Claims (4)
PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS
1. Ventilanordnung zur Nebenschlusschaitung einer Brennkammer (3) in einer Gasturbinenanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung Ventile (7,8) zum Absperren der Brennkammer von Turbine (2) und Kompressor (1) sowie ein Nebenwegventil (9) enthält, welches die Ausgangsseite des Kompressors direkt mit der Eingangsseite der Turbine verbindet.1. Valve arrangement for bypass switching of a combustion chamber (3) in a gas turbine system, characterized in that the arrangement contains valves (7, 8) for shutting off the combustion chamber of the turbine (2) and compressor (1) and a bypass valve (9) which Compressor output side connects directly to the turbine input side.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Ventile (7,8,9) als Klappventile ausgeführt sind.2. Valve arrangement according to claim 1, characterized in that said valves (7,8,9) are designed as flap valves.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, bei welcher eine Luftleitung (5) vom Kompressor (1) zur Brennkammer (3) eine Gasleitung (6) von der Brennkammer zur Turbine (2) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (8) der Gasleitung innerhalb der Gasleitung angeordnet ist, während die beiden anderen Ventile (7,9) in einem die Leitungen umgebenden Gehäuse (11) angeordnet sind.3. Valve arrangement according to claim 2, in which an air line (5) from the compressor (1) to the combustion chamber (3) surrounds a gas line (6) from the combustion chamber to the turbine (2), characterized in that the valve (8) of the gas line is arranged within the gas line, while the other two valves (7,9) are arranged in a housing (11) surrounding the lines.
4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leitungen (5,6) beim Passieren des genannten Gehäuses (11) im Winkel gebogen sind und dass das Ventil (7) der Luftleitung (5) in einer Verlängerung der einen Abzweigung von der gebogenen Luftleitung angeordnet ist.4. Valve arrangement according to claim 3, characterized in that the two ducts (5,6) are bent at an angle when passing said housing (11) and that the valve (7) of the air duct (5) in an extension of a branch of of the curved air duct is arranged.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung in einer Gasturbinenanlage gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a valve arrangement in a gas turbine system according to the preamble of patent claim 1.
Bei einer Schnellstop oder einer Schnellentlastung einer Gasturbine aufgrund eines Lastausfalles oder einer Havarie ist es bisher üblich gewesen, die Brennstoffzufuhr ganz einfach abzustellen. In letzter Zeit ist jedoch vorgeschlagen worden, Wirbelbettbrennkammern für Gasturbinen anzuwenden, wobei ein Schnellstop nicht nur durch die Unterbrechung der Brennstoffzufuhr erreicht werden kann. Dieses beruht auf dem grossen Energieinhalt des Wirbelbettes teils aufgrund des grossen Volumens an heissen Druckgasen und teils aufgrund der grossen Wärmemenge im Bettmaterial und eventuell nichtverbranntem Brennstoff.In the event of an emergency stop or rapid relief of a gas turbine due to a load failure or an accident, it has hitherto been customary to simply shut off the fuel supply. Recently, however, it has been proposed to use fluidized bed combustors for gas turbines, whereby a quick stop cannot be achieved only by cutting off the fuel supply. This is due to the high energy content of the fluidized bed partly due to the large volume of hot pressurized gases and partly due to the large amount of heat in the bed material and possibly unburned fuel.
Um eine solche Gasturbine schnell anhalten oder wenigstens entlasten zu können wird daher vorgeschlagen, dieselbe mit einer Ventilanordnung zu versehen, die nach dem Merkmal des Patentanspruches 1 ausgeführt ist. Hierdurch wird die Energieströmung von der Brennkammer gesperrt, und die Gasturbine wird durch die kalte Luft vom Kompressor schnell abgekühlt, während die Kompressorbelastung gleichzeitig ein schnelles Bremsen der Gasturbine mit sich führt.In order to be able to stop such a gas turbine quickly or at least relieve it, it is therefore proposed to provide the same with a valve arrangement which is designed according to the feature of patent claim 1 . This blocks the flow of energy from the combustor and the gas turbine is rapidly cooled by the cold air from the compressor while at the same time the compressor load causes rapid braking of the gas turbine.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Ventilanordnung anhand der Zeichnung näher erläutert.Exemplary embodiments of the valve arrangement are explained in more detail below with reference to the drawing.
Figur 1 zeigt das Grundprinzip für eine Gasturbine,Figure 1 shows the basic principle for a gas turbine,
Figur 2 das Prinzip für eine Ventilanordnung nach der Erfindung, und die Figuren 3 und 4 zeigen zwei verschiedene konstruktive Ausbildungen der Ventilanordnung nach der Erfindung.FIG. 2 shows the principle for a valve arrangement according to the invention, and FIGS. 3 and 4 show two different structural designs of the valve arrangement according to the invention.
Figur 1 zeigt eine Gasturbinenanlage mit einem Kompressor 1, Gasturbine 2 und zwei Brennkammern 3. Die Druckluft wird vom Kompressor zu einem jede Brennkammer umgebenden Mantel 4 durch ein äusseres Rohr 5 geleitet, das ein inneres Rohr 6 umgibt, welches die heissen Gase von der Brennkammer zur Turbine leitet.Figure 1 shows a gas turbine plant with a compressor 1, gas turbine 2 and two combustors 3. Compressed air is routed from the compressor to a shroud 4 surrounding each combustor through an outer tube 5 surrounding an inner tube 6 which carries the hot gases from the combustor to the turbine.
Wie vorstehend bereits erwähnt, muss bei der Anwendung einer Wirbelbettbrennkammer die Möglichkeit bestehen, dieselbe bei Störungen, wie beispielsweise Lastausfall oder Havarie, vollkommen von der Anlage trennen zu können.As already mentioned above, when using a fluidized bed combustion chamber, there must be the possibility of being able to completely separate it from the system in the event of malfunctions, such as load failure or damage.
Gleichzeitig muss die Kompressorluft direkt zur Gasturbine geführt werden, teils damit der Kompressor nicht gebremst wird und teils, um die Turbine zu kühlen. Das Prinzip hierfür geht aus Figur 2 hervor, wo die Absperrventile 7 und 8 in die Luft- beziehungsweise Gasleitung 5 beziehungsweise 6 eingesetzt wurden, während das Nebenwegventil 9 zwischen den beiden genannten Leitungen angeordnet ist.At the same time, the compressor air must be routed directly to the gas turbine, partly to avoid braking the compressor and partly to cool the turbine. The principle for this can be seen from FIG. 2, where the shut-off valves 7 and 8 have been inserted into the air and gas lines 5 and 6, respectively, while the bypass valve 9 is arranged between the two lines mentioned.
Für die Bedienung dieser Ventile gilt, dass die Ventile 7 und 8 nicht geschlossen werden dürfen, bevor das Nebenwegventil 9 geöffnet wurde, damit ein heftiges Bremsen des Luftstromes vermieden wird. Um dieses sicherzustellen, werden die Betätigungsorgane für die Ventile zweckmässigerweise so koordiniert, dass das Ventil 9 öffnet, bevor man beginnt, die Ventile 7 und 8 zu schliessen.For the operation of these valves, the valves 7 and 8 must not be closed before the bypass valve 9 has been opened, so that the air flow is not severely slowed down. To ensure this, the actuators for the valves are suitably coordinated so that valve 9 opens before valves 7 and 8 begin to close.
Ferner muss die Brennkammer nach dem Abstellen entlastet werden können, was mittels eines besonderen Ventils 10, einem sog. Dumperventil, geschehen kann, das zum Schornstein oder zur Abgasleitung der Anlage führt. Bei einer Havarie ist dieses die einzige Möglichkeit. Handelt es sich dahingegen nur um einen Lastausfall, so kann die Brennkammer langsam auf die Turbine entlastet werden, wenn nur die Luft- und Brennstoffzufuhr gesperrt ist. Hierbei kann man sich der Tatsache bedienen, dass es bei den vorliegenden Abmessungen und Temperaturen auf jeden Fall schwierig ist, die Ventile 7 und 8 ganz dicht zu machen, ohne dass dabei die Gefahr besteht, dass sie in geschlossener Lage festgeklemmt werden. Man stellt diese Ventile daher mit einem Spiel her und sorgt dafür, dass das Ventil 8 stets ein grösseres Spiel als das Ventil 7 hat. Hierdurch wird die Brennkammer langsam über das Ventil 8 entlastet, während die Luftzufuhr über das Ventil 7 vernachlässigbar wird.Furthermore, the combustion chamber must be able to be relieved after shutting down, which can be done by means of a special valve 10, a so-called dumper valve, which leads to the chimney or to the exhaust pipe of the plant. In the event of an accident, this is the only option. If, on the other hand, it is only a matter of a load failure, the combustion chamber can be slowly relieved of the load on the turbine if only the air and fuel supply is blocked. In this respect, use can be made of the fact that, given the dimensions and temperatures involved, it is in any case difficult to seal the valves 7 and 8 completely without the risk of them being jammed in the closed position. Therefore, these valves are manufactured with a play and it is ensured that the valve 8 always has a larger play than the valve 7. As a result, the combustion chamber is slowly relieved via valve 8, while the air supply via valve 7 becomes negligible.
Die konstruktive Ausbildung der Ventilanordnung nach der Erfindung geht aus Figur 3 hervor, wo die Ventile in einem Gehäuse 11 an einer Winkelbiegung der Koaxialleitung 5,6 angebracht sind.The structural design of the valve arrangement according to the invention is apparent from Figure 3, where the valves are mounted in a housing 11 at an angle bend in the coaxial line 5.6.
Die Ventile 7 und 8 werden zweckmässigerweise als doppelte Klappenventile ausgeführt, und wie aus der Zeichnung hervorgeht, verläuft die innere Gasleitung 6 in einer ununterbrochenen Biegung, während die Luftleitung 5 unterbrochen wird, so dass das Ventil 7 frei im Gehäuse 11 mündet.The valves 7 and 8 are conveniently designed as double flap valves and, as can be seen from the drawing, the inner gas line 6 runs in a continuous bend, while the air line 5 is interrupted so that the valve 7 opens freely in the housing 11.
Das Nebenwegventil 9 ist in einem kleinen zylindrischen Gehäuse 12 angeordnet, das zwischen der Aussen wand des Gehäuses 11 und einem inneren Mantel 13 plaziert ist, der die Biegung der Leitung 6 umgibt. Die Ausführung des Ventils 9 und des Gehäuses 12 geht deutlicher aus Figur 4 hervor. Um die Abmessungen des Ventils 9 und somit des Gehäuses 11 zu beschränken, wird das Ventil 9 in mehrere Ventile aufgeteilt, wie es auch aus Figur 4 ersichtlich ist.The bypass valve 9 is arranged in a small cylindrical housing 12, the wall between the outer of the housing 11 and an inner jacket 13 which surrounds the bend of the line 6 is placed. The design of the valve 9 and the housing 12 can be seen more clearly in FIG. In order to limit the dimensions of the valve 9 and thus of the housing 11, the valve 9 is divided into several valves, as can also be seen from FIG.
Figur 4 zeigt, wie bereits erwähnt, eine etwas andere Ausführung der Ventilanordnung, wobei sich das Gehäuse 11 im wesentlichen auf eine Erweiterung der Luftleitung 5 beschränkt, um den Nebenwegventilen 9 und dem Luftventil 7 Platz zu bereiten.As already mentioned, FIG. 4 shows a somewhat different embodiment of the valve arrangement, with the housing 11 essentially being limited to an expansion of the air line 5 in order to make room for the bypass valves 9 and the air valve 7 .
Das Ventil 9 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse mit einer Öffnung 14 an der Anströmseite, im Verhältnis zum Luftstrom gesehen. Der Ventilkörper selbst besteht aus einer Klappe 15, die in einer Zwischenwand 16 im Ventilgehäuse 12 sitzt.The valve 9 consists of a cylindrical housing with an opening 14 on the upstream side, seen in relation to the air flow. The valve body itself consists of a flap 15 which is seated in an intermediate wall 16 in the valve housing 12 .
Ausser als Nebenwegventil bei einem Schnellstop zu dienen, können eine oder mehrere der Ventile 9 als Regelventile benutzt werden, um bei Teillast einen Teil der Luft vom Kompressor an der Brennkammer vorbeipassieren zu lassen und damit bei konstanter Drehzahl an der Turbine die Luft zur Brennkammer im Verhältnis zu einer reduzierten Brennstoffmenge herunterzubringen.In addition to serving as a by-pass valve during an emergency stop, one or more of the valves 9 can be used as control valves to allow part of the air from the compressor to bypass the combustion chamber at part load and thus at constant speed at the turbine the air to the combustion chamber in proportion down to a reduced amount of fuel.
In Figur 4 werden ausserdem Betätigungsorgane 17 und 18 für die Ventile gezeigt.Also shown in FIG. 4 are actuators 17 and 18 for the valves.
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BB
1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings