DD152167A1

DD152167A1 - METHOD FOR STARTING INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: DD152167A1
Application number: DD22286280A
Authority: DD
Inventors: Manfred Schaab
Original assignee: Manfred Schaab
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1981-11-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Starten von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Gasturbinenanlagen. Dabei steht das Ziel, die Nachteile der bekannten Anfahrvorrichtungen zu vermeiden und insbesondere den Nutzungsbereich und damit die Einsatzzeit der Anfahreinrichtung zu erhoehen. Aufgabe ist es, ein Anfahrverfahren zu schaffen, welches ermoeglicht, die Anfahreinrichtung auch nach dem Anfahrprozess weiter zu nutzen. Das wird dadurch erreicht, dass durch die mittels eines fremdangetriebenen Zusatzverdichters gefoerderte atmosphaerische Luft die Brennkammer d. zu startenden Anlage gezuendet und das erhitzte Arbeitsmedium in der Turbine unter Abgabe von Nutzleistung zum Hochfahren der Anlage bis ueber die Freilaufdrehzahl entspannt wird.The invention relates to a method for starting internal combustion engines, in particular of gas turbine plants. The aim is to avoid the disadvantages of the known starting devices and in particular to increase the range of use and thus the operating time of the starting device. The task is to create a starting method which makes it possible to continue to use the starting device after the start-up process. This is achieved by the fact that by means of an externally driven auxiliary compressor gefoerderte atmospheric air, the combustion chamber d. to be started plant to be started and the heated working fluid in the turbine under release of net power to start the system is relaxed to about the freewheeling speed.

Description

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Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zum Starten von BrennkraftmaschinenMethod for starting internal combustion engines

.Anwendungsgebiet der Erfindung.Automation of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Gasturbinenanlagen.The invention relates to a method for starting internal combustion engines, in particular of gas turbine plants.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Gasturbinenanlagen müssen mit Fremdenergie gestartet werden. Erst ab einer bestimmten Drehzahl des Turbosatzes ist die Turbinenleistung größer als die Verdichterleistung, und die Anlage kann den weiteren Anfahrprozeß aus eigener Kraft fortsetzen.Characteristic of the known technical solutions Gas turbine plants must be started with external energy. Only at a certain speed of the turbo set, the turbine power is greater than the compressor power, and the system can continue the further starting process on its own.

Als Anfahreinrichtungen werden direkt mit dem Turbosatz gekuppelte Aggregate eingesetzt, z. B» Dieselmotoren, Kleingasturbinen, Entspannungsturbinen, Elektromotoren u.a.As starting devices directly coupled with the turbo set units are used, eg. B »Diesel engines, small gas turbines, expansion turbines, electric motors, etc.

Anfahreinrichtungen mit Dieselmotoren sind komplizierte .und kostenaufwendige Systeme. Es sind z.B. zusätzliche Brennstoffsysteme erforderlich, da in der Kegel hochwertigere Brennstoffe eingesetzt werden müssen, als in der anzutreibenden Anlage. Sie müssen ebenfalls frenidgestartet werden. Hierfür ist ein Elektromotor mit Startbatterie erforderlich. Infolge ihres komplizierten Aufbaues haben sie eine niedrigere Verfügbarkeit als andereDiesel engine starting devices are complicated and costly systems. They are e.g. additional fuel systems are required, as in the cone higher quality fuels must be used, as in the system to be driven. You must also be frenidgestartet. For this purpose, an electric motor with starter battery is required. Due to their complicated structure, they have a lower availability than others

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Anfahreinrichtungen und erfordern einen höheren Bedienungs- und Wartungsaufwand. Sie sind deshalb als Anfahreinfichtungen wenig verbreitet. ' , * Einfach im Aufbau und wartungsfreundlich sind Entspannungsturbinen, 'die auf Grund ihrer günstigen Momentencharakteristik gut zum Starten von Gasturbinenanlagen geeignet sind* Ihr Einsatz ist aber an das Vorhandensein eines geeigneten Arbeitsmediums, z.B₀ Wasserdampf, Heißluft o.a., gebunden. Sie finden deshalb nur begrenzte Verwendung.Starting devices and require a higher operating and maintenance costs. They are therefore not widely used as Anfindesteinrichungen. 'Simple construction and maintenance-friendly are expansion turbines', which are well-suited for starting gas turbine systems due to their favorable torque characteristics * Their use is, however, bound to the presence of a suitable working medium, eg ₀ water vapor, hot air or similar. You will therefore find limited use.

Eine hinsichtlich Energiebereitstellung einfache Lösung stellt der Elektromotor dar. Elektroenergie steht ohne größeren Aufwand ständig zur Verfugung» Das Anfahren des Motors unter Maximallast erfordert aber noch zusätzliche Aufv/endungen.'Eine Möglichkeit besteht im Einsatz eines Asynchron-Schleifringmotors, der mit dem doppelten Nennmoment vom Stillstand bis zur Abschaltdrehzahl des Motors gefahren werden kann. Dieser Motortyp erfordert aber einen verstellbaren Widerstand im Läuferkreis, einen sogenannten Flüssigkeitsanlasser. Diese Einrichtung verkompliziert die Anlage und erhöht die Kosten. Außerdem wird ungefähr die Hälfte der zugeführten Elektroenergie im Flüssigkeitsanlasser in Y/ärme umgesetzt und geht nutzlos verloren. Deshalb ist zusätzlich noch eine Kühleinrichtung erforderlich. The electric motor is a simple solution in terms of energy supply. Electrical energy is readily available without much effort. "However, starting the motor under maximum load requires additional power." One option is to use an asynchronous slip ring motor with twice the nominal torque of Standstill can be driven to the shutdown speed of the engine. However, this type of motor requires an adjustable resistance in the rotor circuit, a so-called fluid starter. This facility complicates the facility and increases costs. In addition, about half of the supplied electric power in the liquid starter is converted to Y / poor and is lost useless. Therefore, a cooling device is additionally required.

Eine andere Möglichkeit besteht im Einsatz eines Synchronmotors, der aber nicht mit Maximallast angefahren werden kann. Es ist deshalb erforderlich, -zwischen Motor und Turbosatz eine hydraulische Kupplung oder zweckmäßigerweise einen hydraulischen Y/andler zu setzen, der erst nach dem Leerhochlauf des Motors mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt wird und dann die Momentenübertragung vom Motor zum Tür- , bosatz ermöglicht. Dieser Wandler stellt ebenfalls eine aufwendige Einrichtung dar, die ein zusätzliches Hydrauliksystem mit Pumpe, Kühler, Steuerimg usw. erfordert und zu einer Verlängerung des Turbosatzes führt. AußerdemAnother possibility is the use of a synchronous motor, which can not be approached with maximum load. It is therefore necessary, between the engine and turbo set to set a hydraulic clutch or conveniently a hydraulic Y / andler, which is filled only after the idle running of the engine with working fluid and then allows the torque transmission from the engine to the door, bosatz. This converter is also a complex device that requires an additional hydraulic system with pump, radiator, Steuerimg, etc. and leads to an extension of the turbo set. also

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müssen die momentübertragenden Anschlüsse des Wandlers am Motor und dem Turbosatz über Verzahnungs- oder andere elastische Kupplungen erfolgen, um einen störungsfreien Betrieb der im Vergleich zu den Gleitlagern des Motors und •des Turbosatzes empfindlicheren Wälzlager zu gewährleisten.the torque transmitting connections of the converter to the engine and to the turbo set shall be made by means of splines or other flexible couplings to ensure troublefree operation of the more sensitive rolling bearings compared to the plain bearings of the engine and the turbo set.

Mit der Entwicklung leistungsstarker Thyristoren sind auch Frequenzumwandler darstellbar, die es ermöglichen, den Elektrogenerator im Motorbetrieb aus dem Stillstand hochzufahren. Solche Systeme sind aber kompliziert und kostenaufwendig und v/erden selten eingesetzt.With the development of high-performance thyristors frequency converters are also presentable, which make it possible to start the electric generator in motor operation from a standstill. However, such systems are complicated and costly and rarely used.

Ein großer Nachteil aller beschriebenen Anfahreinrichtungen besteht darin, daß sie nur kurzzeitig, d_e h. nur zum Anfahren .der Gasturbinenanlage genutzt werden können und im Lastbetrieb keine Verwendung finden. Dieser Umstand gewinnt besonders bei Mittel- bzw. Grundlastanlagen an Bedeutung.A major disadvantage of all described starting devices is that they only briefly, d _e h. can only be used to start .der gas turbine plant and find no use in load operation. This circumstance is becoming more and more important, especially for medium and base load systems.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung hat zum Ziel, die Nachteile der bekannten Anfahrvorrichtungen zu vermeiden und insbesondere den Nutzung sb er eich und damit die Einsatzzeit der /infahreinrichtung zu erhöhen.The invention aims to avoid the disadvantages of the known starting devices and in particular the use sb he eich and thus increase the service life of the / infuser.

Darlegung des Y/esens der ErfindungExplanation of the invention of the invention

Der^Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Anfahrverfahren zu schaffen, welches ermöglicht, die Anfahreinrichtung auch nach dem Anfahrprozeß weiterzunutzen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß durch die mittels eines fremdangetriebenen Zusatzverdichters geförderte atmosphärische Luft die Brennkammer der zu startenden Anlage gezündet und das erhitzte Arbeitsmedium in der Turbine unter Abgabe von Nutzleistung zum Hochfahren der Brennkraftmaschine bis über die Freiluftdrehzahl entspannt wird.The ^ invention is therefore the object of the invention to provide a starting method, which makes it possible to continue to use the starting device after the start-up process. According to the invention the object is achieved in that by the promoted by means of a foreign-driven auxiliary compressor atmospheric air ignited the combustion chamber of the system to be started and the heated working fluid is released in the turbine under output of power to start the engine to above the outdoor speed.

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Auch ist es mit diesem Zusatzverdichteraggregat möglich, mehrere Anlagen hintereinander oder gleichzeitig anzufahren, . Außerdem ergibt,sich die vorteilhafte Möglichkeit, dieses,. Aggregat nach dem abgeschlossenen Anfahrprozeß weiter zu nutzen. Der Zusatzverdichter fährt nunmehr gemäß v/eiterer Mer!anale der Erfindung die nächste Anlage hoch oder die von ihm geförderte Druckluft wird für andere kraftwerkstechnische Zwecke genutzt, so z« B* zur Brennstoffaufbereitung (Trocknen oder Vergasen fester Brennstoffe) oder zwecks Verbesserung des Verbrennungsprozesses zur pneumatischen Zerstäubung flüssiger Brennstoffe, .Also, it is possible with this auxiliary compressor unit, several systems in a row or simultaneously approach,. In addition, the advantageous possibility of this ,. Unit to continue to use after the completed startup process. According to the invention, the auxiliary compressor drives the next system up or the compressed air conveyed by it is used for other power engineering purposes, eg for fuel preparation (drying or gasification of solid fuels) or for the purpose of improving the combustion process pneumatic atomization of liquid fuels,.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Zusatzverdichter für den weiteren Betrieb der Gasturbinenanlage genutzt. Die von ihm geförderte Luft kann hinter dem Kreislauf verdichter oder in Zwischenstufen, was sich an den Abblasestellen konstruktiv einfach verwirklichen läßt, dem GT~Pxozeß zugeführt werden. Diese Maßnahme führt zu einer beträchtlichen Steigerung der Anlagenleistung, die direkt proportional dem Luftdurchsatz ist. Dieses Verfahren ist besonders interessant bei Grenzleistungsverdichtem, die bei vorgegebener Turbineneintrittstemperatur eine weitere Leistungserhöhung der Anlage zulassen. Da die maximale Fördermenge eines Verdichters festigkeitsmäßig und strömungstechnisch durch die ersten Stufen begrenzt wird, tritt bereits bei Einspeisung von Fremdluft in .Zwischenstufen des Verdichters eine Effektivitatserhöhung des Verdichtungsprozesses ein. Die ersten grenzbelasteten Stufen laufen im optimalen Auslegungsbereich, Die letzten Stufen, in denen gewöhnlich infolge sinkender Schaufellängen die wirkungsgradmindernden Eandeinflüsse steigen, ar~ beiten unter günstigeren Bedingungen, da mit der Durchsatzerhöhung auch die Schaufeln langer werden und die Handeinflüsse relativ sinken,According to a further feature of the invention, the additional compressor is used for the further operation of the gas turbine plant. The promoted by him air can be fed to the GT ~ Pxozess behind the circuit or in intermediate stages, which can be realized structurally simple at the Abblasestellen. This measure leads to a significant increase in plant performance, which is directly proportional to the air flow. This method is particularly interesting in Grenzleistungsverdichtem that allow for a given turbine inlet temperature, a further increase in capacity of the system. Since the maximum flow rate of a compressor is limited in terms of strength and flow by the first stages, occurs already at supply of external air in .Zwischenstufen the compressor an Effektivitatserhöhung the compression process. The last stages, which are subject to margins, run in the optimal design range. The last stages, where the efficiency-decreasing Eand influences usually increase as a result of decreasing blade lengths, work under more favorable conditions, since with the increase in throughput the blades also become longer and the hand influences decrease relatively,

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Ausfuhr ungsbeispielExport example

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel -näher erläuterte The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment

In der Zeichnung ist eine Gasturbinenanlage mit Zusatzverdichter gemäß der Erfindung an einem Schalt schema dargestellt.In the drawing, a gas turbine plant with additional compressor according to the invention is shown on a circuit diagram.

Die anzutreibende Anlage ist in einfacher Schaltung mit Kreislaufverdichter 1, Brennkammer 2, Turbine 3 und Elektrogenerator 4 dargestellt* Der Zusatzverdichter 5 wird mit einem Elektromotor 6 angetrieben, dessen Leistung selbst im Falle großer erforderlicher Anfahrleistung in einem Bereich liegt, wo ein Selbstanlauf des Motors noch möglich.ist. Verkomplizierende Einrichtungen, wie hydraulischer Wandler oder Plüssigkeitsanlasser sind deshalb nicht erforderlich.The system to be driven is shown in a simple circuit with cycle compressor 1, combustion chamber 2, turbine 3 and electric generator 4 * The auxiliary compressor 5 is driven by an electric motor 6, the power is even in the case of large required starting power in an area where a self-starting the engine still is possible. Complicating devices, such as hydraulic transducers or hydraulic actuators, are therefore not required.

Die vom Zusatzverdichter 5 geförderte luft gelangt in die Brennkammer 2, in der durch Verbrennung von Kraftstoff die Enthalpie des Arbeitsmediums erhöht wird. Der Luftdurchsatz des Zusatzverdichters 5 ist so bemessen, daß die Brennkammer 2 mit niedrigem Zündsprung gezündet und die zu startende Anlage unter Beachtung des zulässigen Temperaturgradienten zügig hochgefahren werden kann. Um ein unzulässiges Rückströmen des Arbeitsmediums durch den Kreislaufverdichter 1 zu vermeiden, kann gegebenenfalls eine Rückschlagklappe 7 vorgesehen werden, die sich bei Erreichen des Brennkammerdruckes durch den Kreislaufverdichter 1 öffnet. Zur Verringerung der Anfahrleistung wird bekanntermaßen die vom Kreislauf verdichter geförderte Luft über das Abblaseventil 8 abgeblasen. Wach Erreichen der Freilaufdrehzahl wird das Absperrventil 9 und das Abblaseventil 8 geschlossen» Danach schließt sich die Rückschlagklappe 10. 'The subsidized by the additional compressor 5 air enters the combustion chamber 2, in which the enthalpy of the working medium is increased by combustion of fuel. The air flow rate of the additional compressor 5 is so dimensioned that the combustion chamber 2 ignited with low Zündsprung and the system to be started can be quickly raised under consideration of the allowable temperature gradient. In order to avoid an unacceptable backflow of the working medium through the cycle compressor 1, a non-return valve 7 may optionally be provided which opens when the combustion chamber pressure is reached by the cycle compressor 1. To reduce the starting power is known to blow off the compressed air from the circuit via the blow-off valve 8. Wach reaching the freewheeling speed, the shut-off valve 9 and the blow-off valve 8 is closed »Thereafter, the check valve closes 10. '

Ein großer Vorteil dieser vorgeachlagenen Anfahreinrieb-¹ tuiig ist es, daß der Zusatzverdichter 5 unabhängig von zu startendem Turbosatz an einer zweckmäßigen Stelle angeordnet "werden kann.A great advantage of this vorgleglagenen Anfahreinrieb- ¹ tuiig is that the auxiliary compressor 5 can be arranged independently of starting turbo set at a convenient location.

Claims

in action

1. A method for starting internal combustion engines, in particular of gas turbine plants, characterized in that by the means of a foreign-driven auxiliary compressor (5) promoted atmospheric air ignited the combustion chamber (2) of the system to be started and the heated working fluid in the turbine (3) under delivery From Hutzleistung to start up the system is relaxed over the freewheeling speed.

2. Method according to item 1 ,. characterized in that with "the additional compressor (5) several systems in succession or simultaneously approached v / ground.

3. The method according to item 1, characterized in that outside of the short time very short start-up processes by the additional compressor (5) promoted air for other power engineering purposes, eg, for

, Fuel treatment (drying or gasification of solid fuels) or for pneumatic atomization · liquid fuels can be used »

4 * Method according to item 1, characterized in that the additional compressor (5) is used after the start-up process such that the air it is supplied in order to increase the performance of the system in intermediate stages of the KreislaufVerdichters (1) or behind it is fed to the gas turbine process.

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