Einrichtung zur plötzlichen Verminderung oder Unterbrechung der Leistungsabgabe einer Gasturbinenanlage. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur plötzliehen Verminderung oder Unterbre chung der Leistungsabgabe einer Gasturbinen anlage. Zur blossen Ausserbetriebsetzung einer lasturbinenanlage genügt es, die Brennstoff- zufuhr in die Erhitzungseinrichtung für das gasförmige Arbeitsmittel der Anlage zu unter brechen.
Diese Massnahme reicht jedoch nicht aus, um eine plötzliche Verminderung oder Unterbrechung der Leistungsabgabe in den jenigen Fällen herbeizuführen, bei denen die Arbeitsmittelzufuhr zur NTUtzleistungsturbine plötzlich unterbrochen werden muss, beispiels weise bei plötzlicher Unterbrechung der Ener gieaufnahme des Nutzleistungsempfängers zwecks Vermeidung einer unzulässigen Dreh zahlerhöhung desselben.
Eine solche Drehzahl erhöhung kann durch Beschleunigung der Nutzleistungsturbine infolge des grossen Druckluftinhaltes der Anlage und der in ihm gespeicherten Energie trotz unterbrochener Brennstoffzufuhr an das Arbeitsmittel ver ursacht werden. Man hat daher schon vorge schlagen, durch besondere Regelorgane die Arbeitsmittelzufuhr zu der die Nutzleistung erzeugenden Turbine augenblicklich vollstän dig oder wenigstens teilweise abzusperren und das aufgestaute Arbeitsmittel ins Freie abzu blasen.
Auch diese Massnahme bildet in ge wissen Fällen keine ausreichende Sicherung, da häufig bauliche Gründe zur Anordnung des Absperrventils in so grosser Entfernung von der Turbine Avingen, dass das zwischen Absperrventil und Turbine im Strömungsweg verbleibende und durch die Turbine unter Expansion abströmende Arbeitsmittel noch einen so grossen Energieinhalt aufweist, wel cher zu einer unzulässigen Beschleunigung der Turbine führen könnte.
Die Erfindung erlaubt, diese Nachteile weitgehend auszuschalten. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein im Strömungsweg des Arbeitsmittels zwischen dem Absperr ventil und der Turbine angeordnetes weiteres Ventil zur Entleerung der zwischen Absperr ventil und Turbine mit Arbeitsmittel aufge füllten Räume bei gleichzeitig ganz oder teil weise geschlossenem Absperrventil.
Vorteilhaft kann das Entleerungsventil im Strömungsweg des Arbeitsmittels vor der Er hitzungseinrichtung angeordnet sein.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der auf der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig.1 und 2 zeigen zwei voneinander ver schiedene, mit der erfindungsgemässen Ein richtung versehene Gasturbinenanlagen in schematischer Darstellung.
Der Verdichter 1 gemäss dem in Fig. 1 dar gestellten Ausführungsbeispiel saugt aus der Atmosphäre durch die Leitung 2 Luft an und fördert diese in verdichtetem Zustande durch die Leitung 3 in den Wärmeaustauscher 4, in welchem die Luft beim Durchströmen des die Rohre 5 umgebenden Raumes vorgewärmt wird. Anschliessend strömt die Luft durch die Leitung 6 in die als Verbrennungskammer ausgebildete Erhitzungseinrichtung 7. Ein Teil des in der Luft enthaltenen Sauerstoffes dient hier zur Verbrennung des dein Brenn raum der Verbrennungskammer durch die Leitung 8 zugeführten flüssigen Brennstoffes.
Die zugeführte Brennstoffmenge kann mittels des Ventils 9 reguliert werden. Das aus einem Gemisch von Luft und heissen Verbrennungs gasen bestehende Arbeitsmittel verlässt den Gaserhitzer 7 durch die Leitung 10, mittels welcher es der Hochdruckturbine 11 zugeführt wird.
Nach erfolgter Expansion auf einen tieferen Druck unter Abgabe von Antriebs energie an den mit. dem Verdichter 1 gekup- pelten Turbinenrotor strömt das Arbeitsmittel aus der Turbine 11 durch die Leitun- 12 in eine weitere Verbrennungskammer<B>19,</B> in wel cher es unter nochmaliger Verbrennung, von Brennstoff, welcher dem Brennraum der Ver brennungskammer durch die Leitung 14 über das Ventil 15 zugeführt wird, auf eine er höhte Temperatur erhitzt wird.
Anschliessend strömt das Arbeitsmittel durch die Leitun -, 16 in die als Niederdruckturbine aus-ebildete Nutzleistung,sturbine 17, welche mit einem Drehstromgenerator 18 gekuppelt ist.
Das in der Turbine 17 auf annähernd Atmosphären druck entspannte Arbeitsmittel strömt hier auf durch die Leitung 19 in den Wärmea.us- tauscher 4, wo ein restlicher Teil der im Ar beitsmittel enthaltenen Wärme diesem beim Durchströmen der Rohre 5 zur Vorwärmung der aus dem Verdichter 1 durch die Leitung 3 zugeführten komprimierten Luft entzogen wird. Die Abgase verlassen schliesslich die Anlage durch die Leitung 20.
Soll zum Beispiel im Falle eines Kurz schlusses in dem vom Generator 18 gespeisten elektrischen Netz die Leistungsabgabe der Nutzleistungsturbine 17 plötzlich vollständig unterbrochen werden, so wird zunächst in be kannter Weise die Brennstoffzufuhr zur Ver brennungskammer 13 ausgeschaltet und mit Hilfe des in der Leitung 12 angeordneten Absperrventils 21 die Arbeitsmittelzufuhr zur Nutzleistungsturbine 17 unterbunden. Gleich zeitig wird das Arbeitsmittel aus der Leitung 12 durch ein Abblaseventil 22 ins Freie ge leitet.
Nun kann aber die in der Verbrennungs kammer 13 und den V ei-bindungsleitung-en eingeschlossene Arbeitsmittelinenge derart gross sein, class beim Entweichen dieser Ar- beitsmittelmen-e über die 'Turbine 17 gleich wohl eine unzulässi#"e Drehzahlerhöhung die ser Turbine eintritt. Diese Drelizalilei-liöliung könnte insbesondere den Generator 18 gefähr den, da in den meisten Fällen diese Maschinen mechanisch besonders hoch belastet sind.
Erfindungsgemäss ist an die Leitung 12 ein Entleertin@:sv entil ':; angeschlossen, mit dessen Hilfe eine Teilmenge des in den. Leituntren und Apparaten der @lnla;e zwischen dem Absperrventil 21 und der Turbine l.7 ein geschlossenen Arbeitsmittels in Freie entleert werden kann.
Damit kann erreicht werden, dass die Entleerungszeit sehr stark abgekürzt und damit eine L'berschreitun, der zulässigen Drehzahl der Nutzleistungsgruppe 17, 18 ver mieden wird.
Bei der in Fi-. ? dargestellten Gastur- binenanlage saugt der Verdichter 31 Luft aus der Leitung 3''@ an und fördert sie in ver dichtetem Zustande durch die Leitung 33 in den die Rohre 34 des Wärmeaustausclters 35 umgebenden Raum.
Anschliessend strömt die verdichtete und im Wärineaustauseher vorge wärmte Luft durch die L eitun - 36 in den das Rohrsvstem j17 itni2elienden Raum der Erhitzungseinrichtun ,<B>38.</B> In erhitztem Zu stande gelangt die Luft durch die Leitung 39 in die Turbine -10, wo sie unter Entspannung und Abkühlung Ener-ie an den Rotor der Turbine abgibt.
Die entspannte Luft. strömt durch die Leitung .11 in den Wärmeaustau- seher 35, in welchem sie beim Durchströmen der Rohre 34 die durch die Leitung 33 dem Wä rmeaustauscher ztt--efülirte verdichtete Luft vorwärmt. Naeli Austritt. aus den Rohreh 35 wird in einem Kühler 4? der entspannten Luft ein weiterer Teil ihrer Wärme entzogen.
Die so gekühlte Luft Strömt. anschliessend durch die Leitung 32 in. den Verdichter 31 zuriick, tim hier den besehrie'benen Kreislauf von neuem zu beginnen.
Dem beschriebenen Luftkreislauf wird an der Stelle 43 ständig eine Teilmenge entnom- men und durch die Leitung 44 in den Brenn- raum 45 der als Verbrennungskammer ausge bildeten Erhitzungseinrichtung 38 geführt. Hier dient die Luft zur Verbrennung des durch die Leitung 46 über das Ventil 47 zugeführten flüssigen Brennstoffes. Das aus einem heissen Gemisch von Luft und Verbren nungsgasen bestehende Arbeitsmittel strömt alsdann durch die Wärmeaustausehrohre 37, wobei die im Kreislauf umströmende Luft er hitzt wird.
Nach der Abgabe eines Teils seiner Wärme strömt das Arbeitsmittel durch die Leitung 48 in die Turbine 49, wo es unter Entspannung und Abkühlung Energie an den Turbinenrotor abgibt. Anschliessend strömt das Arbeitsmittel durch die Leitung 50 in eine weitere Turbine 51 und verlässt die An- la-e durch die Abgasleitung 52.
Als Ersatz für die dem Kreislauf an der Stelle 43 entnommene Teilmenge Luft wird durch den mit der Turbine 51 gekuppelten Verdichter 53 Luft aus der Atmosphäre an- ;.esaugt und in verdichtetem Zustande durch die Leitung 54 in den zwischen den Rohren 34 und dem Kühler 42 gelegenen Teil des Strö mungsweges der im Kreislauf umströmenden Luft eingeführt.
Die Turbinen 40 und 49 dienen zum An trieb des mit ihnen gekuppelten Verdichters 31, wobei überschüssige Antriebsenergie in Form von Nutzleistung an den mit dieser Gruppe ebenfalls gekuppelten Generator 55 abgegeben wird. Soll nun eine plötzliche Ver minderung der Leistungsabgabe an den Ge nerator 55 durchgeführt werden, so wird mit Hilfe des in der Leitung 36 angeordneten Ab sperrventils 56 die Arbeitsmittelzufuhr in die Erhitzungseinrichtung 38 vermindert, wobei gleichzeitig durch ein in der Leitung 33 ange ordnetes Abblaseventil 57 ein Teil der vor dem Absperrventil 56 aufgestauten Luft menge ins Freie abgeführt wird.
Das Absperr ventil 56 wird so eingestellt, da.ss ein gewisser Durehfluss durch den Verdichter 31 aufrecht erhalten bleibt, um ein Pumpen dieses Ver dichters zu vermeiden. Sowohl die Arbeits- mittelmenge als auch deren Eintrittsdruck in die beiden Turbinen 40 und 49 sind stark vermindert, und damit reduziert sich die Lei stung dieser Turbinen in einem solchen Aus masse, dass sie gerade noch ausreicht, um den Verdichter 31 anzutreiben.
Dieser Zustand stellt sich aber nur allmählich ein, denn das beträchtliche Arbeitsmittelvolumen, welches in den Apparaten der Anlage zwischen dem Ab sperrventil 56 und dem Abblaseventil 57 ein geschlossen ist, bewirkt nur ein langsame Abfallen des Arbeitsmitteldruckes vor diesen Turbinen.
Erfindungsgemäss ist im Strömungsweg des Arbeitsmittels vor Eintritt. in die Erhitzungs- einrichtung 38 hinter dem Absperrventil 56 ein Entleerungsventil 58 angeordnet, welches die Entleerungszeit des zwischen Turbine und Absperrventil mit Arbeitsmittel aufgefüllten Raumes der Leitungen und Apparate stark abkürzt und damit wiederum ein Überschrei ten der zulässigen Drehzahl der Nutzleistungs- gruppe vermindert.