CH701139A2 - Device for controlling the amount of cooling air in a gas turbine Turbinenradzwischenraum. - Google Patents

Device for controlling the amount of cooling air in a gas turbine Turbinenradzwischenraum. Download PDF

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CH701139A2
CH701139A2 CH00769/10A CH7692010A CH701139A2 CH 701139 A2 CH701139 A2 CH 701139A2 CH 00769/10 A CH00769/10 A CH 00769/10A CH 7692010 A CH7692010 A CH 7692010A CH 701139 A2 CH701139 A2 CH 701139A2
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CH00769/10A
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Michael James Fedor
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Abstract

Eine Vorrichtung zur Steuerung einer Menge von Kühlluft, die einem Radzwischenraum (68) eines Turbinenabschnitts einer Gasturbine zur Verfügung gestellt wird, weist einen Sensor (70) auf, der die Temperatur des Radzwischenraums (68) misst und ein Temperaturmesssignal (52) erzeugt. Die Vorrichtung weist auch einen Prozessor auf, der auf das Temperaturmesssignal (52) reagiert und der bestimmt, ob die Temperatur im Radzwischenraum (68) einen Sollwert überschreitet. Wenn die Temperatur im Radzwischenraum (68) den Sollwert überschreitet, erzeugt der Prozessor ein Aktuatorsteuersignal (54), um die Bewegung eines Kühlluftsteuerventils (82) zu steuern, um einer grösseren Menge von Kühlluft das Strömen zum Radzwischenraum (68) zu ermöglichen und dabei die Temperatur des Radzwischenraums (68) zu reduzieren, wobei die Kühlluft von einem Kompressorabschnitt der Gasturbine oder vom einem Kühlluft-Kühler gespeist wird, der die Luft von Kompressorabschnitt der Gasturbine erhält.An apparatus for controlling an amount of cooling air provided to a wheel space (68) of a turbine section of a gas turbine includes a sensor (70) that measures the temperature of the wheel space (68) and generates a temperature measurement signal (52). The apparatus also includes a processor responsive to the temperature sensing signal (52) for determining whether the temperature in the wheelspace (68) exceeds a setpoint. When the temperature in the wheel space (68) exceeds the set point, the processor generates an actuator control signal (54) to control the movement of a cooling air control valve (82) to allow a greater amount of cooling air to flow to the wheel space (68), thereby Temperature of the Radzwischenraums (68), wherein the cooling air is supplied by a compressor section of the gas turbine or by a cooling air cooler, which receives the air from the compressor section of the gas turbine.

Description

       

  Hintergrund der Erfindung

  

[0001]    Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Gasturbinen und insbesondere die Temperaturregelung des Radzwischenraums eines Turbinenabschnitts einer Gasturbine durch die Regelung eines Kühlluftstroms, der den Radzwischenräumen zur Verfügung gestellt wird.

  

[0002]    Turbinenradzwischenräume sind solche Ausnehmungen oder Bereiche im Turbinenabschnitt einer Gasturbine, die zwischen den Turbinenrotorscheiben oder Turbinenrotorrädern vorhanden sind, die entsprechende Reihen von Turbinenschaufeln tragen. Die Radzwischenräume sind radial innen bezogen auf die Hauptströmung des Gases durch benachbarte Turbinenstufen angeordnet. Typischerweise werden die radial inneren Scheiben durch verschiedene Effekte erhitzt, einschliesslich der Wärmeleitung durch die Rotorschaufeln, das Eindringen der Hauptströmung in die Radzwischenraumausnehmungen und Erwärmung durch Reibung innerhalb der Radzwischenräume.

  

[0003]    Die aktuellen Temperaturen der Turbinenradzwischenräume sind im Allgemeinen eine Funktion der Turbinenleistung, der Umgebungstemperatur und der Verschlechterung oder des Zustands der Einrichtung. Die Radzwischenraumtemperaturen werden normalerweise sensiert oder überwacht und Alarme werden verwendet, um erfasste Temperaturen zu signalisieren, die grösser als die akzeptablen Temperaturen sind.

  

[0004]    Gasturbinenbedienpersonal kann die Leistung reduzieren, um das Auftreten solcher Alarme aufgrund von inakzeptabel hohen Radzwischenraumtemperaturen zu verhindern. Jedoch verursacht dieses Vorgehen Kosten bzw. reduzierte Einnahmen und begrenzt die Gesamtleistungsabgäbe des Kraftwerks an relativ heissen Tagen.

  

[0005]    Ein anderes Verfahren, um Reduktionen in Radzwischenraumtemperaturen zu erreichen, umfasst das Herunterfahren der Gasturbine, das Auswechseln von Lochscheiben im Kühlversorgungskreis und das anschliessende erneute Anfahren der Gasturbine. Diese Vorgehensweise verursacht jedoch Abschalt- und Anlaufverzögerungen und erfordert häufige Anpassungen in Abhängigkeit von der äusseren Umgebungstemperatur.

  

[0006]    Ein andres Verfahren zum Anpassen der Radzwischenraumtemperaturen umfasst eine Reduzierung der Kühlungsströmung, wodurch sich der Effekt von steigenden Radzwischenraumtemperaturen ergibt. Das Vorgeben von höheren Radzwischenraumtemperaturen hat eine erhöhte Leistung zur Folge; jedoch kann es auch die Lebensdauer der Gasturbine reduzieren.

  

[0007]    Es ist auch bekannt, den Radzwischenräumen gleichzeitig einen Kühlluftstrom in Reihe oder parallel mit anderen Kühlluftströmen zur Verfügung zu stellen, die anderen Komponenten der Gasturbine bereitgestellt werden. Jedoch ist es selbst bei variablen Kühlluftströmen ein Problem bei einigen Ausführungsbeispielen mit diesem Verfahren, dass dann, wenn den Radzwischenräumen ein ausreichender Kühlluftstrom bereitgestellt wird, normalerweise der für andere Turbinenkomponenten (z. B. Turbinenventile, Zwischenböden, Mantelringe) zur Verfügung gestellte Kühlluftstrom ungenügend ist für eine ausreichende Kühlung dieser Komponenten.

Kurze Beschreibung der Erfindung

  

[0008]    Gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Vorrichtung zur Regelung der Menge von einem Radzwischenraum eines Turbinenabschnitts einer Gasturbine bereitgestellter Kühlluft einen Sensor auf, der eine Temperatur des Radzwischenraums misst und ein Temperaturmesssignal bereitstellt. Die Vorrichtung weist auch einen Prozessor auf, der als Antwort auf das Temperaturmesssignal bestimmt, ob die Temperatur im Radzwischenraum einen Sollwert überschreitet. Wenn die Temperatur des Radzwischenraums den Sollwert überschreitet, aktiviert der Prozessor ein Aktuatorsteuersignal, um die Bewegung eines Kühlluftsteuerventils zu steuern, um einer grösseren Menge von Kühlluft das Strömen zum Radzwischenraum zu ermöglichen, wodurch die Temperatur des Radzwischenraums abgesenkt wird.

   Das Kühlluftsteuerventil wird mit Kühlluft von einem Kompressorabschnitt der Gasturbine oder von einem Kühlluft-Kühler gespeist, der Luft vom Kompressorabschnitt der Gasturbine erhält.

  

[0009]    Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung zur Regelung einer Menge von einem Radzwischenraum eines Turbinenabschnitts einer Gasturbine bereitgestellter Kühlluft einen Sensor auf, der die Temperatur des Radzwischenraum misst und ein Temperaturmesssignal zur Verfügung stellt. Die Vorrichtung enthält auch einen Prozessor, der als Antwort auf das Temperaturmesssignal bestimmt, ob die Temperatur des Radzwischenraums unter einem Sollwert liegt. Wenn die Temperatur des Radzwischenraums unterhalb des Sollwerts liegt, aktiviert der Prozessor ein Aktuatorsteuersignal, um die Bewegung eines Kühlluftsteuerventils zu steuern, um einer geringeren Menge von Kühlluft das Strömen zum Radzwischenraum zu ermöglichen, wodurch ein Temperaturanstieg im Radzwischenraum ermöglicht wird.

   Das Kühlluftsteuerventil wird durch Kühlluft von einem Kompressorabschnitt der Gasturbine oder von einem Kühlluft-Kühler gespeist, der Luft vom Kompressorabschnitt der Gasturbine erhält.

  

[0010]    Diese und andere Vorteile und Merkmale werden in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung verdeutlicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

  

[0011]    Der Gegenstand, der als Erfindung angesehen wird, wird in den Patentansprüchen am Ende der Beschreibung charakterisiert und deutlich beansprucht. Die vorhergehenden und anderen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung verdeutlicht, in der:
<tb>Fig. 1<sep>ein Blockschaltbild einer Gasturbine mit darin enthaltenen Ausführungen der Erfindung ist;


  <tb>Fig. 2<sep>ein Querschnitt eines Teils eines Turbinenabschnitts einer Gasturbine ist, der eine Ausführung der Erfindung enthält; und


  <tb>Fig. 3<sep>ein Querschnitt eines Teils eines Turbinenabschnitts einer Gasturbine ist, der eine andere Ausführung der Erfindung enthält.

  

[0012]    Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungen der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen in Form von Beispielen mit Bezug auf die Zeichnung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

  

[0013]    In Fig. 1 ist eine Gasturbine 10 dargestellt, die einen Kompressorabschnitt 12 aufweist, der komprimierte Luft bereitstellt. Der Kompressor 12 kann axial mit einem Turbinenabschnitt 14 der Gasturbine 10 auf einer einzigen Welle ausgerichtet sein, die durch eine Längsmittellinie 16 veranschaulicht ist. Der grösste Anteil der komprimierten Luft kann zu den Brennkammern (nicht dargestellt) geliefert werden, aber ein Teil der komprimierten Luft kann für andere Zwecke abgezweigt werden. Zum Beispiel kann Kühlluft vom Kompressor 12 an zwei Mündungen 18, 20 vom Kompressor 12 abgezweigt bzw. abgesaugt werden und über Leitungen (z. B.

   Rohre, Kanäle usw.) 22, 24 an ausgewählte Bereiche des Turbinenabschnitts 14 und schliesslich in Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen der Erfindung den Radzwischenräumen (Fig. 2 bis 3) innerhalb des Turbinenabschnitts 14 durch die Einlassmündungen 26, 28, 30, 32 (z. B. Löcher im Turbinengehäuse) zugeführt werden, wie dies detailliert nachfolgend beschrieben und in den Fig. 2 bis 3veranschaulicht ist. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann ein Kühlluft-Kühler 33 in einer der Leitungen 24 vorgesehen sein und ausserhalb der Gasturbine 10 angeordnet sein. Kühlluft, die vom Kompressorabschnitt 12 in die Leitung 24 gespeist wird, kann dem Kühlluft-Kühler 33 zur Verfügung gestellt werden, der die komprimierte Luft weiter kühlt, die dann den entsprechenden Einlassmündungen 26, 28 zur Verfügung gestellt wird.

   Auf gleiche Weise kann Kühlluft von den Kompressormündungen 24, 36 abgeführt und über die Leitungen 38, 40 (z. B. Rohre, Kanäle usw.) und auch in Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen der Erfindung schliesslich den Radzwischenräumen innerhalb des Turbinenabschnitts 14 über die Einlassmündungen 42, 44, 46, 48 (z.B. Löcher im Turbinengehäuse) zugeführt werden, wie dies nachfolgend detailliert beschrieben und in den Fig. 2bis 3veranschaulicht ist.

  

[0014]    Ausführungsbeispiele der Erfindung können eine Rückkopplungsregelschleife aufweisen, um die Radzwischenraumtemperatur auf über bzw. unter einen unteren und oberen Sollwert oder Sollgrenzwert zur regeln (z. B. innerhalb eines akzeptablen Werdebereichs). Somit können Ausführungsbeispiele der Erfindung einen Mikroprozessor 50 oder einen geeigneten Prozessortyp, Rechenkreis oder Logikkreis aufweisen. Der Mikroprozessor 50 reagiert auf ein oder mehrere Signale auf entsprechenden Signalpfaden 52, wie etwa zumindest einer kabelgebundenen und/oder kabellosen Übertragungsstrecke oder dergleichen, die jeden der Pfade 52 oder Kombinationen davon bilden.

   Jedes Signal auf dem entsprechenden Signalpfad 52 charakterisiert mittelbar oder unmittelbar die Temperatur eines zugeordneten Radzwischenraums, der mit einem geeigneten im Radzwischenraum angeordneten Temperatursensor ausgestattet ist (Fig. 2 bis 3). Jedoch können auch andere geeignete Messsignale verwendet werden, die mittelbar oder unmittelbar die Temperatur des Radzwischenraums angeben. Wie es anschliessend mit Bezug auf die Fig. 2bis 3 detaillierter beschrieben wird, stellt der Mikroprozessor 50 als Antwort auf die Radzwischenraumtemperatursignale ein oder mehrere Aktuatorsteuersignale auf entsprechenden Signalpfaden 54 bereit, wie etwa zumindest einer kabelgebundenen oder kabellosen Übertragungsstrecke oder dergleichen, die jeden der Pfade 54 oder Kombinationen davon bilden.

   Die Aktuatorsteuersignale werden dazu verwendet, um die Menge des Kühlluftstroms vom Kompressor zu steuern, um die Temperatur von jedem der verschiedenen Radzwischenräume auf Sollwerte oder akzeptable Werte zu regeln.

  

[0015]    Fig. 2 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei der ein Loch durch das feste Turbinengehäuse 60 (z. B. Gusseisen) zu einer inneren Ausnehmung oder Verteilerkammer 62 eingebracht ist. Eine der Leitungen (Rohre, Kanäle, usw.) 22, 24, 38, 40, die komprimierte Luft vom Kompressor 12 (Fig. 1) in den offenen Bereich der Verteilerkammer 62 einspeist, ist durch das Loch hindurch geführt. Die komprimierte Luft in der Verteilerkammer 62 fliesst in Fig. 2 ungehindert nach unten in eine hohle Leitschaufel 64, die bekanntermassen eine Flügelform aufweisen kann. Dieselbe komprimierte Luft kann auch ungehindert nach unten in einen offenen Bereich eines Zwischenbodens 66 fliessen.

   Wie es nachfolgend im Detail beschrieben ist, wird die in die Verteilerkammer 62 eintretende komprimierte Luft dazu verwendet, die Temperatur eines in Figur 2 innerhalb des Turbinenabschnitts 14 (Fig. 1) dargestellten entsprechenden Radzwischenraums 68 in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zu regeln.

  

[0016]    Ein oder mehrere Temperatursensoren 70 können innerhalb jedes Radzwischenraums 68 angeordnet sein. Jeder Radzwischenraum 68 kann eine ununterbrochene 360[deg.] ringsumlaufende Ausnehmung in dem Turbinenabschnitt 14 der Gasturbine 10 (Fig. 1) sein. Da der Turbinenabschnitt 14 (Fig. 1) normalerweise mehrere Reihen von Turbinenschaufeln aufweist, gibt es eine Vielzahl von Radzwischenräumen 68 zwischen den Reihen von Schaufeln. Der Sensor 70 kann irgendeinem geeigneter Sensortyp sein, der die Temperatur des Radzwischenraums 68 entweder direkt oder indirekt misst und ein Radzwischenraumtemperatursignal auf dem Signalpfad 52 zum Mikroprozessor 50 bereitstellt.

   In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aktiviert der Mikroprozessor 50 ein Aktuatorsteuersignal auf dem Signalpfad 54, wenn der Mikroprozessor 50 feststellt, dass die aktuelle Temperatur von irgendeinem oder mehreren bestimmten Radzwischenräumen 68 grösser ist als ein oberer Sollwert oder oberer akzeptabler Wert (zum Beispiel durch Vergleich der gemessenen Radzwischenraumtemperatur mit einem Sollwert oder mehreren Werten, die zum Beispiel in einem mit dem Mikroprozessor 50 verbundenen Speicher abgelegt sind), um letztendlich die Temperatur dieses bestimmten Radzwischenraum 68 auf einen Sollwert zu reduzieren.

  

[0017]    Ausführungsbeispiele der Erfindung veranlassen den Mikroprozessor 50 auch zu bestimmen, ob die aktuelle Temperatur von irgendeinem oder mehreren bestimmten Radzwischenräumen 68 geringer ist als ein unterer Sollwert oder unterer akzeptabler Wert, wobei zum Beispiel ein gleichartiges Vergleichsverfahren verwendet wird. Wenn die gemessene Temperatur geringer ist als der Sollwert, kann der Mikroprozessor das Aktuatorsteuersignal auf dem Signalpfad 54 ausgeben, um schliesslich die Temperatur von diesen bestimmten Radzwischenraum 68 auf den Sollwert zu erhöhen.

  

[0018]    Das Aktuatorsteuersignal auf dem Signalpfad 54 kann mit einer Einrichtung 72, wie etwa einer elektromechanischen Einrichtung (z. B. ein Motor), einem hydraulischen Aktuator oder einer anderen geeigneten Einrichtung verbunden sein. Der Ausgang 74 der Einrichtung 72 kann mit einem optionalen Synchronring 76 verbunden sein, der benachbart angeordnet und den gesamten Umfang des Turbinenabschnitts 14 der Gasturbine 10 (Fig. 1) umschliessen kann. Wenn er verwendet wird, ist der Synchronring 76 mit jedem von einer Vielzahl von Aktuatoren 78 verbunden, die ausserhalb des Turbinengehäuses 60 angeordnet sind. Ein solcher Aktuatoren 78 ist in Fig. 2veranschaulicht. Die Ausgangswelle des Aktuators 78, die drehbar oder auf eine andere geeignete Weise bewegbar ist, ist mit einer Welle 80 verbunden, die auch drehbar oder auf eine andere geeignete Weise bewegbar ist.

   Die Welle 80 ist an ihrem unteren Ende (mit Bezug auf die Darstellung in Fig. 2) innerhalb der Verteilerkammer 62 angeordnet und mit einem Kühlluftsteuerventil 82 verbunden, das einen oder mehrere länglich (oder anders geeignet) geformte Öffnungen 84 aufweist. Das Ventil 82, das innerhalb der Verteilerkammer 62 angeordnet sein kann, kann drehbar oder in einer anderen geeigneten Weise bewegbar sein. Das Kühlluftsteuerventil 82 kann auch andere geeignete Ventiltypen aufweisen, wie etwa ein Drosselventil, ein Absperrventil oder ein Kugelventil. Dichtungen und/oder Buchsen 86 sind vorgesehen, um die Welle 80 an ihrer Verbindungsstelle mit dem Ausgang des Aktuators 78 ausreichend abzudichten. Eine Buchse 86 ist auch in einem in das Turbinengehäuse 60 eingebrachten (zum Beispiel gebohrten) Loch angeordnet, um eine Dichtung um die Welle 80 herum bereitzustellen.

   Die Dichtungen und/oder Buchsen 86 reduzieren Leckströme von komprimierter Luft aus dem Inneren des Turbinengehäuses 60 nach aussen in die Umgebung des Gehäuses 60.

  

[0019]    Ein Rohr 90 ist in der hohlen Leitschaufel 64 und im Zwischenboden 66 angeordnet. Das obere Ende oder der obere Bereich des Rohrs 90 (mit Bezug zur Darstellung in Fig. 2) weist auch ein oder mehrere länglich (oder anders geeignet) geformte Löcher 92 an derselben vertikalen Stelle auf, wie die Löcher 84 im unteren Bereich der Welle 80. Der untere Bereich des Rohrs 90 hat einen Bereich mit kleinerem Durchmesser, der in Strömungsverbindung mit dem Radzwischenraum 68 steht.

  

[0020]    Im Betrieb, wenn der Mikroprozessor 50 feststellt, dass die aktuelle Temperatur eines bestimmten Radzwischenraums 68 grösser ist als ein oberer Sollwert oder oberer akzeptabler Wert, aktiviert der Mikroprozessor das Aktuatorsteuersignal auf dem Signalpfad 54, was schliesslich die Löcher 84 des Kühlluftsteuerventils 82 dazu veranlasst, sich (entweder vollständig oder teilweise) mit den Löchern 92 im oberen Bereich des Rohrs 90 überlappend auszurichten. Im Falle einer solchen Ausrichtung wird es einer Menge von komprimierter Luft in der Verteilerkammer 62 ermöglich, in das Rohr 90 und nach unten und schliesslich in den Radzwischenraum 68 zu strömen.

   Die komprimierte Luft ist normalerweise kühler als die gemessene heissere Luft im Radzwischenraum 68, die einen oberen Temperaturwert überschritten und das Strömen von komprimierter Kühlluft in den Radzwischenraum 68 verursacht hat, wobei sich die Temperatur im Radzwischenraum 68 reduziert. Hat der Mikroprozessor 50 einmal festgestellt, dass die Radzwischenraumtemperatur gleich oder unter einem oberen Wert und mithin bei einem akzeptablen Wert liegt, aktiviert der Mikroprozessor dann das Aktuatorsteuersignal auf dem Signalpfad 54, um das Kühlluftsteuerventil 82 zu einer Bewegung zu veranlassen und veranlasst mithin, dass sich die Löcher 84 im Ventil 82 nicht oder nur teilweise mit den Löchern 92 im oberen Bereich des Rohrs 90 überlappend ausrichten. Dies stoppt oder reduziert die Strömung von komprimierter Kühlluft zum Radzwischenraum 68 durch das Rohr 90.

  

[0021]    Gleichermassen aktiviert der Mikroprozessor das Aktuatorsteuersignal auf dem Signalpfad 54, wenn der Mikroprozessor 50 feststellt, dass die aktuelle Temperatur eines bestimmten Radzwischenraums 68 geringer ist als ein unterer Sollwert oder ein unterer akzeptabler Wert, was schliesslich die Löcher 84 des Ventils 82 veranlasst, sich (entweder teilweise oder überhaupt nicht) mit den Löchern 92 im unteren Bereich des Rohrs 90 überlappend auszurichten. Derart ausgerichtet wird keine komprimierte Luft oder nur einer kleinen Menge komprimierter Luft in der Verteilerkammer 62 ermöglicht, in das Rohr 90 und nach unten und schliesslich in den Radzwischenraum 68 zu strömen. Diese Reduzierung der Menge von dem Radzwischenraum 68 zur Verfügung gestellter Kühlluft ermöglicht der Temperatur im Radzwischenraum 68 aus den vorstehend genannten Gründen anzusteigen.

  

[0022]    In Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen der Erfindung kann jeder Radzwischenraum 68 eine Vielzahl von Kombinationen von Aktuatoren 78 und Ventilen 82 verwenden, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht und vorstehend beschrieben ist. Der Synchronring 76 kann, wenn er vorgesehen ist, dazu verwendet werden, die Vielzahl von Kombinationen von einem Aktuator 78 und einem Ventil 82, die den gesamten Umfang des Turbinenabschnitts 14 (Fig. 1) umgeben und einem einzigen Radzwischenraum 68 zugeordnet sind, simultan zu betätigen, um dabei die Temperatur dieses Radzwischenraums 68 genau auf den Sollwert zu regeln. Jeder Radzwischenraum 68 kann seinen eigenen zugeordneten Synchronring 76 aufweisen.

  

[0023]    In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, dass der Ausführung nach Fig. 2etwas gleicht. Daher betreffen gleiche Bezugszeichen in den Fig. 2 und 3 gleiche Elemente. In Fig. 3 erstreckt sich die Welle 80 anstelle des Rohrs 90 nach unten (mit Bezug zur Darstellung in Fig. 3) durch die gesamte Höhe der hohlen Leitschaufel 64 in den Zwischenboden 66. Am unteren Ende der Welle 80 ist ein bewegliches (z. B. drehbares) Verbindungsteil 100 vorhanden, das mit einem Kühlluftsteuerventil 102 in Form eines drehbaren Ventilrings mit einer oder mehreren darin vorgesehenen beabstandeten Öffnungen 104 verbunden ist. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2kann das Kühlluftsteuerventil 102 andere geeignete Ventiltypen aufweisen, wie zum Beispiel Drosselventile, Absperrventile oder Kugelventile.

   Der drehbare Ventilring kann den gesamten Umfang des Turbinenabschnitts 14 der Gasturbine 10 (Fig. 1) umschliessen. Jede Öffnung 104 steht in Strömungsverbindung mit dem Radzwischenraum 68 über ein entsprechendes Loch 106, das in einen festen Metallabschnitt der Zwischenwand 66 eingebracht (z.B. gebohrt) ist.

  

[0024]    Im Betrieb aktiviert der Mikroprozessor das Aktuatorsteuersignal auf dem Signalpfad 54, wenn der Mikroprozessor 50 feststellt, dass die aktuelle Temperatur von einem bestimmten Radzwischenraum 68 grösser ist als der obere Sollwert oder der obere akzeptable Wert, was die Welle 80 schliesslich veranlasst sich zu bewegen (z.B. zu drehen) und das Verbindungsteil 100 veranlasst sich zu bewegen (z.B. zu drehen) bis jede der Öffnungen 104 im drehbaren Ventilring 102 (entweder vollständig oder teilweise) mit dem jeweils zugeordneten Loch der Löcher 106 überlappend ausgerichtet ist.

   Wenn die Öffnungen 104 derart ausgerichtet sind, wird es einer Menge von komprimierter Kühlluft im Zwischenboden 66 ermöglicht, durch die ausgerichteten Öffnungen 104 in und durch die Löcher 106 nach unten (mit Bezug zur Darstellung in Fig. 3) und schliesslich in den Radzwischenraum 68 zu strömen, wobei die Temperatur des Radzwischenraums 68 auf einen akzeptablen Wert reduziert wird. Entsprechend der Ausführung nach Fig. 2aktiviert der Mikroprozessor das Aktuatorsteuersignal auf dem Signalpfad 54, sobald der Mikroprozessor 50 feststellt, dass die Radzwischenraumtemperatur und einem oberen Wert liegt, um eine Bewegung (Drehung) des Kühlluftsteuerventils 102 zu veranlassen und mithin die Öffnungen 104 im drehbaren Ventilring 102 dazu zu veranlassen, sich nicht oder nur teilweise mit den zugeordneten Löchern 106 überlappend auszurichten.

   Dies stoppt oder reduziert die Strömung von komprimierter Kühlluft zum Radzwischenraum.

  

[0025]    Auch wenn der Mikroprozessor 50 feststellt, dass die aktuelle Temperatur eines bestimmten Radzwischenraums 68 geringer ist als ein unterer Sollwert oder unterer akzeptabler Wert, aktiviert der Mikroprozessor das Aktuatorsteuersignal auf dem Signalpfad 54, wodurch schliesslich die Welle 80 veranlasst wird, sich zu bewegen (z.B. zu rotieren) und wodurch das Verbindungsteil 100 veranlasst wird, sich zu bewegen (z.B. zu drehen) bis jede der Öffnungen 104 im drehbaren Ventilring 102 nicht mehr (entweder vollständig oder teilweise) mit dem jeweils zugeordneten Loch der Löcher 106 überlappend ausgerichtet ist.

   Wenn die Öffnungen 104 derart ausgerichtet sind, wird keiner komprimierten Kühlluft oder nur einer kleinen Menge komprimierter Kühlluft im Zwischenboden 66 ermöglicht, durch die so ausgerichteten Öffnungen 104 in und durch die Löcher 106 nach unten (mit Bezug auf die Darstellung in Fig. 3) und schliesslich in den Radzwischenraum 68 zu strömen. Dies ermöglicht der Temperatur des Radzwischenraumes 68 auf einen Sollwert oder akzeptablen Wert aus den vorgenannten Gründen anzusteigen.

  

[0026]    Ausführungsformen der Erfindung stellen eine verbesserte Regelung der Turbinenradzwischenraumtemperatur durch die Steuerung der Luftströmung von komprimierter Kühlluft bereit, die zu weiten Teilen getrennt und unabhängig von den Kühlluftströmen ist, die anderen Gasturbinenkomponenten zugeführt werden. Somit haben die Ausführungsbeispiele der Erfindung keinen negativen Einfluss auf und werden nicht beeinflusst durch die Kühlluftströme, die anderen Gasturbinenkomponenten separat bereitgestellt werden und irgendwelchen damit verbundenen Leckströmen. Ausführungsbeispiele der Erfindung können auf Radzwischenräume von Gasturbinen entweder als Abwandlung (Nachrüstung) oder als Teil der ursprünglichen Ausgestaltung verwendet werden.

  

[0027]    Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen auch eine Reduzierung in der Verwendung von parasitären, sekundären Luftströmen zur Verfügung, wobei die Effizienz und die Leistungsabgabe der Gasturbine erhöht werden. Durch den Einsatz der Modulation der Kompressorentnahmeströmung in Verbindung mit dem Mikroprozessor 50 als Teil eines Rückkopplungsregelsystems kann eine reduzierte Menge eines komprimierten Luftstroms den Radzwischenräumen 68 zugeführt werden, unabhängig von Veränderungen in den Umgebungsbedingungen, Lasten und Abwandlungen der Leckströme bei Veränderungen von Maschine zu Maschine.

  

[0028]    Während die Erfindung im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Zahl von Ausführungen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die derart offenbarten Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung verändert werden und irgendeine Anzahl von Variationen, Abwandlungen, Austauschänderungen oder äquivalenten Anordnungen umfassen, die nicht ausdrücklich beschrieben sind, aber dem Geist und dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Ausserdem versteht es sich, dass, während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, Aspekte der Erfindung auch nur einen Teil der beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweisen können.

   Dementsprechend soll die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt angesehen werden, sondern nur durch den Schutzbereich der angehängten Patentansprüche begrenzt werden.

  

[0029]    Eine Vorrichtung zur Steuerung einer Menge von Kühlluft, die einem Radzwischenraum 68 eines Turbinenabschnitts 14 einer Gasturbine 10 zur Verfügung gestellt wird, weist einen Sensor 70 auf, der die Temperatur des Radzwischenraums 68 misst und ein Temperaturmesssignal 52 erzeugt. Die Vorrichtung weist auch einen Prozessor 50 auf, der auf das Temperaturmesssignal 52 reagiert und der bestimmt, ob die Temperatur im Radzwischenraum 68 einen Sollwert überschreitet.

   Wenn die Temperatur im Radzwischenraum 68 den Sollwert überschreitet, erzeugt der Prozessor 50 ein Aktuatorsteuersignal 54, um die Bewegung eines Kühlluftsteuerventils 82 zu steuern, um einer grösseren Menge von Kühlluft das Strömen zum Radzwischenraum 68 zu ermöglichen und dabei die Temperatur des Radzwischenraums 68 zu reduzieren, wobei die Kühlluft von einem Kompressorabschnitt 12 der Gasturbine 10 oder von einem Kühlluft-Kühler 33 gespeist wird, der die Luft vom Kompressorabschnitt 12 der Gasturbine 10 erhält.

Bezugszeichenliste

  

[0030]    
<tb>10<sep>Gasturbine


  <tb>12<sep>Kompressorabschnitt


  <tb>14<sep>Turbinenabschnitt


  <tb>16<sep>Mittellinie


  <tb>18, 20<sep>Mündungen


  <tb>22, 24, 38, 40<sep>Leitungen


  <tb>26, 28, 30, 32, 42, 44, 46, 48<sep>Eingangsmündungen


  <tb>33<sep>Kühlluft-Kühler


  <tb>34, 36<sep>Mündungen


  <tb>50<sep>Mikroprozessor


  <tb>52, 54<sep>Signalpfade


  <tb>60<sep>Turbinengehäuse


  <tb>62<sep>Verteilerkämmer


  <tb>64<sep>Leitschaufel


  <tb>66<sep>Zwischenboden


  <tb>68<sep>Radzwischenraum


  <tb>70<sep>Sensoren


  <tb>72<sep>Einrichtung


  <tb>74<sep>Ausgang


  <tb>76<sep>Synchronring


  <tb>78<sep>Aktuator


  <tb>80<sep>Welle


  <tb>82<sep>Ventil


  <tb>84, 92<sep>Löcher


  <tb>86<sep>Buchse


  <tb>90<sep>Rohr


  <tb>92, 106<sep>Löcher


  <tb>100<sep>Verbindungsteil


  <tb>102<sep>Ventilring


  <tb>104<sep>Öffnungen



  Background of the invention

  

The subject matter disclosed herein relates to gas turbines, and more particularly to the temperature control of the wheel space of a turbine section of a gas turbine by the regulation of a cooling air flow provided to the wheel spaces.

  

[0002] Turbine wheel spaces are those recesses or areas in the turbine section of a gas turbine that exist between the turbine rotor disks or turbine rotor wheels that carry respective rows of turbine blades. The wheel spaces are located radially inward of the main flow of the gas through adjacent turbine stages. Typically, the radially inner disks are heated by various effects, including the heat conduction through the rotor blades, the penetration of the main flow into the Radzwischenraumausnehmungen and heating by friction within the Radzwischenräume.

  

The current temperatures of the turbine wheel spaces are generally a function of turbine performance, ambient temperature, and the deterioration or condition of the equipment. Wheel space temperatures are typically sensed or monitored and alarms are used to signal sensed temperatures greater than acceptable temperatures.

  

Gas turbine operators may reduce power to prevent the occurrence of such alarms due to unacceptably high inter-cylinder temperatures. However, this approach incurs cost or reduced revenue and limits the total power output of the power plant on relatively hot days.

  

Another method of achieving reductions in wheel space temperatures involves shutting down the gas turbine, replacing orifice plates in the cooling supply circuit, and then restarting the gas turbine. However, this procedure causes turn-off and start-up delays and requires frequent adjustments depending on the outside ambient temperature.

  

Another method for adjusting the inter-vehicle temperatures includes reducing the cooling flow, which results in the effect of increasing inter-cylinder temperatures. Specifying higher wheel space temperatures results in increased power; however, it can also reduce the life of the gas turbine.

  

It is also known to provide the wheel spaces at the same time a cooling air flow in series or in parallel with other cooling air flows, which are provided to other components of the gas turbine. However, even with variable cooling air flows, a problem with some embodiments with this method is that, when sufficient cooling air flow is provided to the wheel spaces, the cooling air flow provided to other turbine components (eg, turbine valves, shelves, shrouds) will normally be insufficient for a sufficient cooling of these components.

Brief description of the invention

  

[0008] According to one aspect of the present invention, an apparatus for controlling the amount of cooling air provided by a wheelspace of a turbine section of a gas turbine includes a sensor that measures a temperature of the wheelspace and provides a temperature measurement signal. The apparatus also includes a processor that determines whether the temperature in the wheelspace exceeds a setpoint value in response to the temperature measurement signal. When the temperature of the wheel space exceeds the target value, the processor activates an actuator control signal to control the movement of a cooling air control valve to allow a greater amount of cooling air to flow to the wheel space, thereby lowering the temperature of the wheel space.

   The cooling air control valve is supplied with cooling air from a compressor section of the gas turbine or from a cooling air cooler receiving air from the compressor section of the gas turbine.

  

According to a further aspect of the invention, the apparatus for controlling a quantity of cooling air provided by a wheel space of a turbine section of a gas turbine comprises a sensor which measures the temperature of the wheel space and provides a temperature measurement signal. The apparatus also includes a processor that determines whether the temperature of the wheel space is below a desired value in response to the temperature measurement signal. When the temperature of the wheel space is below the set point, the processor activates an actuator control signal to control the movement of a cooling air control valve to allow a smaller amount of cooling air to flow to the wheel space, thereby allowing a temperature increase in the wheel space.

   The cooling air control valve is fed by cooling air from a compressor section of the gas turbine or from a cooling air cooler, which receives air from the compressor section of the gas turbine.

  

These and other advantages and features will become apparent in the following description taken in conjunction with the drawings.

Short description of the drawing

  

The subject matter considered as being the invention is characterized in the claims at the end of the description and clearly claimed. The foregoing and other features and advantages of the invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
<Tb> FIG. 1 <sep> is a block diagram of a gas turbine with embodiments of the invention included therein;


  <Tb> FIG. Fig. 2 <sep> is a cross section of a portion of a turbine section of a gas turbine incorporating an embodiment of the invention; and


  <Tb> FIG. 3 <sep> is a cross-section of a portion of a turbine section of a gas turbine incorporating another embodiment of the invention.

  

The detailed description explains embodiments of the invention together with advantages and features in the form of examples with reference to the drawings.

Detailed description of the invention

  

In Fig. 1, a gas turbine 10 is shown having a compressor section 12 which provides compressed air. The compressor 12 may be axially aligned with a turbine section 14 of the gas turbine engine 10 on a single shaft, which is illustrated by a longitudinal centerline 16. Most of the compressed air may be delivered to the combustors (not shown), but some of the compressed air may be diverted for other purposes. For example, cooling air may be diverted from the compressor 12 at two orifices 18, 20 from the compressor 12 and may be exhausted via lines (e.g.

   Tubes, channels, etc.) 22, 24 to selected areas of the turbine section 14 and, finally, in accordance with embodiments of the invention, the wheel spaces (Figures 2 to 3) within the turbine section 14 through the inlet ports 26, 28, 30, 32 (e.g. Holes in the turbine housing), as described in detail below and in Figs. 2 to 3 is illustrated. In an alternative embodiment, a cooling air cooler 33 may be provided in one of the conduits 24 and disposed outside of the gas turbine 10. Cooling air fed from the compressor section 12 into the duct 24 may be provided to the cooling air cooler 33, which further cools the compressed air, which is then provided to the respective inlet orifices 26, 28.

   Similarly, cooling air may be removed from the compressor ports 24, 36 and via the conduits 38, 40 (eg, pipes, channels, etc.) and also in accordance with embodiments of the invention, finally to the wheel spaces within the turbine section 14 via the inlet ports 42, 44, 46, 48 (eg, holes in the turbine housing), as described in detail below and illustrated in FIGS. 2 through 3.

  

Embodiments of the invention may include a feedback control loop to control the wheel space temperature above or below a lower and upper setpoint or setpoint limit (eg, within an acceptable range of use). Thus, embodiments of the invention may include a microprocessor 50 or a suitable processor type, arithmetic circuit, or logic circuit. The microprocessor 50 responds to one or more signals on corresponding signal paths 52, such as at least one wired and / or wireless link or the like, forming each of the paths 52 or combinations thereof.

   Each signal on the corresponding signal path 52 indirectly or directly characterizes the temperature of an associated wheel space, which is equipped with a suitable temperature sensor arranged in the wheel space (FIGS. 2 to 3). However, other suitable measuring signals may be used which directly or indirectly indicate the temperature of the wheel space. As will be described in greater detail below with reference to FIGS. 2-3, microprocessor 50 provides one or more actuator control signals in response to wheel space temperature signals on respective signal paths 54, such as at least one wired or wireless link or the like, each of the paths 54 or combinations thereof.

   The actuator control signals are used to control the amount of cooling air flow from the compressor to control the temperature of each of the various wheel spaces to setpoints or acceptable values.

  

Fig. 2 shows an embodiment of the invention in which a hole is made through the fixed turbine housing 60 (eg, cast iron) to an inner cavity or distribution chamber 62. One of the conduits (tubes, channels, etc.) 22, 24, 38, 40, which feeds compressed air from the compressor 12 (Figure 1) into the open area of the distribution chamber 62, is passed through the hole. The compressed air in the distribution chamber 62 flows freely in Fig. 2 down into a hollow vane 64, which may be known to have a wing shape. The same compressed air can also flow unhindered down into an open area of an intermediate bottom 66.

   As described in detail below, the compressed air entering the distribution chamber 62 is used to control the temperature of a corresponding wheel space 68 shown in FIG. 2 within the turbine section 14 (FIG. 1) in accordance with one embodiment of the invention.

  

One or more temperature sensors 70 may be disposed within each wheelspace 68. Each wheel space 68 may be an uninterrupted 360 ° round circumferential recess in the turbine section 14 of the gas turbine engine 10 (FIG. 1). Since the turbine section 14 (FIG. 1) normally has multiple rows of turbine blades, there are a plurality of wheel spaces 68 between the rows of blades. The sensor 70 may be any suitable type of sensor that measures the temperature of the wheelspace 68, either directly or indirectly, and provides a wheelspace temperature signal on the signal path 52 to the microprocessor 50.

   In accordance with one embodiment of the invention, the microprocessor 50 activates an actuator control signal on the signal path 54 when the microprocessor 50 determines that the current temperature of any one or more particular wheel clearances 68 is greater than an upper setpoint or upper acceptable value (for example, by comparison the measured wheel space temperature with one or more values stored, for example, in a memory connected to the microprocessor 50) to ultimately reduce the temperature of that particular wheel space 68 to a desired value.

  

Embodiments of the invention also cause the microprocessor 50 to determine whether the current temperature of any one or more particular wheel clearances 68 is less than a lower setpoint or lower acceptable value using, for example, a similar comparison method. If the measured temperature is less than the setpoint, the microprocessor may output the actuator control signal on the signal path 54 to ultimately increase the temperature from that particular wheelspace 68 to the setpoint.

  

The actuator control signal on the signal path 54 may be connected to a device 72, such as an electromechanical device (eg, a motor), a hydraulic actuator, or other suitable device. The output 74 of the device 72 may be connected to an optional synchronizer ring 76 which may be disposed adjacent and enclose the entire circumference of the turbine section 14 of the gas turbine engine 10 (FIG. 1). When used, the synchronizer ring 76 is connected to each of a plurality of actuators 78 disposed outboard of the turbine housing 60. Such an actuator 78 is illustrated in FIG. The output shaft of the actuator 78, which is rotatable or movable in any other suitable manner, is connected to a shaft 80 which is also rotatable or movable in any other suitable manner.

   The shaft 80 is disposed at its lower end (with reference to the illustration in FIG. 2) within the distribution chamber 62 and connected to a cooling air control valve 82 having one or more elongated (or otherwise suitable) shaped openings 84. The valve 82, which may be disposed within the distribution chamber 62, may be rotatable or movable in any other suitable manner. The cooling air control valve 82 may also have other suitable valve types, such as a throttle valve, a check valve, or a ball valve. Seals and / or bushings 86 are provided to adequately seal the shaft 80 at its junction with the output of the actuator 78. A sleeve 86 is also disposed in a hole (drilled, for example) in the turbine housing 60 to provide a seal around the shaft 80.

   The seals and / or bushings 86 reduce leakage of compressed air from the interior of the turbine housing 60 to the outside of the housing 60.

  

A tube 90 is disposed in the hollow vane 64 and in the intermediate floor 66. The upper end or upper portion of the tube 90 (referenced to FIG. 2) also has one or more oblong (or otherwise suitable) shaped holes 92 at the same vertical location as the holes 84 in the lower portion of the shaft 80 The lower portion of the tube 90 has a smaller diameter portion in fluid communication with the wheel space 68.

  

In operation, when the microprocessor 50 determines that the current temperature of a particular wheelspace 68 is greater than an upper setpoint or upper acceptable value, the microprocessor activates the actuator control signal on the signal path 54, eventually causing the holes 84 of the cooling air control valve 82 to do so causing it to align (either completely or partially) with the holes 92 in the upper region of the tube 90 overlapping. In the case of such alignment, an amount of compressed air in the distribution chamber 62 will allow it to flow into the tube 90 and down and finally into the wheel space 68.

   The compressed air is normally cooler than the measured hotter air in the wheel space 68, which has exceeded an upper temperature value and caused the flow of compressed cooling air into the wheel space 68, reducing the temperature in the wheel space 68. Once the microprocessor 50 has determined that the wheel space temperature is equal to or below an upper value and, thus, an acceptable value, the microprocessor then activates the actuator control signal on the signal path 54 to cause the cooling air control valve 82 to move, causing it to the holes 84 in the valve 82 not or only partially aligned with the holes 92 in the upper region of the tube 90 overlapping. This stops or reduces the flow of compressed cooling air to the wheel space 68 through the tube 90.

  

Similarly, the microprocessor activates the actuator control signal on the signal path 54 when the microprocessor 50 determines that the current temperature of a particular wheel space 68 is less than a lower setpoint or lower acceptable value, eventually causing the holes 84 of the valve 82 to Align (either partially or not at all) with the holes 92 in the lower portion of the tube 90 overlapping. Aligned so, no compressed air or only a small amount of compressed air in the distribution chamber 62 is allowed to flow into the tube 90 and down and finally into the wheel space 68. This reduction in the amount of cooling air provided by the wheel space 68 allows the temperature in the wheel space 68 to increase for the reasons stated above.

  

In accordance with embodiments of the invention, each wheel space 68 may utilize a plurality of combinations of actuators 78 and valves 82, as illustrated in FIG. 2 and described above. The synchronizer ring 76, when provided, may be used to concurrently address the plurality of combinations of an actuator 78 and a valve 82 surrounding the entire circumference of the turbine section 14 (FIG. 1) and associated with a single wheelspace 68 Press to control the temperature of this Radzwischenraums 68 exactly to the target value. Each wheel space 68 may have its own associated synchronizer ring 76.

  

In Fig. 3, another embodiment of the invention is shown that the embodiment of Fig. 2 something resembles. Therefore, like reference numerals in FIGS. 2 and 3 refer to like elements. In Fig. 3, instead of the tube 90, the shaft 80 extends downwardly (with reference to the illustration in Fig. 3) through the entire height of the hollow vane 64 in the intermediate bottom 66. At the lower end of the shaft 80 is a movable (z. Rotatable) connector 100 provided with a cooling air control valve 102 in the form of a rotatable valve ring having one or more spaced openings 104 therein. According to the embodiment of Fig. 2, the cooling air control valve 102 may have other suitable types of valves, such as throttle valves, shut-off valves or ball valves.

   The rotatable valve ring may enclose the entire circumference of the turbine section 14 of the gas turbine engine 10 (FIG. 1). Each aperture 104 is in fluid communication with the wheel space 68 via a corresponding hole 106 which is inserted (e.g., drilled) into a solid metal portion of the intermediate wall 66.

  

In operation, the microprocessor activates the actuator control signal on the signal path 54 when the microprocessor 50 determines that the current temperature of a particular wheel space 68 is greater than the upper set point or the upper acceptable value, ultimately causing the shaft 80 move (eg, to rotate) and the connector 100 causes it to move (eg, rotate) until each of the apertures 104 in the rotatable valve ring 102 is (in full or in part) overlapped with the respective associated hole of the holes 106.

   With the openings 104 aligned, a quantity of compressed cooling air in the intermediate floor 66 is allowed to pass down through the aligned openings 104 into and through the holes 106 (refer to the illustration in FIG. 3) and finally into the wheel space 68 flow, wherein the temperature of the Radzwischenraums 68 is reduced to an acceptable value. In accordance with the embodiment of FIG. 2, once the microprocessor 50 determines that the wheel space temperature is at an upper value, the microprocessor activates the actuator control signal on the signal path 54 to cause movement (rotation) of the cooling air control valve 102 and thus the openings 104 in the rotatable valve ring 102 to not or only partially align with the associated holes 106 overlapping.

   This stops or reduces the flow of compressed cooling air to the wheel space.

  

Although the microprocessor 50 determines that the current temperature of a particular wheel space 68 is less than a lower setpoint or lower acceptable value, the microprocessor activates the actuator control signal on the signal path 54, ultimately causing the shaft 80 to move (eg, to rotate) causing the connector 100 to move (eg, rotate) until each of the apertures 104 in the rotary valve ring 102 is no longer (either completely or partially) overlapped with the respective associated hole of the holes 106.

   With the apertures 104 aligned, no compressed cooling air or only a small amount of compressed cooling air is allowed in the intermediate bottom 66, through the thus aligned apertures 104 into and through the holes 106 downwardly (with respect to the illustration in Fig. 3) and finally to flow into the wheel space 68. This allows the temperature of the wheel space 68 to increase to a desired value or acceptable value for the aforementioned reasons.

  

Embodiments of the invention provide improved turbine air gap temperature control by controlling the airflow of compressed cooling air that is largely isolated and independent of the cooling air streams supplied to other gas turbine components. Thus, the embodiments of the invention do not adversely affect and are unaffected by the cooling air streams provided separately to other gas turbine components and any associated leakage currents. Embodiments of the invention may be applied to wheel spaces of gas turbine engines either as a modification (retrofit) or as part of the original design.

  

Embodiments of the invention also provide a reduction in the use of parasitic secondary airflows, thereby increasing the efficiency and power output of the gas turbine. By utilizing the modulation of the compressor bleed flow in conjunction with the microprocessor 50 as part of a feedback control system, a reduced amount of compressed airflow may be supplied to the wheel spaces 68 regardless of changes in ambient conditions, loads and variations in machine-to-machine changes.

  

While the invention has been described in detail in conjunction with only a limited number of embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the embodiment disclosed in such a manner. Rather, the invention may be modified to include any number of variations, modifications, substitutions, or equivalent arrangements not expressly described, but within the spirit and scope of the invention. In addition, it should be understood that while various embodiments of the invention have been described, aspects of the invention may be included in only a portion of the described embodiments.

   Accordingly, it is not intended that the invention be limited to the foregoing description, but be limited only by the scope of the appended claims.

  

An apparatus for controlling an amount of cooling air provided to a wheel space 68 of a turbine section 14 of a gas turbine 10 includes a sensor 70 that measures the temperature of the wheel space 68 and generates a temperature measurement signal 52. The apparatus also includes a processor 50 which responds to the temperature measurement signal 52 and determines whether the temperature in the wheel space 68 exceeds a setpoint.

   When the temperature in the wheel space 68 exceeds the set point, the processor 50 generates an actuator control signal 54 to control the movement of a cooling air control valve 82 to allow a greater amount of cooling air to flow to the wheel space 68, thereby reducing the temperature of the wheel space 68. wherein the cooling air is supplied from a compressor section 12 of the gas turbine 10 or from a cooling air cooler 33, which receives the air from the compressor section 12 of the gas turbine 10.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

  

[0030]
<Tb> 10 <sep> Gas Turbine


  <Tb> 12 <sep> compressor section


  <Tb> 14 <sep> turbine section


  <Tb> 16 <sep> centerline


  <tb> 18, 20 <sep> Mouths


  <tb> 22, 24, 38, 40 <sep> lines


  <tb> 26, 28, 30, 32, 42, 44, 46, 48 <sep> Entrance estuaries


  <Tb> 33 <sep> cooling air cooler


  <tb> 34, 36 <sep> Mouths


  <Tb> 50 <sep> Microprocessor


  <tb> 52, 54 <sep> signal paths


  <Tb> 60 <sep> turbine housing


  <Tb> 62 <sep> Distribution Kammer


  <Tb> 64 <sep> vane


  <Tb> 66 <sep> false floor


  <Tb> 68 <sep> Radzwischenraum


  <Tb> 70 <sep> Sensors


  <Tb> 72 <sep> Setup


  <Tb> 74 <sep> Output


  <Tb> 76 <sep> synchronizer ring


  <Tb> 78 <sep> actuator


  <Tb> 80 <sep> wave


  <Tb> 82 <sep> Valve


  <tb> 84, 92 <sep> holes


  <Tb> 86 <sep> Bush


  <Tb> 90 <sep> Pipe


  <tb> 92, 106 <sep> holes


  <Tb> 100 <sep> Connection part


  <Tb> 102 <sep> valve ring


  <Tb> 104 <sep> openings


    

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Steuerung einer Menge von Kühlluft, die einem Radzwischenraum (68) eines Turbinenabschnitts (14) einer Gasturbine (10) zur Verfügung gestellt wird, wobei die Vorrichtung umfasst: A device for controlling an amount of cooling air provided to a wheel space (68) of a turbine section (14) of a gas turbine (10), the device comprising: einen Sensor (70), der die Temperatur des Radzwischenraums (68) misst und ein Temperaturmesssignal (52) bereitstellt; a sensor (70) that measures the temperature of the wheel space (68) and provides a temperature measurement signal (52); einen Prozessor (50), der auf das Temperaturmesssignal (52) reagiert und der feststellt, wenn die Temperatur des Radzwischenraums (68) einen Sollwert überschreitet; und a processor (50) responsive to the temperature sensing signal (52) for detecting when the temperature of the wheelspace (68) exceeds a setpoint value; and wenn die Temperatur des Radabstandraums (68) den Schwellwert überschreitet, aktiviert der Prozessor (50) ein Aktuatorsteuersignal (54), um die Bewegung eines Kühlluftsteuerventils (82,102) zu steuern, um einer grösseren Menge von Kühlluft, die von einem Kompressorabschnitt (12) einer Gasturbine (10) oder von einem Kühlluft-Kühler (33), der die Luft von einem Kompressorabschnitt (12) der Gasturbine (10) erhält, bereitgestellt wird, das Strömen zum Radzwischenraum (68) zu ermöglichen, wobei die Temperatur des Radzwischenraums (68) reduziert wird. when the temperature of the wheel space (68) exceeds the threshold, the processor (50) activates an actuator control signal (54) to control movement of a cooling air control valve (82, 102) to a larger amount of cooling air received from a compressor section (12) Gas turbine (10) or from a cooling air cooler (33), which receives the air from a compressor section (12) of the gas turbine (10) is provided to allow the flow to the wheel space (68), wherein the temperature of the Radzwischenraums (68 ) is reduced. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Kühlluft einer Verteilerkammer (62) bereitgestellt wird, in der das Kühlluftsteuerventil (82) angeordnet ist. 2. The apparatus of claim 1, wherein the cooling air of a distribution chamber (62) is provided, in which the cooling air control valve (82) is arranged. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Aktuatorsteuersignal (54) einem ersten Aktuator (78) übermittelt wird, der die Bewegung einer Ausgangswelle (80) des ersten Aktuators (78) als Antwort auf das Aktuatorsteuersignal (54) steuert, wobei die Ausgangswelle (80) des ersten Aktuators (78) mit dem Kühlluftsteuerventil (82, 102) verbunden ist und wobei die Bewegung der Ausgangswelle (80) des ersten Aktuators die Bewegung des Kühlluftsteuerventils (82, 102) steuert, um der Kühlluft das Strömen in den Radzwischenraum (68) zu ermöglichen. The apparatus of claim 1, wherein the actuator control signal (54) is communicated to a first actuator (78) that controls movement of an output shaft (80) of the first actuator (78) in response to the actuator control signal (54), the output shaft (80) of the first actuator (78) is connected to the cooling air control valve (82, 102), and wherein the movement of the output shaft (80) of the first actuator controls the movement of the cooling air control valve (82, 102) to cause the cooling air to flow into the wheel space (68). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Kühlluftsteuerventil (82) mit einem Rohr (90) verbunden ist, das eine oder mehrere Öffnungen (92) aufweist, die sich mit einer oder mehreren Öffnungen (84) im Kühlluftsteuerventil (82) ausrichten, um der Kühlluft das Strömen zum Radzwischenraum (68) zu ermöglichen, wenn die Temperatur des Radzwischenraums (68) einen Sollwert überschreitet. Apparatus according to claim 3, wherein the cooling air control valve (82) is connected to a pipe (90) having one or more openings (92) which align with one or more openings (84) in the cooling air control valve (82). to allow the cooling air to flow to the wheel space (68) when the temperature of the wheel space (68) exceeds a set value. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Ausgangswelle (80) des ersten Aktuators und das Kühlluftsteuerventil (82) drehbar sind. 5. The apparatus of claim 3, wherein the output shaft (80) of the first actuator and the cooling air control valve (82) are rotatable. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein zweiter Aktuator (72) mit dem Aktuatorsteuersignal (54) verbunden ist, wobei der zweite Aktuator (72) einen Ausgang aufweist, der mit dem ersten Aktuator (78) verbunden ist, der die Bewegung einer Ausgangswelle des zweiten Aktuators (72) als Antwort auf das Aktuatorsteuersignal (54) steuernden, wobei die Ausgangswelle (80) des ersten Aktuators (78) mit dem Kühlluftsteuerventil (82) verbunden ist, und wobei die Bewegung der Ausgangswelle (80) des ersten Aktuators die Bewegung des Kühlluftsteuerventils (82) steuert, um der Kühlluft das Strömen zum Radzwischenraum (68) zu ermöglichen. 6. The apparatus of claim 1, wherein a second actuator (72) is connected to the Aktuatorsteuersignal (54), wherein the second actuator (72) has an output which is connected to the first actuator (78), the movement of a Output shaft of the second actuator (72) in response to the Aktuatorsteuersignal (54) controlling, wherein the output shaft (80) of the first actuator (78) to the cooling air control valve (82) is connected, and wherein the movement of the output shaft (80) of the first actuator controlling the movement of the cooling air control valve (82) to allow the cooling air to flow to the wheel space (68). 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der zweite Aktuator (72) einen Motor und/oder einen hydraulischen Aktuator aufweist. 7. Apparatus according to claim 6, wherein the second actuator (72) comprises a motor and / or a hydraulic actuator. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Kühlluft der Verteilerkammer (62), in der das Kühlluftsteuerventil (82) angeordnet ist, über ein Rohr, einen Kanal oder ein Loch bereitgestellt wird. The apparatus of claim 1, wherein the cooling air of the distribution chamber (62) in which the cooling air control valve (82) is disposed is provided via a pipe, a channel or a hole. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Vielzahl von ersten Aktuatoren (78) an das Aktuatorsteuersignal (54) angeschlossen sind, wobei jeder der Vielzahl von ersten Aktuatoren (78) einen mit einem Synchronring (76) verbundenen Ausgang aufweist, wobei der Synchronring (76) gleichzeitig die Bewegung einer Ausgangswelle (80) von jedem der Vielzahl von ersten Aktuatoren (78) als Antwort auf das Aktuatorsteuersignal (54) steuert, wobei die Ausgangswelle (80) von jedem der Vielzahl von ersten Aktuatoren (78) mit einem zugeordneten Kühlluftsteuerventil (82) einer Vielzahl von Kühlluftsteuerventilen (82) verbunden ist und wobei die Bewegung von jeder der Ausgangswellen (80) der ersten Aktuatoren die Bewegung des zugeordneten Kühlluftsteuerventils (82) steuert, um der Kühlluft das Strömen zum Radzwischenraum (68) zu ermöglichen. The apparatus of claim 1, wherein a plurality of first actuators (78) are connected to the actuator control signal (54), each of the plurality of first actuators (78) having an output connected to a synchronizer ring (76), the synchronizer ring (76) simultaneously controls movement of an output shaft (80) of each of the plurality of first actuators (78) in response to the actuator control signal (54), the output shaft (80) of each of the plurality of first actuators (78) being associated with one of the plurality of first actuators (78) Cooling air control valve (82) of a plurality of cooling air control valves (82) is connected and wherein the movement of each of the output shafts (80) of the first actuators controls the movement of the associated cooling air control valve (82) to allow the cooling air to flow to the Radzwischenraum (68). 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Kühlluftsteuerventil (82) einen drehbaren Ventilring (102) aufweist, der im Zwischenboden (66) angeordnet ist, wobei die Kühlluft dem Zwischenboden (66) bereitgestellt wird, in dem der drehbare Ventilring (102) angeordnet ist. 10. The apparatus of claim 1, wherein the cooling air control valve (82) comprises a rotatable valve ring (102) disposed in the intermediate floor (66), wherein the cooling air is provided to the intermediate bottom (66), in which the rotatable valve ring (102). is arranged.
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