DE19525298A1 - Steam and gas turbine with water evaporator within turbine casing - Google Patents
Steam and gas turbine with water evaporator within turbine casingInfo
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Abstract
Description
Die Dampf-Gas-Turbine ist eine Wärmekraftmaschine, bei der die Expan sionsenergie des Wasserdampfes und die Strömungsenergie der heißen Gase in mechanische Arbeit umgewandelt werden, wobei der Wasserdampf in der Verdampfungskammer, die zu den Hauptteilen der Dampf-Gas-Tur bine gehört, erzeugt wird.The steam-gas turbine is a heat engine in which the expan Sion energy of the water vapor and the flow energy of the hot Gases are converted into mechanical work, taking the water vapor in the vaporization chamber leading to the main parts of the steam gas door bine heard, is generated.
Die Hauptteile der Dampf-Gas-Turbine sind 1 bzw. 2 Verdichter, Brenn kammer, Verdampfungskammer, Turbinen, Kondensator und Luftfilter.The main parts of the steam-gas turbine are 1 or 2 compressors, combustion chamber, evaporation chamber, turbines, condenser and air filter.
Es ist ein Radialverdichter, der das Ansaugen und Verdich ten der Luft übernimmt. Beim zweistufigen Radialverdichter gibt es den Niederdruckverdichter (ND) und den Hochdruckverdichter (HD).It is a centrifugal compressor that does the suction and compression air takes over. There is with the two-stage radial compressor the low pressure compressor (ND) and the high pressure compressor (HD).
In der hohlzylindrischen Brennkammer befinden sich die Einspritzdüsen. Durch die Einspritzdüsen wird ununterbrochen Kraft stoff in die Brennkammer zerstäubt eingespritzt. Die Außenwand der Brennkammer ist mit Rippen versehen, damit die Luft, die an der Brenn kammer vorbeiströmt, erhitzt wird. In der Brennkammer ist eine Zünd- bzw. Glühkerze vorhanden, die beim Starten die Verbrennung einleitet.The are in the hollow cylindrical combustion chamber Injectors. The injectors continuously generate power substance sprayed into the combustion chamber. The outer wall of the Combustion chamber is equipped with fins so that the air that is on the burner chamber flows past, is heated. There is an ignition or Glow plug present, which initiates the combustion when starting.
Hinter der Brennkammer befindet sich die Verdam pfungskammer, in der das zerstäubt eingespritzte, destillierte Wasser verdampft. Die Verdampfungskammer ist durch die Trennwand von der Brennkammer teilweise getrennt. Diese Trennwand wird Brennkammer-sei tig durch die heißen Gase, die die Brennkammer verlassen, stark be heizt. Die heißen Gase, die die Trennwand beheizen, strömen anschlie ßend in die Verdampfungskammer hinein. Die Trennwand wird Verdamp fungskammer-seitig durch mehrere Wasser-Einspritzstrahlen gekühlt, indem die Wasser-Einspritzdüsen auf die Trennwand gerichtet sind. Die Wasser-Einspritzdüsen spritzen das destillierte Wasser konti nuierlich und zerstäubt in die Verdampfungskammer ein. Die Einspritz düsen bilden in der Verdampfungskammer einen Düsenring, wobei die einen auf die Trennwand gerichtet sind, während die anderen Einspritz düsen das Wasser in die Mitte der Verdampfungskammer einspritzen.The Verdam is located behind the combustion chamber in which the atomized, distilled water is injected evaporates. The evaporation chamber is through the partition from the Combustion chamber partially separated. This partition becomes a combustion chamber due to the hot gases leaving the combustion chamber heats. The hot gases that heat the partition then flow eats into the evaporation chamber. The partition becomes vaporization cooled on the chamber side by several water injection jets, by pointing the water injectors at the partition. The water injectors continuously spray the distilled water into the vaporization chamber. The injection nozzles form a nozzle ring in the evaporation chamber, the one aimed at the partition while the other injected inject the water into the center of the evaporation chamber.
Es gibt 2 bzw. 3 Turbinen: Die Hochdruckturbine (HT), die Mitteldruckturbine (MT) und die Niederdruckturbine (NT).There are 2 or 3 turbines: the high pressure turbine (HT), the Medium pressure turbine (MT) and the low pressure turbine (NT).
Bei einer Zweiwellen-Dampf-Gasturbine sind 2 Turbinen (HT, NT) und ein Radialverdichter vorhanden. Die axiale Hochdruckturbine (HT) dient zum Antrieb des Radialverdichters. Die ebenfalls axiale Nieder druckturbine (NT) dient als Arbeitsturbine.In a twin-shaft steam gas turbine, there are 2 turbines (HT, NT) and a radial compressor is available. The axial high pressure turbine (HT) serves to drive the radial compressor. The also axial low pressure turbine (NT) serves as a working turbine.
Die Dreiwellen-Dampf-Gas-Turbine besteht aus 3 Turbinen (HT, MT, NT) und dem zweistufigen Radialverdichter (HD, ND). Die axiale Hochdruck turbine (HT) treibt den radialen Hochdruckverdichter (HD) an. Die axiale Mitteldruckturbine (MT) ist die Arbeitsturbine und die Nie derdruckturbine (NT) sorgt für den Antrieb des Niederdruckverdich ters (ND). Die Niederdruckturbine (NT) mit dem Niederdruckverdichter (ND) hat den gleichen Aufbau wie ein Abgasturbolader.The three-shaft steam-gas turbine consists of 3 turbines (HT, MT, NT) and the two-stage radial compressor (HD, ND). The axial high pressure turbine (HT) drives the radial high pressure compressor (HD). The axial medium pressure turbine (MT) is the power turbine and never the pressure turbine (NT) drives the low pressure compressor ters (ND). The low pressure turbine (NT) with the low pressure compressor (ND) has the same structure as an exhaust gas turbocharger.
Sowohl bei der Zweiwellen- als auch bei der Dreiwellen-Dampf-Gas- Turbine befindet sich die Hochdruckturbine (HT) direkt hinter der Verdampfungskammer.Both the two-wave and the three-wave steam-gas The high pressure turbine (HT) is located directly behind the turbine Evaporation chamber.
In ihm findet die Kondensation des in der Verdampfungs kammer erzeugten Wasserdampfes statt, wobei die Kondensationswärme an die Frischluft abgeführt wird. Der Kondensator ist im Kondensatorgehäuse plaziert, um die Frischluft, die dem Kondensator Wärme entzieht, an saugen zu können. In it the condensation takes place in the evaporation Chamber generated water vapor instead, the heat of condensation to the Fresh air is discharged. The capacitor is in the capacitor housing placed around the fresh air that draws heat from the condenser to be able to suck.
Der Kondensator ist in seinem Aufbau dem Wasserröhrenkühler ähnlich. Da sich in der Verdampfungskammer die Verbrennungsgase mit dem Was serdampf vermischen, müssen sie im Kondensator vom Kondenswasser ge trennt werden, denn nur die Abgase sollen den Kondensator verlassen. Aus diesem Grund muß der Wasserkasten des Kondensators so konstru iert sein, daß in ihm die Trennung der Abgase vom Kondenswasser voll zogen wird. In dem Wasserkasten, der unterm Kühlnetz des Kondensators liegt, sammelt sich der kondensierte Wasserdampf d. h. Kondenswasser an. Mit einer Förderpumpe wird das Kondenswasser aus dem Wasserkasten angesaugt und über ein Wasserfilter zur Hochdruckpumpe gefördert. Die Hochdruckpumpe erzeugt im Verteilerrohr, das über Druckleitungen mit den Wasser-Einspritzdüsen verbunden ist, hohen Wasserdruck. Ent weder werden die einzelnen Wasser-Einspritzdüsen elektromagnetisch geöffnet, oder gibt es im Verteilerrohr Kegelventile, wobei jeweils ein Kegelventil den Zulauf zu einer Druckleitung sperrt. Diese Kegel ventile werden elektromagnetisch betätigt (geöffnet). Bei geöffnetem Kegelventil wird das Kondenswasser durch die Druckleitung zur Ein spritzdüse gefördert. In der Wasser-Einspritzdüse ist ein weiteres Ke gelventil vorhanden, das durchs Kondenswasser geöffnet wird und in folgedessen gelangt das Kondenswasser durch Spritzlöcher in die Ver dampfungskammer der Dampf-Gas-Turbine. Beide Kegelventile werden mit Schraubenfedern geschlossen, wobei die Federkraft der Schraubenfeder des elektromagnetisch betätigten Kegelventils stärker ist als der Wasserdruck. Die Federkraft der zweiten Schraubenfeder ist schwächer als der Wasserdruck.The construction of the condenser is similar to that of the water tube cooler. Since the combustion gases in the evaporation chamber with the what If the water vapor mixes, they must be removed from the be separated, because only the exhaust gases should leave the condenser. For this reason, the condenser water tank must be constructed in this way be that the separation of the exhaust gases from the condensed water is full is pulled. In the water box under the cooling network of the condenser lies, the condensed water vapor d. H. condensation on. The condensate is removed from the water tank with a feed pump sucked in and conveyed to a high pressure pump via a water filter. The high-pressure pump generates in the distribution pipe, which via pressure lines connected to the water injectors, high water pressure. Ent neither the individual water injectors become electromagnetic opened, or there are cone valves in the manifold, each a plug valve blocks the inlet to a pressure line. This cone valves are actuated electromagnetically (opened). When open The cone valve turns the condensed water on through the pressure line spray nozzle promoted. There is another Ke in the water injector Gel valve available, which is opened by the condensation and in consequently, the condensed water gets into the ver through spray holes steam chamber of the steam-gas turbine. Both plug valves are with Coil springs closed, the spring force of the coil spring of the electromagnetically operated cone valve is stronger than that Water pressure. The spring force of the second coil spring is weaker than the water pressure.
Nachdem ich den Weg des Kondenswassers erläutert habe, beschreibe ich jetzt den Weg der Luft: Zuerst wird die Luft, die ich als Frischluft bezeichne, ins Luftfilter angesaugt und gefiltert. Die gefilterte Frischluft strömt ins Kondensatorgehäuse hinein, wo sie mehrmals durchs Kühlnetz des Kondensators geleitet wird und Wärme aufnimmt. Die vorgewärmte Frischluft erreicht anschließend den Radialverdich ter, der sie in einer bzw. zwei Stufen verdichtet. Ein Temperaturfüh ler mißt die Temperatur der verdichteten Frischluft, die in zwei Tei le geteilt wird. Ein Teil der Frischluft strömt durch ein Luftrohr in die Brennkammer hinein. In diesem Luftrohr befinden sich die Drossel klappe und ein Luftmengenmesser. Der zweite Teil der Frischluft wird an der Brenn- und Verdampfungskammer vorbeigeleitet und erst vor der Hochdruckturbine oder Arbeitsturbine dem Wasserdampf, der mit den Ab gasen vermischt ist, zugeführt. Wie bereits erwähnt wurde, strömt der eine Teil der Frischluft in die Brennkammer hinein. Dort vermischt sich die Frischluft mit dem Kraftstoff, der ununterbrochen einge spritzt wird, und verbrennt. Die Verbrennungsgase verlassen die Brenn kammer beheizen die Trennwand und kommen in die Verdampfungskammer, wo sie für hohe Dampftemperaturen des erzeugten Wasserdampfes sorgen. Der erzeugte Wasserdampf expandiert sehr stark und setzt die Hoch druckturbine (HT) in Bewegung. Hinter bzw. vor der Hochdruckturbine wird dem mit den Abgasenvermischten Wasserdampf der zweite Teil der Frischluft beigemengt. Die Expansion des Wasserdampfes und der heißen Gase setzt sich in der Arbeitsturbine und gegebenenfalls (Dreiwellen- Dampf-Gas-Turbine) auch in der Niederdruckturbine (NT) fort. Danach strömen der Wasserdampf und die Gase zum Kondensator, wo sie möglichst viel von ihrer Restwärme an die Frischluft, die den Kondensator kühlt, abgeben sollen. Im Kondensator findet die Kondensation des Wasserdam pfes statt und die Gase werden vom Kondenswasser getrennt. Die Gase verlassen den Kondensator und somit ist der lange Weg beendet. After I have explained the path of the condensed water, I will describe Now the way of the air: First the air that I call fresh air designate, sucked into the air filter and filtered. The filtered Fresh air flows into the condenser housing, where it is used several times is passed through the cooling network of the condenser and absorbs heat. The preheated fresh air then reaches the radial compression ter that compresses them in one or two stages. A temperature sensor l measures the temperature of the compressed fresh air, which is divided into two parts le is shared. Part of the fresh air flows in through an air pipe into the combustion chamber. The throttle is located in this air tube flap and an airflow meter. The second part of the fresh air is bypassed the combustion and evaporation chamber and only before the High pressure turbine or power turbine the water vapor that with the Ab gases is mixed, supplied. As already mentioned, the stream part of the fresh air into the combustion chamber. Mixed up there the fresh air with the fuel that continuously turned on is injected, and burns. The combustion gases leave the burner chamber heat the partition and come into the evaporation chamber where they ensure high steam temperatures of the water vapor generated. The steam generated expands very strongly and sets the high pressure turbine (HT) in motion. Behind or in front of the high pressure turbine the second part of the water vapor mixed with the exhaust gases Fresh air added. The expansion of water vapor and hot Gases settle in the power turbine and if necessary (three-shaft Steam-gas turbine) also continues in the low-pressure turbine (NT). After that the water vapor and gases flow to the condenser wherever possible much of their residual heat to the fresh air that cools the condenser, should give up. The condensation of the water dam takes place in the condenser pfes instead and the gases are separated from the condensed water. The gases leave the condenser and the long way is over.
Bei der Dampf-Gas-Turbine gibt es neben den Hauptteilen, (wie z. B. Brennkammer, Verdampfungskammer usw.), ein Steuerorgan. Dieses Steuer organ, das aus Sensoren, elektronischem Steuergerät, Akteuren und Dro sselklappe besteht, sorgt für zuverlässige und rationelle Arbeit der Dampf-Gas-Turbine.In the steam-gas turbine there are in addition to the main parts (such as Combustion chamber, evaporation chamber, etc.), a control device. This tax organ, which consists of sensors, electronic control unit, actors and dro key flap ensures reliable and efficient work of the Steam gas turbine.
Es sind Frischluft-Temperaturfühler, Frischluft-Mengenmesser und Wasserdampf-Temperaturfühler.They are fresh air temperature sensors, fresh air flow meters and water vapor temperature sensors.
Der Frischluft-Temperaturfühler mißt die Temperatur der Frischluft, nachdem sie verdichtet worden ist.The fresh air temperature sensor measures the temperature of the fresh air, after it has been compacted.
Der Frischluft-Mengenmesser erfaßt die Frischluftmenge, die in die Brennkammer strömt. Diese Messung erfolgt erst dann, nachdem die Frischluft in 2 Teile geteilt worden ist.The fresh air flow meter records the amount of fresh air flowing into the Combustion chamber flows. This measurement is only made after the Fresh air has been divided into 2 parts.
Der Wasserdampf-Temperaturfühler ermittelt die Wasserdampftemperatur in der Verdampfungskammer.The water vapor temperature sensor determines the water vapor temperature in the evaporation chamber.
Diese drei Informationen werden dem Steuergerät gemeldet.These three pieces of information are reported to the control unit.
Außer den drei Sensoren gibt es noch den Fußfahrgeber, der die Fahr pedalstellung erfaßt und dem Steuergerät mitteilt.In addition to the three sensors, there is also the foot throttle, which controls the driving Pedal position detected and communicated to the control unit.
Das elektronische Steuergerät erhält die Informationen von den Sen soren, wertet diese Eingangssignale aus und steuert die Akteure.The electronic control unit receives the information from the sen sensors, evaluates these input signals and controls the actors.
Akteure (Stellglieder bzw. Stellwerke): Es sind die elektromagnetisch betätigten Einspritzdüsen bzw. Kegelventile, die die Zulaufbohrungen zu den einzelnen Druckleitungen und somit Einspritzdüsen freigeben und mit Federkraft verschließen. Auf diese im letzten Satz erläuterte Weise soll sowohl die Wasser- als auch die Kraftstoffzumessung er folgen, wodurch die Einspritzmengen des destillierten Wassers in die Verdampfungskammer und des Kraftstoffs in die Brennkammer besser miteinander koordiniert werden können.Actors (actuators or signal boxes): They are electromagnetic actuated injectors or cone valves, the inlet holes to the individual pressure lines and thus injectors and close with spring force. On this explained in the last sentence Both water and fuel metering are said to be follow, causing the amount of distilled water injected into the Evaporation chamber and the fuel in the combustion chamber better can be coordinated with each other.
Zu den Akteuren gehört noch ein Stellmotor, der die Drosselklappe verstellt. Die Drosselklappe befindet sich genauso, wie der Frisch luft-Mengenmesser, in dem Frischluftrohr, das zur Brennkammer führt. Die Aufgabe der Drosselklappe ist es, die Frischluftzufuhr in die Brennkammer so zu regeln, daß in der Brennkammer eine vollkommene Verbrennung erzielt wird. Die Drosselklappenstellung hängt von der Kraftstoffeinspritzmenge und der Frischlufttemperatur.The actors also include a servomotor, which is the throttle valve adjusted. The throttle valve is located just like the fresh one Air flow meter in the fresh air pipe leading to the combustion chamber. The task of the throttle valve is to supply fresh air to the Control the combustion chamber so that a perfect one in the combustion chamber Combustion is achieved. The throttle position depends on the Fuel injection quantity and fresh air temperature.
Wie bereits erwähnt wurde, werden sowohl das destillierte Wasser als auch der Kraftstoff kontinuierlich eingespritzt. Bei dieser Art der Einspritzung wird die Einspritzmenge entweder durch die Anzahl der einspritzenden Einspritzdüsen oder durch den variablen Ventilöff nungsquerschnitt des Kegelventils verändert. Bei der zweiten Möglich keit wird nur ein elektromagnetisches Kegelventil, das über Drucklei tungen mit den Einspritzdüsen verbunden ist, benötigt. Alle Einspritz düsen haben den gleichen Düsen-Öffnungsdruck, der relativ niedrig ist. Mit einem Magnetstellwerk wird der Kegel des Kegelventils von seinem Sitz abgehoben und je größer der vom Steuergerät gelieferte Steuer strom ist, desto weiter wird der Kegel durchs Magnetstellwerk von sei nem Sitz abgehoben. Somit wird der Ventilöffnungsquerschnitt des Ke gelventils und die Einspritzmenge größer. Wird vom Steuergerät kein Steuerstrom geliefert, so drückt die Schraubenfeder den Kegel in sei nen Sitz und die Einspritzung hört auf - die Dampf-Gas-Turbine ist aus.As already mentioned, both the distilled water and the fuel is also continuously injected. With this type of Injection is the amount of injection either by the number of injecting injectors or through the variable valve opening changed cross-section of the plug valve. The second possible speed is only an electromagnetic cone valve, which via Drucklei lines connected to the injectors is required. All injection nozzles have the same nozzle opening pressure, which is relatively low. The cone of the cone valve is removed from its with a magnetic interlocking Seat lifted and the greater the tax supplied by the control unit current, the farther the cone is through the magnetic interlocking lifted off the seat. The valve opening cross section of the Ke gel valve and the injection quantity larger. If the control unit does not Control current supplied, so the coil spring pushes the cone in The seat and the injection stop - the steam-gas turbine is out.
Die Dampf-Gas-Turbine muß im Bereich der Brenn- und Verdampfungskam mer Isolierschicht besitzen, um Wärmestrahlung zu reduzieren. The steam-gas turbine must be in the area of the combustion and evaporation chamber always have an insulating layer to reduce heat radiation.
a Frischluft-Temperaturfühler
b Frischluft-Mengenmesser
c Drosselklappe
d Kraftstoff-Einspritzdüse
e Brennkammer-Rippe
f Brennkammer
g Trennwand
h Wasser-Einspritzdüse
i Verdampfungskammer
j Hochdruckturbine (HT)
k Verstellung der Leitschaufeln
l Arbeitsturbine (NT)
m Wasserdampf-Temperaturfühler
n Luftfilter
o Kondensator
p Radialverdichter (einstufig)
r perforierter Kegelstumpf bzw. Trichtera Fresh air temperature sensor
b Fresh air flow meter
c Throttle valve
d Fuel injector
e combustion chamber rib
f combustion chamber
g partition
h Water injector
i Evaporation chamber
j high pressure turbine (HT)
k adjustment of the guide vanes
l power turbine (NT)
m Water vapor temperature sensor
n Air filter
o capacitor
p radial compressor (single stage)
r perforated truncated cone or funnel
F₁ ungefilterte Frischluft
F₂ gefilterte Frischluft
F₃ vorgewärmte Frischluft
F₄ verdichtete Frischluft
F₅ die Frischluft nach ihrer Teilung (es ist die Frischluft die an
der Verbrennung in der Brennkammer nicht teilnimmt)
V Verbrennungsgase
W Wasserdampf
Z die Stelle, an der sich die Frischluft (F₅) mit dem Wasserdampf
und den Verbrennungsgasen vermengt
A Altluft - es ist die Frischluft (F₅), nachdem sie sich mit dem
Wasserdampf und den Verbrennungsgasen vermengt und die Turbinen
passiert hat.F₁ unfiltered fresh air
F₂ filtered fresh air
F₃ preheated fresh air
For compressed fresh air
F₅ the fresh air after its division (it is the fresh air that does not take part in the combustion in the combustion chamber)
V combustion gases
W water vapor
Z the point at which the fresh air (F₅) mixes with the water vapor and the combustion gases
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1995
- 1995-07-12 DE DE1995125298 patent/DE19525298A1/en not_active Withdrawn
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