DE1426251A1

DE1426251A1 - Startsteuervorrichtung fuer Gasturbinen

Info

Publication number: DE1426251A1
Application number: DE19601426251
Authority: DE
Inventors: Waheeb Rizk
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1959-05-15
Filing date: 1960-05-16
Publication date: 1969-05-08
Also published as: NL113963C; CH381473A; GB950181A; NL251582A; US3057155A

Description

. c. WAUuACH 1A 2 6 2 51

MÜNCHEN, DEN 16·Μ·Α i960 UXlNS AKT.-NH.: 5635 "* THE SHOJLIBH SISCTBIC ΟΟΜΤΑΒΧ XIIIITlB, London/England Stertateuervorrichtung für Gasturbinen

Pi· Erfindung betrifft «ine Btarteteuervorrichtung für Gasturbinen, di· gasförmig· und/oder flüseigen Brennetoff rtr» brenner· Derartige Gasturbinen aussen biß ium Erreichen einer Drehsahl, bei der si· von selbst weiterlaufen, durch tin« Startkraftmacohine oder einen Motor angetrieben werden und si· uüsaen dann durch ihr· eigene Energie weiter beschleunigt werden, us die Betriebedrehsahl *u erreichen.

Bei der Beschleunigung ά·τ Gasturbine und/oder de« Koepreeiorrotorθ Ms au der Dreheahl, bei der si· von selbst weiterlaufen, muß ei» beträchtliches Drehmoment aufgebracht werden, und ·■ Bussen Belastungsbegrensungeaittel vorgesehen sein« um eine Iberlastung der Ltartkraftmaechine su vermeiden· »enn derartig· Turbinen β.B, durch einen elektrischen Startaotor gestartet werden, muß in dsm ütromkreie «in widerstand vorgesehen werden, der stufenweise verringert wird, um den ^tart»οtor und di· Gasturbine su beschleunigen, ohne daß der Buläseige Hsxlmslstrom in den wicklungen des Starteotors überschritten wird·

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Bisher wurden sur Steuerung des Ausschalten« der verschiedenen Widerstandsstufen während der Beschleunigung des Startmotors und der Turbine elektrische Vorrichtungen, wie s.B. stromempfindllche Relais oder Zeitschalter, benutzt; aber derartige Vorrichtungen haben sich Ib Betrieb nicht inner als suverlässig erwiesen und sind auch nicht leicht an die Kennlinien von Gasturbinen anzupassen. Welter ist es. notwendig, die Brennstoffzufuhr zu der Gasturbine stufenweise so su steigern, wie die Drehzahl bis zur Betriebedrehzahl anwächst·

Ziel der Erfindung ist es,eine einfache und zuverlässig« Einrichtung sur Abschaltung des Widerstandes und sur Steuerung der Zunahme der Brennst of fsufuhr su einer Gasturbine während des Startvorganges und der Beschleunigung bis zur Betriebsdrehzahl su schaffen·

Gemäß der Erfindung wird eine ütartateuervorrichtung in der Weise ausgebildet, daß die ßtaikraftmasehine oder der Motor zum Hochführen der Gasturbine bis su einer Drehzahl, bei der sie von selbst weiterläuft, mit eines Rotations-Strömungsmitteldruokerseuger gekoppelt ist, der hydraulisch ait Vorrichtungen verbunden 1st, welche die Belastung der Kraftmaschine begrensen und deren Begrenzungswirkung mit der Beschleunigung der Kraftmaschine und der Gasturbine geringer wird·

Wenn die Kraftmaschine ein elektrischer Startmotor ist, wird der Widerstand in dem Motorstromkreis stufenweise durch den Strömungsmitteldruckerzeuger mit der Beschleunigung des Motor·

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«ad der Gasturbine verringert· Zua Beispiel wird der Widerstand ens Einselwiderstanden susaamngesetftt, die nacheinander durch s«f Druolfansprecheiide , von de« ätröüuncsmitteldruckerseuger gesteuerte itthalter kurs geschloseen «erden·

SlM ßtsrteteuerrorrichtung gea&fi der fcrf indang ist so ausgebildet, daß ein etröwmgßaitte!druckempfindliche« Brennstofflufiveatil, da* sur Schließstellung hin Torgespannt ist, durch den Drmsk eines Rotatlona^träauiigmitteldruekerseugers gesteuert «lrd, der mit der Gasturbine und/oder der Startkraftaasehine vihrend des Stwrnges gekoppelt ict, wobei der utroBungs-■itteldroek auf das Brennstofflußventil la sinne einer Öffnung desselben wirkt· Der Ströauiigsaitteldruckerseuger wird unter der Wirkung oVfte durch IhB erzeugten Druckes τοη des Brennstoff luftventil durch eine auf Druckansprechendo Vorrichtung getrennt, wenn dl« Turbine die Ckischwindigkeit erreicht hat, bei der sie von selbst weiterläuft- Wenn es erwünscht ist, wird eine Zündvorrichtung für den ürexuastoiX in der Verbrennungskammer der Gasturbine durch einem druckes^j^Uliehen schalter Gesteuert« der durch den ütrüeungsmitteldruckerxeuger la Laufe des Startvorgang·· betätigt v-ird.

Weiter· Vorteile und Einselhelten der Erfindung ergeben sich aus dar folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand dar Zeichnung} in dieser »eigenι

ein
Pig· 1/elektrisches und hydraulisches Schaltbild einer anac

Attaführungsfara der Erfindung, Fig. 2 eine scheaatische, geschnittene ctirnanBicht einer als

s«l geeigneten Gesamtdiuckvor-

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richtung,

Fig.3 eine abgeänderte /oieführungefor» einer Einzelheit aus Fig. 1.

Bach Fig. 1 ist die Gasturbine 100 Bit eine» elektrischen Startmotor 1 durch eine lösbare Kupplung 26 verbunden· Mit dea Startnctor 1 ist ein Ströaungsmitteldruckerzeuger 2 dauernd ■mechanisch gekoppelt, der öl aus einer ölwanne 20 ansaugt, die ein getrennter Behälter sein oder einen Teil des Brennstofföl- oder Bchmierölversorgungsnetses der Gasturbine bilden kann·

Der Ausgang des Strömungamitteldruekerjsettgers 2 ist mit der ölwanne 20 durch eine Drosselöffsung 21 rückverbunden, die durch ein auf Temperaturen ansprechendes Ventil gesteuert wird« welches z.B. durch ©inen mit einer Flüssigkeit wie Turpoleae gefüllten Balgen 21' betätigt wird· leiter ist der Ausgang durch eine ^ruckleitung 22 mit einer Leihe von .Ulf Druck ansprechenden Schaltern 4, 5 und G verbunden, die durch Relais die Kontakte 7*8 und 9 betätigen, welche paralell zu den Startwiderst&nden 1U₉ 11 und 12 des Startsotores 1 geschaltet sind. Der Startnotorkreis ist über einen Trennschalter 13 Bit einer elektrischen Stromquelle verbunden· Ein weitern auf Druck ansprecheöder ichalter 14 "betätigt den Trennschalter 15 über ein relais 23· Der Ausgang des Cldruckerzeugers 2 ist weiter mit einer Ausflußvorrichtung 15 für das steuersträaungscittel verbunden· Diese Vorrichtung 15 %eiet einen Balgen 16 auf, der eine in dea Steuerströaungsaittelkrele der Gasturbine 100 liegende schließvorrichtung 17 steuert· Ein Elektromagnet 19, der ein

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Ventil 29 betätigt, das durch «in« Feder in die Of fnungsstellung vorgespannt aiNKr Ii Stead· ist, di· AueflußYorrichtung 15 für 4«ii £ teuerstrfiwungaw111elkrela «bautrennen, ist mit einem sueiten Kontaktsats 4m Druckschalter· 14 verbanden.

V.enn di· Gasturbine startbereit ist, eind die di· Widerstand· kursschließenden Kontakt· 7 t 8 und 9 offen» der Trennschalter iet geschlossen und das elektromagnetisch betätigt« Ventil 29 befindet sieh in der offenen stellung· v.enn ά*τ Startscheiter geschlossen wird, sind die eltrischen Stromkreise eingeschaltet und der Startmotor 1 leglnnt sich »u drehen und treibt den Rotor der Gasturbine 100 und den Gtrömungeaitteldruckerseuger 2 an· Mit dar Beschleunigung des Starteotore 1 »rächet der Druck des von den ötrcBunsenitteldruckerseuger gelieferten Öles an« bie bei einem vorbestiataten Lruck den auf Lruck ansprechenden schalter 4 schließt· der seinerselt s den Kurzschlußschalter 7 schließt und den Widerstand 10 kurssehließt. Das bewirkt eine weitere Beschleunigung des startnotore 1 bis der auf Druck anspreche nde -chalter 5 das Kursschließen des Widerstandes 11 durch den .ichalter 8 bewirkt, vorauf di· Beschleunigung des Motors 1 «eiter anwächst· In gleicher v.eise bewirkt der auf Druck ansprechend· Schal tar 6 das Kursschließen des Widerstandes 12 durch den schalter 9·

Damit der von dem £tromungemitt«ldruokerseuger 2 herbeigeführt· Druckanstieg wahrend der Zeit der Beschleunigung sum Beispiel «wischen dem Ansprechen der schalter 4 und 5 außerdem

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die Brennstoffzufuhr β Ina ehalt cn und den Brennstoff Sünden kanu» sind ztei «eitere auf %uck4n&preehende Schalter 51 und 32 alt d«r von dem Bruckerzeu;, er 2 herkommenden .Druckleitung 22 ver-"buKdaxu ",'en» der auf Druefe&neppeeheiröe Gehälter 31 s schaltet er über sin·-- ?-^ it Behalt vorrichtung 37 tv. ei «in*

Der erste Kreis schaltet daß Äündgerüt 38 ein, v, eiche β den Hochopnnnungsstroe erzeugt» der aur Bildung eim:a intenaittierendei PuQkccs über die Punkecstrecke 36 <Ibt Sündvorrichtun^ 3^ cot- *endi£ ist· Der zv.elte Ctromkreiö erregt Heß elelitx^komagnetisch be» tätigte Ventil 33 und laßt ein zündbaren Gas ψοη üav Gaoliauptleitung ^ινΛ au der Zündvorrichtung 34 durci**· Dieses Saß ßtrömt von der Düse 35 über die Funkenstrecke 36 um! wird siu* Dilduzt^ einer Brennflaiame geaündet· Sie Zoitscheltv&rc-^iehtung 57 «clmltet beide Sreise ntch einer vorbeßtiaatten Seit m unü eeliaitet »o die Funkenstrecke 36 und die Gaeversorgutig von 41 al* und löscht die Brennflamme aue der Zündvorrichtung JA. Die Seiis'^haltvorrichtucg 37 stellt sich automatisch aurüek, \^nti cltr auf ^ruclitiriBprechende Schalter 31 öffnet·

Wenn der auf Druckansprechend· schalter J2 s€bli@£t_s schaltet er ein durch einen Elektromagneten betätigtes "ventil 39, welches gasförmigen oder flüssigen Brennstoff von der Brennstoffhauptversorguc£sle5.tung 103 durchlgßt· Die Bren&flamme uur, der Sündvorrichtui)£ 3^ zündet dann diesen Erenn&toff, ncefc.üe& derselbe durch die Düse 40 sur Brennkammer 102 gelangt iet.

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Venn der ßtsrteotor 1 seine vorbeatieete naxlaale lirehsahl reicht, öffnet der auf Druekejiepreehende schalter 14· den Trennschalter 1J_t ^der *·» stronkreis dee ütartnotors von der stro*- quello abschaltet·

In diesem BtsAton, de« heifit gleiteeltlg Mit oder kurs vor dem Absefcslte» dee sa dea stertaeter 1 fahrenden Stronee, wird die 26 entweder eutosetieeh durch Freilaufvlrkusg oder dureh

eine in nekanster teiee gesteuerte elektrische, nicht derg*~ etellte &«heitv»reindune su einen der auf srue^anepreehenden Behälter la der Leitung 22 auegerüskt·

Weiter iet der Bmek innerhalb dee Balgens 16 während, dee An- «echeene dee Öldruckes angeetiegen« und die Schließvorrichtung in dem van der Leitung 27 su den üblauXkanal 28 führenden 01-eneflnfi eesohloeeen worden· Do» Rohr 27 ist alt einer nicht dargestelltes hydraulischen Druckstriimirgentttelquclle verbunden und «eist ein Drosselventil 50 auf» stxOnabwärt& von v.elchrw das eleJctreneenetiaeh gesteuerte Ventil 29 ebges«eigt ist. Das Rohr wird bis su einer cteuer-Serroeinrichtung für den Brennstoffluß fortgesetst, die einen federvoxgeepannten Kolben 51 aufweist« welcher ein Brennetofflußventil 101 in der su der Brennkanner ruhrenden Brennetoffhauptvsreorgungeleltung 1OJ steuert. V.^nn der Dreck auf den Kolben 51 die Federrorspannung übersehreitet« wird das Ventil 101 in Sinne einer öffnung bewegt·

Wehrend der Auslauf su den Ablaufkanal 28 durch das federrosgespannte, elektromagnetisch gesteuerte Ventil 23 und durch die

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mittels dee Balgens 16 gesteuerte Schließvorrichtung 17 offengehalten wird, wird der auf den Stellkolben 51 wirkende Druck verringert und das Ventil 101 wird durch die Federvorapannung in . chließrichtung bewegt·

Eine Rohrabzweigung 52 etroeabwiirte des Drosselventiles 50 weist ein Ausflußventil 53 und ein Bruckentlastungsventil 5* auf. Das Ausflußventil 53 wird in üblicher Weise durch nicht dargestellte, auf Temperaturen und/oder Brücke, sowie auf das Breirastoff-Luftverhältnis, etc· in der Gasturbine ansprechende Vorrichtungen betätigt· Das Iruckentlaßtungoventil ^A wird durch eine von einer nicht geseigten Zeitschaltvorrichtung angetriebene Sockenscheibe 55 betätigt· Auf diese Weise wird der auf den Mtellkolben £1 wirkend· und. so das Brennatofflußventil 101 steuern* Druck is Betrieb in üblicher weise zusätzlich zu der oben beschriebenen Steuerung gemäß der Erfindung durch die L trÖBuncßiaittelausflußvorrichtung 15 gesteuert·

»enn der Strömungsmitteldruck in der Leitung 22 bis zu einem vorbestimmten Wert anwächst, öffnet der auf Druckansprechende, über den Elektromagneten 23 wirkende Gehälter 14 den Strot'creis des Startmotors am Schalter 13· Gleichseitig erregt er den Elektromagneten 19 und schließt dadurch das Ventil 29. Dieses ' trennt den btellkolben 51 von der Ausflußvorrichtung 15 für das Steuerströmungsmittel und verhindert, daß das Strömungemitte 1-flußventil 101 infolge des Anhaltens des Motors 1 in der Gchließrichtung bewegt wird. Dadurch wird der btellkolben 51 ausschließlich durch das Ausflußventil 53 und das Druckent-

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- 9 lastungsventll 5* gesteuert·

Za dar Druckleitung 22 kann noch ein weiterer auf uruckensprechender Sehalter 56 angeordnet «erden, der sum Beispiel durch einen Elektromagneten 57 einen Schalter 58 steuert« der Bit einer nicht dargestellten Auslösung verbunden ist, die die Gasturbine 100 i» FaXLe₉ daß die Abschaltung des Startmotors 1 versagt, etIll_Aetet.

Selbstverständlich kann die oben besehrietine Vorrichtung in verschiedener «eise abgewandelt «erden·

Zum Beispiel kann die unaittelbar auf den Druck des uteuerströaungsaittels stromabwärts des Drosselventiles 50 einwirkende ^jisfluBvorriehtung 15 für das SträsungsBittel durch ein nicht dargestelltes ,bekanntes Ltröeungfleitteldi ck-ZlAiftdruckrelais ersetst «erden« das den auf das Aueflußventil 5? wirkenden luftdruck steuert·

Ib Vorstehenden wurde davon ausgegangen, daß der Druokgenerator 2 in Fi/>1 eine bekannte Kapselpumpe oder eine Kreiselpumpe ist. In dieses Fällen ist ein Rücklaufkreis über die Droeselöffnung erforderlich· An stelle des auf Temeraturen ansprechenden Ventiles 21 , das den Ausgleich für Veränderungen in der Viskosität des oteuerströmungSBitte Ic gestattet, kann eine bekannte ccharfkantiße vffnung verwendet werden, welche mehr oder v.eniger unabhängig von dem Viskositätsgrad ist, oder es kann eine längliche kalibrierte, für den Viskositätegrad empfindliche Bohrung verwendet werden·

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An .,teile einer Konßtant-Kapßelpumpe oder Kreiselpumpe kann eine Geaamturuckiroiriehtung - κ ie scheaatißch in Jf ig· 2 dargestellt - verwendet werden, in der ein Struauagsailttelring 60 durcli SentriüugaltilrcliUöii £i*igebaui worden ist und in der der sieh aus dem GeseJiKiiöaigJeeitsdruck plus deia Zentrifugaldruck ergebende Geaamtdruck auf eine Sonde 61 einwirkt. In diesem fall kann der Kücklaufkreis 21 zu der ölwanne 20 v.eg£allen.

•Vie scliQ£iatiwCi\ in Tig. 5 dargestellt» kann dia Im₁^h der liOipi-lung 26 und des !.'ruckerÄougerantriebee besüglicli d©3 1 ,otors umgekehrt inerten· In diesem I'all würde der Antrieb des ^ruckerzeugers 2. nacü der Ausrücicun^ der kupplung 26 aui'rcciiterlialten bleiben und das nockenbetäti^te

Der elektrische iJtartmotor 1 ist in Fig. 1 beispielsweise als Gleichstrommotor dargestellt, mit dem die Ctartwifierstün&e 10, 11, 12 in Keine geschaltet sind. Offensichtlich kann auch ein IVechselatroiamotor stattdessen verwendet werden; in diesem Fall v/ürden die atartTBiderstüncle wie üblich einen Teil eines Lehrphasen-Wickelankerkreises bilden·

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Claims

Patentansprüchet

1) Etarteteuervorrichtung für eine Gasturbine, dadurch g ekennseio hne t, daß die Startkraftnaechine oder der Motor m Iiochfahren der Gasturbine bis zu einer Drehsahl, bei 4er sie von selbst veiterläuft, sit einen Rotatians-Gtrömnngsmitto!druckersauger gekoppelt ist, der hydraulisch mit Vorrichtungen verbunden ist, »eiche die Belastung der Kraftmaschine begrensen und deren Begrensungswirkung mit der Beschleunigung dor Kraftmaschine und der Gasturbine geringer wird.

2) Startsteuervorrichtung nach Anspruch % dadurch g e k e η nse lohnet, daß die Kraftmaschine ein elektrischer Startmotor ist und der Widerstand in den Motorstrookreis stufenweise durch den ^trosnngsmitteldruekerseuger nit der Besohleunignng des Motors und der Gasturbine verringert wird·

3) Startsteuervorriohtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ce lehne t, daß der Widerstand aus Linse !widerständen susemmengesetst xzn, die nacheinander durch auf Druck ansprechende, von dom StrÖBunt,emitteldruckerzeuger gesteuerte Schalter kursgeschlossen werden·

4) Startsteuervorrichtung für eine Gasturbine, dadurch g e k β η η-se lohnet, da£ ein strcaungeBtitteldruckcnpfttindliches Brennstofflußventil, das sur Schließetellung hin vorgespannt

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1st, durch den Bruek eine· Botationa-Ströemngamitteldruekerzeugera gesteuert wird, der alt der Gasturbine und/oder der Btartkraftmanchine »hreud de« Stextvorgengea gekoppelt let« wobei der Strömungsmitteldruck auf das BrennstofΓluftventil in Since einer öffnung desselben wirkt·

5) Btartetettervorrichtung nach Anspruch 4« dadurch gekennzeichnet» dal: der ^tröaungasiltteldruckerseuger unter der fiirkung dee durch ihn erzeugten Druckes von dem Brennstoff luii ventil durch eine auf Druck ansprechende Vorrichtung getrennt wird, venn die Turbine die Geschwindigkeit erreicht hatι bei der sie von selbst weiterläuft·

6) Starteteuesorrlchtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η se lehne t, daß eine Zündvorrichtung für den Brennstoff in der Verbrennunpskaiieer der Gasturbine durch einen druckeapflndlichen Schalter gesteuert wird, der durch den litrüsungettitteldruckerzeuger Ja Laufe des Startvorgangee betätigt wird.