls eine instabilisierende Beeinflussung der vom Arbeitsmitteldruck ge steuerten Druckeinstellvorrichtung verursacht.
Analoge Verhältnisse herrschen auch in der bereits beschriebenen Anordnung je eines Regelorgans unmittelbar in der Arbeitsmittel zuleitung vor der Nutzleistungsturbine und vor der Verdichterturbine, indem auch hier eine Betätigung des der letzteren Turbine zu geordneten Regelorgans von einer instabili- sierenden Beeinflussung der Druckeinstellvor richtung begleitet ist.
Vorliegende Erfindung gestattet, diesen Nachteil zu vermeiden. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan zur Aufteilung der Arbeits mittelmenge zusätzlich in Abhängigkeit der Drehzahl der Verdichtergruppe beim Anstei gen der Drehzahl im Sinne einer vorüber gehenden Verminderung und beim Sinken der Drehzahl vorübergehend im Sinn einer Vergrö sserung der durch die Verdichterturbine strö menden Arbeitsmittelmenge beeinflusst wird. Damit kann eine stabile Druckeinstellung er zielt werden, indem beispielsweise der Druck einstellvorrichtung bei einem Übergang zu einem andern Drucksollwert eine Druckver änderung vorgetäuscht wird, die erst später eintritt.
Man lässt also schon die Ursache der Druckveränderung, nämlich die Drehzahl änderung der Verdichtergruppe, auf die Druckeinstellvorrichtung einwirken, nicht erst die Druckveränderung selbst. Oder man kann zu diesem Zweck auf das Regelorgan unmittel- bar Impulse, herrührend vom Drehzahlregler, einwirken lassen. In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, dass eine Regelung in Funk tion der Drehzahl allein ihrerseits auch wie derum unvollkommen wäre, weil der Arbeits- mitteldruek über die Charakteristik des Ver dichters mit der Drehzahl zusammenhängt. Diese Charakteristik ist schwer genau voraus zubestimmen und hängt zudem von äussern Einflüssen, wie Aussenlufttemperatur, Ver schmutzung der Schaufelung usw. ab.
Die Vorrichtung zur Ausführung des Ver fahrens ist gekennzeichnet durch einen von der Drehzahl der Verdichtergruppe beeinfluss ten Impulsgeber und eine von diesem ge steuerte Regeleinrichtung, welche ihrerseits bei einer Änderung des Drucles in der Anlage vorübergehend zusätzliche Impulse zur Betä tigung mindestens eines Regelorgans für die Einstellung der durch die Verdichterantriebs turbine strömenden Arbeitsmittelmenge ab gibt.
Vorteilhaft wird die vom Impulsgeber ge steuerte Regeleinrichtung mit einer Rückführ vorrichtung ausgerüstet.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Ausführung sind nach stehend an Hand der in den Fig. 1 bis 3 ver anschaulichten Ausführungsbeispiele erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Gasturbinenanlage nach der Erfindung und Fig. \? die bei der ha.sturbinenanlage nach Fig. 1 verwendete Regelvorrichtung.
Fig. 3 zeigt eine weitere Gasturbinenanlage nach der Erfindung mit der zu ihrer Rege lung verwendeten Vorriehtunn.
Die Gasturbinenanlage nach Fig. 1 arbei tet mit einem Kreislauf von Luft, aus welchem ständig an einer Stelle eine Teilmenge ent nommen und welchem hierfür an einer andern Stelle ständig eine Ersatzmenge zugeführt. wird. Die vom Niederdruekverdichter 1 ver dichtete Luft gelangt durch den Zwischen kühler 2 in den Hochdruckverdiehter 3. Die verdichtete Luft strömt alsdann durch die Leitung 4 weiter in den Wärmeaustauseher 5, wo sie beim Durchströmen der Rohre 6 vorge wärmt wird. Durch die Leitung 7 strömt die Luft weiter, bis sie an der Stelle 8 in zwei Teilmengen aufgeteilt wird.
Ein grösserer Teil gelangt durch die Leitung 9 in den Gaserhit zer 10 und wird beim Umströmen der Wärme austauschrohre 11 auf die höchste Kreislauf temperatur erhitzt und alsdann durch die Leitung 12 der Verdichterantriebsturbine 13 zugeführt.
Die in der Turbine 13 entspannte Luft strömt durch die Leitung 14 in den Wärme- austauscher 5, wo ein Teil ihrer Restwärme zur Vorwärmung der die Wärmeaustausch rohre 6 durchströmenden Luft entzogen wird. Durch die Leitung 15 gelangt die Luft in den Kühler 16, in welchem ein weiterer Teil ihrer Restwärme an ein Kühlmittel abgeführt wird. Durch die Leitung 17 wird schliesslieh die Luft, wieder dem Niederdruckverdichter 1 zu geführt, wo der Kreislauf von neuem beginnt.
Aus dem beschriebenen Luftkreislauf wird an der Stelle 8 ständig eine Teilmenge ent nommen und durch die Leitung 18 als Ver brennungsluft in den Gaserhitzer 10 zuge führt, wo ein Teil des in der Luft enthaltenen Sauerstoffes zur Verbrennung des durch den Brenner 19 zerstäubten Brennstoffes ver braucht wird. Die heissen Verbrennungsgase strömen aus dem Verbrennungsraum 20 in die Wärmeaustauschrohre 11, deren Wände die Wärme an die die Rohre umströmende Luft. des Kreislaufes abführen. Anschliessend gelan gen die Verbrennungsgase durch die Leitung 21 in die Turbine 22.
Als Ersatz für die an der Stelle 8 dem Kreislauf entnommene Luft wird durch den Verdichter 23 ständig Luft aus der Atmo sphäre dem Kreislauf zugeführt. Diese Er satzmenge wird durch die Leitung 24 an einer Stelle 25 in den Wärmeaustauscher 5 einge führt, an der die die Wärmeaustauschrohre 6 umströmende Luft ungefähr die gleiche Tem peratur und den gleiehen Druck wie die Er satzmenge aufweist.
Die von der im Kreislauf umströmenden Luft beaufschlagte Turbine 13 treibt die Ver dichter 1, 3 und 23, während die Turbine 22, welche durch die aus dem Kreislauf abge- führte Teilmenge beaufschlagt ist, als Nutz leistungsturbine über ein Getriebe 26 den Schiffspropeller 27 antreibt. Die Turbine 13 und die Verdichter 1, 3 und 23 sind ausser dem mit einer Hilfsmaschine 28 gekuppelt, welche zum Anlassen der Anlage und zum Ausgleichen von überschüssiger oder mangeln der Leistung dient. Zur richtigen Verteilung des Arbeitsmit tels auf die beiden Turbinen 13 und 22 ist die Nutzleistungsturbine 22 mit einer ihre ersten Stufen umgehenden Umführungslei- tung 29 ausgerüstet, in welcher ein Durch flussregelorgan 30 eingebaut ist.
Der Servo motor 31 dieses Regelorgans wird mittels der Impulsleitung 32 durch eine im Reglerkasten 33 angebrachte Druckeinstellvorriehtung be einflusst. Die Steuerung der Druckeinstellvor richtung erfolgt einerseits durch den mittels der Leitung 34 übertragenen Druck der Luft in der Eintrittsleitung 12 der Turbine 13, anderseits zusätzlich durch eine später zu be schreibende Regelvorrichtung. Mit Hilfe des Hebels 35 kann der Sollwert für den Druck in der Eintrittsleitung und damit für die Nutzleistung von Hand nach Bedarf einge stellt werden.
Eine Verminderung des vom Regelorgan 30 freigegebenen Durchflussquerschnittes er höht nach Erreichung des Beharrungszustan des für den neuen Druckzustand der Anlage die durch die. Verdichterantriebsturbine 13 strömende Arbeitsmittelteilmenge, so dass weniger Luft dem Kreislauf entnommen wird. Durch die hierbei eintretende Stauung wird nicht nur der Druck im Kreislauf gesteigert, sondern auch die der Verdiehterantriebstur- bine 13 zugeführte Luftmenge erhöht, so dass ihre Drehzahl ansteigt.
Hierdurch wird das der Nutzleistungsturbine zur Verfügung ste hende Druckgefälle erhöht, wodurch die '_Vutz- leistung ebenfalls gesteigert wird. Umgekehrt ergibt eine Vergrösserung des vom Regelorgan 30 freigegebenen Durchflussquersehnittes eine Erhöhung der durch diese Turbine strömen den Arbeitsmittelteilmenge,was eine entspre- ehend grössere Luftentnahme aus dem Kreis- lauf mit entsprechendem Druckabfall zur Folge hat. Der Nutzleistungsturbine steht nur noch ein vermindertes Druckgefälle zur Verfügung, wodurch ihre Leistung vermin dert wird.
Mit Hilfe des Hebels 35 kann die für den Antrieb des Propellers 27 gewünschte Leistung und damit die Fahrgeschwindigkeit des Schiffes eingestellt werden. Diese durch das Durchflussregelorgan 30 herbeigeführte Änderung des Druckzustandes macht sich infolge der Trägheit der bei einer solchen Anlage grossen umströmenden Ar beitsmittelvolumina nur nach erheblicher Ver zögerung an der Verdiehterantriebsturbine 13 bemerkbar. Um eine möglichst trägheitsfreie Regelung der Anlage zu erreichen, besitzt die Verdichterturbine 13 ebenfalls eine Umfüh- rungsleitung 36, welche ihre ersten Stufen umgeht.
Das Durchflussregelorgan 37 in der Umführungsleitung kann ebenfalls mit der im Reglerkasten 33 untergebrachten Druckein- stellvorriehtung durch Beeinflussung des Servomotors 39 über die Impulsleitung 32, 38 zur Beeinflussung der Nutzleistung betä tigt werden, und zwar gegengleich zum Durchflussregelorgan 30 in der Umführungs leitung 29 der Nutzleistungsturbine 22. Durch Öffnendes Regelventils 37 wird die durch die Verdiehterantriebsturbine strömende Arbeits mittelmenge vergrössert. Gleichzeitig bewirkt die Stauung der Luft im Kreislauf, welche durch Verminderung des Querschnittes des Regelventils 30 in der Umführungsleitung 29 zur Steigerung der Nutzleistung verursacht wird, eine Vergrösserung der der Verdichter antriebsturbine zur Verfügung stehenden Ar beitsmittelteilmenge.
Bei dem durch das Regel organ 37 vergrösserten Durchsatzvermögen an Arbeitsmittel wird die Leistung der Verdich terantriebsturbine in beschleunigtem Masse gesteigert. Es findet eine ebenso beschleunigte Steigerung des Druckzustandes im Kreislauf statt und hierdurch wird die gewünschte Ver grösserung der Nutzleistung in verkürzter Zeit erreicht. Die Druckeinstellvorrichtung (Fug. 2) wird durch die an die Druckleitung 34 angeschlos- sene Druckfühlerdose 40 beeinflusst. Jede Längenänderung der Dose 40 -wird auf das Gelenk 41 des Hebels 42 übertragen. Das Ge lenk 43 auf der Gegenseite des Hebels 42 wird mittels des Leistungswahlhebels 35 über die Kurvenscheibe 44, das Gestänge 45 und die Feder 46 beeinflusst.
Die Lage des mittleren Gelenkes 47 des Hebels 42 ist also durch die Stellung des Leistungswahlhebels 35 und die Ausdehnung der Druckdose 40 bestimmt.
Das Gelenk 47 ist über das Gestänge 48 mit dem Steuerschieber 49 verbunden, wel cher einerseits die Zufuhr des aus der Lei tung 50 zum Servomotor 52 und anderseits die Abfuhr aus diesem Servomotor in die Ab laufleitung 51 steuert. Der Kolben 53 des Servomotors steht einerseits über die Stange 54 mit der Schleppvorrichtung 55 und ander seits über die Feder 56 mit dem Steuerschie ber 57 in Verbindung. Der Kolben 58 der Schleppvorrichtung trennt zwei Zylinder räume voneinander, die über eine mit. einer Drosselstelle 59 versehene Leitung 60 verbun den sind.
Der Schieber 57 steuert die Zufuhr eines ihm durch die Leitung 61 zu- bzw. durch die Leitung 62 abgeführten Druckmittels beispielsweise Drucköl - in den unter ihm liegenden Steuerraum 63 des Schiebergehäu- ses, welcher durch die Leitung 32 mit dem Servomotor 31 und durch die Leitung 38 mit dem Servomotor 39 verbunden ist.
Der Servomotor 31 besitzt einen Kolben 65, auf den von unten die Kraft der Feder 66 und von oben der Druck des im Raum 67 befindlichen Druckmittels wirkt. Im Servo motor 39 ist ein Kolben 68 angeordnet, an welchem die von unten wirkende Kraft der Feder 69 und der von oben wirkende Druck des Druckmittels im Beharrungszustand Gleichgewicht halten. Die Federn 66 und 69 sind vorteilhaft so bemessen, dass das Regel organ 37 erst vom Sitz abgehoben wird, wenn das Regelorgan 30 absinkt und den Durchfluss durch die Leitung 29 vollständig unterbricht.
Wird der Hebel 35 in +Richtung des Pfeils 71 verschoben, so wird die Stange 45 in +Richtung des Pfeils 72 verschoben. Die Feder 46 erhält dabei eine Zugspannung, so dass sieh das Gelenk 43 nach Massgabe der Verdrängung der Flüssigkeit in der Schlepp vorrichtung von der obern Seite des Kolbens 58 nach der untern Seite über die Drossel stelle 59 ebenfalls in +Richtung des Pfeils 72 verschiebt. Da das Gelenk 41 zunächst seine Ruhestellung beibehält, bewegt sich der Steuerschieber 49 in +Richtung des Pfeils 73. Hierbei strömt aus der Leitung 50 Druck mittel durch die Leitung 74 in den über dem Kolben 53 befindlichen Zylinderraum.
Der Kolben wird in +Richtung des Pfeils 76 ver schoben und die dabei im untern Zylinder raum verdrängte Flüssigkeit durch die Lei tung 75 nach dem Ablauf 51 abgeführt.
Durch die Verschiebung des Servomotor kolbens wird die Spannung der Feder 56 er höht und der mit ihr verbundene Steuerschie ber 57 nach abwärts gestossen. Hierbei ent steht eine Verbindung zwischen der Zufuhr leitung 61 und dem unterhalb dem Steuer schieber liegenden Zylinderraum 63, so dass durch Zufuhr von Druckmittel der Druck in diesem Raum erhöht wird, bis die erhöhte Druckbelastung auf den Schieber 57 der er höhten Druckspannung der Feder 56 in der Mittellage des Schiebers Gleichgewicht hält, wobei die Zu- bzw. Abfuhrleitung für das dem Schieber zugeführte Druckmittel wieder ver schlossen ist. Der erhöhte Steuerdruck im Raum 63 wird über die Leitung 32 in den Steuerraum 67 des Servomotors 31 und durch die Leitung 38 in den Steuerraum 64 des Servomotors 39 übertragen.
Der erhöhte Steuerdruck im Raum 67 drückt den Kolben 65 nach unten, so dass der vom Regelorgan 30 freigegebene Durchflussquerschnitt vermin dert wird. Vermag die Erhöhung des Steuerdruckes in den Leitungen 32 und 38 nach dem voll ständigen Abschluss des Regelorgans 30 den Druck der Feder 69 im Servomotor 39 zu überwinden, so wird das Regelorgan 37 von seinem Sitz abgehoben, wodurch die Arbeits- mittelzufuhr zur Verdichterantriebsturbine in beschleunigtere Masse. vergrössert und die Nutzleistung in verkürzter Zeit erhöht wird.
Um Überregelung und damit zusammen hängende Pendelungen zu vermeiden, ist der den Schieber 49 und den Servomotorkolben 53 aufweisende Teil der Druckeinstellvorrich- tung mit einer nachgiebigen Rückführung aus gerüstet. Der Kolben 53 verschiebt während eines Regelvorganges neben dem starr mit ihm verbundenen Schleppzylinder 55 und dessen Kolben 58 auch den Hebel 42, dessen rechter äusserer Gelenkpunkt 43 mit der Kolbenstange des Kolbens 58 verbunden ist. Der Schieber 49 wird hierdurch wieder gegen seine mitt lere Lage zurückgeführt, in welcher weder dem unter noch dem über dem Kolben 53 lie genden Zylinderraum Druckmittel zufliessen kann.
Die Spannung der Feder 46 verschiebt den Kolben 58 im Schleppzylinder unter Ver drängung der Flüssigkeit im Zylinderraum auf der einen Seite des Kolbens 58 über die Drosselstelle 59 auf die andere Seite des Kol bens. Der ganze Druckeinstellv organg kommt. dann zur Ruhe, wenn die Feder 46 wieder spannungslos geworden ist. und der Schieber 49 wieder seine Mittellage eingenommen hat. Dabei sorgt der die beiden Zylinderräume des Schleppzylinders verbindende und mit einem Drosselorgan 59 versehene Druckmittelkatä- rakt 59 für eine schon während des Spielens der Druckeinstellvorrichtung einsetzende Rückführung.
Die endgültige Rückführung des Regelvor ganges erfolgt dann über die Anlage selber, während die Rückführung der nachgiebigen Vorrichtung wieder ausklingt. Bei Erhöhung des Kreislaufdruckes dehnt. sich die Druck fühlerdose 40 aus, wobei das Gelenk 41 des Hebels 42 nach unten bewegt wird. Das gegen überliegende Gelenk 43 des Hebels wird in diejenige Stellung gedrängt, in welcher die Feder 46 entspannt. ist. Die Regelvorrichtung kommt. dann zur Ruhe, wenn der Druckfühler 40 den Steuerschieber 49 bei spannungsloser Feder 46 in seine Mittellage gebracht hat.
Dabei entspricht. die Höhe des Druckes im Kreislauf und damit die für den Sollwert des Druckzustandes der Anlage erforderliche Auf teilung der Arbeitsmittelmenge auf die Ver- dichterantriebst.urbine und die Nutzleistungs- turbine dem durch den Hebel 35 eingestellten Sollwert. Jeder Hebelstellung entspricht ein einziger ihr zugeordneter Wert für den Druck und damit auch für die Aufteilung der Ar beitsmittelmenge und für die Nutzleistung der Anlage.
Entsteht eine Erhöhung des Druckes über den Sollwert, so wird mit Hilfe der Druck fühlerdose 40 das Gelenk 41 in -Richtung des Pfeils 73 verschoben. Der Steuerschieber 49 verbindet dann die Leitung 50 mit der Leitung 75. Der Kolben 53 des Servomotors 52 wird in -Richtung des Pfeils 76 verscho ben und die Feder 56 entspannt, so dass auch der Steuerschieber 57 nach oben gleitet. Aus dem Steuerraum 63 kann Flüssigkeit entwei chen, so dass der Steuerdruck in den Leitun gen 32 und 38 entsprechend vermindert wird. Dadurch wird der Durchflussquerschnitt am Ventil 30 vergrössert und dem Kreislauf eine vermehrte Arbeitsmittelmenge entnommen.
Sinkt der Druck im Kreislauf unter den Sollwert, so wird mit Hilfe der Dose 40, des Hebels 42 und des Gestänges 48 der Schieber 49 in +Richtung des Pfeils 73 verschoben. Hierbei wird der Servomotorkolben 53 nach unten bewegt und die Feder 56 in vermehr tem Masse gespannt. Entsprechend dieser Spannungserhöhung entsteht eine Drucker höhung in den Steuerleitungen 32 und 38, wo bei der vom Ventil 30 freigegebene Durchfluss- quersehnitt vermindert und gegebenenfalls das Ventil 37 im Sinne einer Vergrösserung der durch die Verdichterantriebsturbine strö menden Arbeitsmittelteilmenge geöffnet wird.
Die verminderte Entnahme von Arbeitsmittel aus dem Kreislauf durch die Leitung 29 staut das Arbeitsmittel im Kreislauf und steigert die Drehzahl der Verdichterturbine und der Verdichter, bis der Druck gemäss der neuen Arbeitsmittelaufteilung auf die beiden Tur binen den verlangten Sollwert wieder erreicht hat. Zur Verminderung der Leistung wird der Leistungswahlhebel <B>35'</B> in -Richtung des Pfeils 71 verschoben. Hierbei entstehen ent sprechende Regelvorgänge, jedoch im umge- kehrten Sinn. Der Druck im Kreislauf wird dabei gemäss der Arbeitsmittelverteilung ab gesenkt und die Leistung der Nutzleistungs- turbine vermindert.
Ein schwerwiegender Nachteil einer sol chen Anlage, bei welcher die Aufteilung des verdichteten Arbeitsmittels auf die Turbinen in Abhängigkeit vom Druck des Arbeitsmittels geregelt wird, besteht darin, dass eine Betäti gung des der Verdichterturbine zugeordneten Regelventils im ersten Augenblick vorüber gehend den Druckzustand in der Anlage im falschen Sinne beeinflusst. Wird nämlich bei spielsweise das Regelventil 37 zur Erzielung einer Drucksteigerung geöffnet, so wird im ersten Augenblick der Druck infolge der plötzlich erhöhten Schluckfähigkeit dieser Turbine absinken.
Anderseits wird gerade die beschriebene Regelvorrichtung zur Aufteilung der Arbeitsmittelteilmenge in Abhängigkeit vom Druck des Arbeitsmittels gesteuert, so dass die Regeleinrichtung an Stelle eines von der angestrebten Drucksteigerung ausgehen den Regelimpulses vorübergehend einen der Drucksteigerung entgegengesetzten Regel impuls erhält, was die Stabilität der Druck einstellvorrichtung nachteilig beeinflusst.
Vorliegende Erfindung erlaubt, diesen Nachteil zu vermeiden. Ein mit der gemein samen Welle der Verdichtergruppe gekuppel- ter Fliehkraftregler 77 steht mit. seiner Muffe 78 über das Gestänge 79, 80 mit dem Kolben 81 eines mit Flüssigkeit gefüllten Schlepp zylinders 82 in Verbindung, dessen oberer und unterer Zylinderraum durch die das Drossel organ 83 aufweisende Leitung 84 verbunden sind. Der Schleppzylinder 82 ist seinerseits über das Gestänge 85, 86, 87 mit der ver schiebbar im Gehäuse des Reglerkastens 33 gelagerten Hülse 88 des Steuerschiebers 49 in Verbindung.
Jede Drehzahländerung der Ver- dichtergruppe bewirkt deshalb eine Verschie bung des Schleppzylinders 82 und. damit auch der mit diesem gekuppelten Hülse 88 des Steuerschiebers 49, auf welche die vom Steuer schieber 49 beeinflusste Druckeinstellvorrich- tung im entgegengesetzten Sinne reagiert, wie wenn der Steuerschieber unter dem Einfluss einer Längenänderung der lose 40 anlässlich einer Veränderung des Druckzustandes ver schoben würde.
Wird der Leistungswahlhebel 35 in +Rich- tung im Sinne einer Leistungssteigerung ver schoben, so wird in beschriebener Weise nach Schliessen des der Nutzleistungsturbine zuge ordneten Regelventils 30 das Regelventil 37 unter Beeinflussung durch die Druckeinstell vorrichtung geöffnet, so dass die durch die Verdiclterantriebsturbine strömende Arbeits- mittelteilmenge vergrössert wird.
Die dadurch ausgelöste Beschleunigung der Verdiehter- gruppe bewirkt eine Aufwärtsbewegung der Reglermuffe 78 in +Richtung des Pfeils 89 und damit eine Verschiebung der Hülse 88 des Steuerschiebers 49 in +Richtung des Pfeils 73, wodurch der Druekeinstellvorrich- tung ein Druckanstieg vorgetäuscht wird, wie wenn sieh die Druckfühlerdose 40 unter dein Einfluss eines Anstieges des Arbeitsmittel druckes ausgedehnt und den Steuerschieber 49 in -Richtung des Pfeils 73 nach unten verschoben hätte.
Dieser vorgetäuschte Druck anstieg vermag die instabilisierendeWirkung des gleichzeitig mit. dem Öffnen des Regelven tils 37 eintretenden vorübergehenden Druck abfalles unter Beeinflussung der Druekein- stellvorrichtung im Sinne einer vorübergehen den Verminderung der durch die Verdichter antriebsturbine strömenden Arbeitsmittelteil menge zu eliminieren und so ein einwandfreies Spielen der Regelung zu gewährleisten. Der mit dem Öffnen des der Verdiehterantriebs- turbine zugeordneten Regelventils verbundene vorübergehende Druckabfall wird unter dem Einfluss des mit der Beschleunigung der Ver dichtergruppe verbundenen Druckanstieges allmählich ausgeglichen.
Um eine bleibende Beeinflussung der Druekeinstellvorriehtung durch den vom Fliehkraftregler ausgehenden zusätzlichen Regelimpuls auszuschalten, muss eine aus den Federn 90 und 91 und dem Schleppzylinder 82 bestehende Rückführvor richtung die verschiebbare Hülse 88 des Steuerschiebers 49 unabhängig der Drehzahl wieder in ihre neutrale Lage zurückbringen, bei der die Druckeinstellvorrichtung einzig durch einen von der Druckfühlerdose 40 oder der Verschiebung des Leistungswahlhebels 35 ausgehenden Regelimpuls beeinflusst wird.
Umgekehrt bewirkt ein Abfallen der Dreh zahl der Verdichtergruppe infolge einer Ver minderung der der Verdichterantriebsturbine zugeführten Arbeitsmittellteilmenge durch Schliessen des Regelventils 37 eine Verschie bung der Muffe 78 des Fliehkraftreglers 77 in -Richtung des Pfeils 89. Dabei kann der von der Druckeinstellvorrichtung ausgehende Impuls entweder durch Verstellung des Lei- stungswahlhebels 35 oder mittels Beeinflus sung durch die Druckfühlerdose 40 ausgelöst sein.
Der vom Fliehkraftregler ausgehende Regelimpuls wird über das Gestänge 79, 80 den Schleppzylinder 82 und über das Ge stänge 85, 86, 87 auf die verschiebbare Hülse 88 des Steuerschiebers 49 übertragen, welche in -Richtung des Pfeils 73 nach unten be wegt wird und damit der Druckeinstellv or- riehtung einen Druckabfall vortäuscht, so dass jene beim Sinken der Drehzahl vorübergehend im Sinne einer Vergrösserung der durch die Verdichterantriebsturbine strömenden Ar beitsmittelmenge beeinflusst wird.
Auf diese Weise kann wiederum die instabilisierende Beeinflussung der Druekeinstellvorrichtung durch den beim Schliessen des Regelventils 39 eintretenden vorübergehenden Druckan stieg verhindert werden.
Die Gasturbinenanlage nach Fig. 3 arbei tet mit. einem offenen Strömungsweg des Ar beitsmittels. Die vom Verdichter 101 aus der Atmosphäre angesaugte Luft gelangt in ver dichtetem Zustand durch die Leitung 102 in den Wärmeaustauscher 103, wo sie beim Durchströmen durch die Rohre 104 vorge wärmt wird. Die verdichtete und vorgewärmte Luft strömt. alsdann durch die Leitung 105 in den Brennraum des Gaserhitzers 106, in dem ein Teil des in der Luft enthaltenen Sauerstoffes zur Verbrennung des dem Bren ner 107 durch die Leitung 108 zugeführten Brennstoffes dient.
Ein erster Teil des durch die Leitung 109 aus dem Gaserhitzer 106 abge führten Gemisches aus Luft und Verbren nungsgas strömt durch die Leitung 110 in die Nutzleistungsturbine 111, welche über ein Getriebe 112 den Schiffspropeller 113 antreibt. Ein zweiter Teil strömt durch die Leitung 114 in die Turbine 115, welche über eine gemeinsame Welle mit dem Verdichter 101 gekuppelt ist. Die unter Abgabe eines wesentlichen Teils ihrer Energie in den beiden Turbinen entspannten Arbeitsmittel- teilmengen werden durch die Leitungen 116 bzw. 117 aus den Turbinen abgeführt und vereinigen sieh anschliessend in der Leitung 118, um gemeinsam in den Wärmeaustauscher 103 zu strömen. Nach Abführung eines rest lichen Teils der im entspannten Arbeitsmittel.
noch enthaltenen Wärme an die durch die Rohre 104 strömende verdichtete Luft ver lässt das Arbeitsmittel die Anlage durch den Abführstutzen 119.
Zur richtigen Verteilung des Arbeitsmit tels auf die Nutzleistungsturbine 111 und auf die Verdichterantriebsturbine 115 ist letztere mit einer ihrer ersten Stufen umgehenden Umführungsleitung 120 ausgerüstet, in welche ein Durchflussregelventil 121 eingebaut ist. Der Ventilstössel 122 dieses Regelventils ist am mittleren Gelenkpunkt des Hebels 123 be festigt.
Das rechte Ende des Hebels 123 ist durch die an seinem Gelenk 124 befestigte Stange 125 mit dem Kolben 126 des im Reglerkasten 127 untergebrachten Servomotors 128 verbun den. Jede Verschiebung des Servomotorkol bens 126 bewirkt also eine Veränderung der Aufteilung der ganzen Arbeitsmittelmenge auf die beiden Turbinen. Der Servomotor 128 bildet einen Teil der im Reglerkasten 127 untergebrachten Drnekeinstellvorrichtung I, welche durch den mittels der Leitung 129 übertragenen Druck des Arbeitsmittels in der Leitung 109 gesteuert wird. Mit Hilfe des Leistungswahlhebels 130 kann der Sollwert für den Druck in der Leitung 109 und damit die einer gewünschten Nutzleistung entspre chende Arbeitsmittellaufteilung von Hand nach Bedarf eingestellt werden.
Eine Verminderung des vom Regelventil 121 freigegebenen Durchflussquerschnittes vermindert die in der Verdichterantriebs- turbine 115 sich entspannende Arbeitsmittel teilmenge. Der unmittelbar einsetzende Dreh zahlabfall der Verdichtergruppe bewirkt im Beharrungszustand einen Druckabfall des Ar beitsmittels. Hierdurch wird das der Nutz leistungsturbine zur Verfügung stehende Druckgefälle vermindert, wodurch deren Nutz leistung abfällt. Umgekehrt ergibt eine Ver grösserung des vom Regelventil 121 freigege benen Durchflussquerschnittes der Verdichter antriebsturbine eine grössere Schluckfähigkeit dieser Turbine und verursacht deshalb eine Drehzahlsteigerung der Verdiehtergruppe mit wachsender Arbeitsmittelmenge, was einen Druckanstieg des Arbeitsmittels zur Folge hat.
Der Nutzleistungsturbine steht nunmehr ein vergrössertes Druckgefälle zur Verfügung, wodurch die Nutzleistung gesteigert wird.
Die im Reglerkasten 127 untergebrachte Druckeinstellvorrichtung I wird analog dem durch Fig. 2 veranschaulichten Ausführungs beispiel durch die an die Druekleitung 129 angeschlossene Druckfühlerdose 131 beein flusst. Die Dehnung der Druckdose 131 wird auf das Gelenk 132 des Hebels 133 übertra gen. Gleichzeitig wird das Gelenk 132 mittels des Leistungswahlhebels 130 über die Kurven scheibe 134, das Gestänge 135 und die Feder 136 beeinflusst. Die Lage des mittleren Ge lenkpunktes 137 ist also vorerst durch die Stellung des Leistungswahlhebels 130 und die Ausdehnung der Druckfühlerdose 131 be stimmt.
Mit dem Gelenk 137 ist über das Gestänge 138 der Steuersehieber 139 verbun den, mittels dessen die Zufuhr eines Druck mittels - z. B. Drueköls - aus der Leitung 140 zum Servomotor 128 und die Abfuhr aus dem Servomotor in die Ablaufstellen 141 bzw. 141a gesteuert wird. Der Kolben 126 steht einerseits über das Gestänge 125, 123 mit dem Ventilstössel des Regelventils 121 und anderseits über die Stange 142 und den Schleppzylinder 143 mit, dem Gelenkpunkt 144 des Hebels 133 in Verbindung, welcher ferner über die Feder 145 auf dem Gehäuse 127 abgestützt ist. Der Kolben 146 der Sehleppvorriehtung trennt zwei Zylinder räume voneinander, die- über eine als Boh- rung 147 im Kolben ausgebildete Drosselstelle verbunden sind.
Wird der Leistungswahlhebel in +Rich tung des Pfeils 148 verschoben, erhält die Feder 136 eine Druckspannung, welche ent gegen der Federwirkung der Druckfühlerdose 131 den Gelenkpunkt 132 nach unten ver schiebt. Da das Gelenk 144 vorerst in Ruhe bleibt, bewegt sich der Steuerschieber 139 in +Richtung des Pfeils 149 und hierbei strömt aus der Leitung 140 Druckmittel durch die Leitung 150 in den unter dem Kolben 126 befindlichen Zylinderraum des Servomotors 128. Der Kolben wird in +Richtung des Pfeils 151 verschoben und die hierbei im obern Zylinderraum verdrängte Flüssigkeit durch die Leitung 152 nach dem Ablauf 141a abgeführt.
Durch die Verschiebung des Servomotor kolbens 126 in +Richtung des Pfeils 151 wird der Gelenkpunkt 124 des Hebels 123 und damit der Ventilstössel des Regelventils 121 im Sinne einer Vergrösserung der durch die Verdiehterantriebsturbine strömenden Arbeits mittelteilmenge nach oben verschoben und in beschriebener Weise eine Steigerung der Nutz leistungsabgabe curcl die Turbine 111 her beigeführt.
Ein Überregeln und ein damit zusammen hängendes Pendeln der Druckeinstellvorriell- tung wird mit Hilfe der Schleppvorrichtung 143 verhindert, welche eine nachgiebige Rück führung des Regelvorganges bei einer Ver schiebung des Hebels 133 schon zu Beginn des Regelvorganges einleitet. Hierdurch kann der eingestellte Sollwert ohne bleibende Un gleichförmigkeit eingehalten werden.
Während der Verschiebung des Servo motorkolbens 126 wird nämlich der Kolben 147 der Schleppvorrichtung 143 ebenfalls in +Richtung des Pfeils 151 entgegen der Span nung der Feder 145 mit dem Gelenkpunkt 144 des Hebels 133 nach oben verschoben. Das Gelenk 137 dieses Hebels wird dann in der der anfänglichen Verschiebungsrichtung entgegengesetzten Richtung bewegt, so dass der Steuerschieber 139 wieder gegen seine Mittellage zurückgeführt wird, in welcher weder dem über dem Kolben 126 liegenden Zylinderraum noch dem unter diesem liegen den Zylinderraum Druckmittel aus der Lei tung 140 zugeführt werden kann.
Die endgültige Rückführung des Regelvor ganges erfolgt dann über die Anlage selber, während die Rückführung der nachgiebigen Vorrichtung wieder ausklingt. Die Druckein stellvorrichtung I kommt dann zur Ruhe, wenn die Druckfühlerdose 131 den Steuer schieber 139 bei spannungsloser Feder 145 wieder in die Mittellage gebracht hat. Dann entspricht die Höhe des Druckes des Arbeits mittels in der Leitung 109 dem durch den Leistungswahlhebel 130 eingestellten Sollwert gemäss der durch den Druck und die Auftei lung der Arbeitsmittelmenge gegebenen Nutz leistung.
Entsteht eine Erhöhung des Arbeits- mitteldruckes über den eingestellten Sollwert, so wird mit Hilfe der beschriebenen Druck einstellvorrichtung selbsttätig der Durehfluss- querschnitt am Regelventil 121 durch ent sprechende, von der Druckfühlerdose 131 aus gelöste Regeleingriffe vermindert. Umgekehrt hat. ein Fallen des Arbeitsmitteldruckes unter den eingestellten Sollwert eine Vergrösserung des Durchflussquerschnittes am Regelventil 121 zur Folge.
Zur Verminderung der Leistung kann wie derum der Leistungswahlhebel in der -Rich tung des Pfeils 1-18 verschoben werden.
Bei der beschriebenen Anordnung mit nur einem, der Verdicllterantriebsturbine zugeord neten Regelventil zur Aufteilung des Arbeits mittels auf die parallel im Strömungsweg des Arbeitsmittels angeordnete Turbinen in Ab hängigkeit vom Druck des Arbeitsmittels, macht sich in verstärktem Masse der Umstand nachteilig bemerkbar, dass eine Betätigung des der Verdichterantriebsturbine zugeordneten Regelventils im ersten Augenblick vorüber gellend den Druckzustand in der Anlage im falschen Sinn beeinflusst. So wird ein unmit telbares Öffnen des Regelventils 121 - bei spielsweise anlässlich eines Überganges auf einen- andern Sollwert der Nutzleistung - der Druck des Arbeitsmittels infolge der plötzlich erhöhten Schluckfähigkeit der Verdichteran triebsturbine vorübergehend abfallen.
Da durch erhält die vom Arbeitsmitteldruck ge steuerte Druckeinstellvorrichtung wiederum im ersten Augenblick einen der angestrebten Drucksteigerung entgegenwirkenden Regel impuls, was die Stabilität der Druckeinstell vorrichtung nachteilig beeinflusst.
Zur Vermeidung dieses Nachteils ist eine Regelvorrichtung II vorgesehen, welche das Regelventil 121 zusätzlich in Abhängigkeit der Drehzahl der Verdiehtergruppe vorüber gehend beeinflusst. Ein über das Kegelrad getriebe 153 mit der gemeinsamen Welle der Verdichter gruppe gekuppelter Fliehkraft regler 154 steht mit seiner Muffe 155 über den im festen Drehpunkt 156 gelagerten Hebel 157 und über die am Hebel im Gelenk punkt 158 befestigte Stange 159 mit dem Kol ben 160 eines mit Flüssigkeit gefüllten Schleppzylinders 161 in Verbindung, dessen oberer und unterer Zylinderraum durch eine als Bohrung im Kolben 160 ausgebildete Dros selstelle in Verbindung stehen.
Der Schlepp zylinder 161 ist einerseits durch eine Stange 162 am Gelenkpunkt 163 des Hebels 164 be festigt, wobei der Gelenkpunkt 163 ferner über die Feder 165 auf dem Gehäuse des Reglerkastens 127 elastisch abgestützt ist. Die Lage des gegenüberliegenden Gelenkpunktes 166 des Hebels 164 wird durch den mit ihm mittels der Stange 167 verbundenen Kolben 168 des Servomotors 169 festgelegt. Anderseits verbindet eine weitere Stange 170 den Serv o- motorkolben 168 mit dem Gelenkpunkt 178 des Hebels 123, bei dessen Verschiebung der vom Regelventil 121 freigegebene Durehfluss- quersehnitt in der Umgehungsleitung 120 der Verdichterantriebsturbine verändert wird.
Der mittlere Glelenkpunkt 171 des Hebels 164 ist über das Gestänge 172 mit dem Steuer schieber 173 verbunden, welcher die Zufuhr des Druckmittels aus der Leitung 174 zum Servomotor und die Abfuhr aus diesem Servo motor in die Ablaufstellen 175 und 175a steuert.
Wird der Leistungswahlhebel 130 in +Richtung im Sinne einer Leistungssteige- rung verschoben, so wird in beschriebener Weise das der Verdichterantriebsturbine zu geordnete Regelventil 121 geöffnet, was eine Vergrösserung der durch diese Turbine strö menden Arbeitsmittelmenge nach sich zieht. Die dadurch ausgelöste Beschleunigung der Verdichtergruppe bewirkt eine Aufwärtsbewe gung der Reglermuffe 155 in +Richtung des Pfeils 176 und damit eine Aufwärtsbewegung in +Richtung des Pfeils<B>177</B> des mit dem Hebel<B>157</B> gekuppelten Steuerschiebers 173 unter gleichzeitiger Spannung der Feder 165. Hierbei strömt aus der Leitung 174 Druck mittel in den über dem Kolben 168 befind lichen Zylinderraum.
Der Kolben wird in -Richtung des Pfeils 177 verschoben und die dabei im untern Zylinderraum verdrängte Flüssigkeit nach dem Ablauf 175 abgeführt. Durch die Verschiebung des Servomotorkol- bens 168 wird der Gelenkpunkt 178 des Hebels 123 nach unten bewegt, was eine Verminde rung des vom Regelventil 121 freigegebenen Durehflussquersehnittes verursacht.
Damit wird dem von der Druekeinstellvorrichtung I ausgehenden Regelimpuls zur Betätigung des Ventils 121 ein in Abhängigkeit von der Drehzahl gesteuerter im entgegengesetzten Sinn wirkender zweiter Regelimpuls über lagert, welcher ,das Regelventil zusätzlich in dem Sinn beeinflusst, wie wenn die Druck fühlerdose unter dem Einfluss eines bereits erfolgten Druckanstieges des Arbeitsmittels sieh ausgedehnt und den Steuerschieber 139 in -Richtung des Pfeils 149 verschoben hätte. Dieser vorgetäuschte Druckanstieg vermag die instabilisierende Wirkung des gleichzeitig mit dem Öffnen des Regelventils 121 eintre tenden vorübergehenden Druckabfalles zu eliminieren und so ein einwandfreies Spiel der Regelung gewährleisten.
Der mit dem Öffnen des der Verdichter antriebsturbine zugeordneten Regelventils ver bundene vorübergehende Druckabfall wird unter dem Einfluss des mit. der Beschleuni gung der Verdichtergruppe allmählich ein setzenden Druckanstieges wieder ausgeglichen. Um eine bleibende Beeinflussung des Regel ventils 121 durch die Regelvorichtung II mit- tels des vom Fliehkraftregler 154 ausgehen den zusätzlichen Regelimpuls auszuschalten, ist in bekannter Weise eine aus Hebel 164, Feder 165, Schleppvorrichtung 161 beste hende nachgiebige Rückführvorrichtung vor gesehen, welche die zusätzliche Beeinflussung des Regelventils 121 durch die Regelvorrich tung II unabhängig der Drehzahl nach einem gewissen Zeitintervall aufhebt.
Die Regelvor richtung II kommt dann zur Ruhe, wenn die Feder 165 den Hebel 164 und damit den Steuerschieber 173 und den Servomotorkolben 168 in ihre neutrale Stellung zurückgeführt hat, in der die Feder 165 spannungslos ge worden ist.
Umgekehrt bewirkt ein Abfallen der Dreh zahl der Verdichtergruppe infolge einer Ver minderung der der Verdichterantriebsturbine zugeführten Arbeitsmittelteilmenge durch Schliessen des Regelventils 121 mittels der Druckeinstellvorrichtung I eine Verschiebung der Reglermuffe 155 des Fliehkraftreglers 154 in -Richtung des Pfeils 176. Der von der Druckeinstellvorrichtung I ausgehende Impuls kann durch Verstellung des Leistungs wahlhebels 130 in der -Richtung des Pfeils 176 oder mittels Beeinflussung durch die Druckfühlerdose 131 ausgelöst sein.
Der vom Fliehkraftregler ausgehende Regelimpuls wird über den Nebel 157 und die Schleppvorrich tung 161 durch Verschiebung des Steuerschie bers 173 auf den Servomotorkolben 168 über tragen, welcher in +Richtung des Pfeils 177 nach oben verschoben wird und das Regel ventil entgegen dem von der Druckeinstellvor richtung ausgehenden ersten Regelimpuls im Sinn einer Vergrösserung der durch die Ver- dichterantriebsturbine strömenden Arbeits mittelteilmenge vorübergehend beeinflusst.
Dieser dem Regelventil 121 durch die Regel vorrichtung II vorgetäuschte Druckabfall ver mag wiederum die instabilisierende Beeinflus sung der Druekeinstellvorrichtung des beim Schliessen des Regelventils 121 eintretenden vorübergehenden Druckanstieges zu kompen sieren und so ein einwandfreies Spiel der Regelung zu gewährleisten. Die Erfindung ist. nicht auf die an Hand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungs beispiele beschränkt. Vielmehr ist es einem Fachmann ohne weiteres möglich, das erfin dungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Ausführung auf solche Gasturbinen anlagen anzuwenden, bei denen das Arbeits mittel in einem Kreislauf umströmt. Auch könnte die Regelvorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens andere, mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch be tätigte Organe aufweisen.