DE102006024968A1

DE102006024968A1 - Gasturbine, Verfahren zum Steuern der Luftzufuhr und Computerprogrammprodukt zum Steuern der Luftzufuhr

Info

Publication number: DE102006024968A1
Application number: DE102006024968A
Authority: DE
Inventors: Yoichi Takasago Iwasaki; Yoshifumi Takasago Iwasaki; Shinichi Takasago Yoshioka
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: US7987660B2; US20060277915A1; DE102006024968B4; US8087251B2; US20110154826A1; US8578715B2; US20110154828A1

Abstract

Die Erfindung stellt eine Gasturbine (1; 1a) bereit, die einen Energieverbrauch verringern kann, während sie eine so genannte Katzbuckelerscheinung ("cat back phenomenon") beseitigt. Die Gasturbine (1; 1a) umfasst eine Brennkammer-Aufnahmekammer (5) zur Aufnahme einer Brennkammer (4), welche Brennstoff und durch einen Kompressor (3) komprimierte Luft verbrennt, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, und das Verbrennungsgas in eine Turbine (7) einspritzt. Die Gasturbine (1; 1a) umfasst auch einen ersten Luftzuführdurchgang (11) und einen zweiten Luftzuführdurchgang (12) an einem oberen Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung. Der erste Luftzuführdurchgang (11) trägt Luft zu dem Kompressor (3) in der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) aus. Der zweite Luftzuführdurchgang (12) trägt Luft in einer Richtung aus, die sich von derjenigen des ersten Luftzuführdurchgangs (11) unterscheidet.

Description

Die Erfindung beansprucht Prioritätsrechte aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-171454, eingereicht am 10. Juni 2005, und aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-171455, zum selben Datum eingereicht, wobei der gesamte Inhalt dieser Anmeldungen in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine, ein Verfahren zum Steuern der Luftzufuhr und ein Computerprogrammprodukt zum Steuern der Luftzufuhr.

Die Gasturbine wird durch Einspritzen von durch eine Brennkammer erzeugtem Hochtemperaturgas in eine Turbine betrieben. Nach dem Betriebsstopp der Gasturbine verbleibt das Hochtemperaturgas in einer Brennkammer-Aufnahmekammer, in der die Brennkammer untergebracht ist, und es wird eine Temperaturdifferenz in einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte der Brennkammer-Aufnahmekammer erzeugt. Eine Oberseite der Brennkammer-Aufnahmekammer mit hoher Temperatur expandiert und eine Unterseite der Brennkammer-Aufnahmekammer mit niedriger Temperatur kontrahiert sich relativ. Daher wird die Brennkammer-Aufnahmekammer verformt und es kommt zu einer sogenannten "Katzbuckelerscheinung" ("cat back phenomenon"). Um diese Katzbuckelerscheinung auszuschalten, offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2004-218569 in ihrem Absatz 0004 eine Technik (nachstehend abgekürzt als Spin- bzw. Umlaufkühlung bezeichnet), bei der der Temperaturunterschied in einer Brennkammer-Aufnahmekammer 5 verringert wird, eine Turbinenschaufel nach dem Betriebsstopp der Gasturbine gedreht wird, um einen Luftstrom in der Brennkammer-Aufnahmekammer zu erzeugen, und die Temperaturverteilung in der Brennkammer-Aufnahmekammer verringert wird.

Gemäß der in der obigen japanischen Patentanmeldung offenbarten Technik ist jedoch Energie zum Drehen der Turbinenschaufel nach dem Betriebsstopp der Gasturbine notwendig, und es besteht ein Problem, dass der Energieverbrauch hierfür hoch ist. Die obige japanische Patentanmeldung offenbart auch eine Technik zum Weiterströmenlassen von Spülluft in die Brennkammer-Aufnahmekammer, diese Technik erfordert aber ein kontinuierliches Strömen der Spülluft über eine lange Zeit, und diese Technik ist hinsichtlich der Minderung des Energieverbrauchs verbesserungsfähig.

Die Erfindung wurde zur Lösung der obigen Probleme getätigt. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasturbine, ein Verfahren zum Steuern der Luftzufuhr und ein Computerprogrammprodukt zum Steuern der Luftzufuhr bereitzustellen, die in der Lage sind, den Energieverbrauch zu verringern, während eine sog. „Katzbuckelerscheinung" beseitigt wird.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Gasturbine eine Brennkammer-Aufnahmekammer zum Unterbringen einer Brennkammer, welche Brennstoff und von einem Kompressor komprimierte Luft verbrennt, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, und das Verbrennungsgas in eine Turbine einspritzt, erste Luftzuführmittel, die an einem oberen Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer in einer vertikalen Richtung zum Austragen von Luft zu dem Kompressor in der Brennkammer-Aufnahmekammer vorgesehen sind, und zweite Luftzuführmittel, die an dem oberen Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer in einer vertikalen Richtung zum Austragen von Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer in einer unterschiedlichen Richtung zu der des ersten Luftzuführmittels vorgesehen sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Gasturbine eine Brennkammer-Aufnahmekammer zum Unterbringen einer Brennkammer, welche Brennstoff und von einem Kompressor komprimierte Luft zum Erzeugen von Verbrennungsgas verbrennt und das Verbrennungsgas in eine Turbine einspritzt, sowie ein Luftschicht-Bildungsmittel, das an der Innenwandfläche der Brennkammer-Aufnahmekammer auf der Seite ihres oberen Abschnitts in der Vertikalrichtung vorgesehen ist, um Luft entlang einer Innenwandfläche der Oberseite der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung auszutragen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern einer Luftzufuhr in eine Brennkammer-Aufnahmekammer, in die eine Brennkammer aufgenommen ist, nachdem der Betrieb einer Gasturbine angehalten wurde, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln einer Temperatur eines oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in einer Vertikalrichtung und einer Temperatur eines unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung, Ermitteln einer Differenz zwischen der Temperatur des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung und der Temperatur des unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung, Einstellen einer in die Brennkammer-Aufnahmekammer auszutragenden Luftmenge derart, dass der Unterschied zwischen der Temperatur des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung und der Temperatur des unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung in einen vorbestimmten Bereich fällt, und Austragen von Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer mit der eingestellten Strömungsrate.

Gemäß einem noch anderen Aspekt der Erfindung bezieht sich die Erfindung auf ein Computerprogrammprodukt zum Steuern der Luftzufuhr mit einem computerlesbaren Medium mit programmierten Befehlen zum Zuführen von Luft in eine Brennkammer-Aufnahmekammer, in der eine Brennkammer aufgenommen ist, nachdem der Betrieb einer Gasturbine angehalten wurde, wobei die Befehle, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer folgendes ausführen lassen: Ermitteln einer Temperatur eines oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in einer Vertikalrichtung und einer Temperatur eines unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung, Ermitteln einer Differenz zwischen der Temperatur des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung und der Temperatur des unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung, Einstellen einer in die Brennkammer-Aufnahmekammer auszutragenden Luftmenge derart, dass der Unterschied zwischen der Temperatur des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung und der Temperatur des unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung in einen vorbestimmten Bereich fällt, und Austragen von Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer mit der eingestellten Strömungsrate.

Gemäß der Gasturbine, dem Verfahren zum Steuern der Luftzufuhr und dem Computerprogrammprodukt zum Steuern der Luftzufuhr kann der Energieverbrauch verringert werden, während die Katzbuckelerscheinung beseitigt wird.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erläuternde Ansicht einer Gasturbine,
2 ein erläuternde Ansicht einer sogenannten Katzbuckel-Erscheinung,
3 eine Teil-Schnittansicht eines Brennkammer-Aufnahmekammerabschnitts der Gasturbine gemäß einer ersten Ausführungsform,
4 eine erläuternde Ansicht eines Inneren einer Brennkammer-Aufnahmekammer, aus einer Richtung eines Pfeils D in 3 betrachtet,
5 eine Teil-Schnittansicht eines Brennkammer-Aufnahmekammerabschnitts einer Gasturbine gemäß einer zweiten Ausführungsform,
6 eine erläuternde Ansicht eines Inneren einer Brennkammer-Aufnahmekammer, aus einer Richtung des Pfeils D in 5 betrachtet,
7A eine erläuternde Ansicht, die Luftschicht-Bildungsmittel der Gasturbine der zweiten Ausführungsform zeigt, und
7B eine erläuternde Ansicht, die die Luftschicht-Bildungsmittel der Gasturbine gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt,
8 eine erläuternde Ansicht der Luftschicht-Bildungsmittel gemäß der zweiten Ausführungsform, von der Innenseite der Brennkammer-Aufnahmekammer der Gasturbine betrachtet,
9 ein Konzeptdiagramm eines Beispiels eines Luftzuführsystems,
10 ein Konzeptdiagramm eines weiteren Beispiel des Luftzuführsystems, und
11 ein Ablaufdiagramm, das die Prozedur eines Verfahrens zum Steuern der Luftzufuhr gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
Die Erfindung wird im folgenden detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die besten Arten (nachstehend Ausführungsformen) zum Ausführen der Erfindung beschränkt. Bestandteile in den folgenden Ausführungsformen umfassen diejenigen, die einfach durch einen Fachmann erstellt werden können, und diejenigen, die im wesentlichen gleich sind.
Erste Ausführungsform
Die erste Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass Luft von einem ersten Luftzuführmittel ausgetragen wird, das an einem oberen Abschnitt einer Brennkammer-Aufnahmekammer einer Gasturbine in der Vertikalrichtung vorgesehen ist, zu einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Kompressor ausgetragen wird, und Luft von einem Luftzuführmittel, das an einem oberen Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung vorgesehen ist, in eine sich von dem ersten Luftzuführmittel unterscheidenden Richtung ausgetragen wird.
1 ist eine erläuternde Ansicht der Gasturbine. Die Gasturbine 1 ist horizontal angeordnet. Das heißt, in der Gasturbine 1 sind eine Rotorwelle 9, an der eine Rotorscheibe und eine Laufschaufel angebracht sind, in der Vertikalrichtung angeordnet, das heißt senkrecht zu einer Schwerkrafteinwirkungsrichtung (Richtung des Pfeils G in 1), im wesentlichen im rechten Winkel. Von dem Lufteintritt 2 eingelassene Luft wird durch einen Kompressor 3 komprimiert und wird zu einer Hochtemperatur- und Hochdruck-Druckluft und wird einer in der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 angeordneten Brennkammer 4 zugeführt. In der Brennkammer 4 wird ein Gasbrennstoff, wie z.B. Erdgas oder ein flüssiger Brennstoff, wie zum Beispiel Leichtöl, in die Druckluft geleitet und verbrannt, wodurch ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas erzeugt wird. Das Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas wird in eine Brennkammer-Endrohrabdeckung (combustor tail covert) 6 eingeleitet und in die Turbine 7 eingespritzt.
2 ist eine erläuternde Ansicht zur Darstellung einer sogenannten Katzbuckelerscheinung. In 2 bezeichnen die Bezugssymbole Z_c1 und Z_c2 Mittelachsen, wobei Z_c1 ist die Mittelachse während des Betriebs der Gasturbine 1 ist und Z_c2 die Mittelachse nach dem Betrieb der Gasturbine 1 ist. Während des Betriebs der Gasturbine 1 ist eine Temperaturverteilung des Gehäuses 1C der Gasturbine 1 aufgrund der Umdrehungen des Kompressors 3 und der Turbine 7 relativ gering. Falls der Betrieb der Gasturbine 1 beendet wird, werden die Umdrehungen des Kompressors 3 und der Turbine 7 angehalten. Infolgedessen wird Hochtemperaturgas an einem oberen Abschnitt U der Gasturbine 1 in der Vertikalrichtung konzentriert und ein Gas relativ niedriger Temperatur wird an einem unteren Abschnitt L der Gasturbine 1 konzentriert. Hierbei wird die Länge des Gehäuses 1C in dem oberen Abschnitt U in der Vertikalrichtung im Verhältnis zu dem unteren Abschnitt L in der Vertikalrichtung verlängert, und der obere Abschnitt U des Gehäuses 1C verwirft sich in der Vertikalrichtung, um die Form eines Katzbuckels anzunehmen. Dies wird als Katzbuckelerscheinung bezeichnet.
Falls die Katzbuckelerscheinung auftritt, wird die Mittelachse Z_c2 des Gehäuses 1C nach dem Betrieb der Gasturbine 1 verkrümmt und in Bezug auf die Mittelachse Z_c1 des Gehäuses 1C während des Betriebs der Gasturbine 1 ausgelenkt. Die Mittelachse Z_c1 des Gehäuses 1C während des Betriebs der Gasturbine 1 ist im wesentlichen parallel zu Drehwelle der Gasturbine 1. Wenn nun die Katzbuckelerscheinung auftritt, besteht daher die gegenteilige Möglichkeit, dass die am Rotor angebrachte Laufschaufel und das Gehäuse 1C miteinander in Kontakt kommen. Hierbei verläuft die Vertikalrichtung in einer Richtung, in der die Schwerkraft einwirkt. Der obere Abschnitt U in der Vertikalrichtung befindet sich auf der entgegengesetzten Seite zu der Schwerkrafteinwirkungsrichtung G, und der untere Abschnitt L in der Vertikalrichtung befindet sich auf der Seite der Schwerkrafteinwirkungsrichtung. Nachstehend wird der obere Abschnitt in der Vertikalrichtung einfach als oberer Abschnitt bezeichnet, und der untere Abschnitt in der Vertikalrichtung wird einfach als unterer Abschnitt bezeichnet.
Um die Katzbuckelerscheinung zu unterdrücken bzw. zu beseitigen, wird bei der Gasturbine 1 der ersten Ausführungsform der folgende Aufbau angewandt. 3 ist eine Teilschnittansicht zur Darstellung eines Brennkammer-Aufnahmekammerabschnitts der Gasturbine gemäß der ersten Ausführungsform. 4 ist eine erläuternde Ansicht eines Innenraums einer Brennkammer-Aufnahmekammer, aus einer Richtung des Pfeils D in 3 betrachtet. Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, umfasst die Gasturbine 1 erste Luftzuführmittel (nachstehend als erster Luftzuführdurchgang bezeichnet) 11 zum Austragen von Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5, und zweite Luftzuführmittel (nachstehend als zweiter Luftzuführdurchgang bezeichnet) 12. Der erste Luftzuführdurchgang 11 und der zweite Luftzuführdurchgang 12 sind auf der Seite des oberen Abschnitts U der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 vorgesehen.
Wie in 3 gezeigt ist, ist eine Richtung (Durchgangs-Axialrichtung) des ersten Luftzuführdurchgangs 11 in Bezug auf die Rotorwelle 9 der Gasturbine 1 geneigt. Der erste Luftzuführdurchgang 11 ist von außen zum Inneren des Brennkammer-Aufnahmekammergehäuses 5C und zum Kompressor 3 hin ausgebildet. Eine Richtung (Durchgangs-Axialrichtung) des zweiten Luftzuführdurchgangs 12 ist senkrecht zu der Rotorwelle 9 der Gasturbine im wesentlichen im rechten Winkel ausgebildet. Wie in 4 gezeigt ist, sind die Richtungen der ersten und zweiten Luftzuführdurchgänge 11 und 12 auf eine Drehmittelachse Z der Rotorwelle 9 hin gerichtet (das heißt, eine Drehmittelachse der Turbine 7).
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, trägt der zweite Luftzuführdurchgang 12 Luft A zu dem unteren Abschnitt (das heißt, auf der Seite der Schwerkrafteinwirkungsrichtung) U der Brennkammer-Aufnahmekammer aus. Die Luft A vermengt sich mit Hochtemperaturluft, die auf der Seite des oberen Abschnitts U der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 verbleibt, wodurch eine in dem Brennkammer-Aufnahmekammergehäuse 5C entstehende Temperaturabweichung verringert wird. Dieser Effekt ist in einem Querschnitt besonders hoch, in dem der zweite Luftzuführdurchgang 12 vorgesehen ist.
Andererseits trägt der erste Luftzuführdurchgang 11 die Luft A zu der Brennkammer 4 und dem Kompressor 3 aus. Hierbei ist gemäß 4 in einem Querschnitt senkrecht zu der Drehmittelachse Z der Rotorwelle 9 der erste Luftzuführdurchgang 11 so angeordnet, dass der erste Luftzuführdurchgang 11 die Luft A in einen Zwischenraum zwischen den Brennkammern 4 austrägt. Hierbei passiert die von dem ersten Luftzuführdurchgang 11 in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5 ausgetragene Luft A zwischen den Brennkammern 4 und erreicht die Brennkammer-Aufnahmekammer-Innenwand (kompressorseitige Brennkammer-Aufnahmekammer-Innenwand) 5wc auf der Seite des Kompressors 3 der Brennkammer-Aufnahmekammer 5. Das heißt, eine Richtung, in der der erste Luftzuführdurchgang 11 Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5 austrägt, und eine Richtung, in der der zweite Luftzuführdurchgang 12 Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5 austrägt, unterscheiden sich voneinander.
Hierbei wird auf der Seite des oberen Abschnitts U der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 verbleibende Hochtemperaturluft bewegt bzw. verwirbelt, und Luft nahe der kompressorseitigen Brennkammer-Aufnahmekammer-Innenwand 5wc wird ebenfalls verwirbelt (Teil J in 3). Es ist möglich, eine Temperaturabweichung, die in dem Brennkammer-Aufnahmekammergehäuse 5C erzeugt wird, auch an einer von einem Querschnitt entfernten Stelle zu verringern, wo die ersten und zweiten Luftzuführdurchgänge 11 und 12 vorgesehen sind. Da die Temperaturabweichung über dem Brennkammer-Aufnahmekammergehäuse 5c verringert werden kann, ist es infolgedessen möglich, die Katzbuckelerscheinung mit geringer Energie wirksam zu unterdrücken.
Gemäß der Gasturbine 1 dieser Ausführungsform konnte in einem Querschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 auf der Seite des Kompressors 3 (mit dem Pfeil A in 3 gezeigter Querschnitt) der Temperaturunterschied (Unterschied zwischen oberen und unteren Temperaturen) zwischen dem oberen Abschnitt U und dem unteren Abschnitt L der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 um etwa 15°C im Vergleich zu der Umlaufkühlung bzw. Spin-Kühlung verringert werden. In einem Querschnitt (mit dem Pfeil B in 3 gezeigter Querschnitt) nahe einem Flansch der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 könnte die Temperaturdifferenz zwischen oben und unten um etwa 40°C im Vergleich mit der Umlaufkühlung verringert werden. In einem Querschnitt (mit dem Pfeil C in 3 gezeigter Querschnitt) auf der Seite der Turbine der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 konnte der Temperaturunterschied zwischen oben und unten um etwa 80°C im Vergleich zu der Umlaufkühlung verringert werden.
Bei dieser Ausführungsform umfasst die Brennkammer-Aufnahmekammer der Gasturbine das durch eine Schrägstellung zu der Kompressorseite hin gebildete erste Luftzuführmittel und das senkrecht zu der Rotorwelle der Gasturbine im wesentlichen unter rechten Winkeln ausgebildete zweite Luftzuführmittel. Hierbei kann eine Temperaturabweichung über dem gesamten Brennkammer-Aufnahmekammergehäuse ausgeschaltet werden, und damit kann die Katzbuckelerscheinung mit geringer Energie wirksam unterdrückt werden. Obwohl bei dieser Ausführungsform Luft von dem oberen Abschnitt in die Brennkammer-Aufnahmekammer ausgetragen wird, kann die Luft auch von der Seite des unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer ausgetragen werden, das heißt, der Seite des unteren Abschnitts der Brennkammer in die Brennkammer-Aufnahmekammer.
Zweite Ausführungsform
Die zweite Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Luftschicht-Bildungsmittel aufweist, um Luft entlang einer Innenwandfläche der Brennkammer-Aufnahmekammer strömen zu lassen. In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Bezugsziffern (Symbole) der gleichen Konfiguration wie bei der ersten Ausführungsform gegeben.
5 ist eine Teilschnittansicht zur Darstellung eines Brennkammer-Aufnahmekammerabschnitt einer Gasturbine gemäß einer zweiten Ausführungsform. 6 ist eine erläuternde Ansicht eines Inneren einer Brennkammer-Aufnahmekammer, aus einer Richtung des Pfeils D in 5 betrachtet.
Wie in 5 und 6 gezeigt ist, umfasst die Gasturbine 1a erste Luftzuführmittel (nachstehend der erste Luftzuführdurchgang) 11 zum Austragen von Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5, und zweite Luftzuführmittel (nachstehend der zweite Luftzuführdurchgang) 12. Der erste Luftzuführdurchgang 11 und der zweite Luftzuführdurchgang 12 sind auf der Seite des oberen Abschnitts U der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 vorgesehen. Wie in 5 gezeigt ist, ist der Durchgang (die Durchgangs-Axialrichtung) des ersten Luftzuführdurchgangs in Bezug auf die Rotorwelle 9 der Gasturbine 1a geneigt bzw. schräg gestellt. Der erste Luftzuführdurchgang 11 ist an dem Brennkammer-Aufnahmekammergehäuse 5C von außen nach innen zu dem Kompressor 3 hin ausgebildet.
Der Durchgang (die Durchgangs-Axialrichtung) des zweiten Luftzuführdurchgangs 12 ist senkrecht zu der Drehwelle 9 der Gasturbine 1a im wesentlichen unter rechten Winkeln ausgebildet. Wie in 4 gezeigt ist, sind die ersten und zweiten Luftzuführdurchgänge 11 und 12 derart ausgebildet, dass ihre Durchgänge (die Durchgangs-Axialrichtungen) zu der Drehmittelachse Z der Rotorwelle 9 hin gerichtet sind.
Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, ist ein erster Düsenblock 13, der ein Luftschicht-Bildungsmittel ist, an einem Abschnitt vorgesehen, an dem das erste Luftzuführmittel 11 in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5 mündet. Ein zweiter Düsenblock 14, der ein Luftschicht-Bildungsmittel ist, ist an einem Abschnitt vorgesehen, an dem der zweite Luftzuführdurchgang 12 in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5 mündet. Hierbei befindet sich der Abschnitt, an dem der erste Luftzuführdurchgang 11 in das Brennkammer-Aufnahmekammergehäuse 5 mündet, näher am Kompressor 3 als der Abschnitt, an dem der zweite Luftzuführdurchgang 12 in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5 mündet. Hierbei können der erste Düsenblock 13 und der zweiten Düsenblock 14 so angeordnet sein, dass sie in einer Richtung parallel zu der Rotorwelle 9 der Gasturbine 1a abgelenkt werden.
Infolgedessen strömt Luft A (Pfeil I in 5), die aus dem ersten und zweiten Düsenblock 13 bzw. 14 entlang der Innenwandfläche 5wt (Innenwandfläche der Brennkammer-Aufnahmekammer auf der Seite des oberen Abschnitts) der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 auf der Seite des oberen Abschnitts U strömt, in einem breiten Bereich der Innenwandfläche 5wt der Brennkammer-Aufnahmekammer auf der Seite des oberen Abschnitts. Infolgedessen kann die Temperaturverteilung der Brennkammer-Aufnahmekammer 5C reduziert werden, und die Katzbuckelerscheinung kann wirksamer ausgeschaltet werden.
Die 7A und 7B sind erläuternde Ansichten zur Darstellung des Luftschicht-Bildungsmittels der Gasturbine der zweiten Ausführungsform. 8 ist eine erläuternde Ansicht zur Darstellung des Luftschicht-Bildungsmittels, von dem Innenraum der Brennkammer-Aufnahmekammer der Gasturbine gemäß der zweiten Ausführungsform betrachtet. Ein oberer Abschnitt einer Lagenfläche von 8 befindet sich auf der Seite des Kompressors 3. Wie in den 7A und 8 gezeigt ist, ist der erste Düsenblock 13 im wesentlichen von napfartiger Struktur. Eine kompressorseitige Luftaustragsöffnung 13hc mündet am Außenumfang des ersten Düsenblocks 13 auf der Seite des Kompressors 3, und eine turbinenseitige Luftaustragsöffnung 13ht mündet in den Außenumfang des ersten Düsenblocks 13 auf der Seite der Turbine 7.
Der erste Düsenblock 13 ändert die Strömungsrichtung von durch den ersten Luftzuführdurchgang strömender Luft und trägt Luft auf der Seite des Kompressors 3 und der Turbine 7 entlang der Innenwandfläche 5wt des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer aus. Das heißt, die Luft A wird in einer Richtung parallel zu der Rotationsmittelachse der Turbine 7 ausgetragen. Der obere Abschnitt des Brennkammer-Aufnahmekammergehäuses 5C wird in einer Richtung zu der Rotationsmittelachse der Turbine relativ lang. Dadurch wird die Katzbuckelerscheinung erzeugt. Falls die Luft A in der Richtung parallel zu der Rotationsmittelachse der Turbine 7 ausgetragen wird, kann der Abschnitt, der relativ lang in Bezug auf den unteren Abschnitt des Brennkammer-Aufnahmekammergehäuses 5C wird, wirksam gekühlt werden, und damit kann die Katzbuckelerscheinung mit geringer Energie wirksam beseitigt werden.
Wie in den 7B und 8 gezeigt ist, ist der zweite Düsenblock 14 eine im wesentlichen napfartige Struktur. Der zweite Düsenblock 14 ist mit einer wandflächenseitigen Luftaustragsöffnung 14h ausgebildet. Die Strömungsrichtung von durch den zweiten Luftzuführdurchgang 12 strömender Luft A wird geändert, und die Luft A wird entlang der Innenwandfläche 5wt des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer ausgetragen.
Wie in den 7A und 7B gezeigt ist, sind die ersten und zweiten Düsenblöcke 13 und 14 mit Luftaustragsöffnungen 130 und 140 auf der Seite der Rotorwelle 9 der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 vorgesehen. In der zweiten Ausführungsform sind die Luftaustragsöffnungen 130 und 140 mit Stopfen 13p bzw. 14p geschlossen. Falls die Stopfen 13p und 14p abgenommen sind, können die ersten und zweiten Düsenblöcke 13 und 14 Luft zu der Rotorwelle 9 der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 ohne Ändern der Strömungsrichtung der von den ersten und zweiten Luftzuführdurchgängen 11 und 12 zugeführten Luft A austragen.
Bei diesem Aufbau kann gemäß der Gasturbine 1a der zweiten Ausführungsform die von den ersten und zweiten Luftzuführdurchgängen 11 und 12 zugeführte Luft A zum Strömen entlang der Innenwandfläche 5wt des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer durch die ersten und zweiten Düsenblöcke 13 und 14 gebracht werden (Pfeil I in 5, 7A und 7B). Hierbei kann die Wärmeleitfähigkeit an der Innenwandfläche des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer verbessert werden, und damit kann die Innenwandfläche 5wt des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer wirksamer gekühlt werden als bei der Gasturbine 1 (siehe 3 und dgl.) der ersten Ausführungsform. Hierbei kann die Katzbuckelerscheinung mit geringer Energie beseitigt werden.
Das heißt, wenn die gleiche Luftmenge wie die der Gasturbine 1 der ersten Ausführungsform strömt, kann der Temperaturunterschied zwischen dem oberen Abschnitt U und dem unteren Abschnitt L des Brennkammer-Aufnahmekammergehäuses 5C in kürzerer Zeit verringert werden. Um die gleiche Kühlwirkung zu erzielen wie die der Gasturbine 1 der ersten Ausführungsform, kann die von den ersten und zweiten Luftzuführdurchgängen 11 und 12 gelieferte Luftmenge geringer sein als bei der Gasturbine 1 der ersten Ausführungsform. Infolgedessen kann die Katzbuckelerscheinung mit geringerer Energie beseitigt werden. Zumindest der Stopfen 13P kann eliminiert werden, die Luftaustragsöffnung 130 zumindest des ersten Düsenblocks 13 kann geöffnet werden und Luft kann aus dem ersten Düsenblock 13 zu der Rotorwelle 9 der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 und zum Kompressor 3 hin ausgetragen werden. Falls eine Luftaustragsrate zwischen der kompressorseitigen Luftaustragsöffnung 13hc, der wandoberflächenseitigen Luftaustragsöffnung 14h und den Luftaustragsöffnungen 130 und 140 in geeigneter Weise eingestellt ist, ist es möglich, sowohl die Kühlwirkung der Innenwandfläche 5wt des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer als auch den Luftverwirbelungseffekt nahe der Innenwand 5wc der Brennkammer-Aufnahmekammer zu erzielen. Ferner kann der erste Düsenblock 13 nicht eingesetzt werden, die Luft A kann aus dem ersten Luftzuführdurchgang 11 zu dem Kompressor 3 in der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 ausgetragen werden, und Luft in der Umgebung der Innenwand 5wc der Brennkammer-Aufnahmekammer kann verwirbelt werden, und die Innenwandfläche 5wt des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer kann durch den zweiten Düsenblock 14 gekühlt werden. Auch dadurch kann die Temperaturverteilung der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 wirksam reduziert werden.
Gemäß der Gasturbine 1a dieser Ausführungsform konnte im Querschnitt auf der Seite des Kompressors 3 der Brennkammer-Aufnahmekammer (mit einem Pfeil A in 5 gezeigter Querschnitt) der Temperaturunterschied zwischen dem oberen Abschnitt U und dem unteren Abschnitt L der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 um etwa 10°C im Vergleich zum Umlaufkühlung verringert werden. In dem Querschnitt nahe dem Flansch der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 (mit einem Pfeil B in 5 gezeigter Querschnitt) konnte der Temperaturunterschied zwischen dem oberen Abschnitt U und dem unteren Abschnitt L um etwa 80°C im Vergleich zu der Umlaufkühlung verringert werden. In dem Querschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 auf der Seite der Turbine (mit einem Pfeil C in 5 gezeigter Querschnitt) konnte der Temperaturunterschied zwischen dem oberen Abschnitt U und dem unteren Abschnitt L um etwa 100°C im Vergleich zu der Umlaufkühlung verringert werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann Luft entlang der Innenwandfläche 5wt des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in dem Brennkammer-Aufnahmekammergehäuse strömen. Hierbei kann die Wärmeleitfähigkeit der Innenwandfläche 5wt des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer verbessert werden, und die Seite des oberen Abschnitts des Brennkammer-Aufnahmekammergehäuses kann wirksam gekühlt werden. Da die Katzbuckelerscheinung wirksamer unterdrückt werden kann, kann infolgedessen zur Zufuhr von Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer erforderliche Energie weiter verringert werden. In dieser Ausführungsform wird die Luft zwar von dem oberen Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer in die Brennkammer-Aufnahmekammer ausgetragen, die Luft kann aber auch von dem unteren Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer ausgetragen werden, das heißt, von dem unteren Abschnitt der Brennkammer in die Brennkammer-Aufnahmekammer.
Dritte Ausführungsform
In der dritten Ausführungsform wird die Steuerung der Luftzufuhr, nachdem der Betrieb der Gasturbine gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform angehalten wurde, erläutert. 9 ist ein Konzeptdiagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Luftzuführsystems. Bei diesem Luftzuführsystem wird eine in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5 der Gasturbine 1 oder 1a einzuleitende Luftmenge durch Einstellen einer von einem Lufteinleitmittel, wie z.B. einem Gebläse, einem Ventilator oder einem Kompressor ausgetragenen Austragungsluftmenge eingestellt.
In dem in 9 gezeigten Luftzuführsystem wird die Luft A durch ein von einem Motor 24 angetriebenes Gebläse 25 den ersten und zweiten Luftzuführdurchgängen 11 und 12 zugeführt. Die Luft A wird in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5 der Gasturbine 1 oder der Gasturbine 1a eingeleitet. Ein Luftreiniger 26 ist am Gebläse 25 angebracht, und es wird Luft A, aus der durch den Luftreiniger 26 Staub entfernt worden ist, von dem Gebläse 25 abgegeben.
Die von dem Gebläse 25 abgegebene Luft A wird in die ersten und zweiten Luftzuführdurchgänge 11 und 12 über ein Regelungsventil 27 und ein Intercept-Ventil 28 eingeleitet. Die Luft A wird in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5 aus den ersten und zweiten Luftzuführdurchgängen 11 und 12 ausgetragen. Eine Luftzufuhr-Steuervorrichtung 20 dieser Ausführungsform steuert den Motor 24, der das Gebläse 25 über eine Inverterschaltung 23 antreibt, wird durch die Strömungsrate von aus dem Gebläse 25 austretender Luft eingestellt wird.
Hier umfasst die Luftzufuhr-Steuervorrichtung 20 einen Verarbeitungsabschnitt 21 und einen Speicherabschnitt 22. Der Verarbeitungsabschnitt 21 umfasst einen Speicher und eine CPU. Der Verarbeitungsabschnitt 21 liest das Computerprogramm in einen in dem Verarbeitungsabschnitt 21 aufgenommenen Speicher und führt eine Berechnung basierend auf dem Computerprogrammprodukt des Luftzufuhrverfahrens und den Ermittelnen Daten der Ausführungsform durch. Der Verarbeitungsabschnitt 21 speichert hierbei einen numerischen Wert im Verlauf der Berechnung in dem Speicherabschnitt 22 und liest den gespeichert numerischen Wert aus und berechnet ihn. Der Verarbeitungsabschnitt 21 kann spezielle Hardware statt dem Computerprogrammprodukt einsetzen.
In dem Speicherabschnitt 22 wird das Computerprogramm des Luftzuführverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform und dgl. gespeichert. Der Speicherabschnitt 22 kann ein Festplattenlaufwerk, ein magneto-optisches Plattenlaufwerk, ein nicht-flüchtiger Speicher, wie z.B. ein Flash-Speicher (Nur-Lese-Speichermedium, wie z.B. eine CD-ROM) oder ein flüchtiger Speicher wie z.B. ein RAM (Random Access Memory) oder eine Kombination aus diesen sein.
Das Computerprogrammprodukt kann das Luftzuführverfahren der Ausführungsform durch eine Kombination mit einem in dem Computersystem aufgezeichneten Computerprogramm ausführen. Das Computerprogramm zum Ausführen der Funktion des Verarbeitungsabschnitts 21 kann in einem Speichermedium gespeichert sein, das von einem Computer gelesen werden kann, das in dem Speichermedium gespeicherte Programm kann von dem Computersystem gelesen werden, das Programm kann ausgeführt werden und das Luftzuführverfahren der Ausführungsform kann durchgeführt werden. Hierbei umfasst das hier erwähnte "Computersystem" ein OS (OS = Operating System = Betriebssystem) und Hardware wie Peripheriegeräte.
Die Strömungsrate der den ersten und zweiten Luftzuführdurchgängen 11 und 12 zugeführten Luft A wird durch das Regulierungsventil 27 gesteuert. Das Intercept-Ventil 28 ist immer geöffnet und wird geschlossen, wenn die den ersten und zweiten Luftzuführdurchgängen 11 und 12 zugeführte Luft A angehalten wird. Überflüssige Luft A in der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 wird über ein Drainageventil 29 in die Atmosphäre abgeführt. Das Regulierungsventil 27, das Intercept-Ventil 28 und das Drainageventil 29 werden durch die Luftzufuhr-Steuervorrichtung 20 der Ausführungsform gesteuert.
Die Luftzufuhr-Steuervorrichtung 20 umfasst den Verarbeitungsabschnitt 21 und den Speicherabschnitt 22. Ein Thermometer 40 des oberen Abschnitts, das an dem oberen Abschnitt U des Brennkammer-Aufnahmekammergehäuses 5C angebracht ist, ein Thermometer 41 des unteren Abschnitts, das an dem unteren Abschnitt L des Brennkammer-Aufnahmekammergehäuses 5C angebracht ist, sowie ein Drehzahlmesser 42 zum Messen der Triebwerkdrehzahl NE der Gasturbine 1 oder 1a sind mit dem Verarbeitungsabschnitt 21 verbunden. Das Computerprogramm zum Ausführen der Luftzufuhrsteuerung der Ausführungsform ist in dem Speicherabschnitt 22 gespeichert. Der Verarbeitungsabschnitt 21 steuert den Betrieb des Regulierungsventils 27 und dgl. und des Ausgangsventils der Inverterschaltung 23 basierend auf dem in dem Speicherabschnitt 22 gespeicherten Computerprogramm und auf von dem Thermometer 40 des oberen Abschnitts Ermittelner Information.
Als nächstes wird ein weiteres Beispiel des Luftzuführsystems erläutert. 10 ist ein Konzeptdiagramm zur Darstellung des weiteren Beispiels des Luftzuführsystems. Bei diesem Luftzuführsystem wird die in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5 der Gasturbine 1 oder 1a eingeleitete Luftmenge durch ein Luftmengen-Einstellmittel eingestellt, das zwischen der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 und dem Lufteinleitmittel, wie z.B. dem Gebläse, dem Ventilator oder dem Kompressor, vorgesehen ist. Gemäß dem in 10 gezeigten Luftzuführsystem wird die Luft A über das von dem Motor 24 angetriebene Gebläse 25 den ersten und zweiten Luftzuführdurchgängen 11 und 12 zugeführt. Anschließend wird die Luft A in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5 der Gasturbine 1 oder 1a eingeleitet.
Die aus dem Gebläse 25 ausgestoßene Luft A wird den ersten und zweiten Luftzuführdurchgängen 11 und 12 über ein Strömungsraten-Regelungsventil 31 und ein Intercept-Ventil 33 zugeführt. Dann wird die Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer 5 aus den ersten und zweiten Luftzuführdurchgängen 11 und 12 ausgetragen. Die Luftzufuhr-Steuervorrichtung 20 der Ausführungsform steuert den Öffnungsgrad des Strömungsraten-Regelungsventils 31, welches das Luftmengen-Einstellmittel ist, wodurch die aus dem Gebläse 25 ausgestoßene und der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 zugeführte Luftmenge eingestellt wird.
Das Strömungsraten-Regelungsventil 31 stellt den Druck der den ersten und zweiten Luftzuführdurchgängen 11 und 12 zugeführten Luft A ein. Das Intercept-Ventil 33 ist immer geöffnet und wird geschlossen, wenn die den ersten und zweiten Luftzuführdurchgängen 11 und 12 zuzuführende Luft A angehalten wird. Überschüssige Luft A in dem Brennkammer-Aufnahmekammergehäuse 5 wird über ein Drainageventil 32 in die Atmosphäre abgeführt. Der Verarbeitungsabschnitt 21 der Luftzufuhr-Steuervorrichtung 20 steuert den Betrieb des Strömungsraten-Regulierungsventils 31 und dgl., basierend auf dem in dem Speicherabschnitt 22 gespeicherten Computerprogramm und auf von dem Thermometer 40 des oberen Abschnitts und dgl. Ermittelner Information. Da der Aufbau der Luftzufuhr-Steuervorrichtung 20 wie der oben beschriebene ist, wird eine Erläuterung hiervon nicht wiederholt. Als nächstes wird ein Verfahren zum Steuern der Luftzufuhr einer dritten Ausführungsform erläutert.
11 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung der Prozedur eines Verfahrens zum Steuern der Luftzufuhr gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Dieses Verfahren zum Steuern der Luftzufuhr kann auf die Gasturbine 1 der ersten Ausführungsform, die Gasturbine 1a der zweiten Ausführungsform und auf das in den 9 und 10 erläuterte Luftzuführsystem der dritten Ausführungsform angewandt werden. Das Verfahren zum Steuern der Luftzufuhr wird ausgeführt, wenn der Betrieb der Gasturbine 1 oder 1a angehalten ist.
Wenn der Betrieb der Gasturbine 1 oder 1a angehalten ist bzw. wird, das heißt, wenn die Brennstoffzufuhr zu der Gasturbine 1 oder 1a angehalten wird und die Gasturbine 1 oder 1a keine Ausgangsleistung erzeugt, beginnt die Luftzufuhr-Steuervorrichtung 20 die Steuerung der Luftzufuhr der dritten Ausführungsform. Der Verarbeitungsabschnitt 21 der Luftzufuhr-Steuervorrichtung erhält die Triebwerkdrehzahl NE der Gasturbine 1 oder 1a von dem Drehzahlmesser 42 (Schritt S101). Hierbei erzeugt die Gasturbine 1 oder 1a keine Ausgangsleistung, die Rotorwelle 9 setzt jedoch ihre Drehung durch Trägheit während des Betriebs fort.
Der Verarbeitungsabschnitt 21 vergleicht die Ermittelne Triebwerkdrehzahl NE und eine vorbestimmte Luftzufuhr-Startdrehzahl NEc miteinander und bestimmt, ob NE ≤ NEc ist oder nicht (Schritt S102). Beispielsweise wird NEc auf etwa 100 U/min bis 200 U/min eingestellt. Falls NE > NEc ist (Schritt S102: nein), wird die Prozedur in einen Standby-Zustand gebracht, bis NE ≤ NEc wird. Falls NE ≤ NEc ist (Schritt S102: ja), startet der Verarbeitungsabschnitt 21 die Zufuhr von Luft in das Brennkammer-Aufnahmekammer 5 der Gasturbine 1 oder 1a (Schritt S103).
Wenn das in 9 gezeigte Luftzuführsystem verwendet wird, und falls NE ≤ NEc hergestellt ist, treibt der Verarbeitungsabschnitt 21 das Gebläse 25 an, öffnet das Regulierungsventil 27 und das Intercept-Ventil 28 und schließt das Drainageventil 29. Wenn auch das in 10 gezeigt Luftzuführsystem verwendet wird, treibt der Verarbeitungsabschnitt 21, wenn NE ≤ NEc hergestellt ist, das Gebläse 30 an, öffnet das Strömungsraten-Regelungsventil 31 und das Intercept-Ventil 33 und schließt das Drainageventil 32. Auch wenn irgendeines der Luftzuführsysteme verwendet wird, kann Luft in das Brennkammer-Aufnahmekammergehäuse 5 aus einem der ersten und zweiten Luftzuführdurchgänge 11 und 12 zugeführt werden.
Wenn in der Gasturbine die Drehzahl der Drehwelle verringert wird, nimmt der Temperaturunterschied zwischen dem oberen und unteren Abschnitt im Gehäuse abrupt zu, wenn aber dem Brennkammer-Aufnahmekammergehäuse 5 Luft zugeführt wird, bevor die Drehwelle 9 der Gasturbine 1 oder 1a vollständig angehalten ist bzw. wird, ist es möglich, den Temperaturunterschied zwischen dem oberen und unteren Abschnitt des Gehäuses auf einer frühen Stufe zu mindern. Hierbei ist es möglich, die Entstehung der Katzbuckelerscheinung wirksamer auszuschalten und die für die Luftzufuhr zu der Brennkammer-Aufnahmekammer erforderliche Energie weiter zu verringern.
Als nächstes erhält der Verarbeitungsabschnitt 21 von den oberen und unteren Thermometern 40 und 41 eine Temperatur T_U (Temperatur des oberen Abschnitts) in dem oberen Abschnitt U, und eine Temperatur T_L (Temperatur des unteren Abschnitts) in dem unteren Abschnitt L des Gehäuses der Gasturbine 1 oder 1a (Schritt S104). Als nächstes berechnet der Verarbeitungsabschnitt 21 einen Unterschied (Temperaturunterschied zwischen dem oberen und unteren Abschnitt) ΔT (= T_U – T_L) zwischen der Temperatur des oberen Abschnitts T_U und der Temperatur des unteren Abschnitts T_L und vergleicht diese mit einem vorbestimmten Bezugs-Temperaturunterschied ΔTc. Der vorbestimmte Bezugs-Temperaturunterschied ΔTc kann etwa 10°C bis 20°C betragen. Wenn ΔT ≥ ΔTc ist (Schritt S105: ja), erhöht der Verarbeitungsabschnitt 21 die der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 zuzuführende Luftmenge (Schritt S106). Der Verarbeitungsabschnitt 21 ändert (erhöht) die der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 zuzuführende Luftmenge, bis ΔT < ΔTc hergestellt ist. Die der Brennkammer- Aufnahmekammer 5 von dem ersten und/oder dem zweiten Luftzuführdurchgang 11 bzw. 12 zugeführte Luftmenge kann geändert werden (erhöht werden).
Da eine Rückkoppelungssteuerung derart durchgeführt wird, dass ein Unterschied zwischen der oberen und unteren Temperatur ΔT in einen vorbestimmten Bereich fällt (vorbestimmter Bezugs-Temperaturunterschied ΔTc), kann die Katzbuckelerscheinung ("cat back phenomenon") wirksam ausgeschaltet werden. Eine notwendige Luftzuführmenge wird infolge der Abweichung in der Betriebsumgebung, der Verringerung der Anfangstemperatur, wenn die Gasturbine angehalten wird, oder der Verringerung der Lufttemperatur in der Brennkammer-Aufnahmekammer variiert, gemäß diesem Steuerverfahren ist es jedoch möglich, die zur Beseitigung der Katzbuckelerscheinung erforderliche Luftzuführmenge sicherzustellen.
Infolgedessen ist es möglich, die Katzbuckelerscheinung zuverlässiger und rascher zu beseitigen und den Energieverbrauch, der für die Luftzufuhr zu der Brennkammer-Aufnahmekammer erforderlich ist, zu verringern. Eine überschüssige Luftzufuhr kann durch Zuführen ausreichender Luft für die Beseitigung der Katzbuckelerscheinung vermieden werden, und damit kann auch die für die Luftzufuhr erforderliche Energie verringert werden.
Wenn die der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 zugeführte Luftmenge erhöht wird, können sich die Luftzuführmengen des ersten Luftzuführdurchgangs und des zweiten Luftzuführdurchgangs 12 voneinander unterscheiden. Wenn eine Luftschicht nahe der Brennkammer-Aufnahmekammer-Innenwandfläche wie bei der Gasturbine 1a der zweiten Ausführungsform gebildet wird, können sich die Luftzuführmengen je nach der Richtung, in der die Luftschicht gebildet wird, unterscheiden. Hierbei können eine obere und eine untere Temperatur des Gehäuses auf der Seite des Kompressors 3 (A in 3 und 5), auf der Seite des mittleren Abschnitts (B in 3 und 5) und auf der Seite der Turbine 7 (C in 3 und 5) Ermitteln werden, und die Luftzuführmengen können basierend auf den Messergebnissen unterschiedlich eingestellt werden. Hierbei kann der Unterschied zwischen der oberen und unteren Temperatur Δt bei wirksamerer Nutzung der Luft rascher in den Bezugs-Temperaturunterschied ΔTc fallen.
Wenn ΔT < ΔTc ist (Schritt S105: nein), besteht eine Möglichkeit, dass auch dann, wenn die der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 zugeführte Luftmenge geringer ist, die obere und untere Temperaturdifferenz ΔT in den Bereich der Bezugs-Temperaturdifferenz ΔTc fällt. Daher stellt der Verarbeitungsabschnitt 21 die Inverterschaltung 23 (9) oder das Strömungsraten-Regelungsventil 31 (10) so ein, dass die Menge an der Brennkammer-Aufnahmekammer 5 zugeführter Luft verringert wird (Schritt S107). Hierbei kann die für die Luftzufuhr erforderliche Energie verringert werden. Der Schritt S107 kann dabei entfallen.
Als nächstes bestimmt der Verarbeitungsabschnitt 21, ob beide Ermittelnen Temperaturen des oberen Abschnitts T_U und des unteren Abschnitts T_L gleich oder geringer sind als die Temperatur Tm zur Zeit des Stopps (Schritt S108). Die Temperatur Tm kann auf Raumtemperatur + α°C eingestellt werden. Wenn mindestens eine, entweder die Temperatur T_U des oberen Abschnitts oder die Temperatur T_L des unteren Abschnitts höher ist als die Temperatur Tm (Schritt S108: nein) werden die Schritte S104 und S105 so lange wiederholt, bis sowohl die Temperatur T_U des oberen Abschnitts als auch die Temperatur des unteren Abschnitts T_L gleich oder geringer sind als die Temperatur Tm.
Wenn sowohl die Temperatur T_U als auch die Temperatur T_L des unteren Abschnitts gleich oder geringer sind als die Temperatur Tm (Schritt S108: ja), erhält der Verarbeitungsabschnitt 21 eine Lufttemperatur T_WU in der Brennkammer-Aufnahmekammer auf der Seite des oberen Abschnitts und eine Lufttemperatur T_WL in der Brennkammer-Aufnahmekammer auf der Seite des unteren Abschnitts (Schritt S109). Der Verarbeitungsabschnitt 21 bestimmt, ob T_WU und T_WL gleich oder niedriger sind als eine vorbestimmte Lufttemperatur Tma in der Brennkammer-Aufnahmekammer (Schritt S110). Wenn mindestens eine, entweder T_WU oder T_WL, höher ist als Tma (Schritt S110: nein), werden die Schritte S104 und S105 wiederholt, bis beide, T_WU und T_WL gleich oder niedriger werden als Tm. Falls sowohl T_WU als auch T_WL gleich oder niedriger werden als Tm (Schritt S110: ja), wird dieser Steuervorgang abgeschlossen.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Rückkoppelungssteuerung derart durchgeführt, dass der Temperaturunterschied zwischen dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt in dem Gehäuse der Gasturbine in den vorbestimmten Bereich fällt. Daher kann die Katzbuckelerscheinung wirksam ausgeschaltet werden. Auch wenn die notwendige Luftzuführmenge infolge der abweichenden Betriebsumgebung, einer Verringerung der Anfangstemperatur beim Anhalten der Gasturbine oder einer geringeren Lufttemperatur in der Brennkammer-Aufnahmekammer variiert, ist es möglich, die notwendige Luftzuführmenge sicherzustellen. Infolgedessen kann die Katzbuckelerscheinung zuverlässiger beseitigt werden und eine übermäßige Luftzufuhr kann vermieden werden. Somit kann auch die zur Luftzufuhr erforderliche Energie verringert werden. Da überschüssige Luft nicht zugeführt wird, kontrahiert der obere Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer in Bezug auf den unteren Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer nicht.
Wie oben erwähnt wurde, sind die Gasturbine, das Verfahren zum Steuern der Luftzufuhr und das Computerprogrammprodukt zum Steuern der Luftzufuhr gemäß der vorliegenden Erfindung beim Anhalten der Gasturbine wirksam, und sie sind besonders geeignet zum Verringern des Energieverbrauchs, während eine sogenannte Katzbuckelerscheinung ("cat back phenomenon") ausgeschaltet wird.
Gemäß der Gasturbine kann eine Temperaturabweichung über dem gesamten, die Brennkammer-Aufnahmekammer bildenden Gehäuse gemindert werden, und damit kann die Katzbuckelerscheinung wirksam mit geringer Energie beseitigt werden.
Wie bei der Erfindung ist es vorzuziehen, dass das zweite Luftzuführmittel Luft zu einem unteren Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung austrägt. Da hierbei Luft in der Brennkammer-Aufnahmekammer wirksamer verwirbelt werden kann, kann die Temperaturverteilung des Gehäuses, das die Brennkammer-Aufnahmekammer bildet, wirksamer verringert werden. Infolgedessen ist es möglich, die Katzbuckelerscheinung mit geringem Energieaufwand wirksam zu beseitigen.
Als Brennkammer werden mehrere Brennkammern vorgesehen, und das erste Luftzuführmittel trägt Luft in einen Raum zwischen den mehreren Brennkammern aus.
Hierbei wird in dem oberen Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer verweilende Hochtemperaturluft verwirbelt, und Luft in der Umgebung der Innenwand der Brennkammer-Aufnahmekammer auf der Seite des Kompressors wird ebenfalls verwirbelt. Infolgedessen kann eine Temperaturabweichung über dem gesamten, die Brennkammer-Aufnahmekammer bildenden Gehäuse verringert werden, und die Katzbuckelerscheinung kann mit geringer Energie wirksam beseitigt werden.
Wenn die Triebwerkdrehzahl der Gasturbine kleiner wird als eine vorbestimmte Drehzahl, nachdem der Betrieb der Gasturbine angehalten wurde, trägt mindestens eines der Luftzuführmittel das erste oder das zweite, Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer aus.
Wenn in der Gasturbine die Drehzahl der Rotorwelle verringert wird, steigt der Temperaturunterschied zwischen oben und unten in dem Gehäuse abrupt an, gemäß der Erfindung ist aber möglich, den Temperaturunterschied zwischen oben und unten von einer frühen Stufe an auf einem tiefen Pegel zu halten. Da hierbei die Entstehung der Katzbuckelerscheinung wirksamer unterdrückt werden kann, kann für die Luftzufuhr zu der Brennkammer-Aufnahmekammer erforderliche Energie weiter reduziert werden.
Eine in die Brennkammer-Aufnahmekammer aus mindestens einem der ersten Luftzuführmittel oder der zweiten Luftzuführmittel ausgetragene Luftmenge wird basierend auf der Temperatur eines oberen Abschnitts der Brennkammer- Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung sowie basierend auf der Temperatur eines unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung variiert.
Hierbei kann die Katzbuckelerscheinung zuverlässiger und rascher beseitigt werden. Da eine übermäßige Luftzufuhr durch Zuführen einer ausreichenden Luftmenge zum Unterdrücken der Katzbuckelerscheinung vermieden werden kann, kann auch die für die Luftzufuhr erforderliche Energie verringert werden.
Da die Gasturbine Luftschicht-Bildungsmittel aufweist, ist es möglich, Luft entlang der Innenwandfläche des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer strömen zu lassen. Hierbei kann die Wärmeleitfähigkeit der Innenwandfläche verbessert werden und der obere Abschnitt des die Brennkammer-Aufnahmekammer bildenden Gehäuses kann wirksam gekühlt werden. Infolgedessen kann die Katzbuckelerscheinung wirksam beseitigt werden, und damit kann für die Luftzufuhr zu der Brennkammer-Aufnahmekammer erforderliche Energie weiter verringert werden.
Das Luftschicht-Bildungsmittel trägt Luft in einer Richtung parallel zu einer Rotationsmittelachse der Turbine aus.
Durch Austragen von Luft in der Richtung parallel zu der Rotationsmittelachse der Turbine ist es möglich, einen Abschnitt des die Brennkammer-Aufnahmekammer bildenden Gehäuses wirksam zu kühlen, der in Bezug auf den unteren Abschnitt in der Vertikalrichtung ziemlich lang wird. Daher kann die Katzbuckelerscheinung mit geringer Energie wirksam beseitigt werden.
Wenn die Triebwerkdrehzahl der Gasturbine geringer wird als eine vorbestimmte Drehzahl, nachdem der Betrieb der Gasturbine angehalten wurde, trägt das Luftschicht-Bildungsmittel Luft zu der Brennkammer-Aufnahmekammer aus.
Wenn in der Gasturbine die Drehzahl der Rotorwelle reduziert wird, erhöht sich der Temperaturunterschied zwischen oben und unten in dem Gehäuse abrupt, gemäß dieser Erfindung ist es aber möglich, den Temperaturunterschied zwischen oben und unten von einer frühen Stufe an auf einem niedrigen Pegel zu halten. Da hierbei die Entstehung der Katzbuckelerscheinung wirksamer beseitigt werden kann, kann für die Luftzufuhr zu Brennkammer-Aufnahmekammer erforderliche Energie noch weiter reduziert werden.
Eine von dem Luftschicht-Bildungsmittel zu der Brennkammer-Aufnahmekammer ausgetragene Luftmenge wird basierend auf der Temperatur eines oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung, und basierend auf der Temperatur eines unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung variiert.
Hierbei kann die Katzbuckelerscheinung zuverlässiger und rascher beseitigt werden. Da eine übermäßige Luftzufuhr durch Zuführen einer ausreichenden Luftmenge zur Unterdrückung der Katzbuckelerscheinung vermieden werden kann, kann auch die für die Luftzufuhr erforderliche Energie verringert werden.
Durch das Verfahren zum Steuern der Luftzufuhr wird die Menge an in die Brennkammer-Aufnahmekammer ausgetragener Luft so eingestellt, dass der Unterschied der Temperatur des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung und der Temperatur des unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer in der Vertikalrichtung in den vorbestimmten Bereich fällt. Daher kann die Katzbuckelerscheinung zuverlässiger und rascher beseitigt werden. Da eine übermäßige Luftzufuhr vermieden werden kann, kann auch die erforderliche Energie für die Luftzufuhr reduziert werden.
Die Luft wird in die Brennkammer-Aufnahmekammer ausgetragen, nachdem die Triebwerkdrehzahl der Gasturbine geringer wird als eine vorbestimmte Drehzahl.
Wenn in der Gasturbine die Drehzahl der Rotorwelle verringert wird, erhöht sich der Temperaturunterschied zwischen oben und unten im Gehäuse abrupt, gemäß dieser Erfindung ist es aber möglich, den Temperaturunterschied zwischen oben und unten von einer frühen Stufe an auf einem niedrigen Pegel zu halten. Da hierbei die Katzbuckelerscheinung wirksamer unterdrückt werden kann, kann für die Luftzufuhr zu der Brennkammer-Aufnahmekammer erforderliche Energie weiter reduziert werden.
Das Computerprogrammprodukt für die Steuerung der Luftzufuhr gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein computerlesbares Medium mit programmierten Befehlen für die Luftzufuhr in eine Brennkammer-Aufnahmekammer nach dem Anhalten des Betriebs einer Gasturbine, wobei die Befehle, wie sie durch einen Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, das Verfahren zum Steuern der Luftzufuhr durchzuführen.

Claims

Gasturbine (1; 1a), mit: einer Brennkammer-Aufnahmekammer (5) zum Aufnehmen einer Brennkammer (4), welche Brennstoff und von einem Kompressor (3) komprimierte Luft verbrennt, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, und das Verbrennungsgas in eine Turbine (7) einspritzt, einem ersten Luftzuführmittel (11), das an einem oberen Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in einer vertikalen Richtung zum Austragen von Luft zu dem Kompressor (3) in der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) vorgesehen ist, und einem zweiten Luftzuführmittel (12), das an dem oberen Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in einer vertikalen Richtung zum Austragen von Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in einer Richtung, die sich von derjenigen des ersten Luftzuführmittels (11) unterscheidet, vorgesehen ist.
Gasturbine (1; 1a) nach Anspruch 1, wobei das zweite Luftzuführmittel (12) Luft zu einem unteren Abschnitt der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung austrägt.
Gasturbine (1; 1a) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehrere Brennkammern als die Brennkammer (4) vorgesehen sind und das erste Luftzuführmittel (11) Luft zu einem Raum zwischen den mehreren Brennkammern (4) austrägt.
Gasturbine (1; 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn die Triebwerkdrehzahl der Gasturbine (1; 1a) kleiner wird als eine vorbestimmte Drehzahl, nachdem der Betrieb der Gasturbine (1; 1a) angehalten wurde, mindestens eines der ersten Luftzuführmittel (11) und der zweiten Luftzuführmittel (12) Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer (5) austrägt.
Gasturbine (1; 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine in die Brennkammer-Aufnahmekammer (5) von mindestens einem der ersten Luftzuführmittel (11) und der zweiten Luftzuführmittel (12) ausgetragene Luftmenge, basierend auf der Temperatur eines oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung sowie der Temperatur eines unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung variiert.
Gasturbine (1; 1a), mit: einer Brennkammer-Aufnahmekammer (5) zum Aufnehmen einer Brennkammer (4), welche Brennstoff und von einem Kompressor (3) komprimierte Luft verbrennt, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, und das Verbrennungsgas in eine Turbine (7) einspritzt, und einem Luftschicht-Bildungsmittel (13; 14), das an der Innenwandfläche der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) auf der Seite von deren oberem Abschnitt in der Vertikalrichtung zum Austragen von Luft entlang einer Innenwandfläche der oberen Seite der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung vorgesehen ist.
Gasturbine (1; 1a) nach Anspruch 6, wobei das Luftschicht-Bildungsmittel (13; 14) Luft in einer Richtung parallel zu einer Rotationsmittelachse der Turbine (7) austrägt.
Gasturbine (1; 1a) nach Anspruch 6 oder 7, wobei, wenn die Triebwerkdrehzahl der Gasturbine (1; 1a) kleiner wird als eine vorbestimmte Drehzahl, nachdem der Betrieb der Gasturbine (1; 1a) angehalten wurde, das Luftschicht-Bildungsmittel (13; 14) Luft zu der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) austrägt.
Gasturbine (1; 1a) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine von dem Luftschicht-Bildungsmittel (13; 14) zu der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) ausgetragene Luftmenge, basierend auf der Temperatur eines oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung und der Temperatur eines unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung variiert.
Verfahren zum Steuern einer Luftzufuhr in eine Brennkammer-Aufnahmekammer (5), in die eine Brennkammer (4) aufgenommen ist, nachdem der Betrieb einer Gasturbine (1; 1a) angehalten wurde, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln einer Temperatur eines oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in einer Vertikalrichtung und einer Temperatur eines unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung, Ermitteln einer Differenz zwischen der Temperatur des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung und der Temperatur des unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung, Einstellen einer in die Brennkammer-Aufnahmekammer (5) auszutragenden Luftmenge derart, dass der Unterschied zwischen der Temperatur des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung und der Temperatur des unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung in einen vorbestimmten Bereich fällt, und Austragen von Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer (5) mit der eingestellten Strömungsrate.
Verfahren zum Steuern einer Luftzufuhr nach Anspruch 10, wobei in die Brennkammer-Aufnahmekammer (5) Luft ausgetragen wird, nachdem die Triebwerkdrehzahl der Gasturbine (1; 1a) niedriger geworden ist als eine vorbestimmte Drehzahl.
Computerprogrammprodukt zum Steuern der Luftzufuhr mit einem computerlesbaren Medium mit programmierten Befehlen zum Zuführen von Luft in eine Brennkammer-Aufnahmekammer (5), in die eine Brennkammer (4) aufgenommen ist, nachdem der Betrieb einer Gasturbine (1; 1a) angehalten wurde, wobei die Befehle, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer folgendes ausführen lassen: Ermitteln einer Temperatur eines oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in einer Vertikalrichtung und einer Temperatur eines unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung, Ermitteln einer Differenz zwischen der Temperatur des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung und der Temperatur des unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung, Einstellen einer in die Brennkammer-Aufnahmekammer (5) auszutragenden Luftmenge derart, dass der Unterschied zwischen der Temperatur des oberen Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung und der Temperatur des unteren Abschnitts der Brennkammer-Aufnahmekammer (5) in der Vertikalrichtung in einen vorbestimmten Bereich fällt, und Austragen von Luft in die Brennkammer-Aufnahmekammer (5) mit der eingestellten Strömungsrate.
Computerprogrammprodukt zum Steuern der Luftzufuhr nach Anspruch 12, wobei in die Brennkammer-Aufnahmekammer (5) Luft ausgetragen wird, nachdem die Triebwerkdrehzahl der Gasturbine (1; 1a) niedriger geworden ist als eine vorbestimmte Drehzahl.