DE1226829B - Drehzahlregeleinrichtung fuer mit fluessigem Brennstoff betriebene Gasturbinenanlagen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F02c

Deutschem.: 46 f-8/01

Nummer: 1226 829

Aktenzeichen: A 415861 a/46 f

Anmeldetag: 9. November 1962

Auslegetag: 13. Oktober 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehzahlregeleinrichtung für mit flüssigem Brennstoff betriebene Gasturbinenanlagen, bei denen die Hauptwelle der Gasturbine eine Brennstoffpumpe und einen elektrischen Generator antreibt, welcher mit der Magnetspule eines elektromagnetischen, durch eine federbelasteten Regelventils für die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer der Gasturbine einen geschlossenen elektrischen Stromkreis bildet.

Es ist bereits eine Gasturbinenanlage mit einem elektromagnetisch betätigten Regelventil bekannt, bei der dieses Ventil in Abhängigkeit von der Temperatur im heißen Arbeitsgas der Anlage gesteuert wird und beim öffnen der speisenden Brennstoff-Druckleitung Brennstoff entnimmt. Diese bekannte Anlage hat nicht eine Drehzahlregelung zum Ziel, sondern die Vermeidung zu hoher Temperaturen beim Anlassen der Anlage. Im übrigen weist diese Anlage einen auf die geschilderte Aufgabe zugeschnittenen aufwendigen Aufbau auf.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung werden komplizierte Meß- und Steuerelemente in Gestalt von verschiedenen Temperaturfühlern, Vergleichskreisen, Wertgebern und Verstärkern zur Drehzahlregelung des Turbinenrotors herangezogen. Bei einer bekannten Anlage verlangt der drehzahlempfindliche Kreis eine Brückenschaltung, in der eine durch den Widerstand willkürlich wählbare Spannung mit der von der Regulierung erzeugten Spannung verglichen wird, um derart ein Drehzahl-Regelabweichungssignal zu erhalten. Diese bekannten Einrichtungen sind daher in ihrem Aufbau verhältnismäßig aufwendig, benötigen empfindliche Bauelemente und sind daher auch störanfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung der eingangs angegebenen Art mit möglichst wenigen und einfachen Bauelementen unter einfachem Gesamtaufbau eine selbsttätige Regelung der Drehzahl der Gasturbine zu erzielen und die Betriebssicherheit der Anlage zu erhöhen. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß zwischen einer Steuerfläche, die eine mit der Pumpendruckleitung in Verbindung stehende Öffnung aufweist, und einer Steuerfläche, die eine mit der Brennstoffdüse in Verbindung stehende Öffnung aufweist, ein Steuerkolben längsverschiebbar angeordnet ist, der von einer Feder in Richtung auf die Steuerfläche gedrückt wird und über eine Stange mit dem Anker der Magnetspule so verbunden ist, daß er bei steigender Turbinendrehzahl im Sinn einer Drosselung der Brennstoffzufuhr zur Steuerfläche hinbewegt wird und sich bei Unterbrechung des elektrischen Stromkreises Drehzahlregeleinrichtung für mit flüssigem
Brennstoff betriebene Gasturbinenanlagen

Anmelder:

Aktiengesellschaft Adolph Saurer,
Arbon (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Kosel, Patentanwalt,

Bad Gandersheim (Harz), Braunschweiger Str. 22

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Ulrich Oprecht, Wittenbach (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 29. Januar 1962 (1070)

dichtend, die Brennstoffzufuhr absperrend an die Steuerfläche anlegt. Dadurch wird erreicht, daß ein besonders ausgebildetes Ventil, dessen Bewegung von der Drehzahl abhängig ist, die Brennstoffdosierung vornimmt und bei Unterbrechen des elektrischen Stromkreises die Brennstoffzufuhr gänzlich unterbricht, womit einerseits eine gewünschte Drehzahl der Maschine je nach Last eingehalten werden kann, während sie andererseits auf einfache Art abgestellt werden kann und außerdem bei fehlerhafter elektrischer Leitung selbsttätig abstellt. Der Aufbau wird somit wesentlich vereinfacht, vor allem aber die sichere Drehzahleinhaltung und die sichere Abschaltung bei Fehlern gewährleistet.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Anker hohl ausgebildet und weist in seiner Bohrung einen längsverschiebbaren, federbelasteten Dämpfungskörper auf. Dadurch wird eine besonders ausgeglichene Verschiebung des Ankers und des Steuerkolbens erreicht.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist in den elektrischen Stromkreis zwischen Generator und Magnetspule ein willkürlich veränderbarer Widerstand eingeschaltet. Mit Hilfe dieses veränderbaren Widerstands ist auf einfache Weise eine Einstellung der gewünschten Drehzahl möglich, wobei dieser veränderbare Widerstand in einfacher Weise im Regelkreis selbst angeordnet ist.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die den Kompressor mit der Turbine verbindende Welle in bekannter Weise eine Längsboh-

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rung auf, durch welche die geregelte Brennstoffmenge zur Brennkammer gelangt, und umschließt die Welle in ihrem Endteil den Steuerkolben und endigt in einem Rückfördergewinde im Magnetspulengehäuse. Dadurch wird ein besonders einfacher und geschlossener Aufbau erreicht.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch eine Gasturbinenanlage;

F i g. 2 zeigt ebenfalls schematisch eine Einzelheit von Fig. 1 in gegenüber dieser Figur ausführlicher Art;

F i g. 3 ist ein Schnitt durch das Regulierventil der Gasturbinenanlage in einer beispielsweisen Ausführungsf orm, und

F i g. 4 ist. ein Teilschnitt zu F i g. 3 an der Stelle A.

Die Turbine 1 treibt über die Welle 2 den Kompressor 3 an. Die Frischluft wird über den Stutzen 4 vom Kompressor 3 angesaugt und nach der Verdichrung über die Leitung 5 zur Brennkammer 6 geführt, wo Brennstoff eingespritzt wird. Das in der Brennkammer 6 gebildete Arbeitsmedium tritt über die Leitung 7 in die Turbine 1, von wo es nach Abgabe der Leistung über den Stutzen 8 ins Freie tritt.

Die Welle 2 ist über den Kompressor 3 hinaus verlängert und treibt die Brennstoffpumpe 9 sowie, den Generator 10 direkt an. Die Anordnung kann aber auch so getroffen werden, daß der Antrieb, von Generator und Brennstoffpumpe über ein Getriebe erfolgt. Der von der Brennstoffpumpe 9 durch die Leitung 11 geförderte Brennstoff wird nach dem Durchgang durch das Regelventil 12 über die Leitung 13 zur Düse 14 in die, Brennkammer 6 geführt, wo das für den Antrieb der Turbine 1 benötigte Arbeitsmedium gebildet wird.

Das Regelventil 12 dosiert den von der Brennstoffpumpe 9 geförderten Brennstoff. Es umfaßt, wie aus. Fig. 2 ersichtlich, den in der Magnetspule 15 verschiebbar, angeordneten Anker 20 und den Steuerkolben 16, welcher mit den Steuerflächen 17 und 18 zusammenwirkt. Der Steuerkolben 16 ist über die Stange 19 mit dem Anker 20, auf welche die Feder 21 wirkte fest, verbunden. Der Generator 10 bildet, wie aus Fig, 2 weiter ersichtlich ist, mit der Magnetspule 15 zusammen einen geschlossenen elektrischen Stromkreis, der den veränderbaren Widerstand 22 und den Schalter 23 einschließt.
• Das in F i g. 2 sehematisch gezeigte Regelventil 12 ist in, Fig. 3 in einer Ausführungsform beispielsweise dargestellt. Die Antriebswelle 2 ist bier noch durchbohrt und weist die. zur Düse 14 führende Leitung 13 für den Brennstoff auf. Sie endigt, im Rückfördergewinde 32 (Fig'4) des Gehäuses25, Im Gehäuse 25 und der Welle 2 sind die Magnetspule 15,, der Anker 20 und der Steuerkolben 16 untergebracht, wobei letzterer, wie bei der Beschreibung von F i g. 2 bereits erwähnt, durch die Stange 19 mit dem Anker 20 verbunden ist und mit. den Steuerflächen 17 und 18 zusammenarbeitet. Der Anker 20, der Steuerkolben 16 und die Verbindungsstange 19 sind in der mehrfach abgesetzten Bohrung 26,27,28 verschiebbar gelagert, wobei ein entsprechendes Spiel oder NuteEt den Durchgang des Brennstoffs von der Leitung 11 zur Leitung 13 erlauben. Der Anker 20 ist hohl ausgeführt und weist in seiner Bohrung 29 den Dämpfungskörrper 30 zwischen den beiden vorgespannten,, in ihrer; Charakteristik unterschiedlichen Federn 21 und 31 auf. Diese sind am einen Ende am Dämpfungskörper 30 und am anderen Ende am Gehäuse 25 bzw. am Anker 20 abgestützt. Die Anordnung des Dämpfungskörpers 30 gewährleistet eine ausgeglichene Verschiebung des Ankers 20 und damit des Steuerkolbens 16.

Die vom Generator 10 erzeugte Spannung bewirkt einen dem Widerstand der Magnetspule 15 entsprechenden Stroradurchgang durch diese Spule. Die der Magnetspule 15 innewohnende Kraft ist diesem Stromdurchgang verhältig. Da der Generator 10 direkt mit der Maschinenwelle 2 gekuppelt ist, ist seine Spannung bzw. der Stromdurchgang und damit die Stellung des Ankers 20 innerhalb der Magnetspule 15 ein direktes Maß der vorhandenen Drehzahl. Da ferner der Steuerkolben 16 die gleich große Bewegung wie der Anker 20 ausführt, ist folglich der Abstand zwischen dem Steuerkolben 16 und den Steuerflächen 17 und 18 ebenfalls von der Turbinendrehzahl abhängig.

Der Stromdurchgang durch die Spule 15 kann mittels des Regelwiderstands. 22 willkürlich eingestellt und durch den Schalter 23 unterbrochen werden.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt: Es sei angenommen, die Turbine 1 gebe die gewünschte Leistung ab und drehe sich dabei mit der dieser Leistung entsprechenden Drehzahl, Der von der Brennstoffpumpe 9 geförderte Brennstoff, welcher durch, die Leitung 11 in das Gehäuse 25 eintritt, wird dabei im Regelventil 12 mittels des Steuerkolbens 16 an der Steuerfläche 17 auf den dafür erforderlichen Durchsatz geregelt. Die dosierte Menge verläßt das Gehäuse 25 durch die Leitung 13. Steigt nun. z. B₁ die. Drehzahl, der Turbine 1, so steigt auch die Drehzahl des Generators 10, und die von der. Magnetspule 15 dadurch ausgeübte vergrößerte Kraft verschiebt .den Anker 20 unter Zusammendrückung der Feder 21 und damit den Steuerkolben 16 in Richtung eines kleineren Spalts, zwischen dem Steuerkolben 16 und der Steuerfläche 17 und drosselt die Brennstoffzufuhr. Die. Drehzahl der Gasturbine! wird dadurch auf den Sollwert zurückgebracht.

Fällt die Drehzahl der Turbine oder wird der Widerstand 22 vergrößert, dann wird der Stromdurchgang durch die Magnetspule 15 verringert. Der Anker 20 und der Steuerkolben 16 verschieben sich unter der Wirkung der Kraft der Feder 21 in Richtung eines größeren Spaltes zwischen dem Steuerkolben 16 und der Steuerfläche 17 und erlauben damit einen größeren Brennstoffdurchgang, so daß die Drehzahl steigt, bis der Sollwert erreicht ist.

Wird aber der Stromkreis durch den Schalter 23 unterbrochen, dann schiebt die Feder 21 den Anker 20 und damit den Steuerkolben 16 gegen die Steuerfläche 18 und unterbricht den Brennstofffluß. Dadurch wird die Verbrennung in der Brennkammer 6 unterbrochen und die Gasturbine 1 abgestellt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Drehzahlregeleinrichtung für mit flüssigem Brennstoff betriebene Gasturbinenanlagen, bei denen die Hauptwelle der Gasturbine eine Brennstoffpumpe und einen elektrischen Generator antreibt, welcher mit der Magnetspule eines elektromagnetischen, durch eine Feder belasteten Regelventil für die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer der Gasturbine einen geschlossenen elektrischen Stromkreis bildet, dadurch gekennzeich-

net, daß zwischen einer Steuerfläche (17), die eine mit der Pumpendruckleitung (11) in Verbindung stehende Öffnung aufweist, und einer Steuerfläche (18), die eine mit der Brennstoffdüse^) in Verbindung stehende Öffnung aufweist, ein Steuerkolben (16) längsverschiebbar angeordnet ist, der von einer Feder (21) in Richtung auf die Steuerfläche (18) gedrückt wird und über eine Stange (19) mit dem Anker (20) der Magnetspule (15) so verbunden ist, daß er bei steigender Turbinendrehzahl im Sinn einer Drosselung der Brennstoffzufuhr zur Steuerfläche (17) hinbewegt wird und sich bei Unterbrechung des elektrischen Stromkreises dichtend, die Brennstoffzufuhr absperrend an die Steuerfläche (18) anlegt.

2. Drehzahlregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (20) hohl ausgebildet ist und in seiner Bohrung (29) einen längsverschiebbaren, federbelasteten Dämpfungskörper (30) aufweist.

3. Drehzahlregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den elektrischen Stromkreis zwischen Generator (10) und Magnetspule (15) ein willkürlich veränderbarer Widerstand (22) eingeschaltet ist.

4. Drehzahlregeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kompressor (3) mit der Turbine (1) verbindende Welle (2) in bekannter Weise eine Längsbohrung aufweist, durch welche die geregelte Brennstoffmenge zur Brennkammer (6) gelangt, und daß die Welle in ihrem Endteil den Steuerkolben (16) umschließt und in einem Rückfördergewinde (32) im Magnetspulengehäuse (25) endigt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 1 041 738, 1 039 312, 734101;

schweizerische Patentschrift Nr. 281 552.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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