CH698005B1 - Anordnung, ausgelegt zur Zufuhr von Luft aus einem mehrstufigen Kompressor an eine Gasturbine. - Google Patents
Anordnung, ausgelegt zur Zufuhr von Luft aus einem mehrstufigen Kompressor an eine Gasturbine. Download PDFInfo
- Publication number
- CH698005B1 CH698005B1 CH01651/08A CH16512008A CH698005B1 CH 698005 B1 CH698005 B1 CH 698005B1 CH 01651/08 A CH01651/08 A CH 01651/08A CH 16512008 A CH16512008 A CH 16512008A CH 698005 B1 CH698005 B1 CH 698005B1
- Authority
- CH
- Switzerland
- Prior art keywords
- pressure
- control valve
- bleed air
- air outlet
- inlet port
- Prior art date
Links
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
- F02C6/06—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas
- F02C6/08—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas the gas being bled from the gas-turbine compressor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/12—Cooling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Eine Anordnung zur Zufuhr von Luft aus einem mehrstufigen Kompressor (4) an eine Gasturbine (2) umfasst die Gasturbine (2) mit einer Hochdruck-Einlassöffnung (42) und einer Niederdruck-Einlassöffnung (40). Die Anordnung schliesst auch den mehrstufigen Kompressor (4) mit zumindest einem Hochdruck-Zapfluft-Auslass (34) und zumindest einem Niederdruck-Zapfluft-Auslass (22) ein. Ein Regelventil (64) ist fluidmässig an den zumindest einen Hochdruck-Zapfluft-Auslass (34), den zumindest einen Niederdruck-Zapfluft-Auslass (22) und die Niederdruck-Einlassöffnung (40) der Gasturbine (2) angeschlossen. Das Regelventil (64) wird selektiv betätigt, um während normaler Betriebsbedingungen den zumindest einen Niederdruck-Zapfluft-Auslass (22) mit der Niederdruck-Einlassöffnung (40) fluidmässig zu verbinden, und während eines Lastreduktionszustandes oder im Betrieb unter der Nenntemperatur den zumindest einen Hochdruck-Zapfluft-Auslass (34) und die Niederdruck-Einlassöffnung (40) fluidmässig zu verbinden, um die Gasturbinenmotorleistung zu verbessern.
Description
Hintergrund der Erfindung
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Gasturbinenmotoren und insbesondere ein System zur Zufuhr von Luft aus einem mehrstufigen Kompressor an einen Turbinenabschnitt eines Gasturbinenmotors, um die Turbinenleistung während der Lastreduktion und/oder im Betrieb unter den Nenntemperaturen zu verbessern.
[0002] Turbinenmotoren sind konstruiert, um bei Volllast- oder ISO-Bedingungen (International Organization for Standardization) zu arbeiten. Mit anderen Worten sind Turbinenmotoren so konstruiert, um einen definierten Bereich von Eingabebedingungen zu nützen, wie z.B. Nenntemperatur, barometrischer Druck, Brennstofftyp etc., um innerhalb eines definierten Drehzahlbereichs zu arbeiten und so eine optimale hohe Ausgangsleistung zu erzeugen. Ein solcher Betrieb ist aber nicht unbedingt effizient. Oft liegen die Eingabebedingungen jedoch ausserhalb der Nennwerte und/oder ist eine geringere Ausgangsleistung als die volle erwünscht. Während des ISO-Betriebs wird Luft in eine Brennkammer eingeleitet, um sich mit Brennstoff zu vermischen und ein Verbrennungsprodukt mit hohem Druck und hoher Temperatur zu schaffen, das dann an die Turbine zugeführt wird. Bei der vollen Drehzahl benötigt die Brennkammer ein grosses Luftvolumen, um genug Verbrennungsprodukte zum Antrieb der Turbine erzeugen zu können. Darüber hinaus benötigen verschiedene Komponenten der Turbine, wie etwa die Rotorschaufeln, Kühlung.
[0003] Turbinenkomponenten-Kühlkreise verwenden von einer Kompressorstufe stammende Luft, die entsprechenden Druck über einen Grossteil des gesamten Betriebsbereichs der Gasturbine liefert. Die meisten Verbrennungsturbinen verwenden Luft, die aus einer oder mehreren Kompressor-Zapfstufen einer integralen Kompressorkomponente entnommen wird, um für Kühlung und Dichtung in der Turbinenkomponente zu sorgen. Zu diesem Zweck kann aus dem Kompressor entnommene Luft intern durch Durchgänge, die in einer Kompressor-Turbinenrotor-Anordnung ausgebildet sind, oder dergleichen an Stellen in der Turbinenkomponente geleitet werden, die Kühlung und Dichtung benötigen. Alternativ kann Luft auch extern durch eine Verrohrung geleitet werden, die sich zwischen der Kompressorkomponente und der Turbinenkomponente erstreckt.
[0004] Zapfluft mit ausreichendem Druck während optimaler Betriebsbedingungen hat sehr oft nicht genügend Druck bei nicht optimalen Bedingungen, etwa während des Betriebs unter der Nenntemperatur und/oder während einer Lastreduktion, wenn die Ausgabe gedrosselt wird. Um auch bei nicht optimalen Bedingungen ausreichenden Druck zur Verfügung zu stellen, wird primäre Zapfluft mit zusätzlicher Hochdruck-Zapfluft von einer hohen Kompressorstufe ergänzt. Leider ist die Verwendung von Hochdruckluft sehr ineffizient oder nachteilig für das gesamte Energieerzeugungsverfahren, obwohl Luft von einer höheren Stufe den Kühlluftdruck steigern kann. Mit anderen Worten wird mehr Arbeit aufgewendet, um Hochdruckluft zu erzeugen, als zur Erzeugung von Zapfluft mit niedrigerem Druck erforderlich ist. Aus diesem Grund wird Ergänzungsluft typischerweise auf mittlere Kompressorstufen begrenzt. Wenn Ergänzungsluft aus einer höheren Kompressorstufe entnommen wird, wird die Luft aus der hohen Stufe nur mit Zapfluft einer mittleren Primärstufe kombiniert, um dadurch jegliche Druckdifferenz zwischen den Zapfstufen zu minimieren, so dass nur ein geringer Teil der Zapfluft aus der hohen Stufe erforderlich ist. Auf diese Weise bleibt der Motorbetrieb auch an kalten Tagen und in Lastreduktionsperioden kostengünstig.
[0005] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik weiter verbesserte Anordnung zu schaffen, um die Turbinenleistung während der Lastreduktion und/oder im Betrieb unter der Nenntemperatur zu optimieren.
Kurzbeschreibung der Erfindung
[0006] Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung wird eine Anordnung geschaffen, ausgelegt zur Entnahme von Luft aus einem mehrstufigen Kompressor, um Bypassluft an eine Turbine zu liefern, um die Turbinenleistung während der Lastreduktion und/oder im Betrieb unter der Nenntemperatur zu optimieren.
[0007] Erfindungsgemäss umfasst die Anordnung eine Gasturbine mit einer Vielzahl von Zapfluft-Einlassöffnungen, einschliesslich einer Hochdruck-Einlassöffnung, einer Mitteldruck-Einlassöffnung und einer Niederdruck-Einlassöffnung. Zusätzlich zu der Gasturbine umfasst die Anordnung einen mehrstufigen Kompressor mit einer Vielzahl von Zapfluft-Auslässen, einschliesslich eines Hochdruck-Zapfluft-Auslasses, eines Mitteldruck-Zapfluft-Auslasses und eines Niederdruck-Zapfluft-Auslasses. Ein Regelventil ist fluidmässig an den Hochdruck-Zapfluft-Auslass, den Niederdruck-Zapfluft-Auslass und die Niederdruck-Einlassöffnung der Gasturbine angeschlossen. Das Regelventil wird selektiv betätigt, um während normaler Betriebsbedingungen den Niederdruck-Zapfluft-Auslass mit der Niederdruck-Einlassöffnung fluidmässig zu verbinden, und während eines Lastreduktionszustandes oder im Betrieb unter den Nenntemperaturen den Hochdruck-Zapfluft-Auslass und die Niederdruck-Einlassöffnung fluidmässig zu verbinden, wobei die Anordnung ausgelegt ist zur Zufuhr von Luft aus dem mehrstufigen Kompressor an die Gasturbine.
[0008] Beispielsweise ist ein Verfahren zur Zufuhr von Zapfluft aus einem mehrstufigen Kompressor vorgesehen, um Bypassluft an eine Turbine zu liefern, um die Turbinenleistung während der Lastreduktion und/oder im Betrieb unter der Nenntemperatur zu optimieren. Das beispielhafte Verfahren schliesst ein, den Turbinenmotor unter optimalen Betriebsbedingungen zu betreiben und den Turbinenmotor unter nicht optimalen Bedingungen zu betreiben. Unter optimalen Betriebsbedingungen wird Hochdruck-Zapfluft von einer Hochdruck-Kompressor-Zapföffnung an eine Hochdruck-Einlassöffnung an der Turbine zugeführt und Niederdruck-Zapfluft von einer Niederdruck-Kompressor-Zapföffnung an eine Niederdruck-Einlassöffnung an der Turbine. Unter nicht optimalen Betriebsbedingungen wird Hochdruck-Bypass-Zapfluft von der Hochdruck-Kompressor-Zapföffnung sowohl an die Hochdruck-Einlassöffnung als auch die Niederdruck-Einlassöffnung an der Turbine zugeführt.
[0009] Unter Lastreduktion sowie während des Betriebs unterhalb der Nenntemperaturen hat die Hochdruckentnahme genügend Druck, um den Hochdruck-Einlass an die Turbine ausreichend zu versorgen. Die Mittel- und Niederdruckentnahmen haben jedoch keinen ausreichenden Druck mehr, um die jeweiligen Mittel- und Niederdruck-Turbineneinlässe ausreichend zu versorgen. In der Vergangenheit wurde die Verwendung von Hochdruck-Zapfluft als sehr ineffizient angesehen. Hochdruckluft wurde bestenfalls eingesetzt, um an einen Mitteldruck-Turbineneinlass zugeführte Mitteldruckluft zu ergänzen. Die Kombination von Hoch- und Niederdruckluft wurde als sehr ineffizient und daher nicht kostengünstig angesehen.
[0010] Überraschenderweise wurde jedoch herausgefunden, dass das Leiten der Hochdruckentnahme an den Niederdruck-Turbineneinlass Druckverhältnisse am Niederdruckeinlass verursacht, die höher sind als die Nenndruckverhältnisse. Die Steigerung der Luftzufuhr an den Niederdruckeinlass resultiert darin, dass weniger Luft an eine Brennkammer in dem Turbinenmotor geführt wird. Wird weniger Luft an die Brennkammer geführt, ist auch weniger Brennstoff erforderlich, um die Brennkammer-Feuerungstemperatur innerhalb der Grenzen zu halten, die zur Einhaltung der Emissionswerte nötig sind. Die Verwendung von weniger Brennstoff verringert auch die Brennstoff-Verbrennungsrate, und als Folge kann die Kraftwerksleistung auf ein niedrigeres Niveau gesenkt werden, als bisher möglich war, d.h., die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Motorlastreduktion auf 15% bis 20% der Volllast. Auf diese Weise kann ein Kraftwerk in einer Periode niedriger Leistungsanforderung in starker Lastreduktion betrieben werden und dennoch am Netz bleiben, während zur selben Zeit die Generatoren auf kostengünstige Weise betrieben werden können. Als Ergebnis kann das Kraftwerk rasch hochgefahren werden, um zusätzliche Ausgabeleistung zu liefern, wenn ein anderes System heruntergefahren wird. Darüber hinaus ist der Generator, indem er am Netz verbleibt, als erster bereit, Leistungen zu liefern, wenn die Leistungsanforderung zunimmt, und die Generatorausgangsleistung kann auf Grundlastniveau erhöht werden.
[0011] Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung deutlicher werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
[0012]
<tb>Fig. 1<sep>ist eine schematische Veranschaulichung eines Turbinenmotors, der ein System zur Zufuhr von Luft aus einem mehrstufigen Kompressor an eine Turbine zur Leistungsoptimierung während einer Lastreduktion und/ oder während eines Betriebs unter den Nenntemperaturen umfasst, welches in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0013] Unter anfänglicher Bezugnahme auf Fig. 1wird ein Gasturbinenmotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen bei 2 angezeigt. Der Motor 2 schliesst einen Kompressor 4 ein, der über eine Welle (nicht eigens gekennzeichnet) operativ mit einer Turbine 6 verbunden ist. Des Weiteren ist dargestellt, dass der Motor 2 eine Brennkammeranordnung 8 mit einer Brennkammer 12 einschliesst. In der Brennkammeranordnung 8 werden Verbrennungsgase erzeugt und dann verwendet, um die Turbine 6 anzutreiben, wie im Folgenden noch ausführlicher erläutert werden wird.
[0014] Während des Betriebs strömt Luft in den Kompressor 4 und wird zu einem Hochdruckgas komprimiert. Das Hochdruckgas wird an die Brennkammeranordnung 8 zugeführt und mit Brennstoff, zum Beispiel Prozessgas und/oder synthetischem Gas (Syngas), gemischt. Das brennbare bzw. Brennstoff/Luft-Gemisch wird in die Brennkammer 12 eingeleitet und gezündet, um einen Verbrennungsgasstrom mit hohem Druck und hoher Temperatur von ungefähr 871 °Celsius (C) bis 1621 °C (1600 °Fahrenheit (F) bis 2950 °F) zu bilden. Alternativ kann die Brennkammeranordnung 8 Brennstoffe verbrennen, die Erdgas und/oder Brennöl einschliessen, ohne auf diese begrenzt zu sein. In jedem Fall leitet die Brennkammeranordnung 8 den Verbrennungsgasstrom an die Turbine 6, welche thermische Energie in mechanische Rotationsenergie umwandelt. Die innerhalb des Motors 2 entwickelten hohen Temperaturen führen zu einem Bedarf an Kühlung in der Brennkammeranordnung 8 sowie in verschiedenen anderen Komponenten der Turbine 6. Zu diesem Zweck schliesst der Motor 2 ein Kühlsystem 17 ein.
[0015] In Übereinstimmung mit dem gezeigten Beispiel schliesst das Kühlsystem 17 einen ersten Gehäuse- oder Kammerabschnitt 20 ein, der einen mit einer Niederdruckstufe, wie z. B. der 9. Stufe des Kompressors 4, fluidmässig verbundenen Niederdruck-Zapfluft-Auslass 22 einschliesst. Das Kühlsystem 17 schliesst auch einen zweiten Gehäuse- oder Kammerabschnitt 26 mit einem fluidmässig an eine Mitteldruckstufe, wie etwa die 13. Stufe des Kompressors 4, angeschlossenen Mitteldruck-Zapfluft-Auslass 28 sowie einen dritten Gehäuse- oder Kammerabschnitt 32 mit einem fluidmässig an eine Hochdruckstufe, wie etwa die 18. Stufe des Kompressors 4, angeschlossenen Hochdruck-Zapfluft-Auslass 34 ein. Wie im Folgenden noch detailliert erläutert werden wird, ist ein erster Kammerabschnitt 20 fluidmässig mit einer an der Turbine 6 vorgesehenen Niederdruck-Einlassöffnung 40 verbunden. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Kammerabschnitt 26 fluidmässig mit einer Mitteldruck-Einlassöffnung 41 verbunden und ein dritter Kammerabschnitt 32 fluidmässig mit einer an der Turbine 6 vorgesehenen Hochdruck-Einlassöffnung 42 verbunden.
[0016] Wie gezeigt schliesst das Kühlsystem 17 einen Niederdruck-Zapfkreis 51, einen Mitteldruck-Zapfkreis 52 und einen Hochdruck-Zapfkreis 53 ein. Der Niederdruck-Zapfkreis 51 schliesst einen Niederdruck-Auslassleitungsabschnitt 60 ein, der zu einem Niederdruck-Regelventil 64 führt. Vom Niederdruck-Regelventil 64 führt der Niederdruck-Zapfkreis 51 dann zu einem Niederdruck-Ejektor 65 und zu einem Niederdruck-Auslassleitungsabschnitt 66, ehe er bei einer Niederdruck-Einlassöffnung 40 endet. Der Mitteldruck-Zapfkreis 52 schliesst einen Mitteldruck-Auslassleitungsabschnitt 70 ein, der sich zu einem Mitteldruck-Regelventil 74 hin erstreckt. Vom Mitteldruck-Regelventil 74 erstreckt sich der Mitteldruck-Zapfkreis 52 dann zu einem Mitteldruck-Ejektor 75 und zu einem Mitteldruck-Auslassleitungsabschnitt 76 hin, ehe er bei einer Mitteldruck-Einlassöffnung 41 an der Turbine 6 endet. Zuletzt schliesst der Hochdruck-Zapfkreis 53 eine direkte Leitung 80 ein, die mit der Hochdruck-Einlassöffnung 42 an der Turbine 6 verbunden ist. Der Hochdruck-Zapfkreis 53 schliesst auch eine Zweigleitung 82 mit einer ersten und zweiten Hochdruck-Zufuhrleitung 85 und 86 ein. Jede Hochdruck-Zufuhrleitung 85 und 86 schliesst ein entsprechendes Ventil 87 und 88 ein. Über die Ventile 87 und 88 sind die Hochdruck-Zufuhrleitungen 85 und 86 mit dem Niederdruck-Ejektor 65 bzw. dem Mitteldruck-Ejektor 75 verbunden.
[0017] Mit dieser Konfiguration werden bei normalen ISO-Betriebsbedingungen verschiedene Abschnitte der Turbine 6, wie etwa Blätter und Schaufeln, mit einer Kühlgasströmung von den Nieder- und Mitteldruck-Zapfluft-Auslässen 22 und 28 versorgt. Zum Beispiel versorgt Hochdruckluft von dem Hochdruck-Zapfauslass 34 die Brennkammeranordnung 8 und die Hochdruck-Einlassöffnung 42 an der Turbine 6. Unter Lastreduktionsbedingungen und/oder im Betrieb unter den Nenntemperaturen, wie etwa zum Beispiel (59 °F) 15 °C, ist der Druck in dem Niederdruck-Zapfkreis 51 und dem Mitteldruck-Zapfkreis 52 nicht ausreichend für die Versorgung sowohl der Niederdruck-Einlassöffnung 40 als auch der Mitteldruck-Einlassöffnung 41 mit einer ausreichenden Massenströmungsrate an Kühlluft. Natürlich versteht sich, dass (59 °F) 15 °C nur ein Beispiel für eine Nenntemperatur ist; verschiedene andere Nenntemperaturen können in Abhängigkeit von Betriebsort, Umgebungsbedingungen, Höhe etc. festgelegt werden. In jedem Fall müssen ohne ausreichenden Druck die Nieder- und Mitteldruck-Zapfluftmengen mit zusätzlicher Luft ergänzt werden, oder die Leistungsabgabe muss auf ein Niveau erhöht werden, bei dem eine ausreichende Kühlung der Turbine 6 sowie der Betrieb des Motors 2 innerhalb der Emissionsgrenzen sichergestellt ist. Die Erzeugung von Hochdruck-Zapfluft erfordert beträchtliche Arbeit durch den Kompressor 4. Daher wurde es in der Vergangenheit als nachteilig angesehen, Hochdruck-Zapfluft in Zapflufteinlässen mit niedrigem Druck zu verwenden. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, dass Hochdruckluft in vorteilhafter Weise verwendet werden kann, um dem Motor 2 zu erlauben, niedrigere Leistungsniveaus zu erreichen, während gleichzeitig die Emissionsgrenzen eingehalten werden, und dies sogar dann, wenn der Betrieb unter den Nennparametern erfolgt und typischerweise auf nicht effizienten Leistungsniveaus liegt.
[0018] In Übereinstimmung mit einem Beispiel sind das Niederdruck-Regelventil 64 und das Mitteldruck-Regelventil 74 geschlossen und die Hochdruck-Ventile 87 und 88 geöffnet, um die Niederdruck-Einlassöffnung 40 und die Mitteldruck-Einlassöffnung 41 bei nicht optimalen Betriebsbedingungen, wie etwa in Lastreduktionsperioden und/oder im Betrieb unterhalb der Nenntemperaturen, mit einer ausreichenden Zufuhr von Luft zu versorgen. Auf diese Weise wird Hochdruckluft von dem Kompressor 4 in die Niederdruck-Einlassöffnung 40 und die Mitteldruck-Einlassöffnung 41 eingeleitet. Die Hochdruckluft verursacht einen Überfluss in den Blättern und den dazugehörigen Kühl- und Spülkreisabschnitten der Turbine 6 und sorgt für eine ausgiebige Kühlung bei niedrigen Ausgangsleistungsniveaus. Gleichzeitig strömt weiter Hochdruck-Zapfluft zu der Hochdruck-Einlassöffnung 42, um die Turbine 6 mit Hochdruckluft zu versorgen. Mit dieser Anordnung wird ein grosses Volumen an Luft um die Brennkammeranordnung 8 herum umgeleitet, wodurch ein Magerzustand geschaffen wird, der dazu führt, dass die Feuerungstemperaturen innerhalb der Emissionsnormen bleiben. Darüber hinaus sind die Temperaturen innerhalb der Turbine 6 auf Grund niedriger Ausgangsniveaus niedriger, wodurch auch der Bedarf an Kühlung niedriger ist. Bei diesen Bedingungen, insbesondere bei starker Lastreduktion, wenn die Ausgangsniveaus unter 40% liegen, stellt die Verwendung von Hochdruck-Zapfluft an den Nieder- und Mitteldruck-Einlässen zur Turbine 6 eine ausreichende Zufuhr von Kühlluft sicher, während gleichzeitig der Motor 2 auf niedrigen Lastreduktionsniveaus unter Einhaltung der Emissionswerte betrieben wird.
[0019] In Übereinstimmung mit einem weiteren Beispiel bleiben bei nicht optimalen Betriebsbedingungen das Niederdruck-Regelventil 64 und das Mitteldruck-Regelventil 74 offen, und auch die Hochdruck-Ventile 87 und 88 werden geöffnet, um die Mischung einer geregelten Menge von Hochdruck-Zapfluft mit der Niederdruck-Zapfluft bzw. Mitteldruck-Zapfluft zu gestatten. In ähnlicher Weise wie oben beschrieben, strömen die kombinierten Luftströme über Blattabschnitte der Turbine 6 und sorgen für eine ausgiebige Kühlung. Als Ergebnis wird eine entsprechende Luftströmung an der Niederdruck-Einlassöffnung 40 und der Mitteldruck-Einlassöffnung 41 aufrechterhalten, während gleichzeitig ein hohes Kühlkreis-Druckverhältnis geschaffen wird, das einen Zustand magerer Verbrennung in der Brennkammeranordnung 8 festlegt, um sicherzustellen, dass die Feuerungstemperaturen innerhalb der Emissionsgrenzen bleiben.
[0020] An diesem Punkt ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung besonderen Nutzen aus der Erhöhung der Kühlkreis-Druckverhältnisse und dem Überströmen der Blätter der Turbine zieht, um einem Kraftwerk zu ermöglichen, in Perioden geringen Leistungsbedarfs am Netz zu bleiben, während es gleichzeitig auf kostengünstige Weise betrieben werden kann. Als Ergebnis kann das Kraftwerk rasch auf volle Ausgabeleistung gebracht werden, oftmals in 15 Minuten oder weniger. Darüber hinaus ist der Motor 2 durch Schaffung eines effizienten Betriebszustands bei starker Lastreduktion als erster bereit, Leistung zu liefern, wenn der Leistungsbedarf zunimmt, und die Generatorausgangsleistung kann auf Grundlastniveau erhöht werden. Die rasche Ansprechzeit ermöglicht einem Energieversorger, die Ausgangsleistung rasch hochzufahren, wenn ein plötzlicher und unerwarteter Anstieg des Leistungsbedarfs auftritt. Das heisst, die vorliegende Erfindung erzeugt höhere Druckverhältnisse als die Nenndruckverhältnisse an den Mittel- und Niederdruck-Turbineneinlässen, was in unerwarteter Weise ermöglicht, dass die Turbine in starker Lastreduktion und/oder unter der Nenntemperatur betrieben werden kann, ohne die Leistung im Grundlast- oder im ISO-Tagesbetrieb zu schmälern.
Claims (7)
1. Anordnung, umfassend:
eine Gasturbine (2) mit einer Vielzahl von Zapfluft-Einlassöffnungen (40–42), einschliesslich einer Hochdruck-Einlassöffnung (42), einer Mitteldruck-Einlassöffnung (41) und einer Niederdruck-Einlassöffnung (40); und
einen mehrstufigen Kompressor (4) mit einer Vielzahl von Zapfluft-Auslässen, einschliesslich eines Hochdruck-Zapfluft-Auslasses (34), eines Mitteldruck-Zapfluft-Auslasses (28) und eines Niederdruck-Zapfluft-Auslasses (22);
wobei die Anordnung ferner umfasst:
zumindest ein Regelventil (64), das fluidmässig den Niederdruck-Zapfluft-Auslass (22), den Hochdruck-Zapfluft-Auslass (34) und die Niederdruck-Einlassöffnung (40) der Gasturbine (2) verbindet, wobei das zumindest eine Regelventil (64) selektiv betätigt wird, um während normaler Betriebsbedingungen den Niederdruck-Zapfluft-Auslass (22) mit der Niederdruck-Einlassöffnung (40) fluidmässig zu verbinden, und während eines Lastreduktionszustandes oder im Betrieb unter den Nenntemperaturen den Hochdruck-Zapfluft-Auslass (34) und die Niederdruck-Einlassöffnung (40) fluidmässig zu verbinden, ausgelegt zur Zufuhr von Luft aus dem mehrstufigen Kompressor (4) an die Gasturbine (2).
2. Anordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein zweites Regelventil (88), welches zwischen dem Hochdruck-Zapfluft-Auslass (34) und der Niederdruck-Einlassöffnung (40) vorgesehen ist, wobei während des Lastreduktionszustandes oder bei Betrieb unter der Nenntemperatur das erste Regelventil (64) geschlossen und das zweite Regelventil (88) offen sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei während des Lastreduktionszustandes oder bei Betrieb unter der Nenntemperatur sowohl das erste (64) als auch das zweite (88) Regelventil offen sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, des Weiteren umfassend einen zwischen dem zweiten Regelventil (88) und der Niederdruck-Einlassöffnung (40) angeordneten Ejektor (65).
5. Anordnung nach Anspruch 2, ferner umfassend ein drittes und viertes Regelventil (74 und 87), wobei das dritte Regelventil (74) zwischen dem Mitteldruck-Zapfluft-Auslass (28) und der Mitteldruck-Einlassöffnung (41) angeordnet ist und das vierte Regelventil (87) zwischen dem Hochdruck-Zapfluft-Auslass (34) und der Mitteldruck-Einlassöffnung (41) vorgesehen ist, wobei während des Lastreduktionszustandes oder bei Betrieb unter der Nenntemperatur das dritte Regelventil (74) geschlossen und das vierte Regelventil (87) offen sind.
6. Anordnung nach Anspruch 2, ferner umfassend ein drittes und viertes Regelventil (74 und 87), wobei das dritte Regelventil (74) zwischen dem Mitteldruck-Zapfluft-Auslass (28) und der Mitteldruck-Einlassöffnung (41) angeordnet ist und das vierte Regelventil (87) zwischen dem Hochdruck-Zapfluft-Auslass (34) und der Mitteldruck-Einlassöffnung (41) vorgesehen ist, wobei während des Lastreduktionszustandes oder bei Betrieb unter der Nenntemperatur sowohl das dritte (74) als auch das vierte (87) Regelventil offen sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6, des Weiteren umfassend einen zwischen dem vierten Regelventil (87) und der Mitteldruck-Einlassöffnung (41) angeordneten Ejektor (75).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US11/876,277 US8057157B2 (en) | 2007-10-22 | 2007-10-22 | System for delivering air from a multi-stage compressor to a turbine portion of a gas turbine engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH698005A2 CH698005A2 (de) | 2009-04-30 |
| CH698005B1 true CH698005B1 (de) | 2013-05-15 |
Family
ID=40459089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH01651/08A CH698005B1 (de) | 2007-10-22 | 2008-10-20 | Anordnung, ausgelegt zur Zufuhr von Luft aus einem mehrstufigen Kompressor an eine Gasturbine. |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8057157B2 (de) |
| JP (1) | JP5591462B2 (de) |
| CN (2) | CN104265461B (de) |
| CH (1) | CH698005B1 (de) |
| DE (1) | DE102008037481B4 (de) |
Families Citing this family (40)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070151257A1 (en) * | 2006-01-05 | 2007-07-05 | Maier Mark S | Method and apparatus for enabling engine turn down |
| US8277170B2 (en) * | 2008-05-16 | 2012-10-02 | General Electric Company | Cooling circuit for use in turbine bucket cooling |
| FR2932227B1 (fr) * | 2008-06-09 | 2011-07-01 | Snecma | Turboreacteur double flux |
| JP5297114B2 (ja) * | 2008-08-06 | 2013-09-25 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン |
| US8186933B2 (en) * | 2009-03-24 | 2012-05-29 | General Electric Company | Systems, methods, and apparatus for passive purge flow control in a turbine |
| FR2946089B1 (fr) * | 2009-05-27 | 2012-05-04 | Airbus France | Dispositif de refroidissement de fluides pour propulseur a turbomachine |
| US8267122B2 (en) * | 2009-06-30 | 2012-09-18 | Ge Aviation Systems Llc | Method and systems for bleed air supply |
| IT1395820B1 (it) * | 2009-09-25 | 2012-10-26 | Nuovo Pignone Spa | Sistema di raffreddamento per una turbina a gas e relativo metodo di funzionamento |
| US20110162386A1 (en) * | 2010-01-04 | 2011-07-07 | Shinoj Vakkayil Chandrabose | Ejector-OBB Scheme for a Gas Turbine |
| US20110271689A1 (en) * | 2010-05-06 | 2011-11-10 | General Electric Company | Gas turbine cooling |
| CH703770A1 (de) * | 2010-09-02 | 2012-03-15 | Alstom Technology Ltd | Verfahren zum spülen der abgasrezirkulationsleitungen einer gasturbine. |
| JP2012207657A (ja) * | 2011-03-15 | 2012-10-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | タービン |
| CH705512A1 (de) | 2011-09-12 | 2013-03-15 | Alstom Technology Ltd | Gasturbine. |
| US20130170966A1 (en) * | 2012-01-04 | 2013-07-04 | General Electric Company | Turbine cooling system |
| US10724431B2 (en) * | 2012-01-31 | 2020-07-28 | Raytheon Technologies Corporation | Buffer system that communicates buffer supply air to one or more portions of a gas turbine engine |
| US20130192251A1 (en) | 2012-01-31 | 2013-08-01 | Peter M. Munsell | Buffer system that communicates buffer supply air to one or more portions of a gas turbine engine |
| US10415468B2 (en) | 2012-01-31 | 2019-09-17 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine buffer system |
| US10502135B2 (en) | 2012-01-31 | 2019-12-10 | United Technologies Corporation | Buffer system for communicating one or more buffer supply airs throughout a gas turbine engine |
| US10018116B2 (en) * | 2012-01-31 | 2018-07-10 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine buffer system providing zoned ventilation |
| RU2623336C2 (ru) * | 2012-03-30 | 2017-06-23 | АНСАЛДО ЭНЕРДЖИА АйПи ЮКей ЛИМИТЕД | Газовая турбина с регулируемой системой воздушного охлаждения |
| US8893510B2 (en) * | 2012-11-07 | 2014-11-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Air injection system in a gas turbine engine |
| US9261022B2 (en) * | 2012-12-07 | 2016-02-16 | General Electric Company | System for controlling a cooling flow from a compressor section of a gas turbine |
| US9714611B2 (en) * | 2013-02-15 | 2017-07-25 | Siemens Energy, Inc. | Heat shield manifold system for a midframe case of a gas turbine engine |
| US9482236B2 (en) | 2013-03-13 | 2016-11-01 | Rolls-Royce Corporation | Modulated cooling flow scheduling for both SFC improvement and stall margin increase |
| US9528377B2 (en) | 2013-08-21 | 2016-12-27 | General Electric Company | Method and system for cooling rotor blade angelwings |
| US9404389B2 (en) * | 2013-09-24 | 2016-08-02 | General Electric Company | Passive cooling system for control valve actuators within a negative pressure turbine enclosure using ambient cooling air |
| US9822662B2 (en) * | 2013-11-08 | 2017-11-21 | Siemens Energy, Inc. | Cooling system with compressor bleed and ambient air for gas turbine engine |
| US9580180B2 (en) | 2014-03-07 | 2017-02-28 | Honeywell International Inc. | Low-pressure bleed air aircraft environmental control system |
| CN106460677B (zh) * | 2014-05-21 | 2018-09-18 | 西门子能源公司 | 在燃气涡轮机中将冷却流动从压缩机提供到涡轮机的方法 |
| DE112016000551B4 (de) * | 2015-01-30 | 2023-10-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Kühlsystem für eine gasturbine, damit versehene gasturbinenausstattung und teile-kühlverfahren für eine gasturbine |
| GB201521937D0 (en) * | 2015-12-14 | 2016-01-27 | Rolls Royce Plc | Gas turbine engine turbine cooling system |
| US10125781B2 (en) | 2015-12-30 | 2018-11-13 | General Electric Company | Systems and methods for a compressor diffusion slot |
| CN106014649B (zh) * | 2016-07-13 | 2018-04-17 | 上海电气燃气轮机有限公司 | 燃气轮机轴向力调节系统 |
| US10473037B2 (en) | 2017-05-22 | 2019-11-12 | United Technologies Corporation | Passively-driven bleed source switching |
| US11739697B2 (en) | 2017-05-22 | 2023-08-29 | Raytheon Technologies Corporation | Bleed flow safety system |
| GB201714293D0 (en) * | 2017-09-06 | 2017-10-18 | Rolls Royce Plc | Heat exchange systems for turbomachines |
| FR3072414B1 (fr) * | 2017-10-16 | 2019-11-01 | Safran Aircraft Engines | Dispositif et procede de refroidissement d'une turbine basse pression dans une turbomachine |
| US11008949B2 (en) * | 2018-09-25 | 2021-05-18 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Multi-source air system and switching valve assembly for a gas turbine engine |
| US11047258B2 (en) * | 2018-10-18 | 2021-06-29 | Rolls-Royce Plc | Turbine assembly with ceramic matrix composite vane components and cooling features |
| US11859500B2 (en) * | 2021-11-05 | 2024-01-02 | General Electric Company | Gas turbine engine with a fluid conduit system and a method of operating the same |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5134844A (en) * | 1990-07-30 | 1992-08-04 | General Electric Company | Aft entry cooling system and method for an aircraft engine |
| US5560208A (en) * | 1995-07-28 | 1996-10-01 | Halimi; Edward M. | Motor-assisted variable geometry turbocharging system |
| US5611197A (en) * | 1995-10-23 | 1997-03-18 | General Electric Company | Closed-circuit air cooled turbine |
| US6098395A (en) * | 1996-04-04 | 2000-08-08 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Closed-loop air cooling system for a turbine engine |
| CN1219218A (zh) * | 1997-03-24 | 1999-06-09 | 西屋电气公司 | 涡轮机的闭路空气冷却系统 |
| KR20000071653A (ko) * | 1999-04-15 | 2000-11-25 | 제이 엘. 차스킨, 버나드 스나이더, 아더엠. 킹 | 육상용 가스 터빈 및 가스 터빈의 하나의 단을 냉각시키는방법 |
| US6226974B1 (en) * | 1999-06-25 | 2001-05-08 | General Electric Co. | Method of operation of industrial gas turbine for optimal performance |
| US6615574B1 (en) * | 2000-01-14 | 2003-09-09 | General Electric Co. | System for combining flow from compressor bleeds of an industrial gas turbine for gas turbine performance optimization |
| US6389793B1 (en) * | 2000-04-19 | 2002-05-21 | General Electric Company | Combustion turbine cooling media supply system and related method |
| US6412270B1 (en) * | 2001-09-12 | 2002-07-02 | General Electric Company | Apparatus and methods for flowing a cooling or purge medium in a turbine downstream of a turbine seal |
| US6550253B2 (en) * | 2001-09-12 | 2003-04-22 | General Electric Company | Apparatus and methods for controlling flow in turbomachinery |
| US7168921B2 (en) * | 2004-11-18 | 2007-01-30 | General Electric Company | Cooling system for an airfoil |
| US7698898B2 (en) * | 2007-04-04 | 2010-04-20 | General Electric Company | Mixer for cooling and sealing air system for turbomachinery |
-
2007
- 2007-10-22 US US11/876,277 patent/US8057157B2/en active Active
-
2008
- 2008-10-15 JP JP2008265827A patent/JP5591462B2/ja active Active
- 2008-10-20 CH CH01651/08A patent/CH698005B1/de not_active IP Right Cessation
- 2008-10-21 CN CN201410501300.8A patent/CN104265461B/zh active Active
- 2008-10-21 CN CN200810170712.2A patent/CN101418724B/zh active Active
- 2008-10-22 DE DE102008037481.4A patent/DE102008037481B4/de active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CH698005A2 (de) | 2009-04-30 |
| CN101418724B (zh) | 2014-11-05 |
| JP2009103125A (ja) | 2009-05-14 |
| CN104265461A (zh) | 2015-01-07 |
| DE102008037481B4 (de) | 2019-03-14 |
| DE102008037481A1 (de) | 2009-04-23 |
| US8057157B2 (en) | 2011-11-15 |
| JP5591462B2 (ja) | 2014-09-17 |
| CN104265461B (zh) | 2016-08-17 |
| CN101418724A (zh) | 2009-04-29 |
| US20090104020A1 (en) | 2009-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CH698005B1 (de) | Anordnung, ausgelegt zur Zufuhr von Luft aus einem mehrstufigen Kompressor an eine Gasturbine. | |
| EP2562369B1 (de) | Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage sowie Gasturbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens | |
| CH707919A2 (de) | System und Verfahren zur Erhöhung der Gasturbinenausgangsleistung. | |
| EP2394041B1 (de) | Brennkraftmaschine | |
| CH698465A2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Turbinenkühlung. | |
| EP2128406B2 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine | |
| DE102012019354B4 (de) | Verfahren zum Betrieb eines Gasturbinenkraftwerks mit Abgasrezirkulation | |
| CH697807A2 (de) | Verbrennungsgasturbinenvorrichtung mit Kühlung von Heissgaswegteilen durch von externem Verdichter zugeführtem Kühlmedium sowie Betriebsverfahren dazu. | |
| DE102004039164A1 (de) | Verfahren zur Erzeugung von Energie in einer eine Gasturbine umfassenden Energieerzeugungsanlage sowie Energieerzeugungsanlage zur Durchführung des Verfahrens | |
| DE112015001394T5 (de) | Gasturbinenverbrennungssteuervorrichtung, Verbrennungssteuerverfahren und Programm dafür | |
| EP2458180A1 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine bei Lastabwurf, Vorrichtung zum Regeln des Betriebs einer Gasturbine sowie Kraftwerk | |
| CH703587B1 (de) | Druckbetätigter Stopfen. | |
| DE102015107002A1 (de) | Verbessertes Turbinenkühlsystem, das ein Gemisch aus Verdichterzapfluft und Turbinenraumluft verwendet | |
| CH709625A2 (de) | Gasturbine für niedrigen Teillastbetrieb mit einem Turbinenkühlsystem, das ein Gemisch aus Kompressorzapfluft und Umgebungsluft verwendet. | |
| CH708180B1 (de) | Gasturbinenmotor mit zwei Brennkammern und einem Umleitungskanal. | |
| EP0879347B1 (de) | Verfahren zur entspannung eines rauchgasstroms in einer turbine sowie entsprechende turbine | |
| DE102015110044A1 (de) | Verbundene Gasturbinen-Zusatzsysteme | |
| EP2304195A2 (de) | Dampfkraftanlage | |
| DE2508846A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum anfahren eines nassluftoxydationsaggregats | |
| DE673448C (de) | Gasturbinenanlage mit Gleichdruckverbrennung | |
| DE10228986A1 (de) | Verfahren zur Zwischenkühlung sowie Gasturbinenanlage mit Zwischenkühlung | |
| DE102011054666A1 (de) | Kombikraftwerkssystem mit integrierter Brennstoffvergasung, das eine stickstoffgekühlte Gasturbine aufweist | |
| DE102015226305A1 (de) | Gasturbinenanlage und Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenanlage | |
| DE10231827B4 (de) | Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine sowie Gasturbine zur Durchführung des Verfahrens | |
| DE10205972A1 (de) | Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NV | New agent |
Representative=s name: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH GLOBAL PATENT, CH |
|
| PL | Patent ceased |