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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbine, eine Gasturbinen-Steuervorrichtungt und ein Gasturbinen-Betriebsverfahren
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Stand der Technik
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Bisher sind Gasturbinen bekannt, die mit einer so genannten Aktiven Spaltkontrolle (engl.: Active Clearance Control = ACC) ausgestattet sind. Das ACC-System steuert eine Spalte (Tip-Clearance) zwischen einem Rotorblatt und einem Schaufelkranz einer Turbine, wenn eine Gasturbine gestartet wird (siehe z. B. Patentdokument 1). In einer solchen Gasturbine wird die Tip-Clearance geregelt, indem ein Teil der Druckluft von einem Kompressor mit einem Druckaufbaugerät verdichtet und die verdichtete Druckluft dazu veranlasst wird, in einen Turbinenkühlmedium-Kanal über einen Heizmedium-Versorgungskanal zu strömen. Außerdem wird in dieser Gasturbine eine Brennkammer gekühlt, wodurch die Druckluft, die von einem Kompressor mit einem Druckaufbaugerät verdichtet wird, dazu veranlasst wird, in einen Brennkammer-Kühlkanal über einen Heizmedium-Seitenkanal, der von dem Heizmedium-Versorgungskanal abzweigt, zu strömen (siehe im Patentdokument 1).
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Liste der Patentdokumente
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Patentdokument
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- Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2010-90816A
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Kurzfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die Temperatur der für die zur Steuerung der Tip-Clearance geeigneten Druckluft und die Temperatur der für die Kühlung der Brennkammer geeigneten Druckluft sind jedoch unterschiedlich. Insbesondere Druckluft, die während eines Gasturbinen-Startvorgangs eine hohe Temperatur und während des Gasturbinen-Nennbetriebs eine niedrige Temperatur aufweist, ist für eine Tip-Clearance-Steuerung vorzuziehen. Unterdessen ist Druckluft mit niedriger Temperatur zur Kühlung der Brennkammer vorzuziehen, unabhängig davon, ob die Gasturbine sich im Startvorgang oder im Nennbetrieb befindet.
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Für die Gasturbine in Patentdokument 1 gilt: Druckluft, die in den Turbinenkühlmedium-Kanal strömt und Druckluft, die in den Brennkammer-Kühlkanal strömt, haben hierbei die gleiche Temperatur, weil mit der Druckluft, die im Druckaufbaugerät verdichtet wurde, sowohl der Turbinenkühlmedium-Kanal als auch der Brennkammer-Kühlkanal versorgt wird. Falls die Temperatur der Druckluft, die aus dem Druckaufbaugerät strömt, zu diesem Zeitpunkt niedrig ist, ist eine geeignete Regulierung der Tip-Clearance schwierig, da es ebenso schwierig ist, während des Gasturbinen-Startvorgangs die Druckluft bei hoher Temperatur zu halten. Wenn die Druckluft, die aus dem Druckaufbaugerät strömt, eine hohe Temperatur hat, ist es außerdem schwierig, die Temperatur der Druckluft während des Gasturbinen-Startvorgangs zu senken. Folglich ist ein großes Volumen an Druckluft notwendig, das durch die Brennkammer strömt, um diese zu kühlen, was zum Abfall der Gasturbinen-Betriebseffizienz führen kann.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, das oben beschriebene Problem zu lösen, und ein Ziel dabei ist es, eine Gasturbine, eine Steuervorrichtungt und ein Gasturbinen-Betriebsverfahren bereitzustellen, die den Abfall der Gasturbinen-Betriebseffizienz durch getrennte Regulierung der Temperatur der Druckluft, die jeder der Brennkammern und der Turbine zugeführt wird, verhindern können.
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Lösung des Problems
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Eine Gasturbine der vorliegenden Erfindung erlangt Rotationskraft dadurch, dass sie dere Brennkammer mit Brennstoff zuführt und den Brennstoff in Druckluft, die von einem Kompressor verdichtet wurde, verbrennt und der Turbine das gewonnenen Brenngas zuführt. Die Gasturbine umfasst: Druckaufbaumittel zum Unter-Druck-Setzeneines Teil der Druckluft, die durch eine Kompressor verdichtet wurde, – die Druckluft wurde in das Druckaufbaumittel eingefüllt;
Brennkammerkühlungsmittel mit der Druckluft, die mit den Druckaufbaumitteln verdichtet wurde;
Turbinentemperaturregelungsmittel, um die Temperatur eines stationären Teils mit der Druckluft, die mit den Druckaufbaumitteln verdichtet wurde, zu steuern; einen Brennkammer-Versorgungskanal, durch den die Druckluft von den Druckaufbaumitteln zu den Brennkammerkühlmitteln strömt; einen Turbinen-Versorgungskanal, durch den die Druckluft vom Druckaufbaumittel zum Turbinentemperaturregelungsmittel strömt; wobei mindestens eines der ersten Kühlungsmittel zur Kühlung der Druckluft, die im Brennkammer-Versorgungskanal bereitgestellt wird und ein Erwärmungsmittel zur Erwärmung der Druckluft, die im Turbinen-Versorgungskanal bereitgestellt wird; und ein Steuergerät, das mindestens eines der ersten Mittel zur Kühlung und Instrumente zur Erwärmung steuern kann.
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Gemäß dieser Konfiguration kann die Steuervorrichtung die Temperatur der Druckluft regeln, die jedem der für die Turbinentemperaturregelungsmitteln und den Brennkammerkühlmitteln durch Steuerung von mindestens eins von dem Kühlungsmittel und dem Erwärmungsmittel zugeführt wird. Besonders wenn Druckluft, die durch Druckaufbaumittel verdichtet wurde, eine niedrige Temperatur hat, kann die Druckluft angemessen dadurch erwärmt werden, dass die Erwärmungsmittel des Turbinenversorgungskanals bereitgestellt und die Erwärmungsmittel mit der Steuervorrichtung gesteuert werden. Dadurch kann die Tip-Clearance für die Turbine während der Kühlung der Brennkammer angemessen geregelt werden. Unterdessen kann, wenn die Druckluft, die durch Druckaufbaumittel verdichtet wurde, eine niedrige Temperatur hat, die Druckluft angemessen dadurch gekühlt werden, dass die ersten Brennkammerkühlinstrumente bereitgestellt und die ersten Kühlungsmittel mit der Steuervorrichtung gesteuert werden. Dadurch kann die Temperatur der Druckluft, die von dem Brennkammerkühlungsmittel zugeführt wird und die Temperatur der Druckluft, die von dem Turbinentemperaturregelungsmittelzugeführt wird, getrennt geregelt werden. Außerdem kann das Steuergerät das Erwärmungsmittel oder das erste Kühlungsmittel so steuern, dass die Temperatur der Druckluft, die vom Brennkammerkühlungsmittel zugeführt wird und die Temperatur der Druckluft, die vom Turbinentemperaturregelungsmittel zugeführt wird, getrennt geregelt werden können. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass der Abfall in der Effizienz des Gasturbinen-Betriebs verhindert werden kann, weil die Druckluft eine Temperatur haben kann, die für eine Kühlung der Brennkammer angemessen sein kann, und die Druckluft kann eine Temperatur haben, die für die Regulierung der Tip-Clearance der Turbine angemessen sein kann.
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Außerdem ist es wünschenswert, dass ein erster Strömungsmengen-Regulierungsmechanismus im Turbinen-Versorgungskanal bereitgestellt wird und das Steuergerät den ersten Strömungsmengen-Regulierungsmechanismus steuert, um die Strömungsmenge der Druckluft, die in das Turbinentemperaturregelungsmittel strömt, zu regeln.
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Gemäß dieser Konfiguration kann die Temperatur des stationären Teils der Turbine präzise auf eine vorher festgelegte Temperatur geregelt werden, indem die Strömungsmenge der Druckluft, die in das Turbinentemperaturregelungsmittel strömt, durch Steuerung des Strömungsmengen-Regulierungsmechanismus mit der Steuervorrichtung geregelt wird.
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Außerdem steuert die Steuervorrichtung vorzugsweise den ersten Strömungsmengen-Regelmechanismus so, dass die Druckluftversorgung des Turbinentemperaturregelungsmittels durch Schließen des Turbinen-Versorgungskanals unterbunden wird.
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Gemäß dieser Konfiguration kann die Tip-Clearance der Turbine angemessener regelt werden, indem die Kühlung des stationären Teils der Turbine mit Druckluft dadurch verhindert wird, dass die Druckluftversorgung für die Turbinentemperaturregelungsmittel zu einem festgelegten Zeitpunkt durch Steuerung des ersten Strömungsmengen-Regelmechanismus mit der Steuervorrichtung unterbunden wird. Insbesondere umfassen Beispiele des vorher festgelegten Timings für eine Unterbindung der Druckluftversorgung ein Timing vor und während des Startens der Gasturbine und ein Timing vor und während des Anhaltens der Gasturbine. Vor und während des Startens der Gasturbine ist der stationäre Teil der Turbine kalt, und der stationäre Teil der Turbine kann durch Brenngas, das durch die Turbine zugeführt wird, angemessen erwärmt werden, indem das Brenngas die Kühlung des stationären Teils der Turbine durch eine Unterbindung der Druckluftzufuhr verhindert. Vor oder während des Anhaltens der Gasturbine ist der stationäre Teil der Turbine warm, und ein Temperaturabfall im warmen stationären Teil der Turbine kann durch Kühlung des stationären Teils der Turbine verhindert werden, indem die Druckluftversorgung unterbunden wird. Als Folge dessen kann der stationäre Teil der Turbine leicht erwärmt werden, wenn die Gasturbine nach dem Anhalten wieder gestartet wird.
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Außerdem verfügt der erste Strömungsmengen-Regelmechanismus vorzugsweise über mindestens entweder ein Ein/Aus-Ventil, um den Turbinenversorgungskanal zu öffnen und zu schließen oder ein Strömungsmengen-Regelventil zur Regulierung der Strömungsmenge der Druckluft, die durch den Turbinen-Versorgungskanal strömt.
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Gemäß dieser Konfiguration kann die Druckluftversorgung für das Turbinentemperaturregelungsmittel geregelt werden, indem mindestens eines der Ein/Aus-Ventile und das Strömungsmengen-Regelventil geregelt werden. Beispielsweise wird, wenn nur das Strömungsmengen-Regelventil als erster Strömungsmengen-Regelmechanismus verwendet wird, nicht nur die Strömungsmenge der Druckluft geregelt, indem der Grad, den das Strömungsmengen-Regelventil geöffnet ist, geregelt wird, sondern die Druckluftversorgung für das Turbinentemperaturregelungsmittel kann auch unterbunden werden, indem die Festlegung des Grades, in dem das Strömungsmengen-Regelventil geöffnet ist, auf Null gesetzt wird. Außerdem ermöglicht, wenn das Ein/Aus-Ventil und das Strömungsmengen-Regelventil als erster Strömungsmengen-Regelmechanismus verwendet werden, die Regulierung des Grades, in dem das Strömungsmengen-Regelventil geöffnet ist, die Regulierung der Strömungsmenge der Druckluft, und ein Öffnen und Schließen des Ein/Aus-Ventils ermöglicht es der Druckluft, dem Turbinentemperaturregelungsmittel zugeführt oder blockiert zu werden. Weiterhin ermöglicht, wenn nur das Ein/Aus-Ventil als erster Strömungsmengen-Regelmechanismus verwendet wird, das Öffnen oder Schließen des Ein/Aus-Ventils der Druckluft, zugeführt oder blockiert zu werden, und die Druckluft kann durch Steuerung des Erwärmungsmittels mit der Steuervorrichtung angemessen erwärmt werden.
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Außerdem wird vorzugsweise bereitgestellt: ein Druckaufbau-Versorgungskanal, durch den die Druckluft vom Kompressor zum Druckaufbaumittel strömt und ein zweites Mittel zur Kühlung der Druckluft, die im Druckaufbau-Versorgungskanal bereitgestellt wird.
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Außerdem wird vorzugsweise bereitgestellt: ein Druckaufbau-Versorgungskanal, durch den die Druckluft vom Kompressor zum Instrument zum Druckaufbaumittel strömt, und ein zweites Kühlungsmittel zur Kühlung der Druckluft, die im Druckaufbau-Versorgungskanal bereitgestellt wird.
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Außerdem wird ein zweiter Strömungsmengen-Regulierungsmechanismus im Druckaufbau-Versorgungskanal bereitgestellt, und die Steuervorrichtung steuert bevorzugt den zweiten Strömungsmengen-Regulierungsmechanismus, um die Strömungsmenge der Druckluft, die in das Instrument zum Druckaufbau strömt, zu regeln.
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Gemäß dieser Konfiguration kann die Gesamtströmungsmenge der Druckluft, die in das Turbinentemperaturregelungsmittel und in das Brennkammerkühlungsmittel strömt durch Regulierung der Strömungsmenge der Druckluft geregelt werden, die zum Druckaufbaumittel strömt, indem der zweite Strömungsmengen-Regelmechanismus mit der Steuervorrichtung gesteuert wird.
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Außerdem wird ein dritter Strömungsmengen-Regulierungsmechanismus im Brennkammer-Versorgungskanal bereitgestellt, und die Steuervorrichtung steuert vorzugsweise den dritten Strömungsmengen-Regulierungsmechanismus, um die Strömungsmenge der Druckluft, die in das Brennkammerkühlungsmittel strömt, zu regeln.
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Gemäß dieser Konfiguration kann die Temperatur der Brennkammer präzise auf eine vorher festgelegte Temperatur gekühlt werden, indem die Strömungsmenge der Druckluft, die in das Brennkammerkühlungsmittel strömt, durch die Steuerung des dritten Strömungsmengen-Regulierungsmechanismus mit der Steuervorrichtung geregelt wird.
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Außerdem werden vorzugsweise weiterhin bereitgestellt: ein verbindender Versorgungskanal, durch den die Druckluft vom Turbinentemperaturregelungsmittel zum Brennkammerkühlungsmittel strömt und ebenso ein vierter Strömungsmengen-Regelmechanismus, der im verbindenden Versorgungskanal bereitgestellt wird – ebenso steuert die Steuervorrichtung vorzugsweise den vierten Strömungsmengen-Regelmechanismus so, dass die Strömungsmenge der Druckluft, die vom Turbinentemperaturregelungsmittel zum Brennkammerkühlungsmittel strömt, geregelt wird.
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Gemäß dieser Konfiguration kann die Brennkammer effizient dadurch gekühlt werden, dass die Strömungsmenge der Druckluft, die vom Turbinentemperaturregelungsmittel zum Brennkammerkühlungsmittel strömt, geregelt wird, indem der vierte Strömungsmengen-Regulierungsmechanismus mit dem Steuergerät gesteuert wird.
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Es ist ferner vorzuziehen, dass das Steuergerät mindestens eines der Instrumente zur Kühlung und die Instrumente zur Erwärmung steuert, so dass die Brennkammer durch das Brennkammerkühlungsmittel gekühlt wird und der stationäre Teil der Turbine durch das Turbinentemperaturregelungsmittel während des Startvorgangs erwärmt wird, und mindestens eines von dem Kühlungsmittel und dem Erwärmungsmittel steuert, damit die Brennkammer durch das Brennkammerkühlungsmittel gekühlt und der stationäre Teil der Turbine durch das Turbinentemperaturregelungsmittel während des Nennbetriebs gekühlt wird.
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Gemäß dieser Konfiguration kann die Brennkammer während des Startvorgangs gekühlt und der stationäre Teil der Turbine erwärmt werden. So kann die Tip-Clearance geregelt werden, damit das Rotorblatt der Turbine nicht in Kontakt mit dem stationären Teil der Turbine kommt, weil der Innendurchmesser des stationären Teils sich bei Erwärmung ausdehnen kann. Außerdem können die Brennkammer und der stationäre Teil der Turbine während des Nennbetriebs gekühlt werden. So kann die Tip-Clearance geregelt werden, damit die Lücke bezüglich des Rotorblattes der Turbine verringert wird, weil der Innendurchmesser des stationären Teils sich durch Kühlung vermindern lässt. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass während des Startvorgangs und des Nennbetriebs eine Verringerung der Effizienz des Gasturbinenbetriebs verhindert werden kann, weil die Temperatur der Druckluft zur Kühlung der Brennkammer und die Temperatur der Druckluft zur Regulierung der Tip-Clearance angemessen sein können. Es ist zu beachten, dass die Steuervorrichtung jedes der Geräte, einschließlich des Erwärmungsmittels, des ersten Kühlungsmittels, des ersten Strömungsmengen-Regulierungsmechanismus', des zweiten Strömungsmengen-Regulierungsmechanismus' und des dritten Strömungsmengen-Regulierungsmechanismus' steuert, aber dass es sich bei der Steuervorrichtung um ein einziges Steuergerät handeln kann, das gemeinsam diese Geräte steuert oder um eine Vielzahl von Steuergeräten, die die jeweiligen Geräte steuern können.
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Ein Gasturbinen-Steuergerät der vorliegenden Erfindung steuert den Betrieb der Gasturbine, die Rotationskraft dadurch erwirbt, dass sie der Brennkammer Brennstoff zuführt und den Brennstoff in Druckluft, die von dem Kompressor verdichtet wurde, verbrennt und der Turbine das gewonnene Brenngas zuführt. Die Gasturbine umfasst: Instrumente, um einen Teil der Druckluft, die durch einen Kompressor verdichtet wurde, unter Druck zu setzen – die Druckluft wurde in das Instrument zum Druckaufbau eingefüllt; Instrumente zur Kühlung der Brennkammer mit der Druckluft, die mit den Instrumenten zum Druckaufbau verdichtet wurden; Instrumente zur Steuerung der Turbinentemperatur, um die Temperatur eines stationären Teils mit der Druckluft, die mit den Instrumenten zum Druckaufbau verdichtet wurde, zu steuern; den Brennkammer-Versorgungskanal, durch den die Druckluft von den Instrumenten zum Druckaufbau zu den Instrumenten zur Kühlung der Brennkammerströmt; der Turbinen-Versorgungskanal, durch den die Druckluft von den Instrumenten zum Druckaufbau zu den Instrumenten zur Steuerung der Turbinentemperatur strömt; und mindestens eines der ersten Instrumente zur Kühlung der Druckluft, die im Brennkammer-Versorgungskanal bereitgestellt wird und ein Instrument zur Erwärmung der Druckluft, die im Turbinen-Versorgungskanal bereitgestellt wird. Die Steuervorrichtung steuert mindestens eines der ersten Instrumente für die Kühlung und Instrumente für eine Erwärmung beim Startvorgang-Modus (dies ist ein Steuerungsmodus während der Startvorgangs der Gasturbine), so dass die Brennkammer durch das Brennkammerkühlungsmittel gekühlt wird und der stationäre Teil der Turbine durch das Instrument für die Steuerung der Turbinentemperatur erwärmt wird, ebenso steuert es mindestens eines der ersten Instrumente für die Kühlung und Instrumente für eine Erwärmung im Nennbetrieb-Modus (dies ist ein Steuerungsmodus während des Nennbetriebs der Gasturbine), so dass die Brennkammer durch das Brennkammerkühlungsmittel gekühlt wird und der stationäre Teil der Turbine durch das Instrument für die Steuerung der Turbinentemperatur durch das Instrument für die Turbinentemperatur-Steuerung gekühlt wird.
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Gemäß dieser Konfiguration kann die Brennkammer gekühlt und der stationäre Teil der Turbine erwärmt werden, indem der Startvorgangsmodus ausgeführt wird. So kann die Tip-Clearance geregelt werden, damit das Rotorblatt der Turbine nicht in Kontakt mit dem stationären Teil der Turbine kommt, weil der Innendurchmesser des stationären Teils sich bei Erwärmung ausdehnen kann. Außerdem kann die Brennkammer gekühlt und der stationäre Teil der Turbine gekühlt werden, indem der Nennbetriebsmodus ausgeführt wird. So kann die Tip-Clearance geregelt werden, damit die Lücke bezüglich des Rotorblattes der Turbine verringert wird, weil der Innendurchmesser des stationären Teils sich durch Kühlung vermindern lässt. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass im Startvorgangsmodus und im Nennbetriebsmodus eine Verringerung der Effizienz des Gasturbinenbetriebs verhindert werden kann, weil die Temperatur der Druckluft zur Kühlung der Brennkammer und die Temperatur der Druckluft zur Regulierung der Tip-Clearance angemessen sein können.
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Außerdem umfasst die Gasturbine vorzugsweise einen verbindenden Versorgungskanal, durch den die Druckluft vom Turbinentemperaturregelungsmittel zum Brennkammerkühlungsmittel gelangt, und einen vierten Strömungsmengen-Regelmechanismus, der im verbindenden Versorgungskanal bereitgestellt wird. Die Druckluft strömt vorzugsweise vom Turbinentemperaturregelungsmittel zum Brennkammerkühlungsmittel, indem der vierte Strömungsmengen-Regelmechanismus im Nennbetriebsmodus gesteuert wird, der den Steuerungsmodus während des Nennbetriebs der Gasturbine darstellt.
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Gemäß dieser Konfiguration kann die Druckluft nach Temperaturregulierung zur Kühlung der Brennkammer genutzt und die Kühlung der Brennkammer effizient durchgeführt werden, weil die Druckluft vom Turbinentemperaturregelungsmittel zum Brennkammerkühlungsmittel strömt, indem der Nennbetriebsmodus ausgeführt wird.
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Das Gasturbinen-Betriebsverfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, um eine Gasturbine zu betreiben, die Rotationskraft dadurch erwirbt, dass sie der Brennkammer Brennstoff zuführt und den Brennstoff in Druckluft, die von einem Kompressor verdichtet wurde, verbrennt und der Turbine das gewonnene Brenngas zuführt. Die Gasturbine umfasst: Druckaufbaumittel, um einen Teil der Druckluft, die durch einen Kompressor verdichtet wurde, unter Druck zu setzen – die Druckluft wurde in das Instrument zum Druckaufbau eingefüllt; Brennkammerkühlungselemente mit der Druckluft, die mit den Druckaufbaumitteln verdichtet wurden; Turbinentemperaturregelungsmittel, um die Temperatur eines stationären Teils mit der Druckluft, die mit den Druckaufbaumitteln verdichtet wurde, zu steuern; den Brennkammer-Versorgungskanal, durch den die Druckluft von den Druckaufbaumittel zu den Brennkammerkühlungsmitteln strömt; der Turbinen-Versorgungskanal, durch den die Druckluft von den Druckaufbaumitteln zu den Turbinentemperaturregelungsmitteln strömt; und mindestens eines der ersten Kühlungsmittel zur Kühlung der Druckluft, die im Brennkammer-Versorgungskanal bereitgestellt wird und ein Erwärmungsmittel zur Erwärmung der Druckluft, die im Turbinen-Versorgungskanal bereitgestellt wird. Das Gasturbinen-Betriebsverfahren beinhaltet einen Startvorgang zur Kühlung der Brennkammer mittels Brennkammerkühlungsmitteln und zur Erwärmung des stationären Teils der Turbine mittels Regulierung der Turbinentemperatur während des Startvorgangs des Gasturbine, einen Nennbetrieb zur Kühlung der Brennkammer mittels Brennkammerkühlungsmitteln und zur Kühlung des stationären Teils der Turbine mittels Turbinentemperaturregelungsmitteln während des Nennbetriebs der Gasturbine.
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Gemäß dieser Konfiguration kann die Brennkammer gekühlt und der stationäre Teil der Turbine erwärmt werden, indem der Startvorgangsmodus durchgeführt wird. So kann die Tip-Clearance geregelt werden, damit das Rotorblatt der Turbine nicht in Kontakt mit dem stationären Teil kommt, weil der Innendurchmesser des stationären Teils sich bei Erwärmung ausdehnen kann. Außerdem können die Brennkammer und der stationäre Teil der Turbine gekühlt werden, indem der Nennbetriebsmodus ausgeführt wird. So kann die Tip-Clearance geregelt werden, damit die Lücke bezüglich des Rotorblattes der Turbine verringert wird, weil der Innendurchmesser des stationären Teils sich durch Kühlung vermindern lässt. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass während des Startvorgangs und des Nennbetriebs eine Verringerung der Effizienz des Gasturbinenbetriebs verhindert werden kann, weil die Temperatur der Druckluft zur Kühlung der Brennkammer und die Temperatur der Druckluft zur Regulierung der Tip-Clearance angemessen sein können.
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Außerdem umfasst die Gasturbine vorzugsweise den verbindenden Versorgungskanal, durch den die Druckluft vom Turbinentemperaturregelungsmittel zum Brennkammerkühlungsmittel gelangt, und einen vierten Strömungsmengen-Regelmechanismus, der im verbindenden Versorgungskanal bereitgestellt wird. Die Druckluft strömt vorzugsweise vom Turbinentemperaturregelungsmittel zum Brennkammerkühlungsmittel, indem der vierte Strömungsmengen-Regelmechanismus im Nennbetriebsmodus gesteuert wird.
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Gemäß dieser Konfiguration kann die Druckluft nach Temperaturregulierung zur Kühlung der Brennkammer genutzt und die Kühlung der Brennkammer effizient durchgeführt werden, weil die Druckluft in das Brennkammerkühlungsmittel vom Turbinentemperaturregelungsmittel strömt, indem der Nennbetriebsmodus ausgeführt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
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2 ist eine schematische Ansicht, die schematisch die Gasturbine der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
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3 ist eine schematische Ansicht einer Temperatur-Regulierungsleitung, die in einem stationären Teil der Turbine vorgesehen ist.
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4 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 2 veranschaulicht.
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5 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 3 veranschaulicht.
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6 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 4 veranschaulicht.
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7 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 5 veranschaulicht.
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8 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 7 veranschaulicht.
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9 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 8 veranschaulicht.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Nachstehend werden passende Ausführungsformen einer Gasturbine, eines Gasturbinen-Steuergeräts, eines Gasturbinen-Betriebsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist, und die Erfindung, wenn mehrere Ausführungsformen vorhanden sind, eine Konfiguration einschließen soll, die diese Ausführungsformen kombiniert.
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Ausführungsform 1
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1 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 1 veranschaulicht. 2 ist eine schematische Ansicht, die schematisch die Gasturbine der Ausführungsform 1 veranschaulicht. 3 ist eine schematische Ansicht einer Temperatur-Regulierungsleitung, die in einem stationären Teil der Turbine vorgesehen ist.
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Wie in 1 und 2 abgebildet, umfasst eine Gasturbine 10 einen Kompressor 11, eine Brennkammer 12 und eine Turbine 13. Ein Stromgenerator 14 ist an die Turbine 13 angeschlossen. Außerdem wird der Betrieb der Gasturbine 10 durch ein Steuergerät 50 gesteuert. Der Kompressor 11 umfasst einen Lufteinlass 15, der Luft eintreten lässt. Eine Vielzahl an Statorblättern 17 und Rotorblättern 18 werden abwechselnd in einer Kompressor-Kammer 16 angeordnet und ein Abluftkrümmer 19 wird auf der Außenseite der Kompressor-Kammer 16 bereitgestellt. Die Brennkammer 12 liefert über den Kompressor 11 Brennstoff zum Druckluft-Kompressor, und die Mischung kann verbrannt werden, indem sie mit einem Brenner entzündet wird. In der Turbine 13 sind die Statorblätter 21 und Rotorblätter 22 abwechselnd in der Turbinenkammer 20 angeordnet.
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Eine Abluftkammer 23 kommuniziert mit der Turbinenkammer 20 der Turbine 13 und die Abluftkammer 23 umfasst einen Abluft-Diffusor 24, der ständig mit der Turbine 13 verbunden ist. Außerdem ist ein Rotor 25 so positioniert, dass er durch den Mittelteil des Kompressors 11, der Brennkammer 12, der Turbine 13 und der Abluftkammer 23 verläuft. Das eine Ende des Rotors 25 an der Seite des Kompressors 11 wird durch ein Lager 26 drehbar abgestützt, und das andere Ende an der Seite der Abluftkammer 23 wird ebenfalls durch ein Lager 27 drehbar abgestützt. Zusätzlich wird eine Vielzahl an Scheiben am Rotor 25 befestigt, und die Rotorblätter 18, 22 sind mit dem Rotor 25 gekoppelt und eine Antriebswelle des Stromgenerators 14 ist am Ende der Abluftkammerseite 23 angeschlossen.
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Entsprechend wird die Luft, die aus dem Lufteinlass 15 des Kompressors 11 angesaugt wird, verdichtet, indem sie durch eine Vielzahl von Statorblättern 17 und Rotorblättern 18 geleitet wird, um in Druckluft mit hoher Temperatur und hohem Druck verwandelt zu werden. Die Verbrennung erfolgt in der Brennkammer 12, indem ein vorher festgelegter Brennstoff der Druckluft zugeführt wird. Zusätzlich treibt Brenngas bei hoher Temperatur und unter hohem Druck (gewonnen in der Brennkammer 12) den Rotor 25 zur Rotation an, indem es durch die Vielzahl der Statorblätter 21 und Rotorblätter 22 geleitet wird, die die Turbine 13, darstellen, welche die Rotationskraft an den Stromgenerator 14 abgibt, der an den Rotor 25 angeschlossen ist, um Strom zu produzieren; das Brenngas verwandelt den Druck des Abluftgases mit dem Abluft-Diffusor 24 in der Abluftkammer 23 in statischen Druck und leitet die Abluft anschließend nach draußen.
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Auf diese Weise wird die Druckluft, die durch den Kompressor 11 verdichtet wurde, der Brennkammer 12 in der Gasturbine 10 der Ausführungsform 1 zugeführt. So sind, wie in 2 veranschaulicht, der Kompressor 11 und die Brennkammer 12 durch eine Druckluft-Versorgungsleitung 28 verbunden, und diese Druckluft-Versorgungsleitung 28 liefert die Druckluft, die durch den Kompressor 11 verdichtet wurde, an die Brennkammer 12.
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Außerdem umfasst die Gasturbine 10, wie in 2 veranschaulicht, ein Druckaufbaugerät (Druckaufbaumittel) 40, um einen Teil der Druckluft, die Vom Kompressor 11 verdichtet wurde aus der Druckluft-Versorgungsleitung 28 zu entnehmen und zu verdichten. Das Druckaufbaugerät 40 und die Druckluft-Versorgungsleitung 28 sind durch eine Druckaufbau-Zuflussleitung (Druckaufbau-Versorgungsleitung) 42 miteinander verbunden. Die Druckaufbau-Zuflussleitung 42 zweigt von der Druckluft-Versorgungsleitung 28 ab und verbindet sich mit der Einlassseite des Druckaufbaugeräts 40. Die Druckaufbau-Zuflussleitung 42 entnimmt einen Teil der Druckluft, die durch die Druckluft-Versorgungsleitung 28 strömt, und liefert die entnommene Druckluft an das Druckaufbaumittel 40.
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Die Druckaufbau-Zuflussleitung 42 ist mit einem Strömungsmengen-Regelventil (zweiter Strömungsmengen-Regelmechanismus) 36 und einem Kühler (zweites Kühlungsmittel) 31 ausgestattet. Das Strömungsmengen-Regelventil 36, das dem Kühler 31 vorgelagert in Richtung der Druckluftströmung bereitgestellt wird, regelt das Volumen der Druckluft, die in das Druckaufbaugerät 40 über den Kühler 31 strömt. Das Strömungsmengen-Regelventil 36 ist mit der Steuervorrichtung 50 gekoppelt, und diese Steuervorrichtung 50 regelt das Volumen der Druckluft, indem sie den Grad, in der das Strömungsmengen-Regelventil 36 geöffnet ist, steuert.
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Der Kühler 31 umfasst eine Kühleinrichtung 32, die einen Teil der Druckaufbau-Zuflussleitung 42 und einen Ventilator 33, der Luft auf die Kühleinrichtung 32 bläst, umfasst. Ein Brennstoff-Vorwärmer 35, der den Brennstoff vorwärmt, wird angrenzend an die Kühleinrichtung 32 bereitgestellt, und die Kühleinrichtung 32 und der Brennstoff-Vorwärmer 35 können Wärme untereinander austauschen. Der Brennstoff-Vorwärmer 35 wird in einer Brennstoff-Versorgungsleitung 30 zur Versorgung der Brennkammer 12 mit Brennstoff bereitgestellt. Die Rotationsgeschwindigkeit des Ventilators 33 wird mit der Steuervorrichtung 50 gesteuert, und das Volumen der Luft, die auf die Kühleinrichtung 32 geblasen wird, wird geregelt, indem die Rotationsgeschwindigkeit angemessen verändert wird. So kühlt der Kühler 31 die Druckluft, die durch die Kühleinrichtung 32 strömt, indem er den Ventilator 33 antreibt und Luft auf die Kühleinrichtung 32 bläst und Wärme, die dem Kühler 32 entströmt, dem Brennstoff-Vorwärmer 35, der den Brennstoff vorwärmt, zur Verwendung zugeleitet wird.
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Das Druckaufbaugerät 40 verwendet beispielsweise einen Kompressor oder ein Gebläse. Die Druckaufbau-Zuflussleitung 42 ist mit der Einlassseite des Druckaufbaumittels 40 verbunden, und eine Druckaufbau-Abflussleitung 43 ist mit der Auslassseite des Druckaufbaumittels 40 verbunden. Das Druckaufbaumittel 40 kann, ausgestattet mit einem geeigneten Elektromotor 41, unabhängig vom Kompressor 11 betrieben werden. Das Druckaufbaumittelt 40 versorgt sowohl die Brennkammer 12 als auch die Turbine 13 mit verdichteter Druckluft. Die Druckluft, mit der die Brennkammer 12 versorgt wird, wird als Kühlluft zur Kühlung der Brennkammer 12 verwendet und die Druckluft, mit der die Turbine 13 versorgt wird, wird als Betriebsluft zur Regulierung der Tip-Clearance der Turbine 13 verwendet. Zusätzlich verdichtet das Druckaufbaumittel 40 die Druckluft, die über die Druckaufbau-Zuflussleitung 42 einströmt, und veranlasst die Druckluft dazu, über die Druckaufbau-Abflussleitung 43 auszuströmen.
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Die Druckaufbau-Abflussleitung 43 verzweigt sich in eine Turbinen-Versorgungsleitung (Turbinen-Versorgungkanal) 44, um die Turbine 13 mit verdichteter Druckluft zu versorgen und eine Brennkammer-Versorgungsleitung (Brennkammer-Versorgungskanal) 45, um die Brennkammer 12 mit verdichteter Druckluft zu versorgen. Die Turbinen-Versorgungsleitung 44 ist mit einer Temperatur-Regulierungsleitung (Turbinentemperaturregelungsmittel) 48 zur Regulierung der Temperatur des stationären Teils der Turbine 13 verbunden. Die Brennkammer-Versorgungsleitung 45 ist mit der Brennkammer-Kühlleitung (Brennkammerkühlungsmittel) 49 zur Kühlung der Brennkammer 12 verbunden.
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Die Turbinen-Versorgungsleitung 44 ist mit einem Strömungsmengen-Regelventil 61, das als erster Strömungsmengen-Regelmechanismus fungiert und einer Heizung (Erwärmungsmittel) 62 ausgestattet. Der erste Strömungsmengen-Regelmechanismus regelt das Volumen der Druckluft, die in die Temperatur-Regulierungsleitung 48 in Strömungsrichtung der Druckluft strömt, und besteht aus dem Strömungsmengen-Regelventil 61 in der Ausführungsform 1. Das Strömungsmengen-Regelventil 61, das der Heizung 62 vorgelagert in Strömungsrichtung der Druckluft bereitgestellt wird, regelt das Volumen der Druckluft, die über die Heizung 62 zur Temperatur-Regulierungsleitung 48 strömt. Das Strömungsmengen-Regelventil 61 ist mit der Steuervorrichtung 50 verbunden und die Steuervorrichtung 50 regelt das Volumen der Druckluft, indem sie den Grad in dem das Strömungsmengen-Regelventil 61 geöffnet ist, steuert. Die Heizung 62, die dem Strömungsmengen-Regelventil 61 nachgelagert bereitgestellt wird, erwärmt die Druckluft, die zur Temperatur-Regulierungsleitung 48 strömt. Die Heizung 62 ist mit der Steuervorrichtung 50 verbunden, und die Steuervorrichtung 50 regelt die Temperatur der Druckluft, indem sie die Heiztemperatur der Heizung 62 steuert.
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Bei der Temperatur-Regulierungsleitung 48 handelt es sich, wie in 3 veranschaulicht, um einen Kanal, der in der Turbinenkammer 20 bereitgestellt wird und als stationärer Teil dient, so wie die Statorblätter 21 und Schaufelringe 37. Der Schaufelring 37 wird gegenüber dem Rotorblatt 22 bereitgestellt und ist mit der Turbinenkammer 20 verbunden, damit die äußere Peripherie des Rotorblattes 22 umschlossen wird. Der Schaufelring 37 ist mit einem Schaufelkranz-Innenkanal 37a ausgestattet, der über die gesamte Peripherie dessen verläuft. Die Temperatur-Regulierungsleitung 48 regelt die Spalte (Tip-Clearance) zwischen dem Rotorblatt 22 und dem Schaufelring 37, indem sie die Temperatur und die Strömungsmenge der durchströmenden Druckluft regelt.
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Im Besonderen erwärmt der Strom erwärmter Druckluft durch die Temperatur-Regulierungsleitung 48 den stationären Teil (insbesondere den Schaufelring 37), was den Innendurchmesser des Schaufelrings 37 ausdehnt. Auf diese Weise dehnt sich die Tip-Clearance zwischen Rotorblatt 22 und Schaufelring 37 aus. Im Gegensatz dazu kühlt der Strom gekühlter Druckluft durch die Temperatur-Regulierungsleitung 48 den stationären Teil, was den Innendurchmesser des Schaufelrings 37 verringert. So verringert sich die Tip-Clearance zwischen Rotorblatt 22 und Schaufelring 37. Auf diese Weise kann die Tip-Clearance geregelt werden, indem die Druckluft zu einem vorher festgelegten Zeitpunkt durch die Temperatur-Regulierungsleitung 48 bei vorher festgelegtem Luftvolumen geleitet wird. Die Druckluft, die durch die Temperatur-Regulierungsleitung 48 geleitet wird, strömt in eine Druckluftrückleitung 46.
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Bei der Druckluftrückleitung 46 handelt es sich um einen Kanal, der die Temperatur-Regulierungsleitung 48 und die Druckluft-Versorgungsleitung 28 verbindet. Die Druckluftrückleitung 46 ist mit der Druckluft-Versorgungsleitung 28 verbunden, nachgelagert in Richtung des verbindenden Teils der Druckluft-Versorgungsleitung 28 zusammen mit der Druckaufbau-Zuflussleitung 42. Die Druckluftrückleitung 46 lässt die Druckluft aus der Temperatur-Regulierungsleitung 48 in die Druckluft-Versorgungsleitung 28 einströmen und anschließend durch die Druckluft-Versorgungsleitung 28 gelangen und in die Brennkammer 12 strömen.
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Die Brennkammer-Versorgungsleitung (45) lässt die Druckluft, die durch das Druckaufbaugerät 40 strömt, in die Brennkammer-Kühlleitung 49 strömen. Die Brennkammer-Kühlleitung 49 verwendet als Kühlluft die Druckluft, die von der Brennkammer-Versorgungsleitung 45 hineinströmt. Bei der Brennkammer-Kühlleitung 49 handelt es sich um einen Kanal, der die Brennkammer-Versorgungsleitung 45 und die Druckluftrückleitung 46 verbindet. Die Brennkammer-Kühlleitung 49 ist mit ihrer Einlassseite mit der Brennkammer-Versorgungsleitung 45 und mit ihrer Auslassseite mit der Druckluftrückleitung 46 verbunden. Die Brennkammer-Kühlleitung 49 kühlt die Brennkammer 12 mit Druckluft, die aus der Brennkammer-Versorgungsleitung 45 hineinströmt und lässt die Druckluft, die durch Kühlung der Brennkammer 12 erwärmt wurde, in die Druckluftrückleitung 46 zusammenströmen.
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Die Druckluft-Versorgungsleitung 28 ist mit der Brennkammer 12 verbunden. Außerdem ist die Brennstoff-Versorgungsleitung 30 mit der Brennkammer 12 verbunden. Die Brennkammer 12 mischt Brennstoff und Druckluft, um ein Mischgas zu erzeugen, und verbrennt das erzeugte Mischgas, was ein Brenngas erzeugt. Zusätzlich strömt das Brenngas durch die Brenngasausfuhrleitung 29, die die Brennkammer 12 mit der Turbine 13 verbindet, in die Turbine 13.
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Entsprechend wird die Druckluft, die durch den Kompressor 11 verdichtet wurde, durch die Druckluft-Versorgungsleitung 28 der Brennkammer 12 zugeführt. Ein Teil der Druckluft, die aus der Druckluft-Versorgungsleitung 28 entnommen wurde, wird dem Druckaufbaumittel 40 durch die Druckaufbau-Zuflussleitung 42 zugeführt. Das Volumen der Druckluft, die durch die Druckaufbau-Zuflussleitung 42 strömt, wird durch das Strömungsmengen-Regelventil 36 angemessen geregelt und durch den Kühler 31 angemessen gekühlt. Die Druckluft, mit der das Druckaufbaugerät 40 versorgt wird, wird durch das Druckaufbaugerät 40 verdichtet, und ein Teil dieser verdichteten Druckluft wird der Temperatur-Regulierungsleitung 48 durch die Turbinen-Versorgungsleitung 44 zugeführt, und der Rest wird der Brennkammerkühlleitung 49 durch die Brennkammer-Versorgungsleitung 45 zugeführt. Das Volumen der Druckluft, das durch die Turbinen-Versorgungsleitung 44 geleitet wird, wird durch das Strömungsmengen-Regelventil 61 angemessen geregelt und durch die Heizung 62 angemessen erwärmt. Die Druckluft, die in die Temperatur-Regulierungsleitung 48 strömt, regelt die Temperatur des stationären Teils der Turbine 13 auf eine vorher festgelegte Temperatur um die Tip-Clearance zu regeln. Die Druckluft, die durch die Temperatur-Regulierungsleitung 48 geleitet wird, strömt durch die Druckluftrückleitung 46 in die Druckluft-Versorgungsleitung 28. Die Druckluft, die in die Brennkammer-Kühlleitung 49 strömt, kühlt die Brennkammer 12. Die Druckluft, die durch die Brennkammerkühlleitung 49 geleitet wird, strömt durch die Druckluftrückleitung 46 in die Druckluft-Versorgungsleitung 28. So wird die Druckluft, die durch den Kompressor 11 verdichtet wurde, der Brennkammer 12 vollständig durch die Druckluft-Versorgungsleitung 28 zugeführt.
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Der Brennstoff, der über die Brennstoff-Versorgungsleitung 30 zugeführt wird, zusammen mit Druckluft, die über die Druckluft-Versorgungsleitung 28 zugeführt wird, erzeugt ein Mischgas und das Verbrennen dieses Mischgases erzeugt Brenngas. Anschließend strömt das Brenngas, das in der Brennkammer 12 erzeugt wurde, bei hoher Temperatur und hohem Druck durch die Brenngasausfuhrleitung 29 zur Turbine 13 und wird durch die Statorblätter 21 und die Rotorblätter 22 geleitet, um den stromproduzierenden Rotor 25 rotierend anzutreiben.
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Auf diese Weise zirkuliert die Druckluft, die aus der Druckluft-Versorgungsleitung 28 entnommen wurde, durch die Druckluftrückleitung 46 in die Druckluft-Versorgungsleitung 28. So wird der Kanal zur Kühlung der Brennkammer 12 als geschlossener Zirkulationskanal (Kühlkanal als geschlossener Kreis) konfiguriert. Ebenso wird der Kanal zur Regulierung der Tip-Clearance in der Turbine 13 als geschlossener Zirkulationskanal konfiguriert.
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Die Steuervorrichtung 50 steuert die Regulierung der Tip-Clearance in der Turbine 13 und steuert die Kühlung der Brennkammer 12 entsprechend des Betriebs der Gasturbine 10. Im Besonderen befindet sich die Steuervorrichtung 50 während des Startvorgangs der Gasturbine 10 im Startvorgangsmodus und während des Nennbetriebs der Turbine 10 im Nennbetriebsmodus.
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Wenn sich die Steuervorrichtung 50 im Startvorgangsmodus befindet, wird die Druckluft als Kühlluft der Brennkammer-Kühlleitung 49 zugeführt. Wenn sich die Steuervorrichtung 50 im Startmodus befindet, lässt die Steuervorrichtung 50 außerdem die Temperatur-Regulierungsleitung 48 mit erwärmter Druckluft versorgen, um den Innendurchmesser des Schaufelrings 37 auszudehnen, damit ein Kontakt zwischen Rotorblatt 22 und Schaufelring 37 vermieden wird. Mit anderen Worten: die Steuervorrichtung 50 steuert den Grad, den das Strömungsmengen-Regelventil 36 geöffnet ist in angemessener Weise, um das Volumen der Druckluft, die aus dem Kompressor 11 über die Druckaufbau-Einflussleitung 42 zum Druckaufbaumittel 40 strömt und den Ventilator 33 des Kühlers 31, der die Druckluft kühlt, die vom Kompressor 11 zum Druckaufbaumittel 40 strömt, angemessen zu regeln. Das Druckaufbaumittel 40 verdichtet die gekühlte Druckluft und versorgt die Brennkammerkühlleitung 49 mit dieser verdichteten Druckluft über die Druckaufbau-Abflussleitung 43 und die Brennkammer-Versorgungsleitung 45. Dadurch lässt die Steuervorrichtung 50 die Druckluft als Kühlluft der Brennkammer-Kühlleitung 49 zuführen. Außerdem verdichtet das Druckaufbaumittel 40 die gekühlte Druckluft und lässt die verdichtete Druckluft in die Turbinen-Versorgungsleitung 44 strömen. Durch eine angemessene Regelung des Grades der Öffnung des Strömungsmengen-Regelventils 61, regelt die Steuervorrichtung 50 angemessen das Volumen der Druckluft, die aus dem Druckaufbaugerät 40 über die Turbinen-Versorgungsleitung 44 in die Temperatur-Regulierungsleitung 48 der Turbine 13 strömt. Außerdem erhöht die Steuervorrichtung 50 die Temperatur der Druckluft, die in die Temperatur-Regulierungsleitung 48 strömt, indem sie die Erwärmung durch die Heizung 62 steuert. Dadurch wird die Temperatur-Regulierungsleitung 48 durch das Steuerungsgerät 50 mit der erwärmten Druckluft versorgt.
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Wenn sich die Steuervorrichtung 50 im Nennbetrieb befindet, wird die Druckluft als Kühlluft der Brennkammer-Kühlleitung 49 zugeführt. Außerdem wird, wenn sich die Steuervorrichtung 50 im Nennbetriebsmodus befindet, die Temperatur-Regulierungsleitung 48 mit gekühlter Druckluft versorgt, um den Innendurchmesser des Schaufelrings 37 zu verringern, damit die Tip-Clearance zwischen dem Rotorblatt 22 und dem Schaufelring 37 verringert wird. Mit anderen Worten: die Steuervorrichtung 50 ist genauso eingestellt wie im Startvorgangsmodus in Bezug auf die Steuerung der Kühlung der Brennkammer 12. Unterdessen unterscheidet sich die Einstellung der Steuervorrichtung 50 von dem Startvorgangsmodus in Bezug auf die Steuerung der Tip-Clearance in der Turbine 13. Mit anderen Worten: das Druckaufbaumittel 40 verdichtet die gekühlte Druckluft und lässt die verdichtete Druckluft in die Turbinen-Versorgungsleitung 44 strömen. Durch eine angemessene Regelung des Grades der Öffnung des Strömungsmengen-Regelventils 61, regelt die Steuervorrichtung 50 angemessen das Volumen der Druckluft, die aus dem Druckaufbaumittel 40 über die Turbinen-Versorgungsleitung 44 in die Temperatur-Regulierungsleitung 48 der Turbine 13 strömt. Außerdem beendet die Steuervorrichtung 50 die Erwärmung durch die Heizung 62 und hält die Temperatur der Druckluft konstant, die in die Temperatur-Regulierungsleitung 48 strömt. Dadurch wird die Temperatur-Regulierungsleitung 48 durch die Steuervorrichtung 50 mit der Druckluft in einem abgekühlten Zustand versorgt.
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Als nächstes wird das Gasturbinen-Betriebsverfahren beschrieben. Die Gasturbine 10 führt sowohl den Verlauf des Startvorgangs während des Startvorgangs als auch den Verlauf des Nennbetriebs während des Nennbetriebs durch. Im Startvorgangs-Verlauf wird die Brennkammer 12 gekühlt, indem die Brennkammerkühlleitung 49 mit Druckluft als Kühlluft dadurch versorgt wird, dass die Steuervorrichtung 50 der Gasturbine 10 den Startvorgangsmodus durchführt. Der stationäre Teil (der Schaufelring 37 und dergleichen) der Turbine 13 wird erwärmt, indem die Temperatur-Regulierungsleitung 48 mit erwärmter Druckluft versorgt wird. Außerdem wird die Brennkammer 12 im Verlauf des Nennbetriebs gekühlt, indem die Brennkammerkühlleitung 49 mit Druckluft als Kühlluft dadurch versorgt wird, dass die Steuervorrichtung 50 der Gasturbine 10 den Nennbetriebsmodus durchführt. Der stationäre Teil (der Schaufelring 37 und dergleichen) der Turbine 13 wird gekühlt, indem die Temperatur-Regulierungsleitung 48 mit nicht erwärmter Druckluft versorgt wird.
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Wie oben beschrieben, kann die Steuervorrichtung 50, gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 1, die Temperatur der Druckluft, mit der sowohl die Turbine 13 als auch die Brennkammer 12 versorgt werden, regeln, indem sie den Kühler 31 und die Heizung 62 steuert. Mit anderen Worten: die Temperatur der Druckluft, die aus dem Druckaufbaumittel 40 strömt, kann verringert werden, indem die Druckluft, die in das Druckaufbaumittel 40 strömt, mit dem Kühler 31 gekühlt wird. Zusätzlich steuert die Steuervorrichtung 50 die Heizung 62, die in der Turbinen-Versorgungsleitung 44 bereitgestellt wird um die Druckluft angemessen zu erwärmen. Infolgedessen kann die Steuervorrichtung 50 die Tip-Clearance der Turbine 13 angemessen regeln, während die Brennkammer 12 dadurch gekühlt wird. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass die Steuerungsvorrichtung 50 eine Verringerung der Effizienz des Gasturbinenbetriebs 10 steuern kann, weil die Temperatur der Druckluft zur Kühlung der Brennkammer 12 und die Temperatur der Druckluft zur Regulierung der Tip-Clearance der Turbine 13 angemessen sein können.
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Außerdem kann, gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 1, die Temperatur des stationären Teils der Turbine 13 präzise auf eine vorher festgelegten Temperatur geregelt werden, indem die Strömungsmenge der Druckluft, die in das Temperatur-Regulierungsleitung 48 strömt, durch Steuerung des Strömungsmengen-Regelventils 61 mit der Steuervorrichtung 50 geregelt wird.
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Außerdem kann, gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 1, das Volumen der Druckluft, die in das Druckaufbaumittel 40 strömt, verringert und die Verdichtungseffizienz des Druckaufbaumittels 40 verbessert werden, weil die Druckluft, die in das Druckaufbaumittel 40 strömt, gekühlt werden kann, indem die Druckluft, die in die Druckaufbau-Einflussleitung 42 strömt, mit dem Kühler 31 gekühlt werden kann.
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Außerdem kann, gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 1, die Gesamtströmungsmenge der Druckluft, die in die Temperatur-Regulierungsleitung 48 strömt, und die Brennkammer-Kühlleitung 49 geregelt werden, indem die Strömungsmenge der Druckluft, die in das Druckaufbaumittel 40 strömt, durch eine Steuerung des Strömungsmengen-Regelventils 36 mit der Steuervorrichtung 50 geregelt werden.
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Außerdem kann, gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 1, während des Startvorgangs der Gasturbine 10 die Brennkammer 12 gekühlt und der stationäre Teil der Turbine 13 erwärmt werden. So kann die Tip-Clearance geregelt werden, damit das Rotorblatt 22 der Turbine 13 nicht in Kontakt mit dem Schaufelring 37 kommt, weil der Innendurchmesser des Schaufelrings 37 sich bei Erwärmung ausdehnen kann. Außerdem können während des Nennbetriebs der Gasturbine 10 die Brennkammer 12 und der stationäre Teil der Turbine 13 gekühlt werden. So kann die Tip-Clearance geregelt werden, damit die Lücke bezüglich des Rotorblattes 22 der Turbine 13 verringert wird, weil der Innendurchmesser des stationären Teils des Schaufelrings 37 oder desgleichen sich durch Kühlung vermindern lässt. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass während des Startvorgangs und des Nennbetriebs der Gasturbine 10 eine Verringerung der Effizienz des Gasturbinenbetriebs 10 verhindert werden kann, weil die Temperatur der Druckluft zur Kühlung der Brennkammer 12 und die Temperatur der Druckluft zur Regulierung der Tip-Clearance der Turbine 13 angemessen sein können.
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Es ist zu beachten, dass in der Ausführungsform 1 die Strömungsmenge durch Nutzung der Strömungsmengen-Regelventile 36, 61 geregelt wird, die Konfiguration jedoch nicht auf die Nutzung der Strömungsmengen-Regelventile 36, 61 beschränkt ist und jedwede Konfiguration möglich ist, solange ein Mechanismus die Strömungsmenge der Druckluft regeln kann.
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Außerdem wird in der Ausführungsform 1 das Strömungsmengen-Regelventil 61 und die Heizung 62 versorgt und die Temperatur des stationären Teils der Turbine 13 reguliert, indem die Strömungsmenge und Temperatur der Druckluft geregelt werden – dies ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Eine Konfiguration, bei der das Strömungsmengen-Regelventil 61 weggelassen wird, kann ebenfalls verwendet werden, solange die Temperatur des stationären Teils der Turbine 13 nur durch eine Regelung der Temperatur der Druckluft mit der Heizung 62 geregelt werden kann.
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Ausführungsform 2
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Im Folgenden wird eine Gasturbine 80 der Ausführungsform 2 mit Bezug auf 4 beschrieben. 4 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 2 veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass in Ausführungsform 2 Abschnitte, die sich von der Ausführungsform 1 unterscheiden, und Abschnitte, die sich von der Ausführungsform 1 nicht unterscheiden, mit den gleichen Referenznummern wie in der Ausführungsform 1 beschrieben werden, um eine Verdoppelung der Beschreibung in der Ausführungsform 1 zu vermeiden. Die Gasturbine 80 der Ausführungsform 2 ist so konfiguriert, dass ein Strömungsmengen-Regelventil (dritter Strömungsmengen-Regelmechanismus) 81 und ein Kühler (erstes Kühlungsmittel) 82 in der Brennkammer-Versorgungsleitung 45 der Gasturbine 10 der Ausführungsform 1 bereitgestellt werden.
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Das Strömungsmengen-Regelventil 81 wird dem Kühler 82 vorgelagert in Richtung der Druckluftströmung bereitgestellt und regelt das Volumen der Druckluft, die in die Brennkammerkühlleitung 49 über den Kühler 82 strömt. Das Strömungsmengen-Regelventil 81 ist mit der Steuervorrichtung 50 verbunden, und die Steuervorrichtung 50 regelt das Volumen der Druckluft, indem sie den Grad steuert, in dem das Strömungsmengen-Regelventil 81 geöffnet ist. Der Kühler 82 wird dem Strömungsmengen-Regelventil 81 nachgelagert bereitgestellt und kühlt die Druckluft, die in die Brennkammerkühlleitung 49 strömt. Der Kühler 82 ist mit der Steuervorrichtung 50 verbunden, und die Steuervorrichtung 50 regelt die Temperatur der Druckluft, indem sie die Kühltemperatur des Kühlers 82 steuert.
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Entsprechend wird ein Teil der Druckluft, die durch den Kompressor 40 verdichtet wurde, der Brennkammerkühlleitung 49 durch die Brennkammer-Versorgungsleitung 45 zugeführt. Das Volumen der Druckluft, die durch die Brennkammer-Versorgungsleitung 45 strömt, wird durch das Strömungsmengen-Regelventil 81 angemessen geregelt und durch den Kühler 82 angemessen gekühlt.
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Wie oben beschrieben, kann die Steuervorrichtung 50, gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 2, die Temperatur der Druckluft, mit der die Brennkammer 12 versorgt wird, regeln, indem sie den Kühler 82 steuert. Mit anderen Worten: die Druckluft wird durch Steuerung des Kühlers 82, der in der Brennkammer-Versorgungsleitung 45 bereitgestellt wird, angemessen gekühlt, sogar dann, wenn die Temperatur der Druckluft, die aus dem Druckaufbaugerät 40 strömt, hoch ist. Dadurch kann die Steuervorrichtung 50 die Brennkammer 12 angemessen kühlen.
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Außerdem ermöglicht es, gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 2, die Steuerung des Strömungsmengen-Regelventils 81 mit der Steuervorrichtung 50 und die Regulierung der Strömungsmenge der Druckluft, die in die Brennkammerkühlleitung 49 strömt, die Temperatur der Brennkammer 12 präzise auf eine vorher festgelegte Temperatur zu kühlen.
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Es ist zu beachten, dass auch in der Ausführungsform 2 die Strömungsmenge der Druckluft mit dem Strömungsmengen-Regelventil 81 geregelt wird, aber diese Konfiguration nicht darauf beschränkt ist, mit dem Strömungsmengen-Regelventil 81 geregelt zu werden und jede Konfiguration enthalten kann, solange ein Mechanismus die Strömungsmenge der Druckluft regeln kann.
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Außerdem werden in der Ausführungsform 2 das Strömungsmengen-Regelventil 81 und der Kühler 82 bereitgestellt, und die Brennkammer 12 wird durch Regulierung der Strömungsmenge und der Temperatur der Druckluft gekühlt; es besteht aber keine Beschränkung auf diese Konfiguration. Das Strömungsmengen-Regelventil 81 kann weggelassen werden, solange nur der Kühler der Druckluft durch den Kühler 82 eine Kühlung der Brennkammer 12 gestattet.
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Ausführungsform 3
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Im Folgenden wird eine Gasturbine 90 der Ausführungsform 3 mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 3 veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass in Ausführungsform 3 Abschnitte, die sich von der Ausführungsform 2 unterscheiden, und Abschnitte, die sich von der Ausführungsform 2 nicht unterscheiden, mit den gleichen Referenznummern wie in der Ausführungsform 2 beschrieben werden, um eine Verdoppelung der Beschreibung in der Ausführungsform 2 zu vermeiden. Die Gasturbine 90 der Ausführungsform 3 enthält eine Konfiguration in der der Kühler 31, der in der Druckaufbau-Zuflussleitung 42 der Gasturbine 80 der Ausführungsform 2 bereitgestellt wird, weggelassen wird.
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So versorgt die Druckluft, die ohne gekühlt zu werden durch die Druckaufbau-Zuflussleitung 42 strömt, das Druckaufbaumittel 40. Das Volumen der Druckluft, die durch die Druckaufbau-Zuflussleitung 42 strömt, wird durch das Strömungsmengen-Regelventil 36 angemessen geregelt. Die Druckluft, mit der das Druckaufbaumittel 40 versorgt wird, wird durch das Druckaufbaugerät 40 verdichtet, und ein Teil dieser verdichteten Druckluft wird der Temperatur-Regulierungsleitung 48 durch die Turbinen-Versorgungsleitung 44 zugeführt, und der Rest wird der Brennkammerkühlleitung 49 durch die Brennkammer-Versorgungsleitung 45 zugeführt.
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Wie oben beschrieben, versorgt die Druckluft, die durch die Druckaufbau-Zuflussleitung 42 strömt, gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 3, das Druckaufbaumittel 40, ohne gekühlt zu werden. So versorgt die Druckluft, die aus dem Druckaufbaumittel 40 strömt, bei einer höheren Temperatur als in der Ausführungsform 2, sowohl die Turbinen-Versorgungsleitung 44 als auch die Brennkammer-Versorgungsleitung 45. Die Steuervorrichtung 50 steuert zusätzlich die Heizung 62, die in der Turbinen-Versorgungsleitung 44 bereitgestellt wird, damit die Druckluft angemessen erwärmt wird, und steuert auch den Kühler 82, der in der Brennkammer-Versorgungsleitung 45 bereitgestellt wird, damit die Druckluft angemessen gekühlt wird. Infolgedessen kann die Steuervorrichtung 50 die Tip-Clearance der Turbine 13 angemessen regeln, während die Brennkammer 12 dadurch gekühlt wird. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass die Steuervorrichtung 50 eine Verringerung der Effizienz des Gasturbinenbetriebs 10 steuern kann, weil die Temperatur der Druckluft zur Kühlung der Brennkammer 12 und die Temperatur der Druckluft zur Regulierung der Tip-Clearance der Turbine 13 angemessen sein können.
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Es ist zu beachten, dass in der Ausführungsform 3 die Konfiguration mit einer Heizung 62 in der Turbinen-Versorgungsleitung 44 ausgestattet ist, sie jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt ist. Eine Konfiguration, bei der die Heizung 62 weggelassen wird, kann verwendet werden, solange die Temperatur der Druckluft, die aus dem Druckaufbaumittel 40 strömt, ausreichend hoch ist und die Temperatur des stationären Teils der Turbine 13 nur dadurch geregelt werden kann, indem die Strömungsmenge der Druckluft mit dem Strömungsmengen-Regelventil 61 geregelt wird.
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Ausführungsform 4
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Im Folgenden wird eine Gasturbine 100 der Ausführungsform 4 mit Bezug auf 6 beschrieben. 6 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 4 veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass in Ausführungsform 4 Abschnitte, die sich von der Ausführungsform 1 unterscheiden, und Abschnitte, die sich von der Ausführungsform 1 nicht unterscheiden, mit den gleichen Referenznummern wie in der Ausführungsform 1 beschrieben werden, um eine Verdoppelung der Beschreibung in der Ausführungsform 1 zu vermeiden. Die Gasturbine 100 der Ausführungsform 4 ist mit einer Umgehungsleitung 101 ausgestattet, um die Heizung 62 zu umgehen, die in der Turbinen-Versorgungsleitung 44 der Gasturbine 10 in der Ausführungsform 1 bereitgestellt wird.
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Wie in 6 veranschaulicht, ist die Einlassseite der Umgehungsleitung 101 mit der Turbinen-Versorgungsleitung 44 vorgelagert in Richtung des Strömungsmengen-Regelventils 61 verbunden, und die Auslassseite der Umgehungsleitung 101 ist mit der Turbinen-Versorgungsleitung 44 nachgelagert in Richtung der Heizung 62 verbunden. Die Umgehungsleitung 101 ist mit einem Strömungsmengen-Regelventil 102 ausgestattet, und dieses Strömungsmengen-Regelventil 102 regelt das Volumen der Druckluft, die durch die Umgehungsleitung 101 strömt. Dieses Strömungsmengen-Regelventil 102 ist mit der Steuervorrichtung 50 verbunden, und die Steuervorrichtung 50 regelt das Volumen der Druckluft, die durch die Umgehungsleitung 101 strömt, indem sie den Grad in dem das Strömungsmengen-Regelventil 102 geöffnet ist, steuert.
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Die Umgehungsleitung 101 wird für das Mischen von Druckluft verwendet, die durch die Heizung 62 erwärmt wurde, und Druckluft, die nicht durch die Heizung 62 erwärmt wurde, um die gemischte Druckluft auf eine vorher festgelegte Temperatur zu regeln. So lässt ein Schließen des Strömungsmengen-Regelventils 61 und ein Öffnen des Strömungsmengen-Regelventils 102 das Gesamtvolumen der Druckluft, die in die Turbinen-Versorgungsleitung 44 strömt, in die Umgehungsleitung 101 einströmen, wenn die Druckluft nicht erwärmt werden soll.
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Wie oben beschrieben, kann die Druckluft, gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 4, nach dem Mischen auf eine vorher festgelegte Temperatur sogar dann geregelt werden, wenn die Regulierung der Temperatur der Druckluft mit der Heizung 62 schwierig ist oder wenn die Heizung 62 über keine Funktion zur Temperaturregulierung verfügt.
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Es ist zu beachten, dass die Ausführungsform 4 mit einer Umgehungsleitung 101 ausgestattet ist, um die Heizung 62 zu umgehen, jedoch in der Ausführungsform 3 mit einer Umgehungsleitung zur Umgehung des Kühlers 82 ausgestattet sein kann.
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Ausführungsform 5
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Im Folgenden wird eine Gasturbine 110 der Ausführungsform 5 mit Bezug auf 7 beschrieben. 7 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 5 veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass auch in der Ausführungsform 5 Abschnitte, die sich von der Ausführungsform 1 unterscheiden und Abschnitte, die sich von der Ausführungsform 1 nicht unterscheiden, mit den gleichen Referenznummern wie in der Ausführungsform 1 beschrieben werden, um eine Verdoppelung der Beschreibung in der Ausführungsform 1 zu vermeiden. Die Gasturbine 110 der Ausführungsform 5 ist mit einer verbindenden Versorgungsleitung (verbindender Versorgungskanal) 111 ausgestattet, die von der Temperatur-Regulierungsleitung 48 der Gasturbine 10 in der Ausführungsform 1 abzweigt und sich mit der Brennkammer-Versorgungsleitung 45 verbindet.
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Wie in 7 veranschaulicht, ist die Einlassseite der verbindenden Versorgungsleitung 111 mit der Temperatur-Regulierungsleitung 48 vorgelagert in Richtung der Turbine 13 verbunden, und die Auslassseite ist mit der Brennkammer-Versorgungsleitung 45 nachgelagert in Richtung der Brennkammer 12 verbunden. Die Druckluftrückleitung 46, die mit der Temperatur-Regulierungsleitung 48 verbunden ist, ist mit einem Strömungsraten-Regelventil 112 ausgestattet, und dieses Strömungsraten-Regelventil 112 regelt das Volumen der Druckluft, die durch die Druckluftrückleitung 46 strömt. Außerdem ist die verbindende Versorgungsleitung 111 mit einem Strömungsmengen-Regelventil (viertem Strömungsmengen-Regelmechanismus) 113 ausgestattet, und das Strömungsmengen-Regelventil 113 regelt das Volumen der Druckluft, die durch die verbindende Versorgungsleitung 111 strömt. Das Strömungsmengen-Regelventil 112 und das Strömungsmengen-Regelventil 113 sind an die Steuervorrichtung 50 angeschlossen, und diese Steuervorrichtung 50 regelt die Strömungsmenge der Druckluft, die durch die Druckluftrückleitung 46 und die verbindende Versorgungsleitung 111 strömt, indem sie den Grad steuert, in dem das Strömungsmengen-Regelventil 112 und das Strömungsmengen-Regelventil 113 geöffnet sind.
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Die verbindende Versorgungsleitung 111, die die Druckluft, die durch die Turbine 13 geleitet wird, in die Brennkammer-Versorgungsleitung 45 strömen lässt, wird zur Kühlung der Brennkammer 12 mit Druckluft, die durch die Turbine 13 geleitet wird, genutzt. Die Steuervorrichtung 50 regelt das Volumen der Druckluft, die zur Brennkammer-Versorgungsleitung 45 und zur Druckluftrückleitung 46 strömt, indem sie den Grad, in dem das Strömungsmengen-Regelventil 112 und das Strömungsmengen-Regelventil 113 geöffnet sind, gemäß des Betriebs der Gasturbine 10, angemessen regelt.
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Im Besonderen während des Startvorgangs (Startvorgangsmodus) der Gasturbine 10 öffnet die Steuervorrichtung 50 das Strömungsmengen-Regelventil 112 und regelt den Grad, den das Strömungsmengen-Regelventil 113 geöffnet ist, um geringer zu sein als der des Strömungsmengen-Regelventils 112, um die Temperatur-Regulierungsleitung 48 mit Druckluft zu versorgen, die durch die Heizung 62 erwärmt wurde. So strömt mehr Druckluft, die durch die Turbine 13 geleitet wurde, zu der Druckluftrückleitung 46 als zu der verbindenden Versorgungsleitung 111. Es ist zu beachten, dass während des Startvorgangsmodus die Steuervorrichtung 50 das Strömungsmengen-Regelventil 113 schließen kann; in diesem Fall strömt die Druckluft, die durch die Turbine 13 geleitet wurde, nur in die Druckluftrückleitung 46.
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Unterdessen öffnet die Steuervorrichtung 50 während des Nennbetriebs (Nennbetriebsmodus) der Gasturbine 10 das Strömungsmengen-Regelventil 113 und regelt den Grad, den das Strömungsmengen-Regelventil 112 geöffnet ist, um geringer zu sein als der des Strömungsmengen-Regelventils 113, um die Temperatur-Regulierungsleitung 48 mit Druckluft zu versorgen. So strömt mehr Druckluft, die durch die Turbine 13 geleitet wurde, zur verbindenden Versorgungsleitung 111 als zur Druckluftrückleitung 46. Es ist zu beachten, dass während des Nennbetriebsmodus die Steuervorrichtung 50 das Strömungsmengen-Regelventil 112 schließen kann; in diesem Fall strömt die Druckluft, die durch die Turbine 13 geleitet wurde, nur über die verbindende Versorgungsleitung 111 in die Brennkammer-Versorgungsleitung 45.
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Wie oben beschrieben, wird, gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 5, während des Nennbetriebs der Gasturbine 10 die Druckluft, die durch die Turbine 13 geleitet wurde, von der Temperatur-Regulierungsleitung 48 über die verbindende Versorgungsleitung 111 in die Brennkammer-Versorgungsleitung 45 eingeleitet. Dadurch kann die Brennkammer 12 effizient gekühlt und die Effizienz der Gasturbine 10 während des Nennbetriebs verbessert werden, weil die Druckluft, die durch die Turbine 13 geleitet wurde, zur Kühlung der Brennkammer 12 genutzt werden kann.
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Ausführungsform 6
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Im Folgenden wird eine Gasturbine 10 der Ausführungsform 6 beschrieben. Es ist zu beachten, dass auch in Ausführungsform 6 Abschnitte, die sich von der Ausführungsformen 1 bis 5 unterscheiden, und Abschnitte, die sich von der Ausführungsformen 1 bis 5 nicht unterscheiden, mit den gleichen Referenznummern wie in der Ausführungsformen 1 bis 5 beschrieben werden, um eine Verdoppelung der Beschreibung in der Ausführungsform 1 zu vermeiden. Die Gasturbine 10 der Ausführungsform 6 unterbindet zu vorher festgelegten Zeiten die Druckluftversorgung der Temperatur-Regulierungsleitung 48, indem das Strömungsmengen-Regelventil 61, das in der Gasturbine 10 der Ausführungsform 1 bereitgestellt wird, genutzt wird. Nachstehend wird die Gasturbine 10 der Ausführungsform 6 mit Bezug auf 2 beschrieben.
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Wie in 2 veranschaulicht, ist die Turbinen-Versorgungsleitung 44 nur mit dem Strömungsmengen-Regelventil 61 ausgestattet, das als erster Strömungsraten-Regelmechanismus wirkt. Das Strömungsmengen-Regelventil 61 ist mit der Steuervorrichtung 50 verbunden, und die Steuervorrichtung 50 blockiert zu vorher festgelegten Zeiten die Druckluft, mit der die Temperatur-Regulierungsleitung 48 versorgt wird, indem sie den Grad in dem das Strömungsmengen-Regelventil 61 geöffnet ist, auf Null setzt. In diesem Zusammenhang gelten ein Timing vor und während des Startens der Gasturbine 10 und ein Timing vor und während des Anhaltens der Gasturbine 10 als Beispiele von vorher festgelegten Zeitpunkten.
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Wenn der vorher festgelegte Zeitpunkt vor dem Starten oder während des Startvorgangs (Startvorgangsmodus) der Gasturbine 10 liegt, befindet sich der Schaufelring 37 der Turbine 13 in einem gekühlten Zustand. Vor dem Starten oder während des Startvorgangs der Gasturbine 10, unterbindet die Steuervorrichtung 50 die Druckluftversorgung der Temperatur-Regulierungsleitung 48, indem sie den Grad, den das Strömungsmengen-Regelventil 61 geöffnet ist, auf Null setzt. Dann wird die Kühlung des Schaufelrings 37 der Turbine 13 unterbunden, weil die Druckluft, die durch die Temperatur-Regulierungsleitung 48 strömt, gestoppt wird. Unterdessen gelangt das Brenngas durch die Turbine 13 und dann erwärmt dieses Brenngas den Schaufelring 37 der Turbine 13. So kann vor dem Starten oder während des Startvorgangs der Gasturbine 10 die Steuervorrichtung 50 den Innendurchmesser des Schaufelrings 37 ausdehnen damit ein Kontakt zwischen Rotorblatt 22 und Schaufelring 37 vermieden wird.
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Wenn der vorher festgelegte Zeitpunkt vor oder während des Anhaltens liegt, ist der Schaufelring 37 der Turbine 13 erwärmt und die Temperatur des Brenngases, das durch die Turbine 13 geleitet wird, verringert. Vor oder während des Anhaltens der Gasturbine 10 unterbindet die Steuervorrichtung 50 die Druckluftversorgung der Temperatur-Regulierungsleitung 48, indem sie den Grad, den das Strömungsmengen-Regelventil 61 geöffnet ist, auf Null setzt. Dann wird die Kühlung des Schaufelrings 37 der Turbine 13 unterbunden, weil die Druckluft, die durch die Temperatur-Regulierungsleitung 48 strömt, gestoppt wird. So wird ein Temperaturabfall des erwärmten Schaufelrings 37 der Turbine 13 unterbunden. Dadurch kann die Steuervorrichtung 50 vor oder während des Anhaltens der Gasturbine 10 unterbinden, dass sich der Innendurchmesser des Schaufelrings 37 verringert. So kann der Schaufelring 37 der Turbine 13 leicht erwärmt werden, wenn die Gasturbine 10 nach dem Anhalten wieder gestartet wird.
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Wie oben beschrieben, kann die Tip-Clearance der Turbine 13, gemäß dieser Konfiguration der Ausführungsform 6, angemessener geregelt werden, weil der Innendurchmesser des Schaufelrings 37 der Turbine 13 durch Kühlung des Schaufelrings 37 der Turbine 13 mit Druckluft ausgedehnt werden kann, indem die Druckluftversorgung der Temperatur-Regulierungsleitung 48 zu vorher festgelegten Zeiten durch Steuerung des Strömungsmengen-Regelventils 61, das durch die Steuervorrichtung 50 gesteuert wird, unterbunden wird.
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Außerdem kann, gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 6, die Druckluftversorgung der Temperatur-Regulierungsleitung 48 unterbunden werden, indem nur das Strömungsmengen-Regelventil 61 genutzt wird, ohne die Konfiguration der Gasturbine 10 der Ausführungsform 1 zu verändern.
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Ausführungsform 7
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Im Folgenden wird eine Gasturbine 120 der Ausführungsform 7 mit Bezug auf 8 beschrieben. 8 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 7 veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass auch in Ausführungsform 7 Abschnitte, die sich von der Ausführungsformen 1 bis 6 unterscheiden, und Abschnitte, die sich von der Ausführungsformen 1 bis 6 nicht unterscheiden, mit den gleichen Referenznummern wie in der Ausführungsformen 1 bis 6 beschrieben werden, um eine Verdoppelung der Beschreibung in der Ausführungsform 1 zu vermeiden. Die Gasturbine 120 der Ausführungsform 7 unterbindet durch ein Ein/Aus-Ventil 63 zu vorher festgelegten Zeiten die Druckluftversorgung der Temperatur-Regulierungsleitung 48.
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Wie in 8 veranschaulicht, besitzt die Gasturbine 120 der Ausführungsform 7 eine Konfiguration, in der das Ein/Aus-Ventil 63 in der Turbinen-Versorgungsleitung 44 der Gasturbine 10 der Ausführungsform 1 bereitgestellt wird. In anderen Worten: die Turbinen-Versorgungsleitung 44 wird mit einem Strömungsmengen-Regelventil 61 und dem Ein/Aus-Ventil 63, die zusammen als erster Strömungsraten-Regelmechanismus wirken, ausgestattet. Das Ein/Aus-Ventil 63 wird in Strömungsrichtung der Druckluft dem Strömungsmengen-Regelventil 61 und der Heizung 62 vorgelagert bereitgestellt und wechselt zwischen Druckluftversorgung und -blockierung der Temperatur-Regulierungsleitung 48, indem die Turbinen-Versorgungsleitung 44 geöffnet oder geschlossen wird.
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Das Strömungsmengen-Regelventil 61 ist mit der Steuervorrichtung 50 gekoppelt, und dieses Steuergerät regelt das Volumen der Druckluft, die in die Temperatur-Regulierungsleitung 48 strömt, indem sie den Grad steuert, den das Strömungsmengen-Regelventil 61 geöffnet ist. Außerdem ist das Ein/Aus-Ventil 63 mit der Steuervorrichtung 50 verbunden und die Steuervorrichtung 50 blockiert zu vorher festgelegten Zeiten die Druckluft, die der Temperatur-Regulierungsleitung 48 zugeführt wird, indem der Grad, den das Ein/Aus-Ventil 63 geöffnet wird, auf Null gesetzt wird (schließt das Ventil). In diesem Zusammenhang beinhaltet der vorher festgelegte Zeitpunkt ein Timing vor und während des Startens der Gasturbine 120 und ein Timing vor und während des Anhaltens der Gasturbine 120, wie in der Ausführungsform 6 beschrieben. Es ist zu beachten, dass eine Beschreibung der Steuerung des Ein/Aus-Ventils 63 durch die Steuervorrichtung 50 vor und während des Startens der Gasturbine 120 und der Steuerung des Ein/Aus-Ventils 63 durch die Steuervorrichtung 50 vor und während des Anhaltens der Gasturbine 120 weggelassen wurde, weil es sich bei der Steuerung um die gleiche Steuerung handelt wie die des Strömungsmengen-Regelventils 61 in der Ausführungsform 6. Es ist zu beachten, dass der Grad, den das Strömungsmengen-Regelventil 61 geöffnet ist, nicht besonders beschränkt wird und den Wert Null haben kann, um dem geschlossenen Zustand des Ein/Aus-Ventils 63 zu entsprechen, aber auch zu einem vorher festgelegten Grad geöffnet sein kann.
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Wie oben beschrieben verhindert, gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 7, der Schaufelring 37 der Turbine 13 die Kühlung mit Druckluft, um den Innendurchmesser des Schaufelrings 37 der Turbine 13 ausdehnen zu lassen, was eine angemessenere Regelung der Tip-Clearance der Turbine 13 verindert, durch die Steuerung des Ein/Aus-Ventils 63 mit der Steuervorrichtung 50 um die Druckluftversorgung der Temperatur-Regulierungsleitung 48 zu vorher festgelegten Zeiten zu unterbinden.
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Es ist zu beachten, dass in Ausführungsform 7 das Ein/Aus-Ventil 63 in Strömungsrichtung der Druckluft dem Strömungsmengen-Regelventil 61 und der Heizung 62 vorgelagert bereitgestellt wird, das Ein/Aus-Ventil 63 jedoch zwischen dem Strömungsmengen-Regelventil 61 und der Heizung 62 bereitgestellt werden kann.
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Ausführungsform 8
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Im Folgenden wird eine Gasturbine 130 der Ausführungsform 8 mit Bezug auf 9 beschrieben. 9 ist eine schematische Übersichtsansicht, die eine Gasturbine der Ausführungsform 8 veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass auch in Ausführungsform 8 Abschnitte, die sich von der Ausführungsformen 1 bis 7 unterscheiden, und Abschnitte, die sich von der Ausführungsformen 1 bis 7 nicht unterscheiden, mit den gleichen Referenznummern wie in der Ausführungsformen 1 bis 7 beschrieben werden, um eine Verdoppelung der Beschreibung in der Ausführungsform 1 zu vermeiden. Die Gasturbine 130 der Ausführungsform 8 unterbindet zu vorher festgelegten Zeiten die Druckluftversorgung der Temperatur-Regulierungsleitung 48, indem das Ein/Aus-Ventil 63, das anstatt des Strömungsmengen-Regelventils 61 der Ausführungsform 1 bereitgestellt wird, genutzt wird.
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Wie in 9 veranschaulicht, enthält die Gasturbine 130 der Ausführungsform 8 eine Konfiguration, in der das Ein/Aus-Ventil 63 anstelle des Strömungsmengen-Regelventils 61 bereitgestellt wird, die in der Ausführungsform 1 in der Turbinen-Versorgungsleitung 44 der Gasturbine 10 bereitgestellt wird. In anderen Worten: die Turbinen-Versorgungsleitung 44 wird nur mit einem Ein/Aus-Ventil 63 ausgestattet, das als erster Strömungsraten-Regelmechanismus wirkt. Das Ein/Aus-Ventil 63 wird in Strömungsrichtung der Druckluft der Heizung 62 vorgelagert bereitgestellt und wechselt zwischen Druckluftversorgung und -blockierung der Temperatur-Regulierungsleitung 48, indem die Turbinen-Versorgungsleitung 44 geöffnet oder geschlossen wird. Das Ein/Aus-Ventil 63 ist mit der Steuervorrichtung 50 verbunden und die Steuervorrichtung 50 setzt zu vorher festgelegten Zeiten den Grad, den das Ein/Aus-Ventil 63 geöffnet ist auf Null, damit die Druckluftversorgung der Temperatur-Regulierungsleitung 48 unterbunden wird. In diesem Zusammenhang beinhaltet der vorher festgelegte Zeitpunkt ein Timing vor und während des Startens der Gasturbine 130 und ein Timing vor und während des Anhaltens der Gasturbine 130, wie in der Ausführungsform 6 beschrieben. Es ist zu beachten, dass eine Beschreibung der Steuerung des Ein/Aus-Ventils 63 durch die Steuervorrichtung 50 vor und während des Startens der Gasturbine 130 und der Steuerung des Ein/Aus-Ventils 63 durch die Steuervorrichtung 50 vor und während des Anhaltens der Gasturbine 130 weggelassen wurde, weil die Steuerung die gleiche Steuerung ist wie die des Strömungsmengen-Regelventil 61 in der Ausführungsform 6. Außerdem öffnet die Steuervorrichtung 50 während des Nennbetriebs der Gasturbine 130 das Ein/Aus-Ventil 63, um die Temperatur-Regulierungsleitung 48 mit Druckluft zu versorgen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Temperatur der Druckluft, mit der die Temperatur-Regulierungsleitung 48 versorgt wird, durch die Steuerung der Kühlung durch den Kühler 31 angemessen geregelt, ebenso wie die Steuerung der Erwärmung durch die Heizung 62 mit der Steuervorrichtung 50.
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Wie oben beschrieben unterdrückt gemäß der Konfiguration der Ausführungsform 8 die Steuerung des Ein/Aus-Ventils 63 mit der Steuervorrichtung 50, um die Druckluftversorgung der Temperatur-Regulierungsleitung 48 zu vorher festgelegten Zeiten zu unterbinden, die Kühlung des Schaufelrings 37 der Turbine 13 mit Druckluft, um den Innendurchmesser des Schaufelrings 37 der Turbine 13 sich ausdehnen zu lassen, was eine angemessenere Regelung der Tip-Clearance der Turbine 13 erlaubt d
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Außerdem wird, gemäß der Konfiguration in Ausführungsform 8, das Ein/Aus-Ventil 63 anstelle des Strömungsmengen-Regelventils 61 der Gasturbine 10 in der Ausführungsform 1 bereitgestellt, und die Druckluftversorgung der Temperatur-Regulierungsleitung 48 kann unterbunden werden, indem nur das Ein/Aus-Ventil 63 genutzt wird.
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Es ist zu beachten, dass in den Ausführungsformen 6 bis 8 die Druckluftversorgung gemäß der Konfiguration der Gasturbine 10 in der Ausführungsform 1 unterbunden wird, jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt ist. Mit anderen Worten: die Konfiguration in den Ausführungsformen 6 bis 8 kann auf die Konfiguration der Gasturbine 10 in den Ausführungsformen 2 bis 5 angewendet werden.
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Außerdem steuert in den Ausführungsformen 1 bis 8 die Steuervorrichtung 50 jedes der Geräte gemeinsam, einschließlich des Kühlers 31 als zweites Instrument zur Kühlung, der Heizung 62 als Erwärmungsmittel, des Kühlers 82 als erstem Kühlungsmittel, und einer Vielzahl an Strömungsmengen-Regelventilen 36, 61, 81, 102, ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt und eine Vielzahl an Steuergeräten, die die entsprechenden Geräte steuern können, können bereitgestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gasturbine
- 11
- Kompressor
- 12
- Brennkammer
- 13
- Turbine
- 14
- Generator
- 28
- Druckluft-Versorgungsleitung
- 29
- Brenngasausfuhrleitung
- 30
- Brennstoff-Versorgungsleitung
- 31
- Kühler
- 32
- Kühleinrichtung
- 33
- Ventilator
- 35
- Brennstoff-Vorwärmung
- 36
- Strömungsmengen-Regelventil
- 37
- Schaufelring
- 37a
- Innerer Kanal des Schaufelrings
- 40
- Druckaufbaugerät
- 41
- Elektromotor
- 42
- Druckaufbau-Zuflussleitung
- 43
- Druckaufbau-Abflussleitung
- 44
- Turbinen-Versorgungsleitung
- 45
- Brennkammer-Versorgungsleitung
- 46
- Druckluftrückleitung
- 48
- Temperatur-Regulierungsleitung
- 49
- Brennkammerkühlleitung
- 50
- Steuervorrichtung
- 61
- Strömungsmengen-Regelventil
- 62
- Heizung
- 80
- Gasturbine (Ausführungsform 2)
- 81
- Strömungsmengen-Regelventil
- 82
- Kühler
- 90
- Gasturbine (Ausführungsform 3)
- 100
- Gasturbine (Ausführungsform 4)
- 101
- Umgehungsleitung
- 102
- Strömungsmengen-Regelventil
- 110
- Gasturbine (Ausführungsform 5)
- 111
- Verbindende Versorgungsleitung
- 112
- Strömungsmengen-Regelventil
- 113
- Strömungsmengen-Regelventil
- 120
- Gasturbine (Ausführungsform 7)
- 130
- Gasturbine (Ausführungsform 8)